基于9100e型控制器和Intel 586工控機實現(xiàn)DCS系統(tǒng)的設(shè)計

１ 工藝簡介

順酐（Ｃ４Ｈ２Ｏ３）全稱順丁烯二酸酐，是一種重要的基本有機化工原料，廣泛用于農(nóng)藥、醫(yī)藥、合成樹脂等工業(yè)領(lǐng)域，主要采用苯氧化法生產(chǎn)。

苯氧化法生產(chǎn)的基本原理是：苯蒸氣和空氣（或氧氣）在催化劑上氣相催化氧化生成順酐。該反應(yīng)是一個由平行——連串反應(yīng)組成的強放熱反應(yīng)過程，其化學(xué)反應(yīng)方程式為：

蘇州合成化工廠4000t/a順酐生產(chǎn)工藝流程如圖１所示，整個工藝過程包括氧化工序、洗滌工序、精餾工序、蒸汽熱水系統(tǒng)和造粒包裝工序五個部分。

原料苯和預(yù)熱后的空氣以一定的比例混合后，進入裝有催化劑的列管式固定床反應(yīng)器的頂部，苯氧化生成順酐，同時放出大量反應(yīng)熱，反應(yīng)生成氣經(jīng)冷卻后，約60%的順酐在后冷器中冷凝，經(jīng)分離后送粗酐貯罐等待進一步處理。未分離的含順酐氣體送洗滌塔用工藝水吸收，生成順?biāo)徇M入順?biāo)岵郏┖蠊ば蚓疲矚馀趴?。精餾塔間隙操作，分批將產(chǎn)品脫水精制。先將鄰二甲苯（O－X）灌入精餾塔，再將順?biāo)崴瓦M精餾塔，用鄰二甲苯作共沸劑，共沸精餾，脫除水分，再脫鄰二甲苯，最后精制順酐，去掉頭尾組分，取中間的順酐作為合格產(chǎn)品。液態(tài)順酐送成型機制成顆粒狀固體產(chǎn)品，經(jīng)稱量包裝作為最終產(chǎn)品。

根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，整個順酐生產(chǎn)過程的輸入／輸出信號點數(shù)為304點，具體分布見表1。

２ DCS系統(tǒng)組成

順酐生產(chǎn)過程的ＤＣＳ系統(tǒng)采用了美國HONEYWELL.htm“ target=”_blank“ title=”Honeywell貨源和PDF資料“》Honeywell公司的S9000/R150系統(tǒng)，并下掛udc3000單回路控制器的總體結(jié)構(gòu)方案。

HONEYWELL公司推出的R150版DCS是建立在S9000控制器、620邏輯控制器和PC486監(jiān)控站平臺之上的模塊化開放式系統(tǒng)，它采用國際標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通訊（MASnet），并在Windows環(huán)境下為用戶提供了有效而方便的監(jiān)控手段，集回路、邏輯控制于一體，增強了繪圖、顯示、趨勢、報警和報表等多種監(jiān)控功能，使組態(tài)更方便，使用操作更靈活。

系統(tǒng)選用三臺Intel 586工控機作監(jiān)控站，除具備編程、組態(tài)、系統(tǒng)生成功能外，還具備了操作站的所有操作及顯示功能。其中1#監(jiān)控站主要監(jiān)控氧化、洗滌工序，2#監(jiān)控站主要監(jiān)控精餾工序，3#監(jiān)控站主要監(jiān)控蒸汽熱水、包裝工序，三個監(jiān)控站之間采用以太網(wǎng)通訊，互為熱備。此外，系統(tǒng)還配備了一臺打印機，定時或隨機打印各種報表、圖形和報警信息。

系統(tǒng)控制站選用了S9000中的9100e型控制器，它具有32個PID回路控制，640點I/O能力。鑒于每臺9100e控制器最大模擬量輸入為96點，所以系統(tǒng)選配了兩臺9100e控制器以及相應(yīng)的I/O擴展箱，其中一臺用于氧化和洗滌工序的數(shù)據(jù)采集和控制，另一臺用于精餾、蒸汽熱水和包裝工序的數(shù)據(jù)采集和控制。監(jiān)控站和控制站之間采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通訊，通訊速率可達10Mbps，DCS系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

為了保證生產(chǎn)過程的安全可靠，系統(tǒng)除了所有的回路輸出均配有手操器外，對生產(chǎn)過程中的重要控制回路采用了udc3000單回路控制器作熱備。一旦S9000系統(tǒng)發(fā)生故障，可用udc3000進行自動控制或用手操器操作，避免停車。此外，通過組態(tài)相應(yīng)的軟件，實現(xiàn)了DCS系統(tǒng)對氧化反應(yīng)器、精餾塔等重要設(shè)備的安全聯(lián)鎖保護功能。

３ DCS系統(tǒng)軟件開發(fā)

針對順酐生產(chǎn)過程所開發(fā)的控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件主要由控制組態(tài)軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件兩大部分組成，其中控制組態(tài)軟件主要包括連續(xù)控制圖（CCC圖）和梯形邏輯圖（RLL圖），監(jiān)控組態(tài)軟件包括生產(chǎn)流程圖、控制回路圖、歷史趨勢圖、報警系統(tǒng)圖和參數(shù)報表等。操作畫面為全中文顯示。

CCC圖采用圖形方式組態(tài)PID回路的調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)的采集和運算，提供了回路調(diào)節(jié)、設(shè)定點程序／處方、梯形邏輯、算式運算、常用計算輔助功能、布爾運算和記錄儀等九大類50多種功能模塊。每種模塊完成一定的控制與計算功能，通過組態(tài)相應(yīng)的模塊和塊參數(shù)，系統(tǒng)可將控制方案組態(tài)成相應(yīng)的控制軟件，下裝至控制器中，自動生成實時數(shù)據(jù)庫，供生產(chǎn)流程圖、控制回路圖、歷史趨勢圖、報警系統(tǒng)圖及參數(shù)報表等監(jiān)控畫面調(diào)用。

順酐生產(chǎn)過程按工藝要求設(shè)置了23個控制回路，其中溫度控制回路9個，液位控制回路3個，壓力控制回路6個，流量控制回路5個。為使氧化反應(yīng)正常進行，要求嚴格控制反應(yīng)器的熱點溫度和鹽點溫度，而穩(wěn)定熱點溫度的手段是調(diào)節(jié)進入反應(yīng)器的苯和空氣的比例，工藝要求苯和空氣的比值為1/24，通過測量空氣流量來調(diào)節(jié)苯流量，組成一個單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，圖3為苯流量單閉環(huán)比值控制組態(tài)圖。圖中，空氣流量信號通過質(zhì)量流量模塊MSF進行溫度和壓力校正，校正后的流量信號通過除法器作為苯流量的設(shè)定值。在PID2模塊中，若輸出跟蹤有效信號OTC=1，即手操器處于手動位置，則PID算法被抑制，模塊輸出為OTV值（即跟蹤手操器的輸出值）；否則OTC=0，即手操器處于自動位置，模塊輸出為PID的運算結(jié)果，這樣可實現(xiàn)系統(tǒng)自動和手動的無擾切換。實際運行結(jié)果表明，當(dāng)空氣流量達到21600kg/h時，苯流量為900±10kg/h，具有較好的穩(wěn)定性，滿足了生產(chǎn)要求。

此外，整個生產(chǎn)過程還根據(jù)工藝要求設(shè)置了蒸汽流量、順?biāo)岵沙隽亢捅搅髁?個需經(jīng)濟考核的流量累積指標(biāo)。由于沒有配置流量積算儀和脈沖輸入模塊，流量累積只能通過組態(tài)有關(guān)算法模塊實現(xiàn)。圖4為蒸汽流量累積組態(tài)圖，通過蒸汽流量輸出模塊UAI、系統(tǒng)模塊SYS中的CYCT系統(tǒng)循環(huán)周期、乘法器MUL、除法器DIV將瞬時流量換算為累計流量，加法器ADD完成蒸汽流量的累積并輸出。切換開關(guān)SW模塊中，若操作員點擊“清零”按鈕，則SY=1（F104=1），模塊輸出為Y=0，加法器模塊累加值清零，完成“清零”功能，否則繼續(xù)累積。

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