TDC3000顺序控制在有奖过滤器的应用

1、tdc3000顺序控制在有奖过滤器的应用摘要:在过程控制中, 顺序控制在重油催化裂化油浆过滤装置中取得了很成功应. 操作员不能及时完成的操作而使用编程语言的完成此控制方案的编制这种控制策略使油浆过滤装置能够快速自动完成操作. 使油浆过滤装置操作稳定，降低催化剂耗量，提高产品高附加值收率，减少产品质量的波动，且此控制策略抗工艺过程干扰。顺序控制能提高此装置的稳定性，长周期运行, 减少收率的变化，在操作条件下能使装置的处理量最大化。此控制策略是以honeywell tdc3000x dcs为平台而编制的控制策略, 即使用dcs中提供的此cl(control language) 编程语言完成此控制功

2、能. 使dcs的功能得到更进一步的扩展. 利用dcs的i/o硬件点和内部软件点编制周期性过滤控制程序, 公共报警程序, 控制阀的状态逻辑控制程序, 反冲洗控制程序, 阀开关时间逻辑控制程序, uv03a/b 脉动开关来实现反冲洗逻辑控制程序.abstract: the paper introduces the application of the sequence control in slurry filter unit of reside fluid catalytic cracker unit. the control strategies were quickly and automa

3、tiona operated in slurry filter unit, when operator cant be controlled in time without squence control program likes as program language.stabilize the unit operations, minimize catalyzer usage, increase the yield of higher value products, reduce product quality variations, and reject process disturb

4、ance. the squence control program has been shown to increase the unit stability, reduce variations of yields, and maximize unit throughput under varied operation conditions. the process module point of tdc3000 dcs can be a platform to run more than one cl/apm, used the hardware points and software f

5、unction point in dcs edited the squence control program for intance: filter recycle times control program, common alarm control program, valve open/close statues loglic control program, valve travel time loglic control program, fbws(feedback wash ) valves comtrol program uv03a/b pulse wash logic cpn

6、trol program. 关键词: rfcc fbws apm pm cl 一 绪言 前郭炼油厂rfcc( 重油催化裂化)装置采用提升管反应器和内外取热的催化裂化技术，掺炼减渣，年加工能力为80万吨，1990年正式投产。装置经过几年的检修和技术改造，在处理能力、掺渣能力、轻油收率和剂耗能耗几项指标都达到了设计能力。1996年重油催化装置常规控制系统经过dcs改造,采用honeywell tdc3000x的dcs.此后在此套装置以dcs为平台的基础上1998年开发并投用了鲁棒性多变量预估控制(honeywell公司的apc)我厂的挖潜增效走上了技术革新的道路，增强了我厂参与市场竞争能力。apc

7、(advanced process control)技术应用每年约增加壹千万元的经济效益.1999年以dcs为平台开发油浆过滤器装置顺序控制,并于同年投用. 1重油催化裂化装置简介（见图1） 装置主要有反应再生部分,分馏部分,吸收稳定部分,产品精制及酸性水汽提部分;并有再生烟气能量回收机组,余热锅炉,气压机组等装置组成,工艺过程见流程图1.1.1反应/再生部分重油催化裂化装置,由于渣油本身性质较重,硫和氮的含量较高难以裂化.因此通过提高反应温度高的办法,可以提高油品的转化率,达到所要求的产品分布.由于压力对产率的选择和焦炭产率的影响,最好采用低反应压力, 不仅总压必须低,还可降低提升管油气分压

8、,从而降低焦炭和干气的产率.采用高效新型喷咀使油剂充分混合,取得最佳的反应效果.剂油比高即催化剂的活性和剂油比不能过低.自从使用分子筛催化剂以来剂油反应时间更短约2.6秒,可提高汽油的辛烷值和汽油收率.采用单程转化操作借助一次反应,一般可达到所希望的转化率.采用取热设施这样大大提高装置的操作弹性. 催化油浆含有大量的稠环芳烃,生焦很高,一般为16-20%,适当外甩部分油浆对降低焦炭很有好处,但会降低轻质油收率,因此外甩量一般为原料的5%为宜.1.2 主分馏塔部分 反应油气进入分馏塔底部，通过底部的人字形挡板与循环油浆逆向接触，洗去油气携带的催化剂且使油气脱过热。部分冷凝下降至分馏塔底部形成油浆

9、产品，部分仍气相继续沿塔板上升进行产品分离，形成富气、粗汽油、轻柴油及回炼油。塔底油浆370自塔底经管线到油浆泵p208,一部分经原料/油浆换热器e210和油浆蒸汽发生器e211产生中压蒸汽.油浆温度降到290返回分馏塔,另一部分经油浆汽提塔t203汽提出轻组份返回塔第4层.t203底油浆经外甩油浆泵p213,冷却器e214冷却到90送出装置,另一部分不经过冷却直接去提升管反应器回炼.1.3 吸收稳定部分 此套装置主要任务是从压缩富气中分离出质量合格的干气和液化气,生产质量合格的产品. 图 1 rfcc工艺流程简图1.4 油浆过滤装置概述重油催化裂化装置是重油的深度加工，提高经济效益的有效途径

10、和方法。也是二十世纪一项炼油新工艺。重油催化已经为许多国家所重视，同时也正迅速向前发展。重油是指常压渣油或减压渣油，渣油与蜡油相比，从性质上渣油含大量的镍、钒、高沸点的多环烷烃、胶质、沥青质、渣质氮、硫和氧化合物。其特点是比重大，残碳高、粘度大，镏程沸点和分子量大。随着计算机科学技术的飞速发展，计算机的技术在工业控制中的应用越来越广泛。dcs控制技术在石油化工的应用越来越普遍，前郭炼油厂的重油催化装置油浆过滤器控制方案的实施过程就是计算机技术一个典型的应用。前郭炼油厂重油催化裂化装置油浆过滤器就是一个把含有多种杂质的油浆进行过滤的过程，使油浆能够得到充分的利用。过滤后的油浆即可以作为锅炉的燃料

11、，又是制造沥青的原料。没有过滤的油浆含有催化剂和硫化物等杂质，作为锅炉的燃料对环境造成一定污染，作为沥青原料价格又低,并且用户不愿使用。重油催化裂化装置由上述和物料平衡表1中可看出，不管为环保考虑，还是经济利益,油浆过滤装置投用成了必然。表 1 此装置的物料平衡 名称产率波动范围 重%装置设计计算值年处理量10 4 t/a重%kg/ht/d原料100100%92500222074干气2-52.52312.555.51.85液化气9-1410.57912.5233.17.77汽油44-505046250111037轻柴油19-24201850044414.8重柴油3-54370088.82.96

12、油浆4-6546251113.7焦炭6.5-87.56937.5166.55.55损失0.5462.511.10.37合计10092500222074二 设计部分1.油浆过滤器工艺流程（如图2）分馏塔t201底外甩油浆作为此装置的进料。通过过滤容器r2102/1 即a（或r2102/2即b过滤器）进行对油浆过滤。过滤后的油浆进入r2104缓冲罐，通过泵油浆产品送到油浆产品罐。油浆过滤达到预先设定的运行次数后，要对油浆过滤器进行反冲洗，通过对r2106和r2106进行充压，然后对油浆过滤器进行反冲洗，以保持过滤器具有较好过滤效果。反冲洗后的油浆渣质和催化剂再次通过r2103容器进入油浆回炼系统进

13、入反应和再生系统。11油浆过滤工艺控制流程（如图2）分馏塔t201底外甩油浆经过fv213c调节阀，由frc213c（pid）控制器来控制油浆流量作为油浆过滤装置的进料，关闭uv04a（或uv04b），uv03a（或uv03b）；并打开uv02a（或uv02b），而后打开uv01a（或uv01b），油浆进入过滤器a（或b）进行过滤。油浆过滤完成后进入r2104油浆缓冲罐通过液位lic03和流量frc213b串级控制和泵的运行使油浆产品进入油浆产品罐。r2104油浆缓冲罐压力控制由pic03控制使r2104容器的压力稳定。如果r2102/1过滤器a的料位开关的接点信号闭合，则过滤器过滤效果不会好

14、。此时运行反冲洗控制程序。关闭uv01a（或uv01b），uv02a（或uv02b）；并打开uv04a（或uv04b），而后打开uv05约5秒后，再脉动开/关uv03a（或uv03b），对 r2102/1进行反冲洗。冲洗过程直到pdi01a接点信号断开为止。反冲洗后的油浆渣质进入r2103油浆残渣缓冲罐，油浆残渣（含催化剂）通过fic01流量控制和泵进入提升管反应器进入下一循环的反应过程和催化剂再生。r2103液位控制由lic02完成，压力控制由pic02来完成。12 油浆过滤装置控制要求a. 上位控制系统采用honeywell tdc3000x dcs控制系统来实施控制方案，减少硬件投资。b

15、. 通过组态dcs完成常规控制方案，单回路控制，串级控制等c. 由于此为技措项目，dcs系统改造时的硬件点容量有限，算法即内部软件点数量有限。而控制程序部分功能没有使用，并且此装置控制方案常规控制也不能实现，只能通过顺序控制程序来实现控制过程。d. 首先，能够实现快开阀的状态监测，进行故障报警。提示操作人员操作，及时维护。e. 控制程序能够实现自动/手动/半自动操作方式操作此套装置运行。f. 能够实现uv03a（或uv03b）阀快开快关，实现反冲洗的效果。g. 流程图上能够实现触屏操作，完成控制操作。slurry filterr2106r2105r2104r2102/1ar2102/2b r2

16、103frc213c0.3feed slurryuv04auv01auv04buv01blic0240fic014448.8pic020.3r12stopvalve statenormalfilterbackuv02auv03auv03buv02buv05uv06lic0310.2frc213b3.0pic030.0pi020.259filt-tm/a300minfilt-tm/b300minr101aprod slurryrcogas tor12gasrecycle-times： 32uv07auv07bpdi01a-0.731pdi01b-7.388lal-01anormlal-01blo

17、wti01a112.6ti01b108.2chg-tm/a90 minchg-tm/b90 min图2 （油浆过滤器dcs控制流程图）2 dcs系统硬件和软件环境2.1 系统硬件环境(图3) rfcc采用honeywell的tdc3000x集散控制系统作为平台，配置有应用模件axm（即可运行在tdc3000x环境下，又可运行在unix环境下双向的应用模件，8mw内存）作为先进控制的平台；hm历史模件存储历史数据、组态数据、数据库和用户编制程序等功能硬件；ptr为打印机；us1-us5为通用操作站、uxs具有unix操作系统操作站实现组态工程、维护人员和操作人员进行操作窗口；apm1-apm4高

18、级过程管理器实现常规控制、逻辑控制和顺序控制的模件；nim为网络接口模件实现lcn和ucn实现数据传输的模件；ucn为通用控制网络，lcn为局域控制网络。2.2 系统软件环境tdc3000x软件版本为release 500，这里主要介绍apm。2.2.1 apm可实现的控制功能1. 模拟量输入软件点组态（analog input software point）2. 模拟量输出软件点组态（analog output software point）3. 数字量输入软件点组态（digital input software point）4. 数字量输出软件点组态（digital output soft

19、ware point）5. 数字量复合软件点组态（digital composite software point）6. 常规pv软件点组态 （regulatory pv software point）7. 常规控制器软件点组态（regulatory control software point）8. 逻辑控制软件点组态 （logic software point）9. 标志量软件点组态 （flag software point）10. 计时器软件点组态 （timer software point）11. 数据量软件点组态 （numeric software point）12. 数组量软件点组

20、态 （array software point）13. 设备控制软件点组态 （device control software point）14. 程序模块软件点组态 （process module software point ）hmaxmus3us5us3us4uxsus2us3us1ptrnimapm1apm2apm3apm4lcn ucn图3 tdc3000x dcs 硬件组成和网络结构示意图222 pm程序模块数据点组态1） pm点的建立 通过nim对apm的组态建立pm点，即这个pm点点名驻留nim中；并且为此pm点分配一个顺序控制的地址。通过组态把此点控制参数和分配给此点地址驻留在

21、apm中，并且组态同时在apm内存中为程序运行分配所需的内存空间（字节数，此设置可修改）。2） 顺控程序的嵌入 在lcn上的pm数据点运行已经驻留在apm地址的顺序控制程序。pm点名已经驻留在nim中，且访问在建点时为其分配程序的地址。通过窗口调用此pm点，来运行和停止此嵌入的控制程序。在dcs工程师操作站通过触屏操作进入engineering main menu，然后进入builder commands菜单中进行对程序的编辑，如： sequence vst(apm; point fbws_vst) 在此程序的开始第一句中vst为此程序的名称，fbws_vst是pm点名称，apm指明程序是为a

22、pm的控制程序。在builder commands中对程序进行编译和调试完成后，使控制程序运行等。 30 控制方案实施过程31 概述 由于重油催化裂化装置的采用是honeywell tdc3000x 系列dcs, 为了实现外甩油浆杂质处理控制方案, 而不增加硬件的投资. 以dcs为平台建立模拟量和数字量i/o硬件点和相关软件点,作为实现控制方案和装置直接联系. 而实现此装置的切换, 反冲洗,过滤,故障处理等功能采用编程实现全自动/手动/半自动控制装置的运行.32过滤装置常规控制dcs 组态两台过滤器反吹控制由dcs 软件点，控制程序，模拟量输入/输出ai/ao点，开关量输入/输出di/do点等

23、实现自动/定时反吹洗及手动操作组成。操作命令及流程画面在dcs上显示。反吹操作由控制主程序fbws（cl语言）和阀门控制逻辑模块组成，当各阀工作模式选择开关（hvm#）都处在程序控制方式（pm）时， 反吹操作可以通过程序启/停开关（hs_c）启动。当程序启/停开关被置于停止状态时，各阀门工作模式选择开关可置于手动方式（man），利用手动开关（hvc#）控制开关阀门。321 dcs 硬件i/o点和控制器软件点组态 a 模拟量控制点组态（采用冗余i/o如 表2）表2 模拟量控制点序号名称输入点类型信号输入点名控制器点名regctl输出点类型信号输出点名数量1pump outlet flow con

24、trollerai4-20maft01fic01ao4-20ma待添加的隐藏文字内容1fv0132outlet slurry controllerai4-20maft213bfic213bao4-20mafv213b33feed flow controllerai4-20maft213cfic213cao4-20mafv213c34r2103 pressure controllerai4-20mapt02pic02ao4-20mapv0235seperate tank pres. ctrl.ai4-20mapt03pic03ao4-20mapv0336r2103 level controlle

25、rai4-20malt02lic02ao4-20malv0237seperate tank level ctrl.ai4-20malt03lic03ao4-20malv033b 显示点组态(如 表3)表3显示点序号名称输入点类型信号输入点名显示点名regpv点数量1pump outlet totalizerai4-20maft01fq0112r2102/1 pressure detlaai4-20mapdt01apdi01a23r2102/2 pressure detlaai4-20mapdt01bpdi01b24r2102/1 filter temp.ait/c（e；mv）te01ati01

26、a25r2102/2 filter temp.ait/c（e；mv）te01bti01b2c 开关量复合控制点组态(如 表4) 表4 开关量复合控制点序号名称输入点类型信号输入点名控制器点名dc输出点类型信号输出点名数量1r2102/1 low level switchdi干接点lal01a12r2102/2 low level switchdi干接点lal01b13feed valve open/close controller with displaydi干接点zso01ahvc01a(open/close)do干接点uo01a44di干接点zsc01a5outlet valve open

27、/close controller with displaydi干接点zso02ahvc02a(open/close)do干接点uo02a46di干接点zsc02a7pulse valve open/close controller with displaydi干接点zso03ahvc03a(open/close)do干接点uo03a48di干接点zsc03a9slurry valve open/close controller with displaydi干接点zso04ahvc04a(open/close)do干接点uo04a410di干接点zsc04a11backwash valve o

28、penclose controller with displaydi干接点zso05hvc05(open/close)do干接点uo05412di干接点zsc0513transf.valve openclosecontroller with displaydi干接点zso06hvc06(open/close)do干接点uo06414di干接点zsc0615clean valve open/closecontroller with displaydi干接点zso07ahvc07a(open/close)do干接点uo07a416di干接点zsc07a17feed valve open/close

29、 controller with displaydi干接点zso01bhvc01b(open/close)do干接点uo01b418di干接点zsc01b19outlet valve open/close controller with displaydi干接点zso02bhvc02b(open/close)do干接点uo02b420di干接点zsc02b21pulse valve open/close controller with displaydi干接点zso03bhvc03b(open/close)do干接点uo03b422di干接点zsc03b23slurry valve open/

30、close controller with displaydi干接点zso04bhvc04b(open/close)do干接点uo04b424di干接点zsc04b25clean valve open/closecontroller with displaydi干接点zso07bhvc07b(open/close)do干接点uo07b426di干接点zsc07b322 dcs软件点组态a 数字量复合点组态（dc point如 表5）表5 数字量复合点序号描述字功能描述控制器点名dc点数量1run/stop程序启/停开关hs_c12f1(a)/f2(b)过滤器启动模式选择开关hs_f13clea

31、n过滤器离线浸泡选择开关hs_w14pm / men阀工作模式选择开关hvm01a15pm / men阀工作模式选择开关hvm01b16pm / men阀工作模式选择开关hvm02a17pm / men阀工作模式选择开关hvm02b18pm / men阀工作模式选择开关hvm03a19pm / men阀工作模式选择开关hvm03b110pm / men阀工作模式选择开关hvm04a111pm / men阀工作模式选择开关hvm04b112pm / men阀工作模式选择开关hvm05113pm / men阀工作模式选择开关hvm06114pm / men阀工作模式选择开关hvm07a115pm

32、/ men阀工作模式选择开关hvm07b116filt/ready/wash程序状态选择开关fl_a117filt/ready/wash程序状态选择开关fl_b118ack/ready报警确认开关uv_ack119v-fault/norm阀位故障综合状态zlf120v-close/non阀位关综合状态zlc121v-progm/non程序综合状态uv_pmb 程序模块点组态(pm point如 表6)表 6程序模块点序号实现功能程序pm点控制程序名称1filter recycle times programfbws_cntfbws_cnt.cl2common alarm programfbws

33、_comfbws_com.cl3valve feedback logic control programfbws_vstfbws_vst.cl4valve travel time logic control programfbws_vcsfbws_vcs.cl5filter/fbws valves control programfbws_vcmfbws_vcm.cl6uv03a/b pulse wash logic control program fbws_v03fbws_v03.clc 中间标志位组态(旗标量点, flag point如 表7) 表 7中间标志位点序号描述dcs 中间标志位点

34、名数量1阀开状态zlo01a/b,zlo02a/b,zlo03a/b,zlo04a/b,zlo07a/b,zlo05,zlo06122阀关状态zlc01a/b,zlc02a/b,zlc03a/b,zlc04a/b,zlc07a/b,zlc05,zlc06123阀位故障状态zlf01a/b,zlf02a/b,zlf03a/b,zlf04a/b,zlf07a/b,zlf05,zlf06124阀行程状态zlm01a/b,zlm02a/b,zlm03a/b,zlm04a/b,zlm07a/b,zlm05,zlm06125阀行程超时状态zmv01a/b,zmv02a/b,zmv03a/b,zmv04a/

35、b,zmv07a/b,zmv05,zmv06126阀行程超时综合状态zmv17中断点,把操作权力交给操作员fint18过滤器a过滤准备状态fa_r19过滤器a过滤运行状态fa_f110过滤器a反冲洗状态fa_w111过滤器b过滤准备状态fb_r112过滤器b过滤运行状态fb_f113过滤器b反冲洗状态fb_w114过滤装置停止运行状态fl_s115过滤装置停止脉冲信号状态fl_sp116程序运行状态frun117程序停止状态fstop118程序控制状态uv01a_cl119程序控制状态uv02a_cl120程序控制状态uv03a_cl121程序控制状态uv04a_cl122程序控制状态uv07

36、a_cl123程序控制状态uv05_cl124程序控制状态uv06_cl125程序控制状态uv01b_cl126程序控制状态uv02b_cl127程序控制状态uv03b_cl128程序控制状态uv04b_cl129程序控制状态uv07b_cl130程序控制与否状态uv_pm1d 计时器点组态(timer如表8)表8 计时器点序号描述dcs计时器点名数量1程序计时器ts121#过滤启动延时器tms_a131#过滤切换计时器tmf_a141#过滤周期计时器tmc_a151#反冲洗间隔计时器tmi_a161#反冲洗计时器tmp_a171#反冲洗脉冲延时器tmk_a181#反冲洗排空延时器tmw_a1

37、92#过滤启动延时器tms_b1102#过滤切换计时器tmf_b1112#过滤周期计时器tmc_b1122#反冲洗间隔计时器tmi_b1132#反冲洗计时器tmp_b1142#反冲洗脉冲延时器tmk_b1152#反冲洗排空延时器tmw_b116阀关行程计时器tmc01a/b,tmc02a/b,tmc03a/b,tmc04a/b,tmc07a/b,tmc05,tmc061217阀开行程计时器tmo01a/b,tmo02a/b,tmo03a/b,tmo04a/b,tmo07a/b,tmo05,tmo061218反冲洗运行周期cont119过滤与冲洗等待时间twait1e.数值量点清单表9数值量点序

38、号描述dcs数值量点名数量1过滤反冲洗程序数值点no_ym12过滤反冲洗程序数值点pm_mk133 顺序控制程序331 程序框图编制根据装置特点、工艺控制流程和控制方案的要求编制程序框图，组态apm的pm点fbws_cnt, fbws_com, fbws_vst, fbws_vcs, fbws_vcm, fbws_v03对应的程序源文件为fbws_cnt.cl, fbws_com.cl, fbws_vst.cl, fbws_vcs.cl, fbws_vcm.cl, fbws_v03.cl。如下表10表10 程序模块点和嵌入程序的对应表控制程序名称pm点控制程序周期过滤控制程序fbws_cntf

39、bws_cnt.cl公共报警程序fbws_comfbws_com.cl快开阀开/关反馈逻辑控制程序fbws_vstfbws_vst.cl快开阀开/关时间逻辑控制程序fbws_vcsfbws_vcs.cl反冲洗阀控制程序fbws_vcmfbws_vcm.cluv03a/b脉动冲洗逻辑控制程序 fbws_v03fbws_v03.cl3311周期过滤反冲洗控制程序框图根据此装置的工艺流程和控制要求完成此控制程序框图的编制如下. 顺序控制程序框图的编制是采用模块化设计, 便于程序的调试和查错及修改处理(如附件1)1) 初始化处理程序框图: 此处过滤和冲洗程序初始化框图的编制, 对快开阀的程序控制进行设

40、置.2) 过滤器a过滤分支处理程序框图: 根据操作过滤选择开关选择运行过滤器a的过滤,控制快开阀开/关分支处理程序.3) 过滤器b过滤分支处理程序框图: 根据操作过滤选择开关选择运行过滤器b的过滤,控制快开阀开/关分支处理程序.4) 过滤器a反冲洗分支处理程序框图: 同时运行过滤器a进行反冲洗,控制快开阀开/关分支处理程序.5) 过滤器b反冲洗分支处理程序框图: 同时运行过滤器b进行反冲洗,控制快开阀开/关分支处理程序.6) 正常停机和故障停机分支处理程序框图: 同时对快开阀故障状态和操作员任意时间停操作进行监控, 如有故障和停操作指令发出则运行停运处理分支程序, 同时运行反冲洗分支处理程序.

41、3.3.2 操作画面制作 操作画面如图2 , 实现功能如下:1) 实现人机接口作用, 指导操作人员操作.2) 通过流程画面的编制和组态实现触屏操作.3) 能够及时监控现场设备的运行状态.4) 可实现静态动态调试5) 可实现动态操作和监控功能.3.3.3周期性循环过滤和反冲洗控制程序根据控制程序框图和dcs的组态点编制周期性过滤和反冲洗控制程序. 编制程序主要通过dc(digital composite point)对现场快开阀进行控制, 实现工艺流程的控制需要; 并且控制程序操作模式由控制程序通过dc点状态转换实现无扰动切换.实现程序控制的步骤:1) 建立一个程序模块点2) 根据程序框图用编辑

42、软件写程序源代码3) 编辑源代码4) 编译源代码,生成目标代码5) 如编译过程中有错误, 修改程序6) 如无错误把目标代码下载到apm中3.3.3.1 dc软点的输入,输出和内部控制参数(如图3)apm digital composite pointdc点点名: hs_cd1d2pvalarmopop1op3op2lmi2p0p1p2i0i1siop0=onp1=onp2=onstate0onstate1onstate2oni2=oni0=oni1=on lm ,sio:可由逻辑控制操作 p0,p1,p2:可由程序控制输出允许位(锁定位) i0,i1,i2: 由程序控制输出的控制位 d1,d2