【word】DCS控制系统在甲醛生产工艺中的应用

1、DCS控制系统在甲醛生产工艺中的应用化工自动化及仪表第38卷 DCS控制系统在甲醛生产工艺中的应用 刘增环杨兵(1.河北工程大学信息与电气工程学院，河北邯郸056038;2.山东晋煤 明水化工集团有限公司，山东章丘250200)摘要将浙大中控的WebFeildJX-300XPDCS控制系统应用于甲醛生 产工艺，实现对工业甲醛生产系 统的实时监控.实践表明，该系统自动化程度高，使用简易，甲醇转化 效率稳定，有效地降低了系统运行 的人工费用和项目的维护费用.关键词DCS数据通讯冗余CPU分散式监控系统 中图分类号TP273文献标识码B文章编号 10003932(2011)08-0982-03 甲醛

2、是一种重要的有机原料，工业上常用催化 氧化法由甲醇制取甲醛.目前，国内的甲醛行业受 建材行业需求的带动，生产势头较好,而农药，医药 及其下游产品的需求也十分稳健，从而使得甲醛具 有较好的市场需求.为提高甲醛的产品质量和生产能力，降低成本，保证生产的稳定性和安全性，很多化工厂家对生产的自动控制提出了更高的要 求.1生产工艺流程山东晋煤明水化工集团有限公司甲醛生产采 用电解银催化剂法甲醇氧化制甲醛的方法.甲醇 由高位槽进入蒸发器加热，水洗后经过加热，到蒸 白发器的甲醇层(约50C)，为甲醇蒸汽所饱和并与 水蒸气混合;然后经加热器加热至100120C， 经阻火器和加热器进入氧化反应器，反应器的温 度

3、一般控制在600650°C，在催化剂的作用下，大部分甲醇转化为甲醛.转化后的气体冷却到 100120°C进入吸收塔，用稀甲醛溶液或水吸 收，未被吸收的气体从塔顶排出，送到尾气锅炉 燃烧，提供热量.根据甲醛工艺流程(图1)和 厂方要求，山东晋煤明水化工集团有限公司新建 的甲醛生产控制系统采用了浙江中控技术股份有 限公司生产的WebFeildJX 300XP较先进的DCS 控制系统进行监控.系统通过现场控制站(I 图1甲醛生产吸收工序流程 收稿日期:2011-0310第8期刘增环等.DCS控制系统在甲醛生产工艺中的应用983 /0站),数据通讯系统，人机接口单元(操作员站 OP

4、S，工程师站ENS)把控制任务分配到现场，便于分散控制，降低了事故发生对整个系统造成 的影响.2系统硬件设计JX-300XP硬件包括控制站硬件，操作站硬件 和网络硬件3部分(图2).DCS控制对象主要有 反应塔压力，反应塔温度，料位探测仪，甲醇流量，甲醛流量及调节阀等.监控系统硬件由电源单 元，CPU单元，输入输出单元，通讯单元，操作站和 网络部件构成.图2系统硬件总图 2.1控制站硬件控制站硬件包括机柜，机笼及系统供电，主控 制卡(CPU)，数据转发卡和I/O卡件I4J其中 机笼分为电源机笼和卡件机笼.电源机笼可以配 置4个电源模块;卡件机笼主要放置各类卡件，一 个卡件机笼有20个槽位,用来

5、放置两块主控制 卡，两块数据转发卡和16块I/O卡件.机笼背面 有4个SBUSS2网络接口，一组电源接线端子和16个I/O端子接口插座.系统采用双路交流供电，两路220V交流电冗余配电，一路通过UPS给 系统供电，一路直接给系统供电.2.2操作站硬件操作站负责显示控制站采集的信号点，并下 达操作员的命令到控制站，同时对一些实时或历 史的数据进行保存，它是DCS中不可缺少的硬件 组成部分.操作站的硬件由工控PC机(包括计 算机主机，显示器及操作员键盘等)，操作台，打 印机和操作员软件狗组成.2.3网络硬件网络硬件包括网卡，通信线缆以及其它网络 辅助配件等，它负责控制站和操作站之间或操作 站与操作

6、站之间不同设备的信息传输，并实现系 统规模的扩展.3系统软件设计针对晋煤明水化工集团有限公司甲醛生产系 统的特点，为实现甲醛生产系统长周期安全稳定 运行，对原中控版本的AdvantrolPro软件包进行 了改进与升级,在继承原版本软件功能丰富，界面 友好，使用简单等特点的基础上，形成了更为丰富 的软件包，特别完善了防爆曲线监控软件.为保证安全生产，要求使甲醇和蒸汽混合后温度控制在规定的范围内.如果温度超出允许 的范围，则会因为反应剧烈，不可控制而产生爆 炸，这是非常危险的情况.为了有效监视该反应 过程混合气体的温度情况,并以直观的形象表示 出来，同时给出报警指示信息，以指导生产操作人 员进行适

7、当的操作，需要一套计算机爆炸监控曲 线软件，完成对生产操作的监控.防爆曲线软件系统运行于windows2000+sp2 系统之上.防爆曲线软件有两种运行方式:一个 是模拟运算状态;一个是实际计算状态.模拟计 算状态可以模拟系统在模拟信号下计算的数值， 并显示出来;实际计算可用AdvanTrol.ProV2.40 自带的OPC软件与系统的通讯数据计算实际的 系统负荷工况下的各值，系统可以从模拟计算状 态切换到实际计算状态.监控爆炸曲线系统的要求较高，该系统的输 入有甲醇流量，蒸汽流量,补加蒸汽流量和与这些 流量相关的温度，压力以及物质的密度等j.根 据这些基本量来计算甲醇和蒸汽二者混合物的温 度

8、.同时根据用户提供的资料给出一个直观的画 面.画面包括甲醇溶解釜温度，蒸发器温度及过 热器出口温度.在功能上，要求该系统具有信息报警，记录轨迹，数据打印和曲线放大功能.防爆 曲线工作状态如图3所示.4卡件的选型和配置 4.1卡件选择步骤根据项目要求中的测点清单，分类统计出同 类信号的点数，对照卡件介绍查出该信号类型所 对应的接收卡件和每块卡件对该类型信号的最大 接收容量(即一块最多可带多少个点)，然后算出 这些信号点需要的卡件数，根据卡件数统计端子 板数量.本项目中，已知电流信号19点，考虑日 后扩展，预留备用通道5个，共24点，选择电流信 化工自动化及仪表第38卷 图3防爆曲线工作状态号输入

9、卡XP313，由于XP313卡是6路通道信号 输入，则需4块卡件，本项目中都选用端子板 XP520，一块端子板可供两块卡件使用.根据上 面的卡件选择及卡件数量统计，本项目需要配置 两个机笼，一个控制站.其中主控制卡和数据转 发卡设置冗余.4.2卡件布置设置为了使卡件能够按照要求工作，根据卡件选 择，系统规模设置及卡机排布原则，对卡件进行地址设置.主控制卡地址范围263,该项目中，地 址设置为2和3.由于数据转发卡地址范围是015，且必须从0开始,依次设置，因此第1机笼 地址是0和1，第2机笼的地址是2和3.4.3UPS及电源设置UPS即不间断电源，主要由充电器，整流器，电池组合及逆变器等部分组

10、成.根据项目实际要 求的带负荷能力和可靠性,选择了山特品牌，型号 为山特AUPS-6K，配套电池用德国阳光铅酸电 池.5组态设置及实时监控 完成测点统计和卡件选型工作，并对各卡件 进行合理布置后，对DCS的软件，硬件构成进行 配置即组态设计,包括控制站，操作站等硬件设 备在软件中的配置，操作画面设计，流程图绘制， 控制方案编写及报告制作等.操作人员操作台计算机的鼠标和键盘，通过 软件对象列表中相关对象的调用即可对生产系统 的运行设备仪表进行查看,调节和控制.主要实 现的操作功能有报警一览画面操作，系统总貌画 面操作，控制分组画面操作，趋势画面操作，流程图画面操作，报表画面操作，数据一览画面操作

11、以 及弹出式报警操作等.6结束语DCS控制系统已在山东晋煤明水化工集团有 限公司甲醛生产线上得以成功应用.该系统自投 运以来运行稳定，可靠，各项功能如数据采集，模 拟量控制，顺序控制和联锁以及人机操作界面等 功能都得以实现，保证了甲醛生产系统的安全运 行.通过应用DCS控制系统，使得操作人员能方 便地控制各种参数，确保了生产工艺流程的稳定 性，同时降低了操作人员的劳动强度，提高了系统 的安全性及工作效率，得到了用户的好评.参考文献1 王君红，刘宝，瞿虎.免疫智能控制算法在JX-300 DCS中的应用J.化工自动化及仪表，2009，36 (3):73 75.2 刘东红，牛军涛.一种分布式控制系统

12、的设计与应 用J/C)L.ID:412113，20114)1.3 王常力.分布式控制系统(DCS)设计与应用实例 M.第2版.北京:电子工业出版社，2004:362.4 吴锡祺，何镇湖.多级分布式控制与集散系统M. 北京:中国计量出版社，20ol:730.5 张则军，陈永明，罗麟.浅析DCS温度调节回路故障对生产影响的改进思路J.化工自动化及仪表，2008，35(4):8486.6 陈勇，何通能基于PLC的配料计量装置的设计J.自动化与仪表，2006,21:5254.7 詹飞,王燕红基于DCS的冶炼烟气制酸生产监控系统J.自动化技术与应用，2007，26(7):5254.DCSApplicationinFormaldehydeProductionUUZenghuan.YANGBing(l.CollegeoflnformationandElectricalEngineering，HebeiUniversityofEn gineering,Handan056038,China;2.ShandongSXCOALMingshuiChemicalGroupCo”，Zhangqiu250200，China)AbstractFeildJx一3 OO