DCS 系統在硫酸制造中的應用

張綿慧 薛向軍 唐澎開

（山東招金金銀精煉有限公司 山東 招遠 265400）

0 引言

招金貴和科技有限公司，主要金銀氰化尾渣為原料生產制造硫酸為主。 該硫酸生產和余熱發電項目于2010 年05 月投入生產，自動化控制系統采用浙江中控JX－300XP DCS 系統。JX－300XP 系統是浙江中控在吸取國內外DCS 先進技術，結合最新計算機技術、通訊技術、自動化控制技術等先進理論而開發的全數字化控制系統。 在技術性能和功能等各項指標方面能與國外著名系統競爭的DCS 系統，它代表國產DCS系統的最高水平， 因此也是民族工控產品的代表作。 Web-Field JX－300XP 系統是目前國內應用最廣泛的單一型號控制系統產品，在化工、石化、冶金、建材等多個流程工業。 該系統全智能化設計，實現了熱冗余和故障自診斷功能。 對生產過程實現計算機監控，具有可靠性高，適用性強等優點，是一套技術成熟、性能穩定、功能完善、經濟實惠控制系統。 大大提高了硫酸生產效率，節省了大量勞動力，也為安全生產提供了有力保障。

1 硫酸生產及余熱發電工藝

工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 硫酸生產及余熱發電工藝流程圖

2 DCS 體系結構設計

2.1 DCS 系統結構

DCS 系統結構參見圖2。

2.2 管理監控層

該DCS 控制系統上層共配置了5 個操作站， 按工段劃分，硫酸生產工段三個操作站：一個工程師站（兼操作員站），兩個操作員站。 其中把工程師站和一個操作員站配置硫酸生產總控室，另外一個操作員站配置焙燒工段控制室。 余熱發電工段兩個操作站:一個工程師站（兼操作員站），一個操作員站，兩個站都配置在發電控制室。 所有操作站監控軟件均采用浙大中控實時監控軟件包AdvanTrol 作為監控平臺， 且運行獨立工程，其中一臺退出不會影響其他計算機運行。 工程師站上還安裝了AdvanTrol 組態軟件包， 用來對系統進行組態維護。

圖2 DCS 系統結構圖

2.3 現場控制站

該DCS 控制系統共配置了三個控制站:硫酸生產工段兩個控制站，余熱發電工段一個控制站。 每個控制站主控制卡、數據轉發卡、供電單元及有重要控制回路I/O 卡件都采用1:1冗余配置。

2.4 網絡冗余

系統采用雙高速冗余工業以太網SCnet Ⅱ作為其過程控制網絡。 它直接連接系統控制站、操作站、工程師站、通訊接口單元等。 JX－300X DCS 系統SCnet Ⅱ網絡采用雙重化冗余結構。 其中任一條通訊線發生故障情況下，通訊網絡仍保持正常數據傳輸。系統內部采用SBUS 冗余高速數據網絡，是主控制卡、數據轉發卡等卡件信息通道，主要功能是擴展I/O機籠單元和機柜。

2.5 I/O 模塊配置

硫酸生產工藝要求（以設計圖紙為主），我們對現場各個設備測點考察后，統計出了各個工段測點數量，制酸系統和余熱發電系統劃分，如表1 所示。

自動化工程設計原則， 設計配置中充分考慮了測點余量。 測點設計配置，結合浙大中控JX－300X DCS 系統I/O 模塊特點，筆者給出該DCS 系統I/O 模塊配置，如表2 所示。

表1 系統I/O 點統計

表2 控制站I/O 模塊配置

3 系統控制功能設計

該DCS 系統實現了各工段重要測點數據上位機實時采集和顯示；實現了按工藝要求參數（高低限）進行實時報警功能，對現場幾十臺調節閥和三臺變頻器自動控制；實現了安全生產聯鎖控制，以及DCS 系統與他廠家PLC、可編程控制器之間通訊。

3.1 凈化工段增濕塔溫度聯鎖控制

凈化工段增濕塔T301 氣體出口有三個溫度測點， 位號分別為TE－301a，TE－301b，TE－301c，實現溫度報警及三取二溫度聯鎖控制。即當溫度指示TIA－301a，TIA－301b，TIA－301c中有兩個溫度為≥70℃時， 去開電動閥門TV－301 和停SO2風機。 控制原理圖如圖3 所示。

圖3 增濕塔溫度聯鎖控制

3.2 余熱發電系統安全保護ETS聯鎖控制

該聯鎖控制是發電系統最重要， 也是最復雜聯鎖控制，實現該聯鎖控制， 余熱發電系統才能安全有序投入生產，否則后果不堪設想。 該聯鎖控制原理：首先，對工藝要求條件分別聯鎖，即對現場儀表采集數據工藝要求參數（高低限報警）進行設置，利用邏輯關系實現條件聯鎖。 然后利用條件聯鎖實現報警首出聯鎖，即發現最先產生報警參數。 最后實現因報警而產生安全動作聯鎖。 保證整個發電系統安全。 聯鎖圖如圖4 所示。

圖4 余熱發電系統安全保護ETS 聯鎖控制

3.3 其他廠家PLC 和模塊通訊

浙大中控JX－300XP DCS 系統通訊網絡上掛接通信接口單元（CIU）可實現與PLC 等數字設備連接。 該項目DCS 系統中，實現了與SO2 風機房GE PLC 和循環水工段泓格采集模塊I7188XA 和M7017 通訊。 通訊方式為485 總線， 協議為MODBUS_RTU。

另外還配置了兩臺UPS 電源:SANTAK 10KVA，15KVA不間斷電源。 DCS 系統所有用電都UPS 電源供給，市電停電時，UPS 電源仍然能夠提供1 小時以上供電， 保障DCS 系統操作、監控順利進行。

4 WEB 發布功能

考慮到投資成本， 在WEB 發布方面， 未采用浙江中控的， 而是采用的北京亞控的通用組態軟件KingView6.53 （含WEB 發布功能），通過工業標準通訊協議OPC，與JX－300XP DCS 進行通訊，然后通過KingView6.53 WEB 發布到企業網，企業管理層或相關部門有關人員可以在局域網內，實時監控到現場設備運行情況；實時了解現場重要測點測量值。 將北京亞控組態軟件與浙江中控的DCS 系統結合起來，可以說是不多見的，經過長期運行測試，運行結果穩定可靠。

5 結束語

該硫酸生產和余熱發電DCS 自動化系統從2010 年05月投入生產以來，運行情況良好，達到了預期目標，充分發揮了DCS 控制系統運行可靠，檢測靈活，維護方便優點。系統操作簡便、開放性強、性能價格比高。 DCS 系統應用大大提高了生產效率，節省了人力，降低了硫酸制造成本，并改善硫酸質量。 實踐表明DCS 工業生產中是大有作為。

加入了一些傳統硫酸生產工藝沒有安全聯鎖控制是項目創新點。 不僅實現與泓格控制模塊7188XA 通訊是對浙大中控DCS 應用突破；而且實現了其他廠家的組態軟件與浙江中控DCS 系統的通訊功能。對硫酸生產和余熱發電項目自動控制系統成功應用促進了硫酸生產行業向成本科技、效益管理轉變，同時，本系統應用為惡劣環境條件下生產過程自動控制提供了一個良好實例。