一體化綜合控制系統(tǒng)在精細(xì)醫(yī)藥化工生產(chǎn)基地的應(yīng)用

郝育紅

（冀中能源 峰峰集團(tuán)有限公司，河北 邯鄲056107）

0 引 言

隨著自動(dòng)化水平的不斷發(fā)展，一體化控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，在化工企業(yè)的應(yīng)用十分廣泛。提高化工生產(chǎn)的自動(dòng)化水平、降低各類安全風(fēng)險(xiǎn)，是當(dāng)前醫(yī)藥化工企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、保證安全生產(chǎn)的主要途徑。

本著“技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、降低操作風(fēng)險(xiǎn)”的原則，采用集中監(jiān)視、分散控制的方式，將生產(chǎn)過(guò)程中各類物料的溫度、壓力、流量、物位、pH值、成份、閥門(mén)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等工藝參數(shù)的指示、報(bào)警、聯(lián)鎖、調(diào)節(jié)、累積、記錄等均在集控系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。并在控制室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行各環(huán)節(jié)、裝置的實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)管控，使化工生產(chǎn)過(guò)程的參數(shù)監(jiān)視、工藝流程控制，生產(chǎn)安全管控等環(huán)節(jié)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

1 一體化控制系統(tǒng)控制方案步驟

1.1 一體化控制系統(tǒng)的功能

一體化控制系統(tǒng)的主要功能大體分為集散控制DCS系統(tǒng)、安全檢測(cè)SIS系統(tǒng)、有毒有害檢測(cè)GDS系統(tǒng)3個(gè)部分。

1.1.1 集散控制DCS系統(tǒng)

集散控制DCS系統(tǒng)主要是對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行中設(shè)備參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視、自動(dòng)控制、警報(bào)記錄。實(shí)時(shí)監(jiān)視是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)記錄，通過(guò)各類檢測(cè)儀表對(duì)相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集處理，準(zhǔn)確地反應(yīng)出生產(chǎn)情況,運(yùn)行操作人員可通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各類物料溫度、壓力、流量合理有效地控制，來(lái)保障生產(chǎn)的有序進(jìn)行。自動(dòng)控制是利用閉環(huán)控制原理、PID控制算法整定,實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)參數(shù)的自動(dòng)精確控制。警報(bào)功能是指DCS控制系統(tǒng)對(duì)于化工生產(chǎn)各類設(shè)備運(yùn)行參數(shù)超限的報(bào)警,能及時(shí)地反應(yīng)出生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)的各種異常情況并進(jìn)行解決。同時(shí)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的報(bào)警記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為事故參數(shù)分析、設(shè)備維修提供了可靠的數(shù)據(jù)。

1.1.2 安全檢測(cè)SIS系統(tǒng)

安全檢測(cè)SIS系統(tǒng)主要是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中重要的安全生產(chǎn)參數(shù)的安全監(jiān)測(cè)、聯(lián)鎖切斷關(guān)鍵設(shè)備，從而保證突發(fā)事故時(shí)人員及設(shè)備的安全。SIS系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)參數(shù)采取多通道冗余分析及品質(zhì)判斷，全面分析程序的各個(gè)指標(biāo)，調(diào)整好適合的參數(shù)，使系統(tǒng)的冗余計(jì)算功能發(fā)揮得更全面。聯(lián)鎖切斷是SIS系統(tǒng)安全保障的重要環(huán)節(jié)，系統(tǒng)通過(guò)可視化聯(lián)鎖邏輯輸出，可在設(shè)備發(fā)生異常情況時(shí)，迅速切斷關(guān)聯(lián)設(shè)備和管路。

1.1.3 有毒有害檢測(cè)GDS系統(tǒng)

有毒有害檢測(cè)GDS系統(tǒng)是對(duì)各類有毒有害氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警及處置設(shè)備的聯(lián)鎖控制。GDS系統(tǒng)通過(guò)接收可燃?xì)怏w探測(cè)器、有毒氣體探測(cè)器信號(hào)，顯示氣體濃度并實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，并具有相對(duì)獨(dú)立、互不影響的報(bào)警功能，區(qū)分和識(shí)別報(bào)警場(chǎng)所及記錄。

2 一體化控制系統(tǒng)在D-苯甘氨酸甲酯鹽酸鹽生產(chǎn)中的應(yīng)用

根據(jù)生產(chǎn)裝置的規(guī)模、工藝流程特點(diǎn)及操作要求，按工藝要求對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力、流量、液位、可燃?xì)怏w濃度等主要參數(shù)進(jìn)行集中檢測(cè)和控制。依據(jù)工藝特點(diǎn)及要求達(dá)到的控制目標(biāo)，配置工藝流程各環(huán)節(jié)所需要監(jiān)測(cè)的一次測(cè)量、調(diào)節(jié)控制、報(bào)警監(jiān)測(cè)等現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表。

設(shè)置控制室，實(shí)現(xiàn)全廠的統(tǒng)一調(diào)度，控制室設(shè)置在非爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所。其中包括機(jī)柜室和操作室，系統(tǒng)核心組成包括冗余控制器和I/O子站、供電設(shè)備、通訊設(shè)備、操作站、工程師站等。

產(chǎn)品生產(chǎn)采用氯化亞砜催化法工藝，主要原料為苯甘氨酸、甲醇和氯化亞砜。DCS控制系統(tǒng)將甲醇儲(chǔ)罐中的甲醇經(jīng)泵輸送至甲酯車(chē)間的甲醇計(jì)量罐，通過(guò)PID參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)定量計(jì)量后加入反應(yīng)釜；苯甘氨酸計(jì)量后投入反應(yīng)釜，控制系統(tǒng)通過(guò)控制負(fù)壓投入將氯化亞砜抽入氯化亞砜計(jì)量槽，經(jīng)過(guò)流量參數(shù)控制緩慢滴加入反應(yīng)釜；隨后通過(guò)對(duì)反應(yīng)釜溫度的自動(dòng)控制來(lái)反應(yīng)生成甲酯鹽酸鹽溶液，待反應(yīng)完畢后，系統(tǒng)控制移料閥將生成的甲酯鹽酸鹽溶液下卸料至離心機(jī)，通過(guò)控制離心機(jī)的頻率，將分離出的固體送至雙錐干燥機(jī)進(jìn)行自動(dòng)溫控烘干，最后烘干后的成品通過(guò)顆粒機(jī)粉碎后自動(dòng)封閉包裝，運(yùn)入廠區(qū)的成品倉(cāng)庫(kù)。

生產(chǎn)過(guò)程中系統(tǒng)將離心機(jī)分離出的母液，用泵打回反應(yīng)釜，實(shí)現(xiàn)循環(huán)套用。同時(shí)系統(tǒng)將反應(yīng)過(guò)程中、烘干過(guò)程中的尾氣通過(guò)控制三級(jí)膜吸收塔水吸收，一級(jí)填料塔氫氧化鈉吸收，對(duì)處理后的尾氣進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)參數(shù)達(dá)標(biāo)后排空。

上述生產(chǎn)過(guò)程控制中，為實(shí)現(xiàn)工藝流程的可靠、平穩(wěn)運(yùn)行，DCS控制系統(tǒng)利用PID調(diào)節(jié)、分程調(diào)節(jié)、選擇式調(diào)節(jié)、串級(jí)調(diào)節(jié)、順序控制、邏輯運(yùn)算和判斷。可自動(dòng)完成過(guò)程或設(shè)備的順序控制。每個(gè)調(diào)節(jié)回路都遵循各自的調(diào)節(jié)特性，同時(shí)在特殊工況下，會(huì)有所不同。在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)控制的同時(shí)，對(duì)采集到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)，同時(shí)建立過(guò)程變量的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，方便日后的分析。對(duì)發(fā)生的信號(hào)超出高、低限值以及通訊中斷發(fā)生報(bào)警和系統(tǒng)本身故障報(bào)警。

GDS系統(tǒng)對(duì)使用可燃?xì)怏w及有毒氣體的工藝裝置和儲(chǔ)存設(shè)施的區(qū)域內(nèi)設(shè)置監(jiān)測(cè)探頭，可能發(fā)生的可燃?xì)怏w和有毒氣體的泄漏進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到最高容許濃度時(shí)，自動(dòng)發(fā)生聲光報(bào)警以及啟動(dòng)排氣風(fēng)機(jī)。報(bào)警信號(hào)發(fā)送至控制室、現(xiàn)場(chǎng)操作室進(jìn)行報(bào)警。

SIS系統(tǒng)通過(guò)邏輯控制器、I/O模件、電源模件、內(nèi)部通信模件等硬件設(shè)備對(duì)甲醇各儲(chǔ)罐的液位、重要設(shè)備故障信號(hào)的三重化冗余監(jiān)測(cè)，獨(dú)立完成工藝裝置緊急狀態(tài)下的安全保護(hù)和緊急停車(chē)。同時(shí)SIS輔助操作臺(tái)上緊急停車(chē)手動(dòng)開(kāi)關(guān)的信號(hào)和報(bào)警信號(hào)硬接線連接到SIS系統(tǒng)。生產(chǎn)過(guò)程中SIS系統(tǒng)是完全獨(dú)立的，可獨(dú)立完成安全保護(hù)功能。

一般信號(hào)報(bào)警采用操作站實(shí)現(xiàn)，重要報(bào)警除操作站上顯示外，在輔助操作臺(tái)上設(shè)置有信號(hào)報(bào)警器。按鈕、開(kāi)關(guān)、信號(hào)報(bào)警器等與SIS系統(tǒng)為硬線連接。

工程師站用于DCS、SIS、GDS系統(tǒng)組態(tài)、編程、故障診斷、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、在線方案調(diào)整程序開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)診斷、控制系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)和畫(huà)面的組態(tài)、編輯及修改。同時(shí)可以離線和在線組態(tài)、修改、設(shè)置參數(shù)及系統(tǒng)維護(hù)。并具有離線仿真調(diào)試功能。歷史工作站用于記錄過(guò)程事件。過(guò)程事件從系統(tǒng)中檢索出來(lái)用于在線查看。

系統(tǒng)中所有的控制單元、通訊、電源及重要的輸入/輸出為1∶1冗余配置，保證控制系統(tǒng)安全可靠。與現(xiàn)場(chǎng)儀表聯(lián)系：需24VDC供電的現(xiàn)場(chǎng)儀表，其電源由系統(tǒng)供電。當(dāng)I/O卡不能供電時(shí)，系統(tǒng)同時(shí)提供單獨(dú)的24VDC電源。所有的氣動(dòng)閥門(mén)均按故障安全型設(shè)置，確保裝置在氣源故障的情況下處于安全位置。系統(tǒng)用電為兩路UPS電源UPS持續(xù)供電時(shí)間≥30 min。

3 應(yīng)用效果分析

在化工行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，需要控制的參數(shù)要素非常多，采用DCS控制系統(tǒng)可以對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行短時(shí)間處理。在生產(chǎn)過(guò)程中由于多因素影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)需要進(jìn)行個(gè)性化調(diào)整、自行檢驗(yàn)與校正，另外還需要抵抗外界干擾的問(wèn)題。通過(guò)DCS控制系統(tǒng)，可以輕松處理好在測(cè)量過(guò)程中遇到的問(wèn)題，降低了人工排查難度。同時(shí)靈活的可編程優(yōu)勢(shì)代替硬件的邏輯工作，從而作出精確計(jì)算。

甲醇的存儲(chǔ)、使用控制較為復(fù)雜，控制出現(xiàn)不當(dāng)極易出現(xiàn)災(zāi)難性事故。甲醇的溫度、液位是其重要的控制參數(shù)，當(dāng)溫度、液位超過(guò)了設(shè)定值時(shí)，SIS系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置將實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)值回傳至SIS系統(tǒng)。SIS系統(tǒng)則根據(jù)事先程序設(shè)定值將自動(dòng)啟動(dòng)聯(lián)鎖裝置，切斷甲醇繼續(xù)進(jìn)入罐體，使罐體不會(huì)因?yàn)槌萘俊⒊瑴囟l(fā)的危險(xiǎn)事故。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，一體化控制系統(tǒng)在整個(gè)化工生產(chǎn)的過(guò)程中起到了非常重要的作用，通過(guò)對(duì)于該系統(tǒng)功能應(yīng)用的了解，可以看出一體化控制系統(tǒng)可以極大地提高生產(chǎn)效率，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度、誤操作、保障生產(chǎn)過(guò)程中的人身安全和設(shè)備安全，從而帶來(lái)整個(gè)化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益提升，為我國(guó)化工行業(yè)控制方式發(fā)展做出貢獻(xiàn)。