基于JX300的無水酒精裝置控制系統(tǒng)設(shè)計

武丹 孟亞男 王強 王文琪

摘 要 在分析和研究無水酒精生產(chǎn)工藝要求和工藝流程的基礎(chǔ)上，進行無水酒精控制方案研究與確定，開發(fā)設(shè)計了基于JX300的無水酒精裝置控制系統(tǒng)。利用AdvanTrol?Pro系統(tǒng)組態(tài)軟件建立過程控制程序并繪制上位機監(jiān)控界面，實現(xiàn)無水酒精生產(chǎn)過程的自動控制。

關(guān)鍵詞 過程控制 系統(tǒng)組態(tài) 無水酒精 JX300 脫水

中圖分類號 TP273? ?文獻標識碼 B? ?文章編號 1000?3932（2023）03?0361?05

作者簡介：武丹（1990-），碩士研究生，從事先進控制理論在實際工程中應用以及集散控制系統(tǒng)的開發(fā)應用工作。

通訊作者：孟亞男（1969-），教授，從事先進控制理論在實際工程中應用以及集散控制系統(tǒng)的開發(fā)應用工作，506407682@qq.com。

引用本文：武丹，孟亞男，王強，等.基于JX300的無水酒精裝置控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.化工自動化及儀表，2023，50（3）：361-364；370.

無水酒精作為一種基礎(chǔ)化工原料，在化工、醫(yī)藥、化妝品及農(nóng)藥等各行業(yè)中均有大量應用［1］。無水酒精可以作為燃料，而部分燃料酒精可以代替石油能源。在未來的二十年中，隨著對石油資源的不斷消耗，用可再生資源（生物源）來替代石油是大勢所趨，特別是燃料乙醇是由生物法生產(chǎn)，對環(huán)境影響較小。因此將乙醇作為能源具有非常重要的意義和可行性［2］。

在無水酒精工業(yè)中，應當應用先進的技術(shù)和管理方法，逐步降低成本，增加制品的產(chǎn)量和品質(zhì)。筆者通過分析和研究無水酒精生產(chǎn)工藝要求和工藝流程，研究并確立無水酒精控制系統(tǒng)方案，設(shè)計開發(fā)了基于JX300的無水酒精裝置控制系統(tǒng)，完成過程和設(shè)備參數(shù)檢測、顯示和控制功能，設(shè)計控制程序并通過聯(lián)鎖程序?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備的安全保護。

1 無水酒精生產(chǎn)工藝

無水酒精的生產(chǎn)設(shè)備主要有粗餾塔、精餾塔、吸附塔、冷凝器及成品罐等。無水酒精的生產(chǎn)過程是以工業(yè)乙醇（C2H5OH含量約95%，H2O含量約5%）為原料，通過蒸餾脫水等一系列工藝，使C2H5OH含量提高到99.5%以上，從而制備成無水酒精。因此，脫水是生產(chǎn)無水酒精的關(guān)鍵工序，對于這部分的控制在工業(yè)生產(chǎn)中有多種方案［3］。

無水酒精制備工藝流程如圖1所示，原料液乙醇進入粗餾塔，在再沸器產(chǎn)生的加熱介質(zhì)的作用下，塔頂產(chǎn)出物料送入精餾塔，塔底產(chǎn)出廢液排出，廢液根據(jù)不同生產(chǎn)工藝進行處理。粗酒精在精餾塔中反應后，塔頂采出汽相部分送至吸附塔的加熱器，塔底產(chǎn)出的工藝廢水排出系統(tǒng)。精餾塔塔頂產(chǎn)出蒸汽經(jīng)加熱器加熱，自下而上通過吸附塔進行脫水操作，脫水后的酒精蒸汽進入產(chǎn)品冷凝器冷凝，冷凝液送入成品罐，使酒精蒸汽在一定溫度下成為無水酒精［4］。

2 系統(tǒng)硬件配置

本系統(tǒng)共有69個模擬量輸入（包括23個兩線制變送器、12個調(diào)節(jié)閥開度反饋信號、24個Pt100）、12個模擬量輸出、22個數(shù)字量輸入、13個數(shù)字量輸出。根據(jù)總的I/O點數(shù)和控制要求，選擇某企業(yè)JX300集散控制系統(tǒng)設(shè)計無水酒精裝置控制系統(tǒng)，完成過程和設(shè)備參數(shù)檢測、顯示和控制功能，具體硬件配置見表1。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計與開發(fā)

AdvanTrol?Pro軟件包是基于Windows操作系統(tǒng)的自動控制應用軟件平臺，在集散控制系統(tǒng)中可以完成系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)服務(wù)和實時監(jiān)控功能［5］。

3.1 控制站I/O組態(tài)

I/O組態(tài)就是對硬件進行參數(shù)設(shè)置。本設(shè)計共有8塊XP351標準電流信號輸入卡，均放在SC2?1機籠，組態(tài)時選擇“I/O卡件”界面，點擊“增加”按鈕，選擇主控制卡“SC2?1”，選擇數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡“SC2?1”，對標準電流信號輸入卡進行參數(shù)設(shè)置（圖2）。

3.2 自定義變量定義

選擇工具欄“變量”圖標中“自定義聲明”對話框，進行設(shè)置。

1字節(jié)變量主要用于閥門自動和手動狀態(tài)顯示，當變量為1時表示自動，為0時表示手動。2字節(jié)變量用于蝶閥順序控制計時，數(shù)據(jù)類型為無符號整數(shù)，選擇“2字節(jié)變量”標簽頁，點擊“增加”按鈕，輸入No（地址號）、位號、注釋及上限等參數(shù)，完成變量定義。8字節(jié)變量用于記錄流量累積值，數(shù)據(jù)類型為累積量。選擇“8字節(jié)變量”標簽頁，點擊“增加”按鈕，輸入No（地址號）、位號、量程及系數(shù)等參數(shù)，完成變量定義。

3.3 圖形化語言編程

圖形編程軟件是集散控制系統(tǒng)軟件的重要組成部分。圖形化編程軟件具有靈活的在線調(diào)試功能，使得枯燥乏味的編程變得方便快捷。圖形編程包括梯形圖、功能塊圖、順控圖和ST段落。

3.4 系統(tǒng)程序編制

順控程序用于實現(xiàn)13個蝶閥按時序順序控制的功能，主要應用TEXTCODE模塊。該模塊的功能是使用ST語言編制自定義子程序?qū)崿F(xiàn)相關(guān)控制。如圖3所示，蝶閥報警程序用于實現(xiàn)蝶閥出現(xiàn)故障時通過聯(lián)鎖實現(xiàn)聲、光報警功能，及時提醒操作人員處理。程序編制中主要用到TON定時器、RS觸發(fā)器及OR_BOOL、AND_BOOL、TP脈沖等進行順控程序的編制。

流量累積程序用于實現(xiàn)現(xiàn)場流量參數(shù)累積功能和清零功能，以便工藝對流量參數(shù)進行計量。程序編制中主要用到GE_SFLOAT模塊、SEL_SFLOAT模塊、TOTAL_ACCUM模塊和SUB_ACCCUM模塊。

3.5 監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)

所選JX300 DCS具有非常強大的實時監(jiān)控功能。系統(tǒng)主要界面有：系統(tǒng)總貌、趨勢界面、流程界面和報警界面，通過這些界面可以輕松掌握設(shè)備的運行情況并對需要調(diào)整的參數(shù)進行修改［6］。根據(jù)無水酒精工藝需要，設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)了工藝流程繪制、動態(tài)效果實現(xiàn)、趨勢曲線繪制和報警功能。

工藝流程圖是顯示被控設(shè)備運行狀態(tài)和掌握整體生產(chǎn)情況的重要界面。操作人員可以通過工藝流程圖進行設(shè)備參數(shù)的調(diào)整和設(shè)備的啟停，可以通過軟件中的工具包對圖形進行設(shè)置，繪制出每道工序的工藝流程圖。圖4所示為吸附塔系統(tǒng)工藝流程圖，通過設(shè)置動態(tài)效果，可使流程圖隨設(shè)備數(shù)值變化。

語音報警功能在監(jiān)控系統(tǒng)中也十分重要，一旦數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常或設(shè)備發(fā)生故障，上位機會啟動語音報警功能通知操作人員，實時做出決策，及時排除故障，防止意外事故發(fā)生［7］。

4 結(jié)束語

本設(shè)計主要應用JX300集散控制系統(tǒng)對無水酒精的制備過程控制系統(tǒng)進行了設(shè)計與開發(fā)，使用AdvanTrol?Pro軟件實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的組態(tài)、監(jiān)控及報警等功能。在酒精工業(yè)生產(chǎn)日趨復雜化、連續(xù)化、自動化的情況下，該方案為選用功能完備、操作方便、成本低廉的設(shè)備提供了一定的參考，并且提高了經(jīng)濟效益和安全性。

參 考 文 獻

［1］ 趙學全，孫洪濤.HOLLIAS MACSⅤ系統(tǒng)在無水酒精中的應用［J］.化工自動化及儀表，2012，39（9）：1200-1203.

［2］ 陳治，陳冠雄，趙政.PLC在燃料乙醇控制系統(tǒng)的應用［J］.自動化與儀表，2004（4）：87-89.

［3］ 陳鐵軍，畢克宏，劉偉.基于鏈系統(tǒng)的酒精精餾控制技術(shù)的研究［J］.釀酒科技，2008（11）：39-42.

［4］ 李穎斌.無水酒精控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.赤子（上中旬），2014（19）：282；315.

［5］ 朱靜山.AdvanTrol?Pro（v2.50）學習版軟件在DCS實訓教學中的使用［J］.化工管理，2013（4）：125-126.

［6］ 賈節(jié)罡，張慶國，朱曉軍.基于AdvanTrol?Pro集散控制系統(tǒng)在造紙自備電廠鍋爐脫硫、脫硝中的應用［J］.中華紙業(yè)，2014，35（10）：62-64.

［7］ 孟亞男，孫銘，潘威，等.基于Lora技術(shù)的集中供熱系統(tǒng)研究與應用［J］.吉林化工學院學報，2021，38（5）：7-10.

（收稿日期：2022-10-14，修回日期：2023-04-07）

Design of Control System for Absolute Alcohol Device Based on JX300

WU Dan1， MENG Ya?nan1， WANG Qiang2， WANG Wen?qi3

（1. College of Information and Control Engineering， Jilin Institute of Chemical Technology；

2. China Resources Beer （Jilin） Company Limited； 3. Jinlin Chuangying Auto?control Equipment Co.， Ltd.）

Abstract? ?Based on analyzing and investigating both requirements and? process? of absolute alcohol production， the control scheme for it was discussed and determined， including the development of its control system based on JX300. Through making use of AdvanTrol?PRO system configuration software to establish the process control program and draw monitoring picture of the upper computer， the auto?control of the absolute alcohols productive process was realized.

Key words? ?process control， system configuration， absolute alcohol， JX300，dehydration