DeltaV DCS在復極式離子膜電解裝置中的應用
Fisher—Rosemount公司依據(jù)現(xiàn)場總線FF標準設計了兼容現(xiàn)場總線功能的全新控制系統(tǒng)DehaVDCS。1996年DehaV系統(tǒng)一投入市場立即受到過程工業(yè)界的廣泛青睞.中石化江漢油田分公司鹽化工總廠于2001年成功地在復極式離子膜電解裝置采用了該系統(tǒng),成為DehaV DCS在氯堿行業(yè)的成功應用范例
1 DeltaV DCS的特點
DeltaV充分發(fā)揮眾多DCS系統(tǒng)的優(yōu)勢,如系統(tǒng)的安全性、冗余功能、集成的用戶界面、信息集成等.同時克服了傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)的不足.具有規(guī)模靈活可變、使用簡單、維護方便的特點,它是代表DCS系統(tǒng)發(fā)展趨勢的新一代控制系統(tǒng),其主要特點如下。
?。?)系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完全符合現(xiàn)場總線(VV)標準,在實行DCS所有功能的同時,可以毫無障礙地支持將來FF功能的現(xiàn)場總線設備。
?。?)即插即用、自動識別系統(tǒng)硬件的功能大大降低了系統(tǒng)安裝、組態(tài)及維護的工作量。
?。?)內(nèi)置的智能設備管理系統(tǒng)(AMS)對智能設備進行遠程診斷、預維護.減少企業(yè)因儀表、閥門等故障引起的非計劃停車,延長連續(xù)生產(chǎn)周期.保證生產(chǎn)的平穩(wěn)性。
?。?)DehaV 系統(tǒng)的流程圖組態(tài)軟件采用Intellution公司的最新控制軟件iFix.并支持VBA編程.使用戶可隨心所欲開發(fā)最出色的流程畫面。
?。?)友好方便的人機界面,設計人員可進行可視化設計,操作人員可快速方便地掌握操作,提高了生產(chǎn)效率。
2 主要控制回路的設計
復極式電解裝置工藝參數(shù)控制涉及流量、溫度、壓力、液位4個方面共15個控制回路,除樹脂塔純水流量、氯氫壓差控制外,均為單回路PID控制。為保證可靠性,在設計中.這些回路均采用DCS內(nèi)置的冗余P1D模塊,在參數(shù)整定上,技術(shù)人員利用DCS提供的回路整定軟件(DELTAV Tune),通過對實際特性曲線和理想曲線比較來取舍調(diào)整參數(shù),整個過程通過系統(tǒng)軟件自動完成,從而縮短了整定時間并提高了控制質(zhì)量。在控制策略的設計方面,如果模擬量輸入是在非冗余卡上,則為它設計單獨的模塊,而對于冗余卡件上的模擬量則設計冗余模擬輸入模塊。對于控制回路,采用PID—LOOP模板進行設計,對DI、DO的處理也是利用相應的模板模塊和功能塊來實現(xiàn)。全系統(tǒng)共245個模塊,對于重要參數(shù),定義歷史數(shù)據(jù)收集,操作人員可查看一定期限內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)和歷史趨勢,也可查看實時數(shù)據(jù)趨勢。
3 控制難點及其控制策略
復極式電解裝置中的控制難點在于鰲合樹脂塔的工藝控制。其工藝過程如下:過濾后的鹽水在進入復極式電解槽之前.需要經(jīng)過離子交換樹脂塔處理.利用樹脂的較強選擇流通性吸附鹽水中的鈣、鎂等金屬離子。采用了3臺樹脂塔串聯(lián)運行,每個塔的再生過程分為9個步驟,即水洗1;反洗;酸再生;水洗2;堿再生;水洗3;靜置1;置換;靜置2。當一塔再生時,另外2塔串聯(lián)供鹽水濾過,3塔循環(huán)再生。采用DELTAV系統(tǒng)的順序控制功能塊進行編程,要點如下。
?。?)樹脂塔進純水流量控制。在不同的再生階段控制模塊中的給定值不同。
?。?)自動狀態(tài)。在這個狀態(tài)中,操作工只需點擊“開始”按鈕.系統(tǒng)自動執(zhí)行全部3個塔的全部再生過程。直至根據(jù)工藝需要強行中止(按下停止按鈕)。對于3個塔再生過程的27個步驟.在程序中定義了27個step.在這27個step中將所有開關閥的狀態(tài)賦值。并對各個step中的純水流量給定值賦值。在其中1個塔的再生過程結(jié)束后,通過編程自動切換到其他塔。
(3)半自動狀態(tài)。系統(tǒng)提示選擇塔號,在操作人員選擇塔號后自動執(zhí)行所選塔的再生過程,結(jié)束后再提示選擇塔號。
?。?)手動狀態(tài)。系統(tǒng)提示選擇塔號,然后提示選擇再生步驟。在操作工選擇塔號和步驟后,選中的塔進行選中的再生步驟。
通過以上控制過程可在線監(jiān)測再生時間和再生質(zhì)量,充分滿足了工藝控制要求。
4 工藝聯(lián)鎖的設計
工藝聯(lián)鎖系統(tǒng)是為了滿足生產(chǎn)過程對工藝參數(shù)越限報警或聯(lián)鎖保護而設計的。為了保證離子膜電解槽的安全運行,根據(jù)工藝提供的參數(shù)控制及設備狀態(tài)的聯(lián)鎖要求,利用DCS的邏輯判斷、邏輯運算功能,設計出聯(lián)鎖控制圖。
為了便于監(jiān)視和控制,制作了一張聯(lián)鎖流程圖,顯示出與聯(lián)鎖有關的所有工藝條件。當發(fā)生電解整流跳閘時,引起跳閘的工藝條件變成紅色閃爍狀態(tài),并發(fā)生聲音示警.除在計算功能塊中做出相應處理外(如自動關整流器、相應閥動作、停泵等),操作人員也可及時了解跳閘原因,進行停車操作。為了將停車事故的數(shù)量降到最低點.根據(jù)工藝需要設置了許多工藝報警,并進行等級分類.同時系統(tǒng)提供的時間記錄器,可記錄每一次報警。此外,考慮到聯(lián)鎖控制是以工藝條件正常為前題設計的.因此專門設置聯(lián)鎖投運、聯(lián)鎖解除2個按鈕。開車時,選擇解除聯(lián)鎖,使整流器能送上電:處于正常狀態(tài)后.選擇聯(lián)鎖投運,防止出現(xiàn)異常事故。
5 裝置運行情況
2001年該廠第1套復極式電解裝置投運以來.運行穩(wěn)定,控制功能完全滿足工藝的控制要求。
?。?)實現(xiàn)了氯堿生產(chǎn)的全自動控制,達到了預期的目的,取得了很好的控制效果。同時和整流控制系統(tǒng)以及后續(xù)氯氣處理控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交流暢通。系統(tǒng)協(xié)調(diào)能力較好。整個生產(chǎn)過程的自動化水平得到很大提高。
?。?)系統(tǒng)投入運行后,大大減少了操作人員的勞動強度.各項工藝控制指標符合要求。
(3)系統(tǒng)充分考慮到各種事故的應急控制方案,對保護工藝裝置以及安全運行起到了很好的作用。
1 DeltaV DCS的特點
DeltaV充分發(fā)揮眾多DCS系統(tǒng)的優(yōu)勢,如系統(tǒng)的安全性、冗余功能、集成的用戶界面、信息集成等.同時克服了傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)的不足.具有規(guī)模靈活可變、使用簡單、維護方便的特點,它是代表DCS系統(tǒng)發(fā)展趨勢的新一代控制系統(tǒng),其主要特點如下。
?。?)系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完全符合現(xiàn)場總線(VV)標準,在實行DCS所有功能的同時,可以毫無障礙地支持將來FF功能的現(xiàn)場總線設備。
?。?)即插即用、自動識別系統(tǒng)硬件的功能大大降低了系統(tǒng)安裝、組態(tài)及維護的工作量。
?。?)內(nèi)置的智能設備管理系統(tǒng)(AMS)對智能設備進行遠程診斷、預維護.減少企業(yè)因儀表、閥門等故障引起的非計劃停車,延長連續(xù)生產(chǎn)周期.保證生產(chǎn)的平穩(wěn)性。
?。?)DehaV 系統(tǒng)的流程圖組態(tài)軟件采用Intellution公司的最新控制軟件iFix.并支持VBA編程.使用戶可隨心所欲開發(fā)最出色的流程畫面。
?。?)友好方便的人機界面,設計人員可進行可視化設計,操作人員可快速方便地掌握操作,提高了生產(chǎn)效率。
2 主要控制回路的設計
復極式電解裝置工藝參數(shù)控制涉及流量、溫度、壓力、液位4個方面共15個控制回路,除樹脂塔純水流量、氯氫壓差控制外,均為單回路PID控制。為保證可靠性,在設計中.這些回路均采用DCS內(nèi)置的冗余P1D模塊,在參數(shù)整定上,技術(shù)人員利用DCS提供的回路整定軟件(DELTAV Tune),通過對實際特性曲線和理想曲線比較來取舍調(diào)整參數(shù),整個過程通過系統(tǒng)軟件自動完成,從而縮短了整定時間并提高了控制質(zhì)量。在控制策略的設計方面,如果模擬量輸入是在非冗余卡上,則為它設計單獨的模塊,而對于冗余卡件上的模擬量則設計冗余模擬輸入模塊。對于控制回路,采用PID—LOOP模板進行設計,對DI、DO的處理也是利用相應的模板模塊和功能塊來實現(xiàn)。全系統(tǒng)共245個模塊,對于重要參數(shù),定義歷史數(shù)據(jù)收集,操作人員可查看一定期限內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)和歷史趨勢,也可查看實時數(shù)據(jù)趨勢。
3 控制難點及其控制策略
復極式電解裝置中的控制難點在于鰲合樹脂塔的工藝控制。其工藝過程如下:過濾后的鹽水在進入復極式電解槽之前.需要經(jīng)過離子交換樹脂塔處理.利用樹脂的較強選擇流通性吸附鹽水中的鈣、鎂等金屬離子。采用了3臺樹脂塔串聯(lián)運行,每個塔的再生過程分為9個步驟,即水洗1;反洗;酸再生;水洗2;堿再生;水洗3;靜置1;置換;靜置2。當一塔再生時,另外2塔串聯(lián)供鹽水濾過,3塔循環(huán)再生。采用DELTAV系統(tǒng)的順序控制功能塊進行編程,要點如下。
?。?)樹脂塔進純水流量控制。在不同的再生階段控制模塊中的給定值不同。
?。?)自動狀態(tài)。在這個狀態(tài)中,操作工只需點擊“開始”按鈕.系統(tǒng)自動執(zhí)行全部3個塔的全部再生過程。直至根據(jù)工藝需要強行中止(按下停止按鈕)。對于3個塔再生過程的27個步驟.在程序中定義了27個step.在這27個step中將所有開關閥的狀態(tài)賦值。并對各個step中的純水流量給定值賦值。在其中1個塔的再生過程結(jié)束后,通過編程自動切換到其他塔。
(3)半自動狀態(tài)。系統(tǒng)提示選擇塔號,在操作人員選擇塔號后自動執(zhí)行所選塔的再生過程,結(jié)束后再提示選擇塔號。
?。?)手動狀態(tài)。系統(tǒng)提示選擇塔號,然后提示選擇再生步驟。在操作工選擇塔號和步驟后,選中的塔進行選中的再生步驟。
通過以上控制過程可在線監(jiān)測再生時間和再生質(zhì)量,充分滿足了工藝控制要求。
4 工藝聯(lián)鎖的設計
工藝聯(lián)鎖系統(tǒng)是為了滿足生產(chǎn)過程對工藝參數(shù)越限報警或聯(lián)鎖保護而設計的。為了保證離子膜電解槽的安全運行,根據(jù)工藝提供的參數(shù)控制及設備狀態(tài)的聯(lián)鎖要求,利用DCS的邏輯判斷、邏輯運算功能,設計出聯(lián)鎖控制圖。
為了便于監(jiān)視和控制,制作了一張聯(lián)鎖流程圖,顯示出與聯(lián)鎖有關的所有工藝條件。當發(fā)生電解整流跳閘時,引起跳閘的工藝條件變成紅色閃爍狀態(tài),并發(fā)生聲音示警.除在計算功能塊中做出相應處理外(如自動關整流器、相應閥動作、停泵等),操作人員也可及時了解跳閘原因,進行停車操作。為了將停車事故的數(shù)量降到最低點.根據(jù)工藝需要設置了許多工藝報警,并進行等級分類.同時系統(tǒng)提供的時間記錄器,可記錄每一次報警。此外,考慮到聯(lián)鎖控制是以工藝條件正常為前題設計的.因此專門設置聯(lián)鎖投運、聯(lián)鎖解除2個按鈕。開車時,選擇解除聯(lián)鎖,使整流器能送上電:處于正常狀態(tài)后.選擇聯(lián)鎖投運,防止出現(xiàn)異常事故。
5 裝置運行情況
2001年該廠第1套復極式電解裝置投運以來.運行穩(wěn)定,控制功能完全滿足工藝的控制要求。
?。?)實現(xiàn)了氯堿生產(chǎn)的全自動控制,達到了預期的目的,取得了很好的控制效果。同時和整流控制系統(tǒng)以及后續(xù)氯氣處理控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交流暢通。系統(tǒng)協(xié)調(diào)能力較好。整個生產(chǎn)過程的自動化水平得到很大提高。
?。?)系統(tǒng)投入運行后,大大減少了操作人員的勞動強度.各項工藝控制指標符合要求。
(3)系統(tǒng)充分考慮到各種事故的應急控制方案,對保護工藝裝置以及安全運行起到了很好的作用。
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