DCS 系統(tǒng)在硫酸制造中的應(yīng)用

張綿慧 薛向軍 唐澎開(kāi)

（山東招金金銀精煉有限公司 山東 招遠(yuǎn) 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(chǎn)制造硫酸為主。 該硫酸生產(chǎn)和余熱發(fā)電項(xiàng)目于2010 年05 月投入生產(chǎn)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用浙江中控JX－300XP DCS 系統(tǒng)。JX－300XP 系統(tǒng)是浙江中控在吸取國(guó)內(nèi)外DCS 先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合最新計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)等先進(jìn)理論而開(kāi)發(fā)的全數(shù)字化控制系統(tǒng)。 在技術(shù)性能和功能等各項(xiàng)指標(biāo)方面能與國(guó)外著名系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)的DCS 系統(tǒng)，它代表國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)的最高水平， 因此也是民族工控產(chǎn)品的代表作。 Web-Field JX－300XP 系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的單一型號(hào)控制系統(tǒng)產(chǎn)品，在化工、石化、冶金、建材等多個(gè)流程工業(yè)。 該系統(tǒng)全智能化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了熱冗余和故障自診斷功能。 對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控，具有可靠性高，適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一套技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定、功能完善、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠控制系統(tǒng)。 大大提高了硫酸生產(chǎn)效率，節(jié)省了大量勞動(dòng)力，也為安全生產(chǎn)提供了有力保障。

1 硫酸生產(chǎn)及余熱發(fā)電工藝

工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 硫酸生產(chǎn)及余熱發(fā)電工藝流程圖

2 DCS 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 DCS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

DCS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖2。

2.2 管理監(jiān)控層

該DCS 控制系統(tǒng)上層共配置了5 個(gè)操作站， 按工段劃分，硫酸生產(chǎn)工段三個(gè)操作站：一個(gè)工程師站（兼操作員站），兩個(gè)操作員站。 其中把工程師站和一個(gè)操作員站配置硫酸生產(chǎn)總控室，另外一個(gè)操作員站配置焙燒工段控制室。 余熱發(fā)電工段兩個(gè)操作站:一個(gè)工程師站（兼操作員站），一個(gè)操作員站，兩個(gè)站都配置在發(fā)電控制室。 所有操作站監(jiān)控軟件均采用浙大中控實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件包AdvanTrol 作為監(jiān)控平臺(tái)， 且運(yùn)行獨(dú)立工程，其中一臺(tái)退出不會(huì)影響其他計(jì)算機(jī)運(yùn)行。 工程師站上還安裝了AdvanTrol 組態(tài)軟件包， 用來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)維護(hù)。

圖2 DCS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 現(xiàn)場(chǎng)控制站

該DCS 控制系統(tǒng)共配置了三個(gè)控制站:硫酸生產(chǎn)工段兩個(gè)控制站，余熱發(fā)電工段一個(gè)控制站。 每個(gè)控制站主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)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(wǎng)絡(luò)冗余

系統(tǒng)采用雙高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)SCnet Ⅱ作為其過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)。 它直接連接系統(tǒng)控制站、操作站、工程師站、通訊接口單元等。 JX－300X DCS 系統(tǒng)SCnet Ⅱ網(wǎng)絡(luò)采用雙重化冗余結(jié)構(gòu)。 其中任一條通訊線發(fā)生故障情況下，通訊網(wǎng)絡(luò)仍保持正常數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)內(nèi)部采用SBUS 冗余高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，是主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡等卡件信息通道，主要功能是擴(kuò)展I/O機(jī)籠單元和機(jī)柜。

2.5 I/O 模塊配置

硫酸生產(chǎn)工藝要求（以設(shè)計(jì)圖紙為主），我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)設(shè)備測(cè)點(diǎn)考察后，統(tǒng)計(jì)出了各個(gè)工段測(cè)點(diǎn)數(shù)量，制酸系統(tǒng)和余熱發(fā)電系統(tǒng)劃分，如表1 所示。

自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)原則， 設(shè)計(jì)配置中充分考慮了測(cè)點(diǎn)余量。 測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)配置，結(jié)合浙大中控JX－300X DCS 系統(tǒng)I/O 模塊特點(diǎn)，筆者給出該DCS 系統(tǒng)I/O 模塊配置，如表2 所示。

表1 系統(tǒng)I/O 點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

表2 控制站I/O 模塊配置

3 系統(tǒng)控制功能設(shè)計(jì)

該DCS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各工段重要測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)上位機(jī)實(shí)時(shí)采集和顯示；實(shí)現(xiàn)了按工藝要求參數(shù)（高低限）進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警功能，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)幾十臺(tái)調(diào)節(jié)閥和三臺(tái)變頻器自動(dòng)控制；實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)聯(lián)鎖控制，以及DCS 系統(tǒng)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(lián)鎖控制

凈化工段增濕塔T301 氣體出口有三個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)， 位號(hào)分別為TE－301a，TE－301b，TE－301c，實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警及三取二溫度聯(lián)鎖控制。即當(dāng)溫度指示TIA－301a，TIA－301b，TIA－301c中有兩個(gè)溫度為≥70℃時(shí)， 去開(kāi)電動(dòng)閥門TV－301 和停SO2風(fēng)機(jī)。 控制原理圖如圖3 所示。

圖3 增濕塔溫度聯(lián)鎖控制

3.2 余熱發(fā)電系統(tǒng)安全保護(hù)ETS聯(lián)鎖控制

該聯(lián)鎖控制是發(fā)電系統(tǒng)最重要， 也是最復(fù)雜聯(lián)鎖控制，實(shí)現(xiàn)該聯(lián)鎖控制， 余熱發(fā)電系統(tǒng)才能安全有序投入生產(chǎn)，否則后果不堪設(shè)想。 該聯(lián)鎖控制原理：首先，對(duì)工藝要求條件分別聯(lián)鎖，即對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表采集數(shù)據(jù)工藝要求參數(shù)（高低限報(bào)警）進(jìn)行設(shè)置，利用邏輯關(guān)系實(shí)現(xiàn)條件聯(lián)鎖。 然后利用條件聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)報(bào)警首出聯(lián)鎖，即發(fā)現(xiàn)最先產(chǎn)生報(bào)警參數(shù)。 最后實(shí)現(xiàn)因報(bào)警而產(chǎn)生安全動(dòng)作聯(lián)鎖。 保證整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)安全。 聯(lián)鎖圖如圖4 所示。

圖4 余熱發(fā)電系統(tǒng)安全保護(hù)ETS 聯(lián)鎖控制

3.3 其他廠家PLC 和模塊通訊

浙大中控JX－300XP DCS 系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)上掛接通信接口單元（CIU）可實(shí)現(xiàn)與PLC 等數(shù)字設(shè)備連接。 該項(xiàng)目DCS 系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了與SO2 風(fēng)機(jī)房GE PLC 和循環(huán)水工段泓格采集模塊I7188XA 和M7017 通訊。 通訊方式為485 總線， 協(xié)議為MODBUS_RTU。

另外還配置了兩臺(tái)UPS 電源:SANTAK 10KVA，15KVA不間斷電源。 DCS 系統(tǒng)所有用電都UPS 電源供給，市電停電時(shí)，UPS 電源仍然能夠提供1 小時(shí)以上供電， 保障DCS 系統(tǒng)操作、監(jiān)控順利進(jìn)行。

4 WEB 發(fā)布功能

考慮到投資成本， 在WEB 發(fā)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(tài)軟件KingView6.53 （含WEB 發(fā)布功能），通過(guò)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議OPC，與JX－300XP DCS 進(jìn)行通訊，然后通過(guò)KingView6.53 WEB 發(fā)布到企業(yè)網(wǎng)，企業(yè)管理層或相關(guān)部門有關(guān)人員可以在局域網(wǎng)內(nèi)，實(shí)時(shí)監(jiān)控到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況；實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)重要測(cè)點(diǎn)測(cè)量值。 將北京亞控組態(tài)軟件與浙江中控的DCS 系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，可以說(shuō)是不多見(jiàn)的，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行測(cè)試，運(yùn)行結(jié)果穩(wěn)定可靠。

5 結(jié)束語(yǔ)

該硫酸生產(chǎn)和余熱發(fā)電DCS 自動(dòng)化系統(tǒng)從2010 年05月投入生產(chǎn)以來(lái)，運(yùn)行情況良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，充分發(fā)揮了DCS 控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，檢測(cè)靈活，維護(hù)方便優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便、開(kāi)放性強(qiáng)、性能價(jià)格比高。 DCS 系統(tǒng)應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了人力，降低了硫酸制造成本，并改善硫酸質(zhì)量。 實(shí)踐表明DCS 工業(yè)生產(chǎn)中是大有作為。

加入了一些傳統(tǒng)硫酸生產(chǎn)工藝沒(méi)有安全聯(lián)鎖控制是項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)。 不僅實(shí)現(xiàn)與泓格控制模塊7188XA 通訊是對(duì)浙大中控DCS 應(yīng)用突破；而且實(shí)現(xiàn)了其他廠家的組態(tài)軟件與浙江中控DCS 系統(tǒng)的通訊功能。對(duì)硫酸生產(chǎn)和余熱發(fā)電項(xiàng)目自動(dòng)控制系統(tǒng)成功應(yīng)用促進(jìn)了硫酸生產(chǎn)行業(yè)向成本科技、效益管理轉(zhuǎn)變，同時(shí)，本系統(tǒng)應(yīng)用為惡劣環(huán)境條件下生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制提供了一個(gè)良好實(shí)例。