MX裝置吸附單元的主要控制及實際應用

摘 要：吸附單元為整個間二甲苯裝置生產(chǎn)最關鍵的單元，由兩個吸附室和一個24通道旋轉閥等組成。文章對該單元工藝控制過程進行了介紹，重點論述了控制方案的實施過程，包括采用ZTC功能、自動過程變量切換APS功能對吸附室的關鍵工藝參數(shù)進行控制、聯(lián)鎖。通過S7-400F/FH PLC系統(tǒng)對該單元進行了工程實際應用的實施，最終較好的實現(xiàn)了間二甲苯裝置增產(chǎn)的生產(chǎn)要求。

關鍵詞：吸附室；24通道旋轉閥；ZTC區(qū)域轉換；APS功能

1 生產(chǎn)流程描述

中石化北京燕山分公司間二甲苯裝置擴能改造項目是在原裝置的基礎上，利用原PX生產(chǎn)時閑置的吸附室，配上必須的國產(chǎn)24通道旋轉閥等組成新的吸附單元以及相應的控制系統(tǒng)，以使MX產(chǎn)量由原來的3.6萬噸/年擴量為8萬噸/年。整個間二甲苯生產(chǎn)裝置由異構單元、精餾單元和吸附單元三個單元組成，吸附單元是分離PX和MX最終的一個環(huán)節(jié)，也是最為關鍵的環(huán)節(jié)。整個吸附單元主要由兩個吸附室和一個24通道旋轉閥組成，其中每個吸附室有12個床層，床層之間用格柵分開，利用兩臺循環(huán)泵（連接12層/13層的為泵送回路，連接24層/1層的為壓送回路）首尾相連，使24個床層形成一個閉合回路，用兩臺循環(huán)泵來維持液流周期性地繞24個床層循環(huán)，旋轉閥定子上的24條工藝管線與吸附室對應的24個床層相連。通過旋轉閥的轉動，周期性地改變物料在吸附室中的進出口位置，使物料進出口位置沿著液體流動方向改變，吸附劑在吸附室中連續(xù)模擬上升，然后再由吸附室室頂返回底部，一直循環(huán)往復。

兩個吸附室共分為四個大區(qū)域，分別為：Ⅰ區(qū)為吸附區(qū)，Ⅱ區(qū)為精餾區(qū)，Ⅲ區(qū)為解吸區(qū)，Ⅳ區(qū)為緩沖區(qū)，在實際工藝中，為了提高MX的純度，還增加了三股物料，它們分別是Hi（解吸劑沖洗，ⅡA）、Ho（沖洗出口，ⅢA）、X（二次沖洗，ⅡB），因此整個模擬移動床共有七股物料，將24個床層分為七小區(qū)域。生產(chǎn)過程中，因為物料的注入或引出，在每個區(qū)域中，液體的實際流動速率是不同的。隨著24通道閥門的旋轉，各區(qū)域也沿吸附室向下移動，總的循環(huán)流量由兩個循環(huán)泵控制，依據(jù)哪一個區(qū)流經(jīng)環(huán)路泵，該泵以設定的不同流量來操作。

2 吸附單元主要聯(lián)鎖控制

整個吸附單元主要包括泵送環(huán)路流量的控制，自動過程變量切換APS功能、區(qū)域轉換控制ZTC功能、吸附室單元的聯(lián)鎖功能和旋轉閥自動步進順控、裝置聯(lián)鎖自保等復雜控制。由于篇幅限制，文章僅對泵送環(huán)流量控制、APS功能、ZTC功能及安全聯(lián)鎖功能做一介紹。

2.1 泵送環(huán)路流量控制

根據(jù)模擬移動床的原理，模擬移動床的各區(qū)域的泵送換流量具有不同的數(shù)值。以II區(qū)的流量K為基準，各區(qū)的泵送環(huán)流量分別為：

控制系統(tǒng)接受進出吸附系統(tǒng)的幾個工藝物料的流量信息并接受區(qū)域選擇信號，根據(jù)以上方程，不斷計算出兩臺循環(huán)泵泵送環(huán)流流量給定值，進行泵送環(huán)流流量的控制，兩臺泵循環(huán)流量控制如圖1所示。

其中循環(huán)泵回路中的兩個控制閥可以由操作人員根據(jù)工藝情況通過手動從A閥控制變?yōu)锽閥控制或A、B閥一起控制。

2.2 泵循環(huán)流量的區(qū)域轉換控制

在旋轉閥步進工作時，如果兩臺循環(huán)泵輸送流量涉及到區(qū)域變換時，就會導致泵回路流量控制器設定值發(fā)生變化，如果一個或幾個凈物流由一個吸附室控制過程中流量的控制是比較快的，但當流量的給定值變化很大，則會引起控制回路的振蕩，單純地依靠PID調(diào)節(jié)會可能難以消除或穩(wěn)定時間過長。為了提高控制的準確性和快速性，所以在控制系統(tǒng)中循環(huán)泵流量采用區(qū)域轉換控制的方式。區(qū)域轉換控制ZTC（以下簡稱ZTC）是一種直接將泵送循環(huán)回路和壓送循環(huán)回路控制閥的閥位回移到相同區(qū)域上一次控制室的位置上的方法，從而保持泵回路流量的嚴格控制。ZTC功能是一種比較先進的控制方式，集PID控制和閥位控制為一體。該控制方式需要對控制過程進行大量的數(shù)據(jù)記錄，系統(tǒng)通過記錄的數(shù)據(jù)判斷分析該控制回路的輸出值，將迅速調(diào)整到所需要的閥位上，然后再使系統(tǒng)恢復到PID控制方式。圖2是從Ⅳ區(qū)切換到I區(qū)的區(qū)域轉換原理圖。

區(qū)域轉換控制算法

就在區(qū)域轉變之前，ZTC算法會中止正常的泵回路控制器的PID算法，順次實現(xiàn)以下工作：

1）在旋轉閥“進”命令開始時，在t0時間內(nèi)將控制閥的輸出定為OPc。

OPc為泵回路控制在區(qū)域變化前的最后20秒鐘內(nèi)輸出的平均值。

t0是可由用戶調(diào)整的每個區(qū)的轉變時間，其范圍為0～2.0 秒，以0.1 秒為步長增加。

2）定時器到t0時間后，在t1時間內(nèi)將控制閥的輸出值設為OPx。通常由式（1）計算：

OPx-轉換初期控制器的輸出；t1-可由用戶調(diào)整的每個區(qū)域轉變時間，其范圍為0-2.0 秒，以0.1 秒為步長增加；OPp-控制器輸出值為OPx時的t1時間后控制器輸出所要的設定值；OPp是前一次旋轉閥周期結束后區(qū)域中第一床最后20 s內(nèi)控制器輸出的平均值。K-影響超調(diào)量總量的系數(shù)。

3）在定時器t1工作結束后，在t2內(nèi)控制閥輸出值定為OPp。

其中t2是由用戶可調(diào)的每個區(qū)的轉變時間，其范圍在0～5.0 秒，以0.1 秒為步長增加。

4）利用ZTC匹配常數(shù)，控制器可返回到自動PID模式。

ZTC與非ZTC匹配參數(shù)都是可以調(diào)整的，不論ZTC是否能用，在任何時候都可以調(diào)整設定的匹配參數(shù)。

2.3 自動過程變量切換APS功能

自動過程變量切換APS實際叫做自動過程參數(shù)切換控制，該功能的實現(xiàn)首先必須要有兩個檢測回路，系統(tǒng)始終在判斷和分析這兩個表的工作情況，如果判斷參與控制的檢測儀表出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會馬上切換到另外一臺備用的儀表上。

本項目中共有六個參數(shù)使用了雙測量回路，這六個回路都采用了APS控制，這六個參數(shù)分別是：壓送泵循環(huán)流量、進料流量、解吸劑流量、抽出液流量、解吸劑沖洗（Hi）流量、二次沖洗液（X）流量，六個物料流量所選用流量計均為透平流量計和文丘里或一體化孔板流量計。

為了APS功能準確工作，有幾個參數(shù)必須設定。第一設定的是分度限和分度延遲時間，分度限是透平測量值與孔板測量值所允許的最大差值，這個值是輸入儀表量程的百分數(shù)。當透平測量值和孔板測量值的差值超過分度限并且持續(xù)時間達到了規(guī)定的分度延遲時間，這時將有聲音報警。第二設定的輸入?yún)?shù)是測量值偏差極限和偏差滯后時間，這些參數(shù)決定自動過程變量切換。偏差極限是透平儀表測量值和孔板儀表測量值之間的偏差，達到偏差極限時說明測量儀表有故障。偏差限應稍大于分度限，偏差滯后時間要小于分度延遲時間。

當APS自動時，當透平儀表的測量與孔板儀表的測量之差在滯后時間內(nèi)超過偏離極限，并且定時器到達給定時間，控制系統(tǒng)則存儲當前孔板信號和當前控制閥輸出，偏離定時器開始工作。如果在設定的偏離滯后時間內(nèi)透平信號與孔板信號的偏離持續(xù)出現(xiàn)，并且定時器到達定時時間，則控制系統(tǒng)實現(xiàn)：

存儲當前孔板信號；

存儲當前控制閥輸出；

不論切換是否成功，相應回路的APS將失效；

激勵APS失效報警，通知操作人員該開關失效；

判斷在偏離滯后時間內(nèi)孔板儀表信號的移動方向；

判斷在偏離滯后時間內(nèi)控制閥輸出信號的移動方向；

如孔板儀表信號與控制閥輸出信號的移動方向相同，并且孔板儀表信號大于其量程的30%，則自動地由透平控制切換到孔板控制；

如孔板儀表信號與控制閥信號的運動方向相反，或者兩者中任一個在滯后的時間內(nèi)不變化，則不會由透平控制切換到孔板控制。這樣可避免在孔板儀表故障比透平儀表故障嚴重時的自動切換。

另外，在自動模式允許使用下，控制將連續(xù)監(jiān)視透平儀表信號。如果透平儀表信號在規(guī)定的0.5s時間之內(nèi)下降到10%以下，并且孔板儀表信號大于或等于量程的30%，回路控制將切換到孔板，自動模式切換到手動模式，即APS失效。如果透平信號下降到10%以下，而且孔板信號小于30%，則回路的控制不會由透平儀表向孔板儀表切換，自動模式將被切換到手動模式，同時APS失效。

APS動作過程示意圖如圖3所示：

2.4 安全聯(lián)鎖控制

吸附單元的主要控制除了以上的控制功能外，還包括有安全聯(lián)鎖控制功能，該系統(tǒng)中安全聯(lián)鎖分兩個部分，一個是循環(huán)流量的聯(lián)鎖控制，另一個是吸附室壓力的聯(lián)鎖控制。

2.4.1 吸附室壓力聯(lián)鎖控制

吸附室的壓力穩(wěn)定是十分重要的，如果吸附室迅速失壓那么有可能造成吸附劑的損壞，或者造成旋轉閥轉子板上下壓差過大損壞旋轉閥，所以在該控制系統(tǒng)中設置了壓力安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。

可以引起吸附室壓力下降的參數(shù)有1#吸附室上封頭/下封頭沖洗液流量、2#吸附室上封頭/下封頭沖洗液流量和抽出液流量，這些參數(shù)都是出吸附室的參數(shù)，一旦這些控制回路出現(xiàn)故障就能直接造成吸附室壓力的下降，當系統(tǒng)檢測到兩個吸附室的底封頭壓力不管哪個壓力過低，聯(lián)鎖系統(tǒng)均會迅速關閉以上五個控制參數(shù)的調(diào)節(jié)閥。

在該控制過程中，邏輯聯(lián)鎖回路的控制是在系統(tǒng)帶電的情況下處于正常的工作狀態(tài)，一旦回路失電聯(lián)鎖即產(chǎn)生，可靠性更高。兩個壓力變送器的模擬信號通過各自的報警設定器轉換成開關量觸點信號后串聯(lián)連接到聯(lián)鎖延時繼電器；當兩個壓力同時超過聯(lián)鎖值發(fā)出聯(lián)鎖停車信號，聯(lián)鎖停車信號在聯(lián)鎖延時繼電器設定的時間結束后還存在，聯(lián)鎖繼電器動作，現(xiàn)場聯(lián)鎖電磁閥失電停車。該回路在操作臺上設置了聯(lián)鎖旁路開關和指示燈，并可通過操作站進行聯(lián)鎖復位。聯(lián)鎖圖如圖4所示：

2.4.2 吸附室循環(huán)泵流量聯(lián)鎖控制

吸附室壓送循環(huán)回路設置了一臺透平流量計和一臺帶兩個差壓變送器的文丘里流量計，泵送環(huán)路設置了一臺帶兩個差壓變送器的畢托管流量計，當四個差壓變送器的模擬信號通過各自報警設定器轉換成開關量觸點信號后，串聯(lián)連接到延時繼電器；當四個流量同時超過聯(lián)鎖值發(fā)出聯(lián)鎖停車信號，聯(lián)鎖停車信號在聯(lián)鎖延時繼電器設定的時間結束后還存在，聯(lián)鎖繼電器動作，停循環(huán)泵。該回路在操作臺上設置了聯(lián)鎖旁路開關和指示燈，并可通過操作站進行聯(lián)鎖復位。聯(lián)鎖邏輯圖如圖5所示：

3 吸附室控制系統(tǒng)

3.1 ACCS控制系統(tǒng)

吸附室控制系統(tǒng)簡寫為ACCS，本項目ACCS采用的為西門子公司的S7-400F/FH控制系統(tǒng)，是基于S7-400H冗余容錯技術的故障安全控制系統(tǒng)，一旦工藝安全聯(lián)鎖條件具備或任何系統(tǒng)內(nèi)部故障發(fā)生時，S7-400F/FH就立即進入一種安全工作狀態(tài)，即保持在一種安全工作模式上，從而保證操作人員、設備、環(huán)境和生產(chǎn)過程處于安全狀態(tài)。

本項目ACCS控制系統(tǒng)由兩面控制柜、一臺工程師站、兩臺操作站組成，為支持冗余配置，所有卡件均為冗余配置，并且數(shù)字量輸入模塊在SOE（順序事件）功能的時候具有快速掃描卡件的功能，該功能可以使掃描卡件的速率達到1ms，是一種采集速度快，冗余化程度高的功能比較強大，安全性高的系統(tǒng)。整系統(tǒng)配置圖如圖6所示：

整套控制系統(tǒng)具有如下特點：

1）冗余的故障安全中央控制器

S7-400F/FH控制站的冗余控制器采用西門子公司專利技術-事件同步技術設計，它由2套互為熱備的中央控制器組成，并通過一個通訊接口實現(xiàn)相互連接。在系統(tǒng)正常運行中，當一個中央控制器出現(xiàn)故障時，另一個中央控制器自動接管所有的工作，保證了系統(tǒng)繼續(xù)正常運行。因此S7-400F/FH中央控制器具有良好的冗余性能。

2）ET200M故障安全分布式I/O站

所有I/O站選用了專用的有源背板總行，使得ET200M分布式I/O站的所有模塊都能夠在系統(tǒng)運行過程中可以進行帶電熱插拔，因此具有很好的在線維護性。

3）電源冗余

通過冗余的CPU上配置的冗余電源完成系統(tǒng)供電，當其中某一臺電源發(fā)生故障時，可以不停機更換已壞的電源。

4）網(wǎng)絡冗余

PROFIBUS現(xiàn)場總線作為S7-400F/FH的現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡，采用雙介質冗余。

5）冗余的操作站

互作冗余的操作員站可以互相監(jiān)視對方狀態(tài)，當其中一個發(fā)生故障時，用戶操作員站可以自動的切換到另一個操作員站上。當發(fā)生故障的操作員站恢復時，所有的數(shù)據(jù)和信息也會自動的復制回來。

3.2 ACCS系統(tǒng)的工程實際應用效果

以本裝置壓送送循環(huán)回路流量FT-712由IV區(qū)至I區(qū)ZTC組態(tài)過程為例進行組態(tài)，參數(shù)設定值如表1所示：

ZTC區(qū)域切換趨勢圖如圖7所示：

圖中ZTC曲線外觀平滑，無突變和拐點，切換耗時較短，利于得到高純度的MX產(chǎn)品和高的MX收率。

4 結束語

本次MX增產(chǎn)改造正式投產(chǎn)至今，整個裝置運行十分穩(wěn)定。新上國產(chǎn)24通道旋轉閥運行良好，與之配套S7-400F/FH系統(tǒng)具有功能先進、運行可靠、操作界面友好、便于維護等功能，操作工人進行簡單的操作技能培訓即可上崗。整個項目的成功實施為國內(nèi)MX改造提供了實踐經(jīng)驗，奠定了良好的基礎。

參考文獻

[1]遠戰(zhàn)紅，謝敏.旋轉閥ZTC的控制與優(yōu)化[J].廣東化工，2011，38（10）：222-3，225.

[2]關書訓，朱兢兢. 24通旋轉閥[J].閥門，2013（2）：28-30.

[3]毛小濤.吸附分離裝置控制系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表，1996，23（2）：6-9.

作者簡介：朱文彬（1978-），男，河南西平縣人，2001年畢業(yè)于石油大學（華東），工學學士學位，現(xiàn)在北京燕山玉龍石化工程有限公司電控室從事自控工程設計工作，任中級工程師。

為了APS功能準確工作，有幾個參數(shù)必須設定。第一設定的是分度限和分度延遲時間，分度限是透平測量值與孔板測量值所允許的最大差值，這個值是輸入儀表量程的百分數(shù)。當透平測量值和孔板測量值的差值超過分度限并且持續(xù)時間達到了規(guī)定的分度延遲時間，這時將有聲音報警。第二設定的輸入?yún)?shù)是測量值偏差極限和偏差滯后時間，這些參數(shù)決定自動過程變量切換。偏差極限是透平儀表測量值和孔板儀表測量值之間的偏差，達到偏差極限時說明測量儀表有故障。偏差限應稍大于分度限，偏差滯后時間要小于分度延遲時間。

當APS自動時，當透平儀表的測量與孔板儀表的測量之差在滯后時間內(nèi)超過偏離極限，并且定時器到達給定時間，控制系統(tǒng)則存儲當前孔板信號和當前控制閥輸出，偏離定時器開始工作。如果在設定的偏離滯后時間內(nèi)透平信號與孔板信號的偏離持續(xù)出現(xiàn)，并且定時器到達定時時間，則控制系統(tǒng)實現(xiàn)：

存儲當前孔板信號；

存儲當前控制閥輸出；

不論切換是否成功，相應回路的APS將失效；

激勵APS失效報警，通知操作人員該開關失效；

判斷在偏離滯后時間內(nèi)孔板儀表信號的移動方向；

判斷在偏離滯后時間內(nèi)控制閥輸出信號的移動方向；

如孔板儀表信號與控制閥輸出信號的移動方向相同，并且孔板儀表信號大于其量程的30%，則自動地由透平控制切換到孔板控制；

如孔板儀表信號與控制閥信號的運動方向相反，或者兩者中任一個在滯后的時間內(nèi)不變化，則不會由透平控制切換到孔板控制。這樣可避免在孔板儀表故障比透平儀表故障嚴重時的自動切換。

另外，在自動模式允許使用下，控制將連續(xù)監(jiān)視透平儀表信號。如果透平儀表信號在規(guī)定的0.5s時間之內(nèi)下降到10%以下，并且孔板儀表信號大于或等于量程的30%，回路控制將切換到孔板，自動模式切換到手動模式，即APS失效。如果透平信號下降到10%以下，而且孔板信號小于30%，則回路的控制不會由透平儀表向孔板儀表切換，自動模式將被切換到手動模式，同時APS失效。

APS動作過程示意圖如圖3所示：

2.4 安全聯(lián)鎖控制

吸附單元的主要控制除了以上的控制功能外，還包括有安全聯(lián)鎖控制功能，該系統(tǒng)中安全聯(lián)鎖分兩個部分，一個是循環(huán)流量的聯(lián)鎖控制，另一個是吸附室壓力的聯(lián)鎖控制。

2.4.1 吸附室壓力聯(lián)鎖控制

吸附室的壓力穩(wěn)定是十分重要的，如果吸附室迅速失壓那么有可能造成吸附劑的損壞，或者造成旋轉閥轉子板上下壓差過大損壞旋轉閥，所以在該控制系統(tǒng)中設置了壓力安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。

可以引起吸附室壓力下降的參數(shù)有1#吸附室上封頭/下封頭沖洗液流量、2#吸附室上封頭/下封頭沖洗液流量和抽出液流量，這些參數(shù)都是出吸附室的參數(shù)，一旦這些控制回路出現(xiàn)故障就能直接造成吸附室壓力的下降，當系統(tǒng)檢測到兩個吸附室的底封頭壓力不管哪個壓力過低，聯(lián)鎖系統(tǒng)均會迅速關閉以上五個控制參數(shù)的調(diào)節(jié)閥。

在該控制過程中，邏輯聯(lián)鎖回路的控制是在系統(tǒng)帶電的情況下處于正常的工作狀態(tài)，一旦回路失電聯(lián)鎖即產(chǎn)生，可靠性更高。兩個壓力變送器的模擬信號通過各自的報警設定器轉換成開關量觸點信號后串聯(lián)連接到聯(lián)鎖延時繼電器；當兩個壓力同時超過聯(lián)鎖值發(fā)出聯(lián)鎖停車信號，聯(lián)鎖停車信號在聯(lián)鎖延時繼電器設定的時間結束后還存在，聯(lián)鎖繼電器動作，現(xiàn)場聯(lián)鎖電磁閥失電停車。該回路在操作臺上設置了聯(lián)鎖旁路開關和指示燈，并可通過操作站進行聯(lián)鎖復位。聯(lián)鎖圖如圖4所示：

2.4.2 吸附室循環(huán)泵流量聯(lián)鎖控制

吸附室壓送循環(huán)回路設置了一臺透平流量計和一臺帶兩個差壓變送器的文丘里流量計，泵送環(huán)路設置了一臺帶兩個差壓變送器的畢托管流量計，當四個差壓變送器的模擬信號通過各自報警設定器轉換成開關量觸點信號后，串聯(lián)連接到延時繼電器；當四個流量同時超過聯(lián)鎖值發(fā)出聯(lián)鎖停車信號，聯(lián)鎖停車信號在聯(lián)鎖延時繼電器設定的時間結束后還存在，聯(lián)鎖繼電器動作，停循環(huán)泵。該回路在操作臺上設置了聯(lián)鎖旁路開關和指示燈，并可通過操作站進行聯(lián)鎖復位。聯(lián)鎖邏輯圖如圖5所示：

3 吸附室控制系統(tǒng)

3.1 ACCS控制系統(tǒng)

吸附室控制系統(tǒng)簡寫為ACCS，本項目ACCS采用的為西門子公司的S7-400F/FH控制系統(tǒng)，是基于S7-400H冗余容錯技術的故障安全控制系統(tǒng)，一旦工藝安全聯(lián)鎖條件具備或任何系統(tǒng)內(nèi)部故障發(fā)生時，S7-400F/FH就立即進入一種安全工作狀態(tài)，即保持在一種安全工作模式上，從而保證操作人員、設備、環(huán)境和生產(chǎn)過程處于安全狀態(tài)。

本項目ACCS控制系統(tǒng)由兩面控制柜、一臺工程師站、兩臺操作站組成，為支持冗余配置，所有卡件均為冗余配置，并且數(shù)字量輸入模塊在SOE（順序事件）功能的時候具有快速掃描卡件的功能，該功能可以使掃描卡件的速率達到1ms，是一種采集速度快，冗余化程度高的功能比較強大，安全性高的系統(tǒng)。整系統(tǒng)配置圖如圖6所示：

整套控制系統(tǒng)具有如下特點：

1）冗余的故障安全中央控制器

S7-400F/FH控制站的冗余控制器采用西門子公司專利技術-事件同步技術設計，它由2套互為熱備的中央控制器組成，并通過一個通訊接口實現(xiàn)相互連接。在系統(tǒng)正常運行中，當一個中央控制器出現(xiàn)故障時，另一個中央控制器自動接管所有的工作，保證了系統(tǒng)繼續(xù)正常運行。因此S7-400F/FH中央控制器具有良好的冗余性能。

2）ET200M故障安全分布式I/O站

所有I/O站選用了專用的有源背板總行，使得ET200M分布式I/O站的所有模塊都能夠在系統(tǒng)運行過程中可以進行帶電熱插拔，因此具有很好的在線維護性。

3）電源冗余

通過冗余的CPU上配置的冗余電源完成系統(tǒng)供電，當其中某一臺電源發(fā)生故障時，可以不停機更換已壞的電源。

4）網(wǎng)絡冗余

PROFIBUS現(xiàn)場總線作為S7-400F/FH的現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡，采用雙介質冗余。

5）冗余的操作站

互作冗余的操作員站可以互相監(jiān)視對方狀態(tài)，當其中一個發(fā)生故障時，用戶操作員站可以自動的切換到另一個操作員站上。當發(fā)生故障的操作員站恢復時，所有的數(shù)據(jù)和信息也會自動的復制回來。

3.2 ACCS系統(tǒng)的工程實際應用效果

以本裝置壓送送循環(huán)回路流量FT-712由IV區(qū)至I區(qū)ZTC組態(tài)過程為例進行組態(tài)，參數(shù)設定值如表1所示：

ZTC區(qū)域切換趨勢圖如圖7所示：

圖中ZTC曲線外觀平滑，無突變和拐點，切換耗時較短，利于得到高純度的MX產(chǎn)品和高的MX收率。

4 結束語

本次MX增產(chǎn)改造正式投產(chǎn)至今，整個裝置運行十分穩(wěn)定。新上國產(chǎn)24通道旋轉閥運行良好，與之配套S7-400F/FH系統(tǒng)具有功能先進、運行可靠、操作界面友好、便于維護等功能，操作工人進行簡單的操作技能培訓即可上崗。整個項目的成功實施為國內(nèi)MX改造提供了實踐經(jīng)驗，奠定了良好的基礎。

參考文獻

[1]遠戰(zhàn)紅，謝敏.旋轉閥ZTC的控制與優(yōu)化[J].廣東化工，2011，38（10）：222-3，225.

[2]關書訓，朱兢兢. 24通旋轉閥[J].閥門，2013（2）：28-30.

[3]毛小濤.吸附分離裝置控制系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表，1996，23（2）：6-9.

作者簡介：朱文彬（1978-），男，河南西平縣人，2001年畢業(yè)于石油大學（華東），工學學士學位，現(xiàn)在北京燕山玉龍石化工程有限公司電控室從事自控工程設計工作，任中級工程師。

為了APS功能準確工作，有幾個參數(shù)必須設定。第一設定的是分度限和分度延遲時間，分度限是透平測量值與孔板測量值所允許的最大差值，這個值是輸入儀表量程的百分數(shù)。當透平測量值和孔板測量值的差值超過分度限并且持續(xù)時間達到了規(guī)定的分度延遲時間，這時將有聲音報警。第二設定的輸入?yún)?shù)是測量值偏差極限和偏差滯后時間，這些參數(shù)決定自動過程變量切換。偏差極限是透平儀表測量值和孔板儀表測量值之間的偏差，達到偏差極限時說明測量儀表有故障。偏差限應稍大于分度限，偏差滯后時間要小于分度延遲時間。

當APS自動時，當透平儀表的測量與孔板儀表的測量之差在滯后時間內(nèi)超過偏離極限，并且定時器到達給定時間，控制系統(tǒng)則存儲當前孔板信號和當前控制閥輸出，偏離定時器開始工作。如果在設定的偏離滯后時間內(nèi)透平信號與孔板信號的偏離持續(xù)出現(xiàn)，并且定時器到達定時時間，則控制系統(tǒng)實現(xiàn)：

存儲當前孔板信號；

存儲當前控制閥輸出；

不論切換是否成功，相應回路的APS將失效；

激勵APS失效報警，通知操作人員該開關失效；

判斷在偏離滯后時間內(nèi)孔板儀表信號的移動方向；

判斷在偏離滯后時間內(nèi)控制閥輸出信號的移動方向；

如孔板儀表信號與控制閥輸出信號的移動方向相同，并且孔板儀表信號大于其量程的30%，則自動地由透平控制切換到孔板控制；

如孔板儀表信號與控制閥信號的運動方向相反，或者兩者中任一個在滯后的時間內(nèi)不變化，則不會由透平控制切換到孔板控制。這樣可避免在孔板儀表故障比透平儀表故障嚴重時的自動切換。

另外，在自動模式允許使用下，控制將連續(xù)監(jiān)視透平儀表信號。如果透平儀表信號在規(guī)定的0.5s時間之內(nèi)下降到10%以下，并且孔板儀表信號大于或等于量程的30%，回路控制將切換到孔板，自動模式切換到手動模式，即APS失效。如果透平信號下降到10%以下，而且孔板信號小于30%，則回路的控制不會由透平儀表向孔板儀表切換，自動模式將被切換到手動模式，同時APS失效。

APS動作過程示意圖如圖3所示：

2.4 安全聯(lián)鎖控制

吸附單元的主要控制除了以上的控制功能外，還包括有安全聯(lián)鎖控制功能，該系統(tǒng)中安全聯(lián)鎖分兩個部分，一個是循環(huán)流量的聯(lián)鎖控制，另一個是吸附室壓力的聯(lián)鎖控制。

2.4.1 吸附室壓力聯(lián)鎖控制

吸附室的壓力穩(wěn)定是十分重要的，如果吸附室迅速失壓那么有可能造成吸附劑的損壞，或者造成旋轉閥轉子板上下壓差過大損壞旋轉閥，所以在該控制系統(tǒng)中設置了壓力安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。

可以引起吸附室壓力下降的參數(shù)有1#吸附室上封頭/下封頭沖洗液流量、2#吸附室上封頭/下封頭沖洗液流量和抽出液流量，這些參數(shù)都是出吸附室的參數(shù)，一旦這些控制回路出現(xiàn)故障就能直接造成吸附室壓力的下降，當系統(tǒng)檢測到兩個吸附室的底封頭壓力不管哪個壓力過低，聯(lián)鎖系統(tǒng)均會迅速關閉以上五個控制參數(shù)的調(diào)節(jié)閥。

在該控制過程中，邏輯聯(lián)鎖回路的控制是在系統(tǒng)帶電的情況下處于正常的工作狀態(tài)，一旦回路失電聯(lián)鎖即產(chǎn)生，可靠性更高。兩個壓力變送器的模擬信號通過各自的報警設定器轉換成開關量觸點信號后串聯(lián)連接到聯(lián)鎖延時繼電器；當兩個壓力同時超過聯(lián)鎖值發(fā)出聯(lián)鎖停車信號，聯(lián)鎖停車信號在聯(lián)鎖延時繼電器設定的時間結束后還存在，聯(lián)鎖繼電器動作，現(xiàn)場聯(lián)鎖電磁閥失電停車。該回路在操作臺上設置了聯(lián)鎖旁路開關和指示燈，并可通過操作站進行聯(lián)鎖復位。聯(lián)鎖圖如圖4所示：

2.4.2 吸附室循環(huán)泵流量聯(lián)鎖控制

吸附室壓送循環(huán)回路設置了一臺透平流量計和一臺帶兩個差壓變送器的文丘里流量計，泵送環(huán)路設置了一臺帶兩個差壓變送器的畢托管流量計，當四個差壓變送器的模擬信號通過各自報警設定器轉換成開關量觸點信號后，串聯(lián)連接到延時繼電器；當四個流量同時超過聯(lián)鎖值發(fā)出聯(lián)鎖停車信號，聯(lián)鎖停車信號在聯(lián)鎖延時繼電器設定的時間結束后還存在，聯(lián)鎖繼電器動作，停循環(huán)泵。該回路在操作臺上設置了聯(lián)鎖旁路開關和指示燈，并可通過操作站進行聯(lián)鎖復位。聯(lián)鎖邏輯圖如圖5所示：

3 吸附室控制系統(tǒng)

3.1 ACCS控制系統(tǒng)

吸附室控制系統(tǒng)簡寫為ACCS，本項目ACCS采用的為西門子公司的S7-400F/FH控制系統(tǒng)，是基于S7-400H冗余容錯技術的故障安全控制系統(tǒng)，一旦工藝安全聯(lián)鎖條件具備或任何系統(tǒng)內(nèi)部故障發(fā)生時，S7-400F/FH就立即進入一種安全工作狀態(tài)，即保持在一種安全工作模式上，從而保證操作人員、設備、環(huán)境和生產(chǎn)過程處于安全狀態(tài)。

本項目ACCS控制系統(tǒng)由兩面控制柜、一臺工程師站、兩臺操作站組成，為支持冗余配置，所有卡件均為冗余配置，并且數(shù)字量輸入模塊在SOE（順序事件）功能的時候具有快速掃描卡件的功能，該功能可以使掃描卡件的速率達到1ms，是一種采集速度快，冗余化程度高的功能比較強大，安全性高的系統(tǒng)。整系統(tǒng)配置圖如圖6所示：

整套控制系統(tǒng)具有如下特點：

1）冗余的故障安全中央控制器

S7-400F/FH控制站的冗余控制器采用西門子公司專利技術-事件同步技術設計，它由2套互為熱備的中央控制器組成，并通過一個通訊接口實現(xiàn)相互連接。在系統(tǒng)正常運行中，當一個中央控制器出現(xiàn)故障時，另一個中央控制器自動接管所有的工作，保證了系統(tǒng)繼續(xù)正常運行。因此S7-400F/FH中央控制器具有良好的冗余性能。

2）ET200M故障安全分布式I/O站

所有I/O站選用了專用的有源背板總行，使得ET200M分布式I/O站的所有模塊都能夠在系統(tǒng)運行過程中可以進行帶電熱插拔，因此具有很好的在線維護性。

3）電源冗余

通過冗余的CPU上配置的冗余電源完成系統(tǒng)供電，當其中某一臺電源發(fā)生故障時，可以不停機更換已壞的電源。

4）網(wǎng)絡冗余

PROFIBUS現(xiàn)場總線作為S7-400F/FH的現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡，采用雙介質冗余。

5）冗余的操作站

互作冗余的操作員站可以互相監(jiān)視對方狀態(tài)，當其中一個發(fā)生故障時，用戶操作員站可以自動的切換到另一個操作員站上。當發(fā)生故障的操作員站恢復時，所有的數(shù)據(jù)和信息也會自動的復制回來。

3.2 ACCS系統(tǒng)的工程實際應用效果

以本裝置壓送送循環(huán)回路流量FT-712由IV區(qū)至I區(qū)ZTC組態(tài)過程為例進行組態(tài)，參數(shù)設定值如表1所示：

ZTC區(qū)域切換趨勢圖如圖7所示：

圖中ZTC曲線外觀平滑，無突變和拐點，切換耗時較短，利于得到高純度的MX產(chǎn)品和高的MX收率。

4 結束語

本次MX增產(chǎn)改造正式投產(chǎn)至今，整個裝置運行十分穩(wěn)定。新上國產(chǎn)24通道旋轉閥運行良好，與之配套S7-400F/FH系統(tǒng)具有功能先進、運行可靠、操作界面友好、便于維護等功能，操作工人進行簡單的操作技能培訓即可上崗。整個項目的成功實施為國內(nèi)MX改造提供了實踐經(jīng)驗，奠定了良好的基礎。

參考文獻

[1]遠戰(zhàn)紅，謝敏.旋轉閥ZTC的控制與優(yōu)化[J].廣東化工，2011，38（10）：222-3，225.

[2]關書訓，朱兢兢. 24通旋轉閥[J].閥門，2013（2）：28-30.

[3]毛小濤.吸附分離裝置控制系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表，1996，23（2）：6-9.

作者簡介：朱文彬（1978-），男，河南西平縣人，2001年畢業(yè)于石油大學（華東），工學學士學位，現(xiàn)在北京燕山玉龍石化工程有限公司電控室從事自控工程設計工作，任中級工程師。