DCS控制系統(tǒng)在原料藥（氯化鈉）生產(chǎn)中的應(yīng)用

孔凡軍 馬華興 張繼穩(wěn) 付曉敏

（山東省鹽業(yè)集團肥城精制鹽廠，山東 肥城 271600）

DCS 是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（ Distributed Control System），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)，即所謂的分布式控制系統(tǒng)或集散系統(tǒng)，是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計算機控制系統(tǒng)。它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。山東肥城精制鹽廠2×3萬t原料藥（氯化鈉）搬遷節(jié)能技改項目成功地將DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用到實踐中，提升了生產(chǎn)自動化水平，提高了生產(chǎn)效率，為企業(yè)更好更快發(fā)展打下了基礎(chǔ)。

1 項目簡介

山東肥城精制鹽廠系山東省鹽務(wù)局（山東省鹽業(yè)集團有限公司）直屬企業(yè)，歷經(jīng)20多年的發(fā)展，企業(yè)集食用鹽、原料藥（氯化鈉）、飼料添加劑（氯化鈉）、工業(yè)鹽及洗浴鹽的生產(chǎn)、銷售于一體。早在2003年7月，企業(yè)取得藥品GMP證書，年產(chǎn)原料藥（氯化鈉）1.2萬t，是國內(nèi)重要的原料藥（氯化鈉）生產(chǎn)企業(yè)之一，山東省唯一的原料藥（氯化鈉）生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品銷往全國23個省、市、自治區(qū)的280多家制藥企業(yè)。2013年，企業(yè)針對鹽業(yè)市場改革的新形勢，不斷加快轉(zhuǎn)型升級步伐，新上2×3萬t原料藥（氯化鈉）搬遷節(jié)能技改項目。該項目于2014年3月竣工試車，2014年8月份成功通過山東省食品藥品監(jiān)督管理局組織的GMP現(xiàn)場審核認證。

2 系統(tǒng)方案與控制結(jié)構(gòu)

DCS 的骨架——系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，是DCS 的基礎(chǔ)和核心。網(wǎng)絡(luò)對于DCS 整個系統(tǒng)的實時性、可靠性和擴充性，起著決定性的作用。該系統(tǒng)是一種完全對現(xiàn)場I/O 處理并實現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。一套DCS 中要設(shè)置現(xiàn)場I/O 控制站，用以分擔(dān)整個系統(tǒng)的I/O 和控制功能。這樣既可以避免由于一個站點失效造成整個系統(tǒng)的失效，提高系統(tǒng)可靠性，也可以使各站點分擔(dān)數(shù)據(jù)采集和控制功能，有利于提高整個系統(tǒng)的性能。DCS 的操作員是處理一切與運行操作有關(guān)的人機界面（HMI-Human Machine Interface或Operator Interface）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。工程師站是對DCS 進行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，其主要功能是提DCS進行組態(tài)，供對配置工作的工具軟件（即組態(tài)軟件），并在DCS在線運行時實時監(jiān)視DCS網(wǎng)絡(luò)上各個節(jié)點的運行情況，使系統(tǒng)工程師可以通過工程師站及時調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，使DCS隨時處在最佳的工作狀態(tài)下。

3 具體應(yīng)用與范圍

根據(jù)工藝要求，該廠將DCS控制系統(tǒng)設(shè)計制作了鹵水凈化、蒸發(fā)結(jié)晶、手動/自動轉(zhuǎn)換、空調(diào)凈化、電磁閥控制、藥庫管理等功能模板，通過控制界面實現(xiàn)工藝操作，提高了工作效率。還根據(jù)可配置軟件包，允許用戶通過配置預(yù)先確定的軟件模塊及開發(fā)新的應(yīng)用軟件模塊來發(fā)展自己的應(yīng)用軟件，如人機對話接口(HMl)、管理控制及數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)(SCADA)、實驗室自動控制系統(tǒng)(LAS)、實驗室信息管理系統(tǒng)、物料需求計劃系統(tǒng)(MRP)、應(yīng)用及產(chǎn)品數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(SAP)、部分可編程序邏輯控制器(PLC)等模塊。

3.1 在鹵水凈化、蒸發(fā)結(jié)晶模板中的應(yīng)用

通過控制界面來實現(xiàn)料液流量、溫度、反應(yīng)時間、精密過濾、pH調(diào)整及加料、轉(zhuǎn)料、排料、脫水、干燥、計量等參數(shù)的控制，所有數(shù)據(jù)自動儲存，方便查詢，利于追溯。數(shù)據(jù)庫核心技術(shù)達到“分散存儲、全局管理”。

3.2 DCS控制系統(tǒng)在潔凈室管理中的應(yīng)用

對于潔凈室來說，潔凈度達標是基本，影響潔凈度的主要原因是塵埃，減少門的開啟來控制塵埃是有效的控制方法之一。因此，門禁控制系統(tǒng)的運用是非常實用和有效的。門禁系統(tǒng)控制主要是通過DCS編程來實現(xiàn)門與門之間的互鎖，尤其是人員凈化通道的各區(qū)之間門的互鎖。比如人員從一更凈化緩沖區(qū)進入二更，如果本區(qū)的門沒有關(guān)閉，那么進入二更的門是打不開的，這樣就有效地控制了由于管理上出現(xiàn)的漏洞造成污染和交叉污染，進而提高質(zhì)量。

3.3 DCS控制系統(tǒng)在凈化空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

（1）空氣的潔凈度控制：潔凈度的控制主要通過過濾器和室內(nèi)需要達到一定的換氣量來實現(xiàn)，過濾器的性能好壞及長時間的堵塞，直接影響到空氣的潔凈度。采用遠傳式儀表配合DCS控制系統(tǒng)可實現(xiàn)實時監(jiān)控和控制。

（2）溫度控制：溫度的來源主要是通過空調(diào)機組內(nèi)表冷及加熱段的冷熱源與經(jīng)過的空氣進行冷熱交換得來的。先采用室內(nèi)遠傳感器通過變送器、各種調(diào)節(jié)器，利用DCS控制系統(tǒng)來實現(xiàn)溫度自動控制的目的。

（3）濕度控制：濕度的大小直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。利用DCS程序設(shè)計控制濕度，既能控制相對精確一些又能減少投資。濕度的調(diào)節(jié)可利用蒸汽進行加濕。

（4）壓差控制：采用差壓變送器連接DCS控制系統(tǒng)，按工藝要求維持正壓或負壓。差壓變送器控制是利用差壓變送器檢測室內(nèi)壓力，通過調(diào)節(jié)器、DCS控制系統(tǒng)來控制回風(fēng)調(diào)節(jié)閥，控制必要的新風(fēng)量，利用DCS和電動風(fēng)閥控制不同房間的送風(fēng)和回風(fēng)，可使控制系統(tǒng)簡單化。

4 工藝過程的實現(xiàn)與運行效果

鹵水凈化根據(jù)其工藝將流程圖畫面分為:a段、b段、精密過濾（包括靜態(tài)混合調(diào)酸）3幅工藝流程圖畫面，在畫面中該廠制作了鹵水體積動態(tài)顯示、溫度自動控制、精鹵濁度監(jiān)控、酸度自動調(diào)節(jié)等畫面。為了避免操作工的視覺疲勞，在畫面里制作了動態(tài)軟開關(guān)，水的動態(tài)流動等在畫面中用軟件邏輯控制，可由操作工根據(jù)需要控制。

蒸發(fā)結(jié)晶在原料藥（氯化鈉）生產(chǎn)過程中是一個關(guān)鍵過程，溫度、壓力、真空、排鹽時間和沖洗時間、干燥溫度等參數(shù)是控制的關(guān)鍵，該廠制作了程控程序，其各項參數(shù)控制邏輯程序在DCS控制器中實現(xiàn)，用軟件實現(xiàn)了程控溫度、壓力、真空、排鹽時間、沖洗時間和干燥溫度的邏輯切換，為下一步探索最佳的工藝方式打下了基礎(chǔ)。

對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ效蒸發(fā)罐蒸發(fā)室液位和閃發(fā)器等進行了自動調(diào)節(jié)控制，由于許多調(diào)節(jié)回路的SP值(設(shè)定值)是一個不確定的數(shù)，需根據(jù)不同時期的要求變化;在PID調(diào)節(jié)手動與自動切換的設(shè)計上，設(shè)計成手動時SP跟蹤PV，自動時根據(jù)切換時的SP值調(diào)節(jié)工藝過程值，這樣當操作工手動將工藝過程值調(diào)節(jié)到適當?shù)臅r候，切換到自動即可立即對這個工藝值進行調(diào)節(jié)，利于操作人員進一步摸索提高生成效率的方法。制作了耗蒸汽量、出鹽量等工藝參數(shù)的累積計算，可制作長達60年的自動趨勢報表和每天自動日報報表，企業(yè)可依據(jù)這些報表數(shù)據(jù)分析生產(chǎn)過程，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，不斷提高勞動生產(chǎn)率。在軟件的設(shè)計、操作畫面上該廠考慮了多種快捷方式，利于快捷查詢所需要的信息。當操作員站、工程師站關(guān)閉一臺或全部關(guān)閉，只要過程站不停，系統(tǒng)不會停機，而過程站采用雙機熱備份的冗余方式，系統(tǒng)接線端子均采用進口端子，降低故障率，所以整個系統(tǒng)安全性很高。

同時，將DCS控制系統(tǒng)引入到潔凈室管理及凈化空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用中，該廠將結(jié)合GMP相關(guān)技術(shù)要求，進一步開創(chuàng)自動化應(yīng)用新空間。

5 成效

通過幾個月來的試運行，該系統(tǒng)運行正常穩(wěn)定，在原有車間人員不增加的前提下，使產(chǎn)能由1.2萬t達到3萬t規(guī)模，顯著提高了勞動效率，同時生產(chǎn)過程符合藥品生產(chǎn)規(guī)范，產(chǎn)品質(zhì)量符合質(zhì)量要求，達到了設(shè)計預(yù)期，效果明顯。