一體化綜合控制系統(tǒng)在精細醫(yī)藥化工生產基地的應用

郝育紅

（冀中能源 峰峰集團有限公司，河北 邯鄲056107）

0 引 言

隨著自動化水平的不斷發(fā)展，一體化控制系統(tǒng)的應用范圍越來越廣，在化工企業(yè)的應用十分廣泛。提高化工生產的自動化水平、降低各類安全風險，是當前醫(yī)藥化工企業(yè)提高經濟效益、擴大生產規(guī)模、保證安全生產的主要途徑。

本著“技術先進、經濟合理、安全可靠、降低操作風險”的原則，采用集中監(jiān)視、分散控制的方式，將生產過程中各類物料的溫度、壓力、流量、物位、pH值、成份、閥門和設備運行狀態(tài)等工藝參數(shù)的指示、報警、聯(lián)鎖、調節(jié)、累積、記錄等均在集控系統(tǒng)上實現(xiàn)。并在控制室內實現(xiàn)對生產運行各環(huán)節(jié)、裝置的實時安全監(jiān)測、風險管控，使化工生產過程的參數(shù)監(jiān)視、工藝流程控制，生產安全管控等環(huán)節(jié)達到國內先進水平。

1 一體化控制系統(tǒng)控制方案步驟

1.1 一體化控制系統(tǒng)的功能

一體化控制系統(tǒng)的主要功能大體分為集散控制DCS系統(tǒng)、安全檢測SIS系統(tǒng)、有毒有害檢測GDS系統(tǒng)3個部分。

1.1.1 集散控制DCS系統(tǒng)

集散控制DCS系統(tǒng)主要是對生產運行中設備參數(shù)的實時監(jiān)視、自動控制、警報記錄。實時監(jiān)視是對生產過程的實時記錄，通過各類檢測儀表對相關運行數(shù)據(jù)采集處理，準確地反應出生產情況,運行操作人員可通過對生產過程中各類物料溫度、壓力、流量合理有效地控制，來保障生產的有序進行。自動控制是利用閉環(huán)控制原理、PID控制算法整定,實現(xiàn)化工生產參數(shù)的自動精確控制。警報功能是指DCS控制系統(tǒng)對于化工生產各類設備運行參數(shù)超限的報警,能及時地反應出生產運行中出現(xiàn)的各種異常情況并進行解決。同時對生產過程中的報警記錄進行統(tǒng)計，為事故參數(shù)分析、設備維修提供了可靠的數(shù)據(jù)。

1.1.2 安全檢測SIS系統(tǒng)

安全檢測SIS系統(tǒng)主要是對生產過程中重要的安全生產參數(shù)的安全監(jiān)測、聯(lián)鎖切斷關鍵設備，從而保證突發(fā)事故時人員及設備的安全。SIS系統(tǒng)對監(jiān)測參數(shù)采取多通道冗余分析及品質判斷，全面分析程序的各個指標，調整好適合的參數(shù)，使系統(tǒng)的冗余計算功能發(fā)揮得更全面。聯(lián)鎖切斷是SIS系統(tǒng)安全保障的重要環(huán)節(jié)，系統(tǒng)通過可視化聯(lián)鎖邏輯輸出，可在設備發(fā)生異常情況時，迅速切斷關聯(lián)設備和管路。

1.1.3 有毒有害檢測GDS系統(tǒng)

有毒有害檢測GDS系統(tǒng)是對各類有毒有害氣體的實時監(jiān)測、報警及處置設備的聯(lián)鎖控制。GDS系統(tǒng)通過接收可燃氣體探測器、有毒氣體探測器信號，顯示氣體濃度并實現(xiàn)聲光報警，并具有相對獨立、互不影響的報警功能，區(qū)分和識別報警場所及記錄。

2 一體化控制系統(tǒng)在D-苯甘氨酸甲酯鹽酸鹽生產中的應用

根據(jù)生產裝置的規(guī)模、工藝流程特點及操作要求，按工藝要求對生產過程中的溫度、壓力、流量、液位、可燃氣體濃度等主要參數(shù)進行集中檢測和控制。依據(jù)工藝特點及要求達到的控制目標，配置工藝流程各環(huán)節(jié)所需要監(jiān)測的一次測量、調節(jié)控制、報警監(jiān)測等現(xiàn)場儀器儀表。

設置控制室，實現(xiàn)全廠的統(tǒng)一調度，控制室設置在非爆炸危險場所。其中包括機柜室和操作室，系統(tǒng)核心組成包括冗余控制器和I/O子站、供電設備、通訊設備、操作站、工程師站等。

產品生產采用氯化亞砜催化法工藝，主要原料為苯甘氨酸、甲醇和氯化亞砜。DCS控制系統(tǒng)將甲醇儲罐中的甲醇經泵輸送至甲酯車間的甲醇計量罐，通過PID參數(shù)自動調節(jié)定量計量后加入反應釜；苯甘氨酸計量后投入反應釜，控制系統(tǒng)通過控制負壓投入將氯化亞砜抽入氯化亞砜計量槽，經過流量參數(shù)控制緩慢滴加入反應釜；隨后通過對反應釜溫度的自動控制來反應生成甲酯鹽酸鹽溶液，待反應完畢后，系統(tǒng)控制移料閥將生成的甲酯鹽酸鹽溶液下卸料至離心機，通過控制離心機的頻率，將分離出的固體送至雙錐干燥機進行自動溫控烘干，最后烘干后的成品通過顆粒機粉碎后自動封閉包裝，運入廠區(qū)的成品倉庫。

生產過程中系統(tǒng)將離心機分離出的母液，用泵打回反應釜，實現(xiàn)循環(huán)套用。同時系統(tǒng)將反應過程中、烘干過程中的尾氣通過控制三級膜吸收塔水吸收，一級填料塔氫氧化鈉吸收，對處理后的尾氣進行實時監(jiān)測，當參數(shù)達標后排空。

上述生產過程控制中，為實現(xiàn)工藝流程的可靠、平穩(wěn)運行，DCS控制系統(tǒng)利用PID調節(jié)、分程調節(jié)、選擇式調節(jié)、串級調節(jié)、順序控制、邏輯運算和判斷?？勺詣油瓿蛇^程或設備的順序控制。每個調節(jié)回路都遵循各自的調節(jié)特性，同時在特殊工況下，會有所不同。在實現(xiàn)自動實時控制的同時，對采集到的各種數(shù)據(jù)進行存儲在存儲器內，同時建立過程變量的歷史數(shù)據(jù)庫，方便日后的分析。對發(fā)生的信號超出高、低限值以及通訊中斷發(fā)生報警和系統(tǒng)本身故障報警。

GDS系統(tǒng)對使用可燃氣體及有毒氣體的工藝裝置和儲存設施的區(qū)域內設置監(jiān)測探頭，可能發(fā)生的可燃氣體和有毒氣體的泄漏進行監(jiān)測，當可燃氣體濃度達到最高容許濃度時，自動發(fā)生聲光報警以及啟動排氣風機。報警信號發(fā)送至控制室、現(xiàn)場操作室進行報警。

SIS系統(tǒng)通過邏輯控制器、I/O模件、電源模件、內部通信模件等硬件設備對甲醇各儲罐的液位、重要設備故障信號的三重化冗余監(jiān)測，獨立完成工藝裝置緊急狀態(tài)下的安全保護和緊急停車。同時SIS輔助操作臺上緊急停車手動開關的信號和報警信號硬接線連接到SIS系統(tǒng)。生產過程中SIS系統(tǒng)是完全獨立的，可獨立完成安全保護功能。

一般信號報警采用操作站實現(xiàn)，重要報警除操作站上顯示外，在輔助操作臺上設置有信號報警器。按鈕、開關、信號報警器等與SIS系統(tǒng)為硬線連接。

工程師站用于DCS、SIS、GDS系統(tǒng)組態(tài)、編程、故障診斷、狀態(tài)監(jiān)測、在線方案調整程序開發(fā)、系統(tǒng)診斷、控制系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)庫和畫面的組態(tài)、編輯及修改。同時可以離線和在線組態(tài)、修改、設置參數(shù)及系統(tǒng)維護。并具有離線仿真調試功能。歷史工作站用于記錄過程事件。過程事件從系統(tǒng)中檢索出來用于在線查看。

系統(tǒng)中所有的控制單元、通訊、電源及重要的輸入/輸出為1∶1冗余配置，保證控制系統(tǒng)安全可靠。與現(xiàn)場儀表聯(lián)系：需24VDC供電的現(xiàn)場儀表，其電源由系統(tǒng)供電。當I/O卡不能供電時，系統(tǒng)同時提供單獨的24VDC電源。所有的氣動閥門均按故障安全型設置，確保裝置在氣源故障的情況下處于安全位置。系統(tǒng)用電為兩路UPS電源UPS持續(xù)供電時間≥30 min。

3 應用效果分析

在化工行業(yè)生產過程中，需要控制的參數(shù)要素非常多，采用DCS控制系統(tǒng)可以對大量的數(shù)據(jù)進行短時間處理。在生產過程中由于多因素影響，經常會出現(xiàn)需要進行個性化調整、自行檢驗與校正，另外還需要抵抗外界干擾的問題。通過DCS控制系統(tǒng)，可以輕松處理好在測量過程中遇到的問題，降低了人工排查難度。同時靈活的可編程優(yōu)勢代替硬件的邏輯工作，從而作出精確計算。

甲醇的存儲、使用控制較為復雜，控制出現(xiàn)不當極易出現(xiàn)災難性事故。甲醇的溫度、液位是其重要的控制參數(shù)，當溫度、液位超過了設定值時，SIS系統(tǒng)通過現(xiàn)場測量裝置將實時測量數(shù)值回傳至SIS系統(tǒng)。SIS系統(tǒng)則根據(jù)事先程序設定值將自動啟動聯(lián)鎖裝置，切斷甲醇繼續(xù)進入罐體，使罐體不會因為超容量、超溫而引發(fā)的危險事故。

4 結 語

綜上所述，一體化控制系統(tǒng)在整個化工生產的過程中起到了非常重要的作用，通過對于該系統(tǒng)功能應用的了解，可以看出一體化控制系統(tǒng)可以極大地提高生產效率，降低人員勞動強度、誤操作、保障生產過程中的人身安全和設備安全，從而帶來整個化工企業(yè)的經濟效益提升，為我國化工行業(yè)控制方式發(fā)展做出貢獻。