簡(jiǎn)單介紹過(guò)程控制在空分裝置中的應用

萊鋼12000m3/h空分裝置全套引進(jìn)德國林德公司的技術(shù)設備，采用空氣低溫精餾法生產(chǎn)高純度的氧氣、氮氣和氬氣。其簡(jiǎn)要生產(chǎn)工藝過(guò)程如下：原料空氣經(jīng)壓縮、預冷，并在分子篩站除去水分和CO2，進(jìn)入冷箱后分成兩股，一股經(jīng)主換熱器逆流冷卻進(jìn)入高壓塔，另一股經(jīng)膨脹降溫進(jìn)入低壓塔?？諝饨?jīng)高壓塔、低壓塔兩級精餾，在低壓塔頂部分離出氣氮、液氮，在其底部分離出液氧。在低壓塔中部抽出富氬的氬餾分(約含90%O2、10%Ar和0.05%N2)，送往初級粗氬塔中除去氧分，從初級粗氬塔頂部引出氣態(tài)氬(純度約99.8%)送到次級粗氬塔底部，進(jìn)一步除去氧分。最后，含氧量小于0.0001%的氬送往純氬塔除去氮和碳氫化合物，生產(chǎn)出純氬。

1 控制系統結構

該空分裝置采用了加拿大Elsag公司的INFI-90控制系統，其中INFI-90DCS作為過(guò)程控制系統，完成數據采集、回路調節及邏輯順序控制;DECAlpha200計算機用于自動(dòng)變負荷控制(ALC)。為了保證大型設備安全、可靠地運行，在現場(chǎng)選用了5臺PLC，分別完成空壓機、氮壓機、氧壓機和兩臺膨脹透平機的局部控制。主控室中配有1臺工程師工作站、1臺操作員監控站、1臺自動(dòng)變負荷過(guò)程站和3臺打印機，用于生產(chǎn)過(guò)程監控，軟件組態(tài)及圖形、報警打印?？刂葡到y網(wǎng)絡(luò )結構如圖1所示。

圖1 控制系統網(wǎng)絡(luò )結構示意圖

該系統配置的最大特點(diǎn)是具有冗余功能，包括：

INFI-NET環(huán)的雙環(huán)熱態(tài)冗余。

兩塊網(wǎng)絡(luò )接口模件硬線(xiàn)配置成互為冗余，保證上環(huán)網(wǎng)的數據不中斷。

4個(gè)多功能處理器分別用硬線(xiàn)配置成兩對互為冗余模塊，保證系統程序執行不中斷。

工程師工作站與操作員監控站通過(guò)以太網(wǎng)配置成冗余，共享兩臺打印機。

2 控制功能

2.1 DCS過(guò)程控制

ElsagDCS主要完成產(chǎn)品加工區、存儲區的數據采集和回路控制?？刂苹芈分饕锌諌簷C吸入空氣的流量控制;空冷塔、水冷塔的液位控制;兩分子篩的運行步驟及切換控制;冷箱內各精餾塔及管道內的壓力、流量、溫度控制;存儲罐內的液位及壓力控制等等。

為使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程運行穩定，各回路間都設有級聯(lián)控制。該空分裝置主要是制取氧氣，氧氣流量調節回路如圖2所示。

圖2 氧氣流量調節回路組態(tài)示意圖

由于氧氣流量調節會(huì )影響到氬餾分、氧氣壓力、氧氣溫度的變化，聯(lián)鎖停車(chē)信號會(huì )使回路處于安全設定值狀態(tài)，因此設計過(guò)程中需考慮到這些因素的存在，使之處于級聯(lián)狀態(tài)，保證了氧氣流量的安全調節。

PID回路調節是由PID功能塊和控制站功能塊組成，它有3種工作方式。

(1) 手動(dòng)方式操作員在監控畫(huà)面上直接修改閥門(mén)開(kāi)度的輸出值，達到手動(dòng)控制現場(chǎng)設備的目的。

(2) 自動(dòng)方式操作員通過(guò)監控畫(huà)面修改控制站功能塊的設定值1，由PID回路根據此設定值與測量值的偏差自動(dòng)調節閥門(mén)的開(kāi)度。

(3) 級聯(lián)方式與自動(dòng)方式基本相同，但控制站功能塊的設定值2是由內部程序修改，在監控畫(huà)面上不能修改此設定值。

2.2 ALC

ALC是指通過(guò)DECAlpha200計算機中已組態(tài)好的實(shí)時(shí)數據庫(DHI)與DCS系統進(jìn)行通信，以控制現場(chǎng)25個(gè)主要控制回路，改變空分裝置的運行負荷，即改變空氣的吸入量和能耗，并自動(dòng)地按照一定算法改變后續工序的相應重要生產(chǎn)參數，實(shí)現氧氣產(chǎn)量隨需求量的變化而變化的自動(dòng)調節，調節范圍為設計產(chǎn)量的70%～100%。這樣就可降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。

2.2.1 ALC系統主要功能

(1) 操作員接口

用于氣氧產(chǎn)品目標產(chǎn)量的設定和自動(dòng)變負荷全過(guò)程的監視。為保證生產(chǎn)安全，該氣氧產(chǎn)品目標產(chǎn)量設定點(diǎn)有上、下限值。

(2) 計算塊和設定點(diǎn)斜坡函數

用于A(yíng)LC所控制的25個(gè)控制回路的各個(gè)目標設定點(diǎn)及其他重要工藝參數的計算。

(3) 數據傳送

用于DEC Alpha200計算機計算出的各控制回路設定點(diǎn)的值到相應控制回路的動(dòng)態(tài)傳送，其數據每5s刷新一次。ALC系統啟動(dòng)前，受ALC控制的所有控制回路必須設定在適當的操作狀態(tài)(即自動(dòng)/串級)。一旦出現錯誤的信號，ALC便自動(dòng)停止數據的傳送，保持當前狀態(tài)，同時(shí)發(fā)出聲、光報警信號。

(4) 歷史趨勢圖顯示

用于顯示自動(dòng)變負荷控制過(guò)程中主要控制回路的參數曲線(xiàn)，以便于操作人員監視生產(chǎn)狀況。

(5) 安全運行

自動(dòng)變負荷可以隨時(shí)啟動(dòng)或停止，當25個(gè)控制回路中有1個(gè)出現錯誤時(shí)，變負荷將自動(dòng)停止，各回路保持在當前狀態(tài)。