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JX-300X DCS在西无盐水自动控制上的应用 |
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作者：茂名石化仪表 张剑辉 |
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西无盐水装置是茂名石化公司三催化、四蒸馏装置及新区三大套装置的重要附属装置，承担着向锅炉提供精制水的任务，分一、二期工程。其中一期工程系统不够完善、操控方式落后、操作站功能不足，室内仪表陈旧，而且PLC系统已停止使用，监视上位机已经超过其使用年限，死机频繁，整个系统已经处于瘫痪的边缘，如果不及时进行改造，将严重影响新区各大装置的生产。
茂名石化公司的西无盐水装置出现了严重的工程系统不完善以及功能缺陷问题，因此公司决定对西无盐水装置进行改造，并使用浙大中控公司的SUPCON JX-300X DCS集散控制系统，以实现装置的全过程连续控制，以适应生产的要求。
工艺流程及要求
如图1所示是无盐水的工艺流程，外来新鲜水首先经过澄清过滤池预处理后进入清水池，再经过精密过滤器后使浊度降至2‰以下，经过阳离子交换器、脱气塔、阴离子交换器脱盐后，其水质电导率低于5.0μs/cm，SiO2含量小于100ppb，脱盐后的水进入精制水储罐，用精制水泵送至用户。当系统再生时，酸碱计量罐的酸碱通过酸碱喷射器分别注进阳离子交换器和阴离子交换器。
图1 无盐水的工艺流程
系统的实现
SUPCON JX-300X DCS系统是浙大中控公司继SUPCON JX-300系统之后推出的集散控制系统，具有完备的监视、控制、通信等功能，组态方便、快捷，运行平稳可靠，可以根据被控对象的大小，视需要灵活配置，在中国小型生产装置的生产过程中应用广泛。
SUPCON JX-300X DCS系统由工程师站、操作站、控制站、过程控制网络等组成，采用两层通信网络结构，如图2所示。第一层是过程控制网，称为SCnet II； 第二层是控制站内部控制总线，称为SBUS。主控制卡、数据转发卡、I/O卡通过SBUS进行信息交换。西无盐水装置和西循装置共用一套JX-300X系统，整个系统共包括模拟输入点117个，模拟输出点7个，数字输入点和数字输出点各147个。
图2 系统结构图
根据工艺控制的需要进行DCS组态，实现了各种典型DCS控制系统的各种基本功能，如流程图、各种数据的显示、开关量的输入输出、模拟量的输入输出、PID控制、流量累积、趋势图、报表等，我们还根据工艺车间提供的自动控制步骤，利用JX-300X中的SCCONTROL逻辑编程工具实现工艺设备中三套精密过滤器、三套阳床、三套阴床的自动控制（其中三套阳床在再生步骤中共用两套酸计量罐，三套阴床在再生步骤中共用两套碱计量罐）。
实现DCS系统中的自动控制逻辑模块的工作：
程序规划
根据工艺控制步骤要求，一套精密过滤器的逻辑程序可以对应运行、吹洗、清洗、排水、冲洗五个模块，一套阳床或阴床的逻辑程序可以对应冲洗、运行、降床、停止、计量和检查、化注、置换、清洗八个模块。然后，利用JX-300X中的SCCONTROL逻辑编程工具编写自动控制程序模块。
实现计时功能
浙大中控的JX-300X DCS系统提供定时器和计数器，但可设置的定时时间较短，不能实现工艺要求的22×60min甚至更长时间的定时。为了解决这个问题，采用TP定时器、CTD减计数器结合F_TRIG下降沿检测器开发出一个长周期的定时模块：
用两个TP定时器组合成一个周期为1min的不间断自发生的脉冲发生器，逻辑连接方法如图3所示；用F_TRIG下降沿检测器和CTD减计数器组合成计算长周期脉冲发生器脉冲个数的脉冲计数器，逻辑连接方法如图4所示：
图3 长周期脉冲发生器
工艺步骤独立的功能块
第一步，从最简单的工艺步骤的逻辑程序开始，结合工艺步骤要求，并着重考虑如何更便于操作，开发出以长周期定时器、SR触发器以及逻辑块为主要组成部分时间步进工艺的步骤功能块；
第二步，设计出以工艺参数报警和时间为步进条件的模块，如精密过滤器中的运行步骤，以压差和时间为步进条件的功能（GLQ_YUNXING）块实现方法如图5所示。该功能块的逻辑功能是以时间为步进条件的工艺步骤功能块的改进。
图5 时间和压差步进条件工艺步骤功能块的逻辑实现
工艺步骤功能块的联接
将每一个工艺步骤功能块的XYB输出联接到下一个工艺步骤功能块的SYB输入参数，其中每一个工艺步骤的SDK、SDT、SDTJ按钮都通过TP定时器模块产生一个脉冲信号到工艺步骤功能块的相应输入参数，如精密过滤器的逻辑联结方法，“精密过滤器各工艺步骤间的逻辑联接”如图6所示。
图6 精密过滤器各工艺步骤间的逻辑联接图
实现各个阀门的软手动功能
对于特定的阀门，如果一个或多个工艺步骤运行时要求该阀门打开，则将以上工艺步骤功能块的ZT输出与之联接，然后，将阀门的输出联接到一个选择模块的IN1输入参数上（阀门自动），将常值OFF联接到该选择模块的IN2输入参数上（阀门软手动停），将常值ON联接到该选择模块的IN3输入参数上（即阀门软手动开），如KIC101D-6两位阀，D套精密过滤器的吹洗工艺步骤和清洗工艺步骤运行时都要求打开，所以它的逻辑程序实现方法如图7所示。
图7 阀门的逻辑联接
以上就是脱盐水自动控制系统中精密过滤器逻辑程序的实现过程。在脱盐水自动控制系统中的阳离子、阴离子的工艺步骤以及精密过滤器的工艺步骤的逻辑程序与其类似，也都以时间或时间与模拟量比较为步进条件。因此，GLQ_SJ程序模块可直接用于阳离子和阴离子中以时间为步进条件的工艺步骤，GLQ_YUNXING程序模块可以直接用于阳离子和阴离子中以时间与模拟量为步进条件的工艺步骤，避免了程序的重复开发。
通过逻辑编程后，实现了以下的自动控制步骤（各设备的各种工艺流量控制运行时很少变动，流量的大小由手动阀门限位来完成）：
问题及改进方法
攻关改造后，西无盐水浙大中控DCS自动控制系统运行平稳，监测、常规PID控制和自动控制较好，而且具备了历史趋势、报表打印、报警一览等功能，极大地方便了操作，提高了生产的效率。但是该系统与全自动控制还存在以下差距：
出于安全方面的考虑，目前所有泵的启动还是人工现场启动，虽然工艺控制中泵的启动比较有规律，能够在很大程度上实现自动，但无法百分之百的全自动。
由于西无盐水装置投产多年，而且装置现场酸碱腐蚀严重，部分现场仪表已经老化，如直接关系到自动控制步进的在线仪表，测量数据不准，对自动运行造成很大的影响。
针对以上存在问题，提出以下改造方案：
对泵的控制方式进行技术改造，是泵能够安全地进行远程启动，然后在逻辑程序中添加泵的自动启动功能。
对直接关系到程序自动运行的现场仪表进行维修或更新，使系统具备全自动的能力。
小结
新的DCS自动控制系统实现了各种实时数据的监测、PID控制模块、历史趋势、报表打印、报警一览等常用的操作功能，还通过逻辑编程实现了工艺控制步骤的自动化，与二期PLC系统相比，新的DCS自动控制系统提供了更灵活、更多样化的操作方法，并且可以随时根据需要对时间和工艺参数的步进条件进行设定，运行也更加稳定可靠，工艺步骤逻辑功能更加独立，从而使自动控制系统的操作更加直观、条理和灵活。在实现脱盐水自动控制系统中也使用了FBD功能块和ST语言编程，并且将各个相对独立的功能都进行模块化，大大增强了逻辑程序的可读性，方便自动控制系统的维护和日后的功能扩展。(end)
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(10/20/2010) |
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