【正文】 在生產(chǎn)過(guò)程中需要測(cè)量的參數(shù)是多種多樣的，相應(yīng)的測(cè)量方法及儀表的結(jié)構(gòu)原理也各不同，但從測(cè)量過(guò)程的結(jié)構(gòu)原理也各不相同，但從測(cè)量過(guò)程的實(shí)質(zhì)來(lái)看，都是將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過(guò)程，而測(cè)量?jī)x表就是實(shí)現(xiàn)這種比 較的工具。其中，報(bào)表制作部分在 SCForm 報(bào)表制作軟件中實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)運(yùn)行部分與 AdvanTrol 監(jiān)控軟 件集成在一起。 37 圖 32 JX— 300XP DCS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖 — 300XP DCS 系統(tǒng)軟件 用于給 CS、 OS、 MFS 進(jìn)行組態(tài)的專(zhuān)用軟件，包括： SCKey（系統(tǒng)組態(tài)）、 SCDiagnose（系統(tǒng)診斷）、 SCControl（圖形化組態(tài)）等工具軟件包，稱(chēng)之為組態(tài)軟件包。 主控制卡必須插在機(jī)籠最左端的兩個(gè)槽位。 （ 1）控制站硬件 控制站是系統(tǒng)中直接與現(xiàn)場(chǎng)打交道的 I/O 處理單元，完成整個(gè)工業(yè)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。 所有智能卡件通過(guò)先進(jìn)的硬件設(shè)計(jì)和周密的軟件配合，都實(shí)現(xiàn)了帶電插拔的 35 功能，以滿(mǎn)足系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的維修需要。 系統(tǒng)的模擬量輸入（ AI）卡件采用了智能調(diào)理和先進(jìn)的信號(hào)前端處理技術(shù)，由卡件上的微處理器控制，將信號(hào)調(diào)理和 A/D 轉(zhuǎn)換合二為一，使每塊模擬量輸入卡具有信號(hào)智能調(diào)理和處理的能力，提高了 I/O 卡件的可靠性、獨(dú)立性，同時(shí)也有助于功能擴(kuò)展。每個(gè) SC Ⅱ網(wǎng)理論上最多可帶 1024 個(gè)節(jié)點(diǎn)，最遠(yuǎn)可達(dá) 10,000 米。對(duì)于系統(tǒng)中重 要的公用部件，建議采用 100%冗余，如主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和電源箱。 工程師站是為專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)的， 內(nèi)裝有相應(yīng)的組態(tài)平臺(tái)和系統(tǒng)維護(hù)工具。美國(guó) General Motons 公司以 ISO7 層模式為依據(jù)，從制造業(yè)自動(dòng)化局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的角度提出了 MAP 規(guī)程，得到了工業(yè) 31 控制領(lǐng)域的認(rèn)可。 OSI 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議共有七層，層數(shù)的增多會(huì)使有效傳輸率降低而影響實(shí)時(shí)性。 DCS 通訊網(wǎng)絡(luò) 與普通局域網(wǎng)不同，工業(yè) LAN 對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高。光纖損耗低，傳輸距離遠(yuǎn)，通信容量大，而且光纖抗電磁干擾能力強(qiáng)。集散系統(tǒng)各單元安裝在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)框內(nèi)，模件之間采用多芯電纜，標(biāo)準(zhǔn)化接插件相連；現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間只需 12 根屏蔽電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，布線(xiàn)量大大減少。 （ 2）系統(tǒng)擴(kuò)展靈活。在上一級(jí)設(shè)備出現(xiàn)故障或與上一級(jí)的通信失敗的情況下，它還能正常運(yùn)行，從而也使過(guò)程控制和操作得以進(jìn)行。其結(jié)構(gòu)特征 : ① 需適應(yīng)惡劣的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程環(huán)境 分散過(guò)程控制裝置的一部分設(shè)備需安裝在現(xiàn)場(chǎng)所處的環(huán)境差，因此，要求分散過(guò)程控制裝置能適應(yīng)環(huán)境的溫度， 濕度變化；適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的變化；適應(yīng)工業(yè)環(huán)境中獸王電磁干擾的影響；適應(yīng)環(huán)境介質(zhì)的影響。 圖 潛在故障向功能故障發(fā)展的示意圖 針對(duì)以上故障，應(yīng)用 γ 射線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)掃描檢測(cè)技術(shù)可以診斷和消除故障、優(yōu)化操作條件和延長(zhǎng)操作周期等，并且為煉油和化工企業(yè)指導(dǎo)生產(chǎn)提供重要數(shù)據(jù)或科學(xué)依據(jù)。這是因?yàn)榛亓髁吭黾訒r(shí)，首先要使積存在塔板上的蓄存量增加，然后在這增加的液體靜壓頭的作用下，才使離開(kāi)塔板的液相速度增加，因此對(duì)回流量變化的響應(yīng)存在著滯后性 (2)組分滯后的影響 無(wú)論是改變?cè)俜衅骷訜崃恳鹕仙羝兓€是由于回流的變化，均 是通過(guò)對(duì)每塊塔板上組分之間的平衡施加影響，最終才引起頂部產(chǎn)品或頂部產(chǎn)品組分濃度的變化。由于乙烯精餾塔液位為滿(mǎn)液位液位可調(diào)范圍太小 ,所以不能 23 象一般精餾塔那樣通過(guò)控制液位來(lái)調(diào)節(jié)塔釜采出流 量。常規(guī)控制難以達(dá)到上述目的 ,因此 ,必須采取先進(jìn)控制。液態(tài)乙烯產(chǎn)品從乙烯精餾塔 第 9 塊塔板抽出 ,從乙烯精餾塔底部抽出乙烷。 乙烯精餾塔是將來(lái)自脫乙烷塔頂，并經(jīng)過(guò)乙炔加氫反應(yīng)后的原料氣 (內(nèi)含 C2 H C2H H O CO、 C2H C3H6 )在塔內(nèi)經(jīng)氣液分離，最后在塔頂?shù)玫胶繛? %的乙烯產(chǎn)品，塔底乙烯含量不超過(guò) 0． 5%的乙烷產(chǎn)品。下面分析雙溫差控制系統(tǒng)的工作原理。在壓力波動(dòng)時(shí)，用溫度作為被控參數(shù)就不能很好地代表產(chǎn)品 17 的成分。為了及時(shí)、精確地檢測(cè)和控制產(chǎn)品質(zhì)量，要求溫度檢測(cè)儀表有很高的測(cè)量精度和靈敏度。 為了抑制其他干擾對(duì)被控參數(shù)的影響，除了主系統(tǒng)外，還設(shè)有五個(gè)輔助控制系統(tǒng)。 采用提餾段溫度控制系統(tǒng)時(shí)，在回流量足夠大的情況下， 塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量也可以保持在規(guī)定的純度范圍內(nèi)，因此，即使塔頂產(chǎn)品質(zhì)量要求比塔底嚴(yán)格，仍然采用提餾段溫度控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程工藝參數(shù)的檢測(cè)和控制，克服擾動(dòng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響，保證生產(chǎn)安全、持續(xù)地進(jìn)行 [6]。例如，由圖 可以看出，在 98%的純度下，當(dāng) V/F 從 2 增至 4 時(shí)，產(chǎn)品回收率從 14%增到 88%，增加了 74%；當(dāng) V/F 再?gòu)?4增加到 6 時(shí)，則產(chǎn)品回收率僅從 88%增加到 %，只增加了 %?；厥章实亩x是進(jìn)料中每單位產(chǎn)品組分所能得到的可售產(chǎn)品的數(shù)量。因此，對(duì)多元組分的分離可簡(jiǎn)化為對(duì)二元關(guān)鍵組分的分離，這就大大的簡(jiǎn)化精餾操作。其他干擾比較小，可以采用輔助控制系統(tǒng)預(yù)先加以克 9 服和抑制，各種精餾塔的工作情況不盡相同，需要根據(jù)實(shí)際情況具體分析。 當(dāng)加熱劑是 蒸氣 時(shí)，通過(guò)再沸器輸入精餾塔的熱量擾動(dòng) 往往是由蒸氣壓力變化所引起的，這一擾動(dòng)可通過(guò)在蒸氣總管 設(shè)置壓力控制來(lái)加以克服，或者通過(guò)溫度串級(jí)控制系統(tǒng) 的副回路予以克服。在精餾塔運(yùn)行過(guò)程中，影響其質(zhì)量指標(biāo)和平穩(wěn)生產(chǎn)的主要干擾有以下幾種 [4]。 (4)節(jié)能要求和經(jīng)濟(jì)性 精餾過(guò)程消耗的能量主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻能量的消耗。由于目前還不能生產(chǎn)出測(cè)量滯后小、精度等級(jí)高、能在線(xiàn)檢測(cè)的分析儀表，所以在大多數(shù)情況下，精餾塔自動(dòng)控制系統(tǒng)是通過(guò)溫度控制來(lái)間接實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)，即用溫度控制系統(tǒng)代替質(zhì)量控制系統(tǒng)。 根據(jù)工藝要求所提供的控制方案，在保證生產(chǎn)安全的前提下，通過(guò)對(duì)乙烯精餾塔精餾段溫度控制，對(duì)比控制方案的優(yōu)缺點(diǎn)，以達(dá)到最優(yōu)控制，使所研究的問(wèn)題符合要求，通過(guò)上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì) ，完 成對(duì)乙烯裝置的系統(tǒng)主態(tài)、歷史趨勢(shì)和實(shí)時(shí)報(bào)警等功能的研究，使整個(gè)過(guò)程更加直觀(guān)。 精餾塔控制 存在的問(wèn)題及最新發(fā)展 目前，大多數(shù)石化生產(chǎn)裝置都采用了 DCS 進(jìn)行控制，產(chǎn)生了較好的效益，但總的說(shuō)來(lái)， DCS 的應(yīng)用水平不高，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)還遠(yuǎn)沒(méi)有完全發(fā)揮出來(lái)。在硬件上將回路分散化，數(shù)據(jù)顯示、監(jiān)督等功能集中化，硬件可靠性 大大提高，效果甚好，但在控制算法上無(wú)顯著改進(jìn)。因此，精餾過(guò)程的節(jié)能潛力很大，收效也極為明顯。精餾塔的控制直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和 能量的消耗，因此精餾塔的自動(dòng)控制長(zhǎng)期以來(lái)一 直受到人們的高度重視 [1]。 關(guān)鍵詞 ： 自動(dòng)化；精餾塔系統(tǒng)； DCS 控制系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) II Monitoring and Controlling System Design of Distillation Abstract The automated technology has bee the national industry productive forces level an important symbol. The article introduced the industrial automation technology development based on the realtime work control automation technology’s design, started from the Distillation control scheme , introduced process equipment, production process, control process and DCS control system knowledge about the distillation column ， and the distillation control column system involved in instrumentation and DCS controls the basics. The position and functions and control strategy of control system are particular described, and has analyzed the automated technology take the batch distillation and distillation industry as the example in the domestic essential industry dominos application condition, has expounded the automated technology in the industrial development influential role. Using DCS control system in batch distillation system, it not only provide reliable data for the operator ,but also provide dynamic images of the main detecting point, and it also has a reliable multilevel alarm system to hint the failure point and maintenance measures. At the same time, the puter system can also adjust process control of batch distillation from macro angle so that the whole batch distillation system harmoniously runs as a whole to achieve production process automation. The advantages such as flexible control of DCS, multiple functions, the convenient key technical parameters setting and the openandshut interface of the III operating system etc. Will finally make it applied extensively in the rectification device. Practice shows that the system is reliable and stable in operation and is convenient to be operated. This system can be effectively controlled if related parameters are correctly adjusted, which is of great popularization value. Keywords: automation。 精餾塔控制系統(tǒng)采用 DCS 控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，不僅能為操作人員提供可靠的數(shù)據(jù)信息，而 且還能提供主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)畫(huà)面，它還具有可靠的多級(jí)報(bào)警系統(tǒng)，可提示故障點(diǎn)和維修措施，同時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還能從宏觀(guān)的角度調(diào)節(jié)精餾塔過(guò)程控制，使整個(gè)精餾塔系統(tǒng)從整體上協(xié)調(diào)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。 DCS。作為化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的分離過(guò)程，精餾也是耗能較大的一種化工單元操作。 精餾塔的發(fā)展大致經(jīng)歷了下述過(guò)程 [2]。 10 年來(lái)，有關(guān)精留塔控制的研究文獻(xiàn)大量涌現(xiàn)，其不同時(shí)期研究熱點(diǎn)大致趨勢(shì)是： (1)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用線(xiàn)性多變量控制技術(shù)，自適應(yīng)、自校正控制，預(yù)測(cè)推理控制和魯棒控制算法， 進(jìn)行精餾塔預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)和魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。并且存在一個(gè)使用成熟技術(shù)與使用先進(jìn)技術(shù)的矛盾。 圖 A,B 二組分混合物溫度 濃度曲線(xiàn) 5 精餾塔的控制要求及主要擾動(dòng) 精餾塔的控制要求 為了保證精餾生產(chǎn)過(guò)程安全，高效地連續(xù)進(jìn)行，精餾塔自動(dòng) 控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足以下幾方面的要求： (1)保證產(chǎn)品質(zhì)量 對(duì)于正常工作的精餾塔，應(yīng)當(dāng)使塔頂或塔底產(chǎn)品中的一個(gè)產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的純度；另一端產(chǎn)品的成分 亦應(yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。 (3)滿(mǎn)足約束條件 為了保證精餾產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程的正常運(yùn)行，必須滿(mǎn)足一些參數(shù) 的極限值所規(guī)定的約 束條件。 精餾塔的干擾因數(shù)特性 圖 表示精餾塔物料流程圖。 TF 和進(jìn)料熱焓值 QF 的變化 進(jìn)料溫度和狀態(tài)對(duì)塔的操作影響很大，一般情況下進(jìn)料溫 度是比較穩(wěn)定的，如果進(jìn)料溫 TF 度變化較大，為了維持塔內(nèi)的熱量平衡和穩(wěn)定運(yùn)行，在單相進(jìn)料時(shí) 8 采用進(jìn)料溫度控制可克服這種干擾，然而在多相進(jìn)料時(shí)，進(jìn)料溫度恒定并不能保證其熱焓值 QF 穩(wěn)定 。內(nèi)回流是指精餾塔精餾段上一層 塔 盤(pán)向下一層塔盤(pán)流下的液體量。所謂關(guān)鍵組分，是指對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響較大的組分。另外，分離混合液也需要消耗一定的能 10 量，這主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻量消耗。純度越高，這個(gè)傾向越明顯。其中質(zhì)量指標(biāo)是必 要條件，在質(zhì)量指標(biāo)一定的前提下，在控制過(guò)程中應(yīng)使產(chǎn)品產(chǎn)量盡量高一些，同時(shí)能量消耗盡可能低一些。另外，液相進(jìn)料時(shí)也