ABB DCS集散控制系統在焦油蒸餾系統中的開發與應用

李 波，倪云濤，張金明

冶金自動化研究設計院、北京金自天正智能控制股份有限公司成都分公司，四川 成都 610041

0 引言

隨著攀鋼新1#、2#焦爐的投產，焦油及副產品的加工及處理量增加, 原焦油及工業萘的常規儀表控制裝置已滿足不了高產優質的需要，而儀表備件也不好買，必須換代。

1）實現焦油工序自動化改造的主要目的是：提高裝置的自動化水平，降低原材料消耗和能耗，改善產品質量，降低操作人員勞動強度，提高勞動生產率，提高安全生產保障能力；

2）現焦油工序的部分控制設備仍在使用70、80年代的Ⅲ型儀表，時間較長，技術落后，顯示控制設備老化（多數已淘汰，備件困難），不能適應煤化工廠現代化發展需要，包括：焦油蒸餾、工業萘蒸餾、焦油洗滌、蒸吹分解系統。

1 系統配置概況

本項目選用 ABB Industrial IT AC800F集散控制系統。此系統是面向工廠自動化的新一代開放式DCS系統, 全面支持現場總線技術,系統采用全局數據庫技術,實現全局一體化編程。系統通信為標準TCP/IP工業以太網，系統結構具有較強伸縮能力,系統編程采用國際化標準。ABB Industrial IT分散控制系統易于組態、易于使用、易于維護、易于擴展。

現場控制站采用符合技術要求的AC800F控制器，I/O站通過冗余Profibus DP總線與控制站進行數據通信，該系統完全滿足規范書中的要求。

根據工廠情況設一個焦油DCS控制站. 包括：焦油蒸餾,工業萘蒸餾的控制系統，油槽液位監視，泵電機監視，改質瀝青系統及餾分加工系統的部份參數監視。

2 DCS系統對焦油工段系統中實現的主要功能

其主要串級控制功能如下：

焦油管式爐二段出口溫度與煤氣流量的串級調節；

焦油二段蒸發器頂部溫度與I蒽回流量串級調節；

焦油餾分塔頂溫度與輕油回流量串級調節；

工業萘初餾塔塔底液位與初塔底部采出量串級調節；

工業萘初餾塔塔頂溫度與酚油回流量的串級調節；

工業萘初爐出口溫度與煤氣流量的串級調節；

工業萘精餾塔塔底液位與精塔底部采出量串級調節；

工業萘精餾塔塔頂溫度與萘油回流量的串級調節。

管式爐二段出口溫度與焦爐煤氣流量的串級調節示例：（其它串級調節與此原理一樣）

在PID串級回路調試時首先把相關的溫度、壓力、流量信號引入到DCS系統中，數據顯示完全正常后，再把調節閥的控制信號引入到DCS系統中，信號正常后，把串級回路的副回路選擇在手動情況下，首先在手動情況下進行調試。正常后再把副回路的設定值SP選為內部設定，選擇設定值跟蹤PV值變化，這樣打到自動情況下時，由于SP值跟蹤PV值，所以兩者相等，此時輸出值OP保持不變，在自動情況下可以更改設定值，觀察輸出值和PV值的響應變化，從而調整PID參數值，直到最后滿足生產要求。

在副回路調試完成后，在投入主回路調節前，主回路首先打到手動情況下，并調整輸出值OP使得進入副回路的SP值和副回路的設定值SP相等，這樣在主回路投入時不會給副回路造成波定，在主回路投入手動后，通過調整主回路OP值的大小，來調節調節閥的開度，使調節閥保持在合適的開度上。正常生產后，把主回路也打到自動，通過調節PID參數，來更改回路的振蕩和滯后，使得最后的輸出過程穩定、快速。

由于焦化工藝的復雜性，對爐溫的影響因素也比較多，進料量、采出量，加熱爐煙筒頂翻板的角度，以及管式爐煤氣量的大小，多變量導致溫度的控制比較困難，波動也較大。而且管式爐溫度控制的滯后性很大，單需要更改溫度設定值時往往需要較長時間，溫度才會有所變化，這時溫度變化又比較快，很容易就會超出設定的溫度值，造成調節回路的反復震蕩，對生產產品造成影響。因此在實際PID參數調節中，經過技術人員在生產的過程中經過幾個月不斷地對生產數據和溫度歷史趨勢進行觀察與分析，不斷的對串級回路主、副環PID參數進行優化設置，使得串級控制的溫度控制精度達到了1℃左右。系統的響應時間比較及時，又能縮短回路調整時的震蕩周期。從而保證了生產系統的穩定運行。

3 改造前后的數據比較

改造后系統經過一段時間的運行，本系統完全能達到現場的生產要求，且控制精度大大提高（由改造前的±4℃提高到±1.5℃），生產操作更加簡單而穩定。

4 結論

1）本次焦油項目改造在很大程度上提高裝置的自動化水平，降低操作人員勞動強度，提高勞動生產率，提高安全生產保障能力減少產品質量波動、實現卡邊控制；同時，先進控制的應用也統一了操作人員的操作方法，提高了裝置的自動化水平。現在系統的參數及控制都可以早人機界面上集中顯示和操作，使操作人員在控制室就可以對生產數據進行監控、調節；

2）在降低原材料消耗和能耗，改善產品質量方面也有顯著的提高。現在控制系統的控制精度有了明顯的提高，使調節更加的精確及時，從而降低生產介質的質量波，使產品質量有了保證；原料利用率的提高使系統的總能耗也隨即降低。而且焦油精制裝置實施先進控制后，增強了系統裝置抗干擾能力。這些將帶來顯著的社會經濟效益；

3）系統增加了液位報警和對重要機泵的在線監控，有利于避免重大安全、環保和設備的事故發生。

[1]張善文，雷英杰，等.MATLAB在時間序列分析中的應用[M].西安電子科技大學出版社，2007，4.

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