復雜控制在PROVOX系統中的應用

于浩

摘 要：針對輕汽油醚化工藝參數的復雜性和控制方案多樣性，提出將常規組態軟件與FST功能順序軟件相結合的辦法，比較好的實現了工藝要求的分程控制，順序控制，聯鎖控制等復雜控制。根據控制方案實施原理圖，詳細的給出了算法的實現步驟，裝置運行至今，投用的復雜控制一直運行良好。文章介紹了兩個控制方案，以期對以后利用PROVOX系統實現復雜控制提供借鑒。

關鍵詞：復雜控制；分程控制；聯鎖控制；集散控制系統

引言

復雜控制大體可以分為三類：一類以提高響應曲線指標為目的，如串級、前饋、分程控制等；一類按照滿足特定的工藝要求而設計，如配方、批量、聯鎖控制等；還有一類是基于數學模型的先進控制，如模糊、自適應、神經元控制等。烏魯木齊石化公司煉油廠引進40萬噸/年輕汽油醚化裝置，其DCS控制系統采用的是美國Fisher-Rosemount的PROVOX系統。文章將選取裝置中的甲醇進料緩沖罐分程控制、導熱油爐膨脹槽啟泵聯鎖這兩個復雜控制設計方案作為探討[1-2]。

1 分程控制

一臺控制器的輸出可以同時控制兩臺甚至兩臺以上的控制閥。控制器的輸出信號被分割成若干個信號范圍段，由每一段信號去控制一臺控制閥，稱為分程控制系統[3]。分程控制的場合有很多，總體上可以分為三種情況：（1）用于擴大控制閥的可調范圍，改善控制品質；（2）用于控制兩種不同的介質，以滿足工藝生產的要求；（3）用作生產安全的措施。例如下面介紹的例子，為保證甲醇進料緩沖罐壓力安全，而采用分程控制方案。

甲醇進料緩沖罐的壓力由PV-2022A和PV-2022B共同控制，閥PV-2022A負責排放甲醇進料緩沖罐內的廢氣，調低壓力，為氣開閥；閥PV-2022B負責補充甲醇進料緩沖罐內的氮氣，調高壓力，為氣關閥。兩個控制閥異向動作，即隨著控制器輸出信號的增大或減小，一個控制閥開大，另一個控制閥則關小。調節器對這兩個閥實行分程控制，先打開進氣閥，關閉放空閥，使罐內的壓力升高，隨著壓力的升高，進氣閥應不斷的關小，甚至全關；如此時壓力還是超過限定值，則應打開放空閥，使壓力回到設定值。為保證在壓縮空氣斷開時，儲罐館內始終有氮氣，進氣閥PV-2022B應該選用氣關式，而放空閥PV-2022A選氣開式。因此壓力調節器應選正作用，分程點為50%[4]。

在PROVOX系統通過調用其“功能順序表”FST軟件實現分程控制前[6]，首先應在系統中創建一個LOOP控制回路點PIC-2022，兩個模擬量輸出AO點，分別控制PV-2022A和PV-2022B。然后，通過設置兩個AO點的工作模式，操作人員可以把分程控制方案設為手動控制和計算機程序控制，當AO點處于計算機模式的時候，接受FST程序的驅動，當AO點處于手動模式時，可以由操作員手動控制閥位的調節。

圖2 分程控制邏輯圖

FST編制程序如下：

01：DARD（F，%IVP：PIC-2022）

02：STSV（F1）

03：BRA（<=，50.0，LABEL1）

04：BRA（>，50.0，LABEL2）

05：END

LABEL1：/執行進氣閥曲線/

06：LDSV（6）

07：DAWT（I，MODE：PIC-2022B-AO）

08：LDSV（F1）

09：MUL（-2.0）

10：ADD（100.0）

11：STSV：（F2）

12：LDSV：（F2）

13：DAWT（F，SP：PIC-2022B-AO）

14：RDFAIL（I10）

15：END

LABEL2： /執行放空閥曲線/

16：LDSV（6）

17：DAWT（I，MODE：PIC-2022A-AO

18：LDSV（F1）

19：STSV（F3）

20：LDSV（F3）

21：DAWT（F，SP：PIC-2022B-AO）

22：RDFAIL（I10）

23：END

2 導熱油爐膨脹槽啟泵聯鎖

導熱油爐負責為整個醚化裝置供油，導熱油的正常循環在產品的連續生產中起關鍵的作用。導熱油泵有三臺熱備，每臺導熱油泵的啟、停都涉及一個聯鎖控制。觸發導熱油爐膨脹槽啟泵聯鎖，開啟導熱油循環泵的條件有4個：正常運行時AI點LISL-4301即D401-1的膨脹槽液位小于800mm；正常運行時LISL-4301的顯示達到500mm時，DI點LSH-4301被觸發；停車卸油時，AI點LISH-4304即D408液位超高，即液位大于1350mm；DCS操作站上P406的軟開關DCD-P406被開啟。在未被旁路的情況下，只要一上四個條件有任一條件滿足，都將觸發聯鎖，使導熱油循環泵P406開啟，向膨脹槽中注冷油。

圖3 膨脹槽啟泵聯鎖邏輯圖

在系統調用其“功能順序表”FST軟件實現其膨脹槽啟泵聯鎖之前，我們在系統中首先建立一DCD點DCD-PASS406，負責聯鎖程序的旁路開關，可以根據工藝操作需求在正常運行或停車卸油時旁路掉其觸發條件；建立另一DCD點DCD-P406，設置為導熱油循環泵P406的軟按鈕來控制啟泵。

FST編制程序（部分）如下：

01：DARD（I，PV：DCD-PASS406）

02：BRA（=，1，A1）

03：BRA（=，2，A2）

04：BRA（=，3，A3）

05：BRA（=，4，A4）

06：END

A1： /沒有旁路開關的情況/

07：DARD（F，PV：AI-LISL-4301）

08：STSV（F1）

09：BRA（<=，800，LABEL1）

10：DARD（B，PV：DI-LSH-4301）

11：STSV：（B1）

12：BRA（=，TRUE，LABEL1）

13：DARD（F，PV：AI-LISH-4304）

14：STSV：（F2）

15：BRA（>=，1350，LABEL1）

16：END

A4： /觸發條件都被旁路掉的情況/

17：DARD（I，PV：DCD-P406）

18：STSV（I1）

19：BRA（=，1，LABEL1）

20：END

LABEL1： /聯鎖觸發后的動作步驟/

21：LDSV（6）

22：DAWT（I，MODE：DO-XS-P406）

23：LDSV（TRUE）

24：DAWT（B，SP：DO-XS-P406）

25：LDSV（FLASE）

26： DAWT（B，SP：DO-XS-P406）

27：END

3 結束語

在輕汽油醚化裝置中利用PROVOX系統中的FST順序編寫軟件實現的功能還有很多，編寫的方案也有多種多樣，對于今后使用DCS設計更簡單、可靠的實現復雜控制與聯鎖邏輯功能，我們還將繼續探討更好的可行性方案。

參考文獻

[1]鄭忠云.應用DCS優化聯鎖控制系統[J].儀器儀表標準化與計量，2004（5）：29-30.