DCS控制系統在原料藥（氯化鈉）生產中的應用

孔凡軍 馬華興 張繼穩 付曉敏

（山東省鹽業集團肥城精制鹽廠，山東 肥城 271600）

DCS 是分布式控制系統的英文縮寫（ Distributed Control System），在國內自控行業又稱之為集散控制系統，即所謂的分布式控制系統或集散系統，是相對于集中式控制系統而言的一種新型計算機控制系統。它是在集中式控制系統的基礎上發展、演變而來的，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態方便。山東肥城精制鹽廠2×3萬t原料藥（氯化鈉）搬遷節能技改項目成功地將DCS控制系統應用到實踐中，提升了生產自動化水平，提高了生產效率，為企業更好更快發展打下了基礎。

1 項目簡介

山東肥城精制鹽廠系山東省鹽務局（山東省鹽業集團有限公司）直屬企業，歷經20多年的發展，企業集食用鹽、原料藥（氯化鈉）、飼料添加劑（氯化鈉）、工業鹽及洗浴鹽的生產、銷售于一體。早在2003年7月，企業取得藥品GMP證書，年產原料藥（氯化鈉）1.2萬t，是國內重要的原料藥（氯化鈉）生產企業之一，山東省唯一的原料藥（氯化鈉）生產企業，產品銷往全國23個省、市、自治區的280多家制藥企業。2013年，企業針對鹽業市場改革的新形勢，不斷加快轉型升級步伐，新上2×3萬t原料藥（氯化鈉）搬遷節能技改項目。該項目于2014年3月竣工試車，2014年8月份成功通過山東省食品藥品監督管理局組織的GMP現場審核認證。

2 系統方案與控制結構

DCS 的骨架——系統網絡，是DCS 的基礎和核心。網絡對于DCS 整個系統的實時性、可靠性和擴充性，起著決定性的作用。該系統是一種完全對現場I/O 處理并實現直接數字控制（DDC）功能的網絡節點。一套DCS 中要設置現場I/O 控制站，用以分擔整個系統的I/O 和控制功能。這樣既可以避免由于一個站點失效造成整個系統的失效，提高系統可靠性，也可以使各站點分擔數據采集和控制功能，有利于提高整個系統的性能。DCS 的操作員是處理一切與運行操作有關的人機界面（HMI-Human Machine Interface或Operator Interface）功能的網絡節點。工程師站是對DCS 進行離線的配置、組態工作和在線的系統監督、控制、維護的網絡節點，其主要功能是提DCS進行組態，供對配置工作的工具軟件（即組態軟件），并在DCS在線運行時實時監視DCS網絡上各個節點的運行情況，使系統工程師可以通過工程師站及時調整系統配置及一些系統參數的設定，使DCS隨時處在最佳的工作狀態下。

3 具體應用與范圍

根據工藝要求，該廠將DCS控制系統設計制作了鹵水凈化、蒸發結晶、手動/自動轉換、空調凈化、電磁閥控制、藥庫管理等功能模板，通過控制界面實現工藝操作，提高了工作效率。還根據可配置軟件包，允許用戶通過配置預先確定的軟件模塊及開發新的應用軟件模塊來發展自己的應用軟件，如人機對話接口(HMl)、管理控制及數據獲得系統(SCADA)、實驗室自動控制系統(LAS)、實驗室信息管理系統、物料需求計劃系統(MRP)、應用及產品數據處理系統(SAP)、部分可編程序邏輯控制器(PLC)等模塊。

3.1 在鹵水凈化、蒸發結晶模板中的應用

通過控制界面來實現料液流量、溫度、反應時間、精密過濾、pH調整及加料、轉料、排料、脫水、干燥、計量等參數的控制，所有數據自動儲存，方便查詢，利于追溯。數據庫核心技術達到“分散存儲、全局管理”。

3.2 DCS控制系統在潔凈室管理中的應用

對于潔凈室來說，潔凈度達標是基本，影響潔凈度的主要原因是塵埃，減少門的開啟來控制塵埃是有效的控制方法之一。因此，門禁控制系統的運用是非常實用和有效的。門禁系統控制主要是通過DCS編程來實現門與門之間的互鎖，尤其是人員凈化通道的各區之間門的互鎖。比如人員從一更凈化緩沖區進入二更，如果本區的門沒有關閉，那么進入二更的門是打不開的，這樣就有效地控制了由于管理上出現的漏洞造成污染和交叉污染，進而提高質量。

3.3 DCS控制系統在凈化空調系統中的應用

（1）空氣的潔凈度控制：潔凈度的控制主要通過過濾器和室內需要達到一定的換氣量來實現，過濾器的性能好壞及長時間的堵塞，直接影響到空氣的潔凈度。采用遠傳式儀表配合DCS控制系統可實現實時監控和控制。

（2）溫度控制：溫度的來源主要是通過空調機組內表冷及加熱段的冷熱源與經過的空氣進行冷熱交換得來的。先采用室內遠傳感器通過變送器、各種調節器，利用DCS控制系統來實現溫度自動控制的目的。

（3）濕度控制：濕度的大小直接影響到產品的質量。利用DCS程序設計控制濕度，既能控制相對精確一些又能減少投資。濕度的調節可利用蒸汽進行加濕。

（4）壓差控制：采用差壓變送器連接DCS控制系統，按工藝要求維持正壓或負壓。差壓變送器控制是利用差壓變送器檢測室內壓力，通過調節器、DCS控制系統來控制回風調節閥，控制必要的新風量，利用DCS和電動風閥控制不同房間的送風和回風，可使控制系統簡單化。

4 工藝過程的實現與運行效果

鹵水凈化根據其工藝將流程圖畫面分為:a段、b段、精密過濾（包括靜態混合調酸）3幅工藝流程圖畫面，在畫面中該廠制作了鹵水體積動態顯示、溫度自動控制、精鹵濁度監控、酸度自動調節等畫面。為了避免操作工的視覺疲勞，在畫面里制作了動態軟開關，水的動態流動等在畫面中用軟件邏輯控制，可由操作工根據需要控制。

蒸發結晶在原料藥（氯化鈉）生產過程中是一個關鍵過程，溫度、壓力、真空、排鹽時間和沖洗時間、干燥溫度等參數是控制的關鍵，該廠制作了程控程序，其各項參數控制邏輯程序在DCS控制器中實現，用軟件實現了程控溫度、壓力、真空、排鹽時間、沖洗時間和干燥溫度的邏輯切換，為下一步探索最佳的工藝方式打下了基礎。

對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ效蒸發罐蒸發室液位和閃發器等進行了自動調節控制，由于許多調節回路的SP值(設定值)是一個不確定的數，需根據不同時期的要求變化;在PID調節手動與自動切換的設計上，設計成手動時SP跟蹤PV，自動時根據切換時的SP值調節工藝過程值，這樣當操作工手動將工藝過程值調節到適當的時候，切換到自動即可立即對這個工藝值進行調節，利于操作人員進一步摸索提高生成效率的方法。制作了耗蒸汽量、出鹽量等工藝參數的累積計算，可制作長達60年的自動趨勢報表和每天自動日報報表，企業可依據這些報表數據分析生產過程，優化生產工藝，不斷提高勞動生產率。在軟件的設計、操作畫面上該廠考慮了多種快捷方式，利于快捷查詢所需要的信息。當操作員站、工程師站關閉一臺或全部關閉，只要過程站不停，系統不會停機，而過程站采用雙機熱備份的冗余方式，系統接線端子均采用進口端子，降低故障率，所以整個系統安全性很高。

同時，將DCS控制系統引入到潔凈室管理及凈化空調系統應用中，該廠將結合GMP相關技術要求，進一步開創自動化應用新空間。

5 成效

通過幾個月來的試運行，該系統運行正常穩定，在原有車間人員不增加的前提下，使產能由1.2萬t達到3萬t規模，顯著提高了勞動效率，同時生產過程符合藥品生產規范，產品質量符合質量要求，達到了設計預期，效果明顯。