基于DCS的乙酸乙酯生產(chǎn)綜合實訓控制系統(tǒng)

王麗飛 文萍 沐寶泉 李傳

摘 要：介紹了乙酸乙酯生產(chǎn)綜合實訓系統(tǒng)的工藝流程，針對系統(tǒng)的控制要求，采用TDCS9200型DCS實現(xiàn)對乙酸乙酯生產(chǎn)實訓系統(tǒng)的控制，介紹了DCS系統(tǒng)的軟硬件設計，系統(tǒng)配置和實現(xiàn)的功能。該乙酸乙酯DCS控制系統(tǒng)自投用以來，運行穩(wěn)定，安全可靠，控制效果較好。該實訓系統(tǒng)有利于提高學生的工程實踐操作能力、掌握化工單元過程的操作方法，同時為培養(yǎng)高層次、具有實踐技能的石油化工人才提供了良好平臺。

關 鍵 詞：DCS;乙酸乙酯;綜合實訓

中圖分類號：TQ 325 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）06-1330-02

Ethyl Acetate Production Comprehensive Training

Control System Based on DCS

WANG Li-fei，WEN Ping，MU Bao-quan，LI Chuan

（College of Chemical Engineering， China University of Petroleum， Shandong Qingdao 266580，China）

Abstract： The technological process of the ethyl acetate production comprehensive training system was introduced. Aimed at the needs of the control， control of the ethyl acetate production comprehensive training system was realized by using TDCS9200 DCS.The hardware and software design，system configuration and function of the DCS were introduced. Since the control system has been put into use， the system is stable， secure and reliable. The control effect of the system is fine. The training system can help students improve the ability of engineering practice， master the operation method of chemical unit process， at the same time， it can also provide a good platform for cultivating petroleum and chemical engineering high level talents which have practical skills.

Key words： Distributed control system （DCS）; Ethyl acetate; Comprehensive training

乙酸乙酯（EA）又名醋酸乙酯，分子式C4H8O2，是一種重要的有機化工原料，是一種快干性溶劑，具有令人愉快的香氣。乙酸乙酯有多種用途，可作為制造乙酰胺、乙酰乙酸酯、甲基庚烯酮、合成香料以及其它有機化合物的原料;在紡織工業(yè)中用作清洗劑，在食品工業(yè)中用作芳香劑，在香料工業(yè)中是最重要的香料添加劑。可作為許多類樹脂的高效溶劑，廣泛應用于油墨、人造革、膠黏劑等的生產(chǎn)中，也是制造藥物、染料的原料。乙酸乙酯由于其特殊的性能，在世界化工市場相當活躍，近年來乙酸乙酯的需求在不斷增加[1-4]。

基于DCS的乙酸乙酯生產(chǎn)綜合實訓系統(tǒng)是根據(jù)實際典型流程化工生產(chǎn)，完全按照工廠實際生產(chǎn)狀況并結(jié)合教學實訓的要求而進行工程化設計的教學實訓平臺。該實訓系統(tǒng)能進行乙酸乙酯產(chǎn)品的真實安全生產(chǎn)和連續(xù)化實體運行，是中國石油大學（華東）化學工程學院專業(yè)工程實訓的重要項目，是國內(nèi)首套用于高校實訓教學的中試實訓裝置，對于強化學生對理論知識的理解，提高學生的實踐操作技能，掌握化工單元過程的操作方法，具有非常重要的作用。

1 原 理

該實訓系統(tǒng)以乙酸（CH3COOH）和乙醇（C2H5OH）為原料，在催化劑（濃硫酸）的作用下進行液相酯化反應生成粗乙酸乙酯，經(jīng)過精餾，對產(chǎn)品進行提純，最后進行水解反應，回收脫水液中的酯、醇[5]。其化學反應方程式為：

2 工藝流程

2.1 酯化段

自醋酸送料泵和乙醇送料泵來的醋酸、乙醇經(jīng)流量計計量，進入酯化釜中，在硫酸催化下，迅速反應，塔頂為酯、水的二元混合物，并含少量酸，氣體經(jīng)冷凝、冷卻后進入分相器，在分相器內(nèi)分層，下層的脫水液到釜底殘液罐;上層的酯一部分回流，一部分打到后塔中。

2.2 分餾段

粗酯槽來的粗酯經(jīng)流量計計量后，從脫水塔中部進入。塔頂氣體經(jīng)冷凝冷卻后，通入軟水經(jīng)靜態(tài)混合器在脫水水洗分相器分層，下層的水相采出到脫水液貯槽，上層的酯相回流進塔頂，多余部分根據(jù)脫水回流罐液位及酯相含量采出到粗酯罐或混合酯罐，塔釜得合格的酯，通過精制塔進料泵由過料調(diào)節(jié)閥控制進入精餾釜，經(jīng)精餾塔去色得成品乙酯。

2.3 水解段

乙酸乙酯和水1∶1 進入釜式反應器進行水解，同時加入濃硫酸作為催化劑，反應達到平衡后，打入脫醇塔脫醇，釜內(nèi)乙酸打回乙酸原料罐 ，脫醇塔脫出的醇打入乙醇精制塔，用泵打回乙醇原料罐，再供酯化配料使用。

本裝置的原料通過酯化、水解反應可以達到循環(huán)利用，酯化的產(chǎn)物可以作為水解的原料，水解產(chǎn)物又可以作為酯化的原料，即實現(xiàn)酯化-水解熱態(tài)循環(huán)生產(chǎn)全流程。

3 DCS控制系統(tǒng)的設計

3.1 DCS控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構(gòu)

該實訓系統(tǒng)采用TDCS9200集散控制系統(tǒng)對整個生產(chǎn)流程進行控制，完成乙酸乙酯的合成、提純、水解。TDCS9200集散控制系統(tǒng)是一套分層分布式的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)[6，7]，系統(tǒng)采用工業(yè)控制計算機為上位機，現(xiàn)場由傳感器將信號傳送到TDCS9200中的信號采集模板，再由采集模板將數(shù)據(jù)通過控制網(wǎng)絡（CNet）傳送到ST9161主控模板。再由主控模板通過系統(tǒng)網(wǎng)絡（Snet）將數(shù)據(jù)傳送到上位機供操作人員觀察和監(jiān)控。同時操作人員在上位機上發(fā)出的指令由Snet網(wǎng)絡發(fā)送到主控模板，再由主控模板經(jīng)過運算發(fā)送指令由Cnet網(wǎng)絡到I/O模板對應的端子，再到現(xiàn)場的執(zhí)行器。TDCS9200控制系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)如圖1所示。

圖1 Tdcs9200系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

Fig.1 Network architecture of Tdcs9200

3.2 控制系統(tǒng)的軟硬件設計方案

根據(jù)乙酸乙酯項目的工藝要求，確定控制范圍、輸入、輸出點后，對系統(tǒng)進行配置選型。系統(tǒng)設計為1個現(xiàn)場控制站，4個操作員站（其中1臺兼工程師站）、一臺報表打印機。配備標準工業(yè)機柜，控制站和操作站之間通過系統(tǒng)網(wǎng)連接，通訊介質(zhì)為五類非屏蔽雙絞線。控制站安裝于中控室內(nèi)，用于實訓裝置的數(shù)據(jù)采集和控制;操作員站和工程師站安裝于中控室內(nèi)，用于對實訓系統(tǒng)的監(jiān)視和管理。

乙酸乙酯生產(chǎn)DCS控制系統(tǒng)輸入信號主要有各個塔、釜的溫度，各個塔、釜、罐的液位，各個塔、釜的進料、回流流量。相關的設備有：乙酸儲罐、乙醇儲罐、硫酸儲罐、粗酯儲罐、精酯回流罐、酯化釜、酯化塔、脫水塔、酯精餾塔、水解液儲罐、水解釜、脫醇塔、進料泵、回流泵、變頻器、電動調(diào)節(jié)閥、調(diào)壓模塊等。共有模擬量輸入（AI） 51個輸入點、模擬量輸出17個輸出點，開關量（DO） 32個點。系統(tǒng)預留的備用點共AI點14個、AO點15個、DI點224個、DO點10個。

系統(tǒng)軟件：應用正泰中自研發(fā)的SunyTech8.0組態(tài)軟件[8，9]完成對六臺泵的變頻PID控制程序，酯化釜等夾套和釜內(nèi)溫度串級控制程序，以及根據(jù)液位、溫度對各個儲罐、塔的進料電動調(diào)節(jié)閥的控制程序等，以及所有設備的啟停控制等程序。實現(xiàn)對各工藝參數(shù)的實時監(jiān)控和控制。乙酸乙酯實訓系統(tǒng) 實時監(jiān)控畫面如圖2所示。

圖2 乙酸乙酯實訓系統(tǒng)實時監(jiān)控畫面

Fig.2 Real time monitoring picture

3.3 DCS控制系統(tǒng)實現(xiàn)功能

（1）實現(xiàn)了溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)的采集、實時監(jiān)控和控制;實現(xiàn)測量值、設定值和輸出值的動態(tài)棒圖與數(shù)字雙重顯示，所有的PID調(diào)節(jié)均設手自動切換按鈕，可實現(xiàn)手動與自動控制之間的無擾切換。

（2）實現(xiàn)電動設備的連鎖控制，專門設計了邏輯顯示畫面，提示操作員邏輯的執(zhí)行情況。

（3）實現(xiàn)工藝參數(shù)的趨勢顯示，歷史數(shù)據(jù)和歷史曲線的查詢;歷史趨勢畫面可顯示任意參數(shù)在一定時間內(nèi)的變化趨勢。

（4）報警信號的實時顯示與記錄;

（5）工藝參數(shù)的報表生成、打印;

（6）監(jiān)控界面的工藝流程圖采用了分層結(jié)構(gòu)，在整個乙酸乙酯工藝運行的總貌圖中，可靈活進入各級流程圖，詳細顯示各部分運行流程及狀態(tài)，所有設備的啟停、開關等操作都可在工藝流程圖中實現(xiàn)。并且在監(jiān)控狀態(tài)下可實現(xiàn)控制參數(shù)的在線修改。

4 結(jié)束語

基于DCS的乙酸乙酯綜合實訓系統(tǒng)自投用以來，運行狀態(tài)良好，無故障發(fā)生，操作簡單，維護方便，控制準確可靠。開放性好，硬件可靠，功能實用。實現(xiàn)了對學生進行化工工藝、化工操作、化工設備、化工儀表、自動控制、DCS集散控制等現(xiàn)代化工操作工必備技能的培訓，為培養(yǎng)高層次、具有實踐技能的石油化工人才提供了良好平臺。

參考文獻：

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[9]SunyTech工業(yè)控制應用軟件平臺實時監(jiān)控手冊V2.0-8ZTZ.819.049-2[G].