一體化綜合控制系統在精細醫藥化工生產基地的應用

郝育紅

（冀中能源 峰峰集團有限公司，河北 邯鄲056107）

0 引 言

隨著自動化水平的不斷發展，一體化控制系統的應用范圍越來越廣，在化工企業的應用十分廣泛。提高化工生產的自動化水平、降低各類安全風險，是當前醫藥化工企業提高經濟效益、擴大生產規模、保證安全生產的主要途徑。

本著“技術先進、經濟合理、安全可靠、降低操作風險”的原則，采用集中監視、分散控制的方式，將生產過程中各類物料的溫度、壓力、流量、物位、pH值、成份、閥門和設備運行狀態等工藝參數的指示、報警、聯鎖、調節、累積、記錄等均在集控系統上實現。并在控制室內實現對生產運行各環節、裝置的實時安全監測、風險管控，使化工生產過程的參數監視、工藝流程控制，生產安全管控等環節達到國內先進水平。

1 一體化控制系統控制方案步驟

1.1 一體化控制系統的功能

一體化控制系統的主要功能大體分為集散控制DCS系統、安全檢測SIS系統、有毒有害檢測GDS系統3個部分。

1.1.1 集散控制DCS系統

集散控制DCS系統主要是對生產運行中設備參數的實時監視、自動控制、警報記錄。實時監視是對生產過程的實時記錄，通過各類檢測儀表對相關運行數據采集處理，準確地反應出生產情況,運行操作人員可通過對生產過程中各類物料溫度、壓力、流量合理有效地控制，來保障生產的有序進行。自動控制是利用閉環控制原理、PID控制算法整定,實現化工生產參數的自動精確控制。警報功能是指DCS控制系統對于化工生產各類設備運行參數超限的報警,能及時地反應出生產運行中出現的各種異常情況并進行解決。同時對生產過程中的報警記錄進行統計，為事故參數分析、設備維修提供了可靠的數據。

1.1.2 安全檢測SIS系統

安全檢測SIS系統主要是對生產過程中重要的安全生產參數的安全監測、聯鎖切斷關鍵設備，從而保證突發事故時人員及設備的安全。SIS系統對監測參數采取多通道冗余分析及品質判斷，全面分析程序的各個指標，調整好適合的參數，使系統的冗余計算功能發揮得更全面。聯鎖切斷是SIS系統安全保障的重要環節，系統通過可視化聯鎖邏輯輸出，可在設備發生異常情況時，迅速切斷關聯設備和管路。

1.1.3 有毒有害檢測GDS系統

有毒有害檢測GDS系統是對各類有毒有害氣體的實時監測、報警及處置設備的聯鎖控制。GDS系統通過接收可燃氣體探測器、有毒氣體探測器信號，顯示氣體濃度并實現聲光報警，并具有相對獨立、互不影響的報警功能，區分和識別報警場所及記錄。

2 一體化控制系統在D-苯甘氨酸甲酯鹽酸鹽生產中的應用

根據生產裝置的規模、工藝流程特點及操作要求，按工藝要求對生產過程中的溫度、壓力、流量、液位、可燃氣體濃度等主要參數進行集中檢測和控制。依據工藝特點及要求達到的控制目標，配置工藝流程各環節所需要監測的一次測量、調節控制、報警監測等現場儀器儀表。

設置控制室，實現全廠的統一調度，控制室設置在非爆炸危險場所。其中包括機柜室和操作室，系統核心組成包括冗余控制器和I/O子站、供電設備、通訊設備、操作站、工程師站等。

產品生產采用氯化亞砜催化法工藝，主要原料為苯甘氨酸、甲醇和氯化亞砜。DCS控制系統將甲醇儲罐中的甲醇經泵輸送至甲酯車間的甲醇計量罐，通過PID參數自動調節定量計量后加入反應釜；苯甘氨酸計量后投入反應釜，控制系統通過控制負壓投入將氯化亞砜抽入氯化亞砜計量槽，經過流量參數控制緩慢滴加入反應釜；隨后通過對反應釜溫度的自動控制來反應生成甲酯鹽酸鹽溶液，待反應完畢后，系統控制移料閥將生成的甲酯鹽酸鹽溶液下卸料至離心機，通過控制離心機的頻率，將分離出的固體送至雙錐干燥機進行自動溫控烘干，最后烘干后的成品通過顆粒機粉碎后自動封閉包裝，運入廠區的成品倉庫。

生產過程中系統將離心機分離出的母液，用泵打回反應釜，實現循環套用。同時系統將反應過程中、烘干過程中的尾氣通過控制三級膜吸收塔水吸收，一級填料塔氫氧化鈉吸收，對處理后的尾氣進行實時監測，當參數達標后排空。

上述生產過程控制中，為實現工藝流程的可靠、平穩運行，DCS控制系統利用PID調節、分程調節、選擇式調節、串級調節、順序控制、邏輯運算和判斷。可自動完成過程或設備的順序控制。每個調節回路都遵循各自的調節特性，同時在特殊工況下，會有所不同。在實現自動實時控制的同時，對采集到的各種數據進行存儲在存儲器內，同時建立過程變量的歷史數據庫，方便日后的分析。對發生的信號超出高、低限值以及通訊中斷發生報警和系統本身故障報警。

GDS系統對使用可燃氣體及有毒氣體的工藝裝置和儲存設施的區域內設置監測探頭，可能發生的可燃氣體和有毒氣體的泄漏進行監測，當可燃氣體濃度達到最高容許濃度時，自動發生聲光報警以及啟動排氣風機。報警信號發送至控制室、現場操作室進行報警。

SIS系統通過邏輯控制器、I/O模件、電源模件、內部通信模件等硬件設備對甲醇各儲罐的液位、重要設備故障信號的三重化冗余監測，獨立完成工藝裝置緊急狀態下的安全保護和緊急停車。同時SIS輔助操作臺上緊急停車手動開關的信號和報警信號硬接線連接到SIS系統。生產過程中SIS系統是完全獨立的，可獨立完成安全保護功能。

一般信號報警采用操作站實現，重要報警除操作站上顯示外，在輔助操作臺上設置有信號報警器。按鈕、開關、信號報警器等與SIS系統為硬線連接。

工程師站用于DCS、SIS、GDS系統組態、編程、故障診斷、狀態監測、在線方案調整程序開發、系統診斷、控制系統組態、數據庫和畫面的組態、編輯及修改。同時可以離線和在線組態、修改、設置參數及系統維護。并具有離線仿真調試功能。歷史工作站用于記錄過程事件。過程事件從系統中檢索出來用于在線查看。

系統中所有的控制單元、通訊、電源及重要的輸入/輸出為1∶1冗余配置，保證控制系統安全可靠。與現場儀表聯系：需24VDC供電的現場儀表，其電源由系統供電。當I/O卡不能供電時，系統同時提供單獨的24VDC電源。所有的氣動閥門均按故障安全型設置，確保裝置在氣源故障的情況下處于安全位置。系統用電為兩路UPS電源UPS持續供電時間≥30 min。

3 應用效果分析

在化工行業生產過程中，需要控制的參數要素非常多，采用DCS控制系統可以對大量的數據進行短時間處理。在生產過程中由于多因素影響，經常會出現需要進行個性化調整、自行檢驗與校正，另外還需要抵抗外界干擾的問題。通過DCS控制系統，可以輕松處理好在測量過程中遇到的問題，降低了人工排查難度。同時靈活的可編程優勢代替硬件的邏輯工作，從而作出精確計算。

甲醇的存儲、使用控制較為復雜，控制出現不當極易出現災難性事故。甲醇的溫度、液位是其重要的控制參數，當溫度、液位超過了設定值時，SIS系統通過現場測量裝置將實時測量數值回傳至SIS系統。SIS系統則根據事先程序設定值將自動啟動聯鎖裝置，切斷甲醇繼續進入罐體，使罐體不會因為超容量、超溫而引發的危險事故。

4 結 語

綜上所述，一體化控制系統在整個化工生產的過程中起到了非常重要的作用，通過對于該系統功能應用的了解，可以看出一體化控制系統可以極大地提高生產效率，降低人員勞動強度、誤操作、保障生產過程中的人身安全和設備安全，從而帶來整個化工企業的經濟效益提升，為我國化工行業控制方式發展做出貢獻。