酒精生產(chǎn)線DCS控制系統(tǒng)的設(shè)計

　　DCS控制系統(tǒng)即分散控制系統(tǒng)

　　集散控制系統(tǒng)是以微處理器為基礎(chǔ)，采用控制功能分散、顯示操作集中、兼顧分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計原則的新一代儀表控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)簡稱DCS，也可直譯為“分散控制系統(tǒng)”或“分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)”。

　　它采用控制分散、操作和管理集中的基本設(shè)計思想，采用多層分級、合作自治的結(jié)構(gòu)形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。目前DCS在電力、冶金、石化等各行各業(yè)都獲得了極其廣泛的應(yīng)用。

　　酒精生產(chǎn)線DCS控制系統(tǒng)的設(shè)計

　　蒸餾工段，無疑是酒精生產(chǎn)中最重要的一個環(huán)節(jié)。生產(chǎn)酒精的質(zhì)量、出酒率、能耗等多項指標(biāo)，都與之有極大的關(guān)系。在我國眾多的酒精生產(chǎn)企業(yè)中，蒸餾工藝還是以兩塔生產(chǎn)為主。在儀表方面，大部分企業(yè)都是采用數(shù)顯表顯示參數(shù)，工人根據(jù)參數(shù)變化，手工來調(diào)整閥門。雖然也能達(dá)到控制要求，但是，工人的勞動強(qiáng)度高，在精力不集中時，容易出現(xiàn)控制滯后現(xiàn)象，造成參數(shù)波動較大，影響酒精的質(zhì)量或造成上、下跑酒。為改進(jìn)這一狀況，穩(wěn)定酒精生產(chǎn)條件，濟(jì)南中潤自動化控制有限公司和肥城金塔機(jī)械有限公司聯(lián)合，推出了酒精蒸餾DCS控制系統(tǒng)。

　　近幾年，受市場形勢的刺激，國內(nèi)新上酒精企業(yè)激增，老企業(yè)也紛紛擴(kuò)產(chǎn)。為應(yīng)對更為激烈的市場競爭，不少企業(yè)在蒸餾工藝上，選擇了三塔、五塔等多塔蒸餾工藝。蒸餾檢測點和控制點的增多，對蒸餾控制系統(tǒng)提出了更高的要求。針對不同的工藝設(shè)備，我們?yōu)椴煌挠脩袅可碛喿髁硕篋CS控制系統(tǒng)、三塔常壓DCS控制系統(tǒng)、三塔差壓DCS控制系統(tǒng)、五塔差壓DCS控制系統(tǒng)。

　　一、蒸餾工藝的選擇

　　在蒸餾工藝的選擇上，根據(jù)用戶原料、酒精銷售對象、產(chǎn)量規(guī)模的不同，可分為二塔蒸餾、三塔蒸餾、多塔蒸餾。生產(chǎn)普級酒精，一般可選用二塔常壓蒸餾；在酒精質(zhì)量要求較高時，一般選擇多塔蒸餾。

　　根據(jù)常壓蒸餾與差壓蒸餾在蒸汽消耗、電耗方面的對比，多塔蒸餾最好選用差壓蒸餾。

　　二、工藝檢測點與工藝控制點的選擇

　　下面，以五塔差壓蒸餾DCS控制系統(tǒng)為例，簡要介紹一下工藝檢測點和工藝控制點的選擇。

　　DCS控制系統(tǒng)突破了儀表盤儀表數(shù)目上的限制，在工藝檢測點和工藝控制點的選擇上，可以更加靈活、方便，控制形式也更加多樣。

　　1、公共部分

　　1.1 蒸汽的控制：在傳統(tǒng)的蒸餾操作中，講究“一勻四穩(wěn)”。蒸汽壓力穩(wěn)，是保證酒精質(zhì)量穩(wěn)定的前提。在五塔差壓蒸餾DCS控制系統(tǒng)中，對蒸汽的壓力、溫度、流量進(jìn)行測量，DCS控制系統(tǒng)根據(jù)測量值的變化作出計算，對蒸汽調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)控，達(dá)到穩(wěn)定蒸汽壓力的目的。

　　1.2循環(huán)水壓力的控制：在酒精生產(chǎn)中，蒸餾冷凝器都是用循環(huán)水進(jìn)行冷卻。在五塔差壓蒸餾中，用水設(shè)備較多，為了穩(wěn)定酒精質(zhì)量、冷凝器不跑酒，在循環(huán)水的供應(yīng)上，我們采取變頻恒壓供水工藝。同時，在DCS控制系統(tǒng)上，我們設(shè)置了循環(huán)水溫度和壓力檢測，并設(shè)置了上、下限報警。

　　1.3真空度的控制：五塔差壓蒸餾中，粗塔、甲醇塔是在負(fù)壓狀態(tài)下工作的。系統(tǒng)的負(fù)壓狀態(tài)，是由真空泵造成的，真空泵不斷地抽走不凝氣體，以維持系統(tǒng)的負(fù)壓狀態(tài)。為了穩(wěn)定系統(tǒng)的真空度，保證各塔獨立的負(fù)壓狀態(tài)，穩(wěn)定操作環(huán)境，在真空泵進(jìn)氣口設(shè)置了進(jìn)空氣

　　調(diào)節(jié)閥。DCS控制系統(tǒng)根據(jù)真空度測量值的變化作出計算，對進(jìn)空氣調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行調(diào)控，以保證真空度穩(wěn)定。

　　2、粗餾塔系統(tǒng)

　　2.1粗餾塔進(jìn)醪量控制：在五塔差壓蒸餾系統(tǒng)中，維持粗餾塔進(jìn)醪量的穩(wěn)定，是保持五塔系統(tǒng)物料平衡的先決條件。粗塔進(jìn)醪量的控制方案，我們選擇了進(jìn)醪泵的變頻控制方案。在粗塔進(jìn)醪管道上，安裝有電磁流量計，可以檢測出進(jìn)醪流量的變化值。DCS控制系統(tǒng)根據(jù)流量變化結(jié)果作出計算，對變頻器進(jìn)行控制，調(diào)整變頻器的輸出頻率，改變進(jìn)醪泵電機(jī)的轉(zhuǎn)變，從而改變粗塔進(jìn)醪泵的輸出醪量，保持粗塔進(jìn)醪量的穩(wěn)定。

　　2.2粗塔液位控制：粗餾塔是處于負(fù)壓狀態(tài)下工作，需要用酒糟泵將粗塔內(nèi)的酒糟排出粗塔。粗塔液位控制方案，采取了酒糟泵的變頻控制方案。DCS控制系統(tǒng)，對粗塔塔釜液位進(jìn)行測量，并根據(jù)測量值作出計算，對酒糟泵變頻器進(jìn)行控制。

　　2.3粗酒罐液位控制：粗塔粗酒罐里的淡酒精，經(jīng)過淡酒泵打入稀釋塔。在控制方案上，我們選擇了淡酒泵變頻控制方案。粗酒罐差壓變送器檢測出液位變化值，DCS控制系統(tǒng)根據(jù)計算結(jié)果，調(diào)整淡酒泵變頻的輸出頻率，從而調(diào)整粗酒罐的液位。

　　3、稀釋塔系統(tǒng)

　　3.1稀釋塔進(jìn)水控制：稀釋塔的稀釋熱水是來自精塔塔釜的廢水，是用精塔廢水泵輸送至塔頂。稀釋用水必須保證流量穩(wěn)定、可調(diào)。在控制方案上，我們選擇了精塔廢水泵的變頻控制。在生產(chǎn)過程中，我們根據(jù)生產(chǎn)情況設(shè)定稀釋塔熱水流量的設(shè)定值，電磁流量計檢測出熱水流量的變化值，DCS控制系統(tǒng)根據(jù)流量變化值來調(diào)整變頻器的輸出頻率，從而使熱水流量穩(wěn)定在設(shè)定的范圍內(nèi)。

　　3.2稀釋塔塔釜液位控制：稀釋塔淡酒經(jīng)精塔進(jìn)料泵輸送入精塔中下部，精塔進(jìn)料泵采用變頻控制方案。稀釋塔塔釜差壓變送器將稀釋塔液位變化值送入DCS系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整精塔進(jìn)料泵變頻器的輸出頻率，調(diào)整精塔進(jìn)料泵的流量，從而使稀釋塔塔釜液位控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。

　　4、精餾塔系統(tǒng)

　　4.1精餾塔進(jìn)蒸汽控制：精塔進(jìn)汽是整個五塔系統(tǒng)的主要熱源，精塔進(jìn)汽的穩(wěn)定對粗塔、稀釋塔、甲醇塔的平衡運行有很大的影響。為使精塔進(jìn)汽能適應(yīng)各種各種參數(shù)變化，我們利用了DCS控制系統(tǒng)的優(yōu)點，用精塔底溫、底壓、蒸汽溫度等參數(shù)組成復(fù)雜控制系統(tǒng)，來共同控制精塔進(jìn)汽。生產(chǎn)實踐證明，用精塔底溫、底壓、蒸汽溫度來共同控制精塔進(jìn)汽的方案，可達(dá)到非常理想的效果。

　　4.2精塔塔釜液位控制：精塔是處在正壓環(huán)境下工作，塔釜液體可利用精塔內(nèi)壓排出塔外。我們在排廢水管道上安裝有調(diào)節(jié)閥。塔釜差壓變送器將精塔塔釜液位變化值送入DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)根據(jù)計算結(jié)果來調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開度，達(dá)到控制精塔塔釜液位的目的。

　　4.3精塔蒸汽冷凝水罐的液位控制：精塔是用再沸器間接加熱的，在加熱時會產(chǎn)生大量的蒸汽冷凝水。蒸汽冷凝水進(jìn)入蒸汽冷凝水罐，再用冷凝水泵輸送到鍋爐。冷凝水泵采用變頻控制，冷凝水罐差壓變送器測量出冷凝水罐液位變化值，DCS控制系統(tǒng)根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整冷凝水泵變頻器的輸出頻率，從而使冷凝水罐的液位保持在設(shè)定范圍內(nèi)。

　　4.4精餾塔取酒控制：我們根據(jù)多年酒精生產(chǎn)自控的經(jīng)驗，選擇了精塔中溫、中上溫、中下溫、頂溫中溫的溫差、取酒流量多個變量組成復(fù)雜控制系統(tǒng)，來控制精塔取酒。精塔中溫、中上溫、中下溫、頂溫、取酒流量等參數(shù)送入DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)存的數(shù)學(xué)模型作出計算、比較、判斷，計算出調(diào)節(jié)閥的開度，從而使精塔取酒可應(yīng)對各種參數(shù)的變化，達(dá)到取酒的無人操作。

　　5、回收塔系統(tǒng)

　　5.1回收塔進(jìn)料罐液位控制：對于回收塔進(jìn)料罐液位的控制，我們采取了液位和流量的串級調(diào)節(jié)?？刂茣r，以回收塔進(jìn)料流量為主變量，以回收塔進(jìn)料罐液位為副變量，回收塔進(jìn)料泵采用變頻控制。

　　5.2回收塔塔釜液位控制：在回收塔排廢水管道上安裝有調(diào)節(jié)閥。塔釜差壓變送器將塔釜液位變化值送入DCS控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)根據(jù)計算結(jié)果來調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開度，達(dá)到控制塔釜液位的目的。

　　5.3回收塔取酒：回收塔取酒是以回收塔中溫為變量的PID控制調(diào)節(jié)。

　　三、DCS系統(tǒng)組成及畫面

　　1、DCS系統(tǒng)硬件組成：本DCS系統(tǒng)硬件由控制系統(tǒng)和監(jiān)控部分組成?？刂葡到y(tǒng)選用了S7-400的CPU系列，監(jiān)控站由三臺上位機(jī)組成。三臺上位機(jī)選用DELL計算機(jī)，配三臺20″液晶顯示器組成監(jiān)控系統(tǒng)。三臺上位機(jī)為一臺工程師站，二臺操作員站，工程師站又可兼作操作員站，這樣，我們在控制室的顯示器上，可以同時監(jiān)控三個不同的畫面。

　　2、組態(tài)軟件：在組態(tài)軟件的選擇上，根據(jù)用戶技術(shù)力量和使用習(xí)慣，可選擇組態(tài)王或WinCC組態(tài)軟件。

　　3、控制畫面介紹：

　　3.1工藝流程圖畫面：五塔差壓系統(tǒng)設(shè)備較多，檢測控制點也很多，不可能將所有設(shè)備及參數(shù)在一個畫面上顯示。我們將五塔差壓系統(tǒng)分為三個顯示畫面，分別是：粗塔及真空控制系統(tǒng)、稀釋塔及精塔系統(tǒng)、甲醇塔及回收塔系統(tǒng)。這三個工藝流程畫面，可以同時在三個顯示器上顯示。工藝流程畫面，是我們在生產(chǎn)過程中監(jiān)控的主要畫面。在工藝流程畫面上，工藝設(shè)備及管線按相對位置，構(gòu)成了工藝流程，各設(shè)備及管道的檢測控制點也按相對位置，布置在工藝流程畫面上。各個工藝檢測點以數(shù)字量的形式，顯現(xiàn)在監(jiān)控畫面上，各個控制參數(shù)，均設(shè)置了開窗菜單功能，可以利用鼠標(biāo)方便地打開、關(guān)閉窗口?？梢岳檬髽?biāo)方便地調(diào)整各個控制參數(shù)，調(diào)整變頻器或調(diào)節(jié)閥的開度。

　　3.2參數(shù)列表畫面：在五塔系統(tǒng)中，參數(shù)眾多，不可能在一個顯示屏幕上顯示。為此，我們設(shè)置了參數(shù)列表畫面。在列表畫面上，所有參數(shù)均以數(shù)字量的形式顯示出來，整個畫面布置，有些類似于傳統(tǒng)的儀表盤。對于需要控制的參數(shù)，均設(shè)置了點擊開窗功能，用鼠標(biāo)打開窗口，可進(jìn)行控制參數(shù)的調(diào)整。