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(jì)原則的新一代儀表控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)DCS，也可直譯為“分散控制系統(tǒng)”或“分布式計(jì)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(jì)思想，采用多層分級(jí)、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(jì)
蒸餾工段，無(wú)疑是酒精生產(chǎn)中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。生產(chǎn)酒精的質(zhì)量、出酒率、能耗等多項(xiàng)指標(biāo)，都與之有極大的關(guān)系。在我國(guó)眾多的酒精生產(chǎn)企業(yè)中，蒸餾工藝還是以?xún)伤a(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(lái)調(diào)整閥門(mén)。雖然也能達(dá)到控制要求，但是，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度高，在精力不集中時(shí)，容易出現(xiàn)控制滯后現(xiàn)象，造成參數(shù)波動(dòng)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(rùn)自動(dòng)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(chǎng)形勢(shì)的刺激，國(guó)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(duì)更為激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，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(cè)點(diǎn)和控制點(diǎn)的增多，對(duì)蒸餾控制系統(tǒng)提出了更高的要求。針對(duì)不同的工藝設(shè)備，我們?yōu)椴煌挠脩?hù)量身訂作了二塔常壓DCS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(hù)原料、酒精銷(xiāo)售對(duì)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(jí)酒精，一般可選用二塔常壓蒸餾；在酒精質(zhì)量要求較高時(shí)，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(duì)比，多塔蒸餾最好選用差壓蒸餾。
二、工藝檢測(cè)點(diǎn)與工藝控制點(diǎn)的選擇
下面，以五塔差壓蒸餾DCS控制系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)要介紹一下工藝檢測(cè)點(diǎn)和工藝控制點(diǎn)的選擇。
DCS控制系統(tǒng)突破了儀表盤(pán)儀表數(shù)目上的限制，在工藝檢測(cè)點(diǎn)和工藝控制點(diǎn)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(duì)蒸汽的壓力、溫度、流量進(jìn)行測(cè)量，DCS控制系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量值的變化作出計(jì)算，對(duì)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(shí)，在DCS控制系統(tǒng)上，我們?cè)O(shè)置了循環(huán)水溫度和壓力檢測(cè)，并設(shè)置了上、下限報(bào)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(dú)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(cè)量值的變化作出計(jì)算，對(duì)進(jìn)空氣調(diào)節(jié)閥的開(kāi)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(jì)，可以檢測(cè)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(jì)算，對(duì)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(duì)粗塔塔釜液位進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量值作出計(jì)算，對(duì)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(guò)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(cè)出液位變化值，DCS控制系統(tǒng)根據(jù)計(jì)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(lái)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(guò)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(jì)檢測(cè)出熱水流量的變化值，DCS控制系統(tǒng)根據(jù)流量變化值來(lái)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(jì)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(gè)五塔系統(tǒng)的主要熱源，精塔進(jìn)汽的穩(wěn)定對(duì)粗塔、稀釋塔、甲醇塔的平衡運(yùn)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(diǎn)，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(lái)共同控制精塔進(jìn)汽。生產(chǎn)實(shí)踐證明，用精塔底溫、底壓、蒸汽溫度來(lái)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?cè)谂艔U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(jì)算結(jié)果來(lái)調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開(kāi)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(shí)會(huì)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(cè)量出冷凝水罐液位變化值，DCS控制系統(tǒng)根據(jù)計(jì)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(yàn)，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(gè)變量組成復(fù)雜控制系統(tǒng)，來(lái)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(jì)算、比較、判斷，計(jì)算出調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，從而使精塔取酒可應(yīng)對(duì)各種參數(shù)的變化，達(dá)到取酒的無(wú)人操作。
5、回收塔系統(tǒng)
5.1回收塔進(jìn)料罐液位控制：對(duì)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(jí)調(diào)節(jié)。控制時(shí)，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(jì)算結(jié)果來(lái)調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開(kāi)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(huà)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。控制系統(tǒng)選用了S7-400的CPU系列，監(jiān)控站由三臺(tái)上位機(jī)組成。三臺(tái)上位機(jī)選用DELL計(jì)算機(jī)，配三臺(tái)20″液晶顯示器組成監(jiān)控系統(tǒng)。三臺(tái)上位機(jī)為一臺(tái)工程師站，二臺(tái)操作員站，工程師站又可兼作操作員站，這樣，我們?cè)诳刂剖业娘@示器上，可以同時(shí)監(jiān)控三個(gè)不同的畫(huà)面。
2、組態(tài)軟件：在組態(tài)軟件的選擇上，根據(jù)用戶(hù)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(huà)面介紹：
3.1工藝流程圖畫(huà)面：五塔差壓系統(tǒng)設(shè)備較多，檢測(cè)控制點(diǎn)也很多，不可能將所有設(shè)備及參數(shù)在一個(gè)畫(huà)面上顯示。我們將五塔差壓系統(tǒng)分為三個(gè)顯示畫(huà)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(gè)工藝流程畫(huà)面，可以同時(shí)在三個(gè)顯示器上顯示。工藝流程畫(huà)面，是我們?cè)谏a(chǎn)過(guò)程中監(jiān)控的主要畫(huà)面。在工藝流程畫(huà)面上，工藝設(shè)備及管線按相對(duì)位置，構(gòu)成了工藝流程，各設(shè)備及管道的檢測(cè)控制點(diǎn)也按相對(duì)位置，布置在工藝流程畫(huà)面上。各個(gè)工藝檢測(cè)點(diǎn)以數(shù)字量的形式，顯現(xiàn)在監(jiān)控畫(huà)面上，各個(gè)控制參數(shù)，均設(shè)置了開(kāi)窗菜單功能，可以利用鼠標(biāo)方便地打開(kāi)、關(guān)閉窗口。可以利用鼠標(biāo)方便地調(diào)整各個(gè)控制參數(shù)，調(diào)整變頻器或調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。
3.2參數(shù)列表畫(huà)面：在五塔系統(tǒng)中，參數(shù)眾多，不可能在一個(gè)顯示屏幕上顯示。為此，我們?cè)O(shè)置了參數(shù)列表畫(huà)面。在列表畫(huà)面上，所有參數(shù)均以數(shù)字量的形式顯示出來(lái)，整個(gè)畫(huà)面布置，有些類(lèi)似于傳統(tǒng)的儀表盤(pán)。對(duì)于需要控制的參數(shù)，均設(shè)置了點(diǎn)擊開(kāi)窗功能，用鼠標(biāo)打開(kāi)窗口，可進(jìn)行控制參數(shù)的調(diào)整。