中控 WebField JX-300X DCS在寶塔氣分上的應用

寧夏寶塔石化氣分有限公司地處寧夏寶塔靈州石化有限公司北側。2004年8月建成投產的寧夏寶塔石化氣分有限公司擁有年加工液化氣10萬噸的氣體分餾裝置和年產1.5萬噸MTBE（甲基叔丁基醚）裝置[1]。隨著石油化工和工業自動化的發展寶塔石化氣分裝置的控制系統采用的是浙大中控JX-300X DCS的控制系統，此系統融合了最先進的自動化技術、計算機技術、通訊技術、故障診斷技術、冗余技術和軟件技術[2]，結合石油化工儀表自動化的一些復雜的控制系統，克服了參數實時性準確性要求高、現場通訊互聯設備多等困難，實現了氣分裝置大面積監測的集中管理、現場數據的實時采集和信息化管理，大大的提高了此裝置的生產能力，減輕了崗位工人的勞動強度，節省了崗位工人的勞動時間。應用浙大中控JX-300X DCS控制系統達到了整個裝置的連續控制、批量控制和順序控制的綜合控制，保證了整個裝置的實時檢測、操作簡便，安全生產[3]。

二 WebField JX-300X DCS簡介及整體結構

浙大中控技術有限公司于1997年推出了全數字化的新一代集散控制系統JX-300 DCS。JX-300X DCS是在此基礎上發展起來的（現在已經推出了JX-300XP系列）。JX-300X DCS的基本組成包括工程師站（ES）、操作站（OS）、控制站（CS）和通訊網絡SCnet II。其運行的方式是在通訊網絡上掛接通信接口單元（CIU）可實現JX-300X DCS與可編程序控制器（PLC）等數字設備的連接；通過多功能計算站（MFS）和相應的應用AdvanTrol-PIMS軟件可實現與企業管理計算機網的信息交換，實現企業網絡（Intranet）環境下的實時數據采集、實時流程查看、實時趨勢瀏覽、報警記錄與查看、開關量變位記錄與查看、報表數據的存貯、歷史趨勢存貯與查看、生產過程報表生成與輸出等功能。JX-300X DCS覆蓋了大型集散系統的安全性、冗余功能、網絡擴展功能、集成的用戶界面及信息存取功能,系統規模變換靈活，可以實現從一個單元的過程控制，到全廠范圍的自動化集成。

JX-300X DCS控制網絡SCnet Ⅱ連接工程師站、操作站、控制站和通訊處理單元。通訊網絡采用總線形或星形拓撲結構，曼徹斯特編碼方式，遵循開放的TCP/IP協議和IEEE802.3標準。SCnet Ⅱ采用1∶1冗余的工業以太網（Ethernet），TCP/IP的傳輸協議輔以實時的網絡故障診斷，其特點是可靠性高、糾錯能力強、通信效率高。SCnet Ⅱ真正實現了控制系統的開放性和互連性，通過配置交換器（SWITCH），操作站之間的網絡速度達100Mbps，而且可以接多個SCnet Ⅱ子網，形成一種組合結構。

JX-300X DCS可以通過掛接網橋的方法連接企業Ethernet，這樣的一層網絡被稱為位于系統上層的信息管理網。信息管理網采用符合TCP/IP協議的以太網，連接了各個控制裝置的網橋以及企業內各類管理計算機，用于工廠級的信息傳送和管理，是實現全廠綜合管理的信息通道。由于它可以遠距離的傳輸工廠級的信息傳送和管理給集團總部，所以此系統這一層網絡對大型企業的統一調度帶來了很大的便利。如：寶塔集團總調度室在銀川市寶塔大廈而下屬的六個生產廠則分布在其他的市區，其中有靈武市、南梁農場等。2006年8月集團通過掛接網橋的方法連接企業Ethernet，做到了在真正意義上的統一調度，再次體現了JX-300X DCS控制系統的優越性和創新性同時也實現了企業管理的自動化加快了企業的發展。寶塔集團在對整體系統的結構圖如圖1：

三 裝置控制系統的總體設計

氣體分餾是以液化石油氣為原料，用濃度為20%的二乙醇胺（DEA）溶液進行脫硫，再用10%的堿液進行堿洗，再用新鮮水進行水洗后用原料泵打入脫丙烷塔除去丙烷，頂部產物再經中間泵打入脫乙烷塔除去乙烷進入分餾塔除去其中的乙烷，底部產物經中間泵打入粗丙稀塔，頂部產物直接進入精丙稀塔后，而最終得到產品99.5％丙稀氣體的加工過程；而MTBE是以氣分裝置中的碳四餾分為原料經過碳四－甲醇混合器后進入反應器，反應器頂部的產物直接進入MTBE精餾塔，塔底得到最終產品MTBE的加工過程，MTBE一種提高汽油辛烷值為目的的汽油添加劑產品。為了能夠很好的控制上述的工藝流程，在控制系統的設計和選型上設計院采用了JX-300X DCS控制系統，此系統配置情況及規模等總體設計要求如下：

寶塔氣分JX-300X DCS控制系統主要配置由四個操作系統和一個工程師站組成，控制柜兩個，安全柵柜和繼電器柜各一個。其中10萬噸/年氣體分餾裝置設兩個DCS系統操作站，一臺打印機；1.5萬噸/年MTBE裝置設兩個DCS系統操作站，與氣體分餾裝置共用打印機，工程師站室設一個工程師站，一臺打印機，整體布局如圖2

對于上述工藝流程所提出的控制回路及各類輸入./輸出信號見表1

表 1 控制回路及檢測點輸入輸出點數統計表

JX-300X DCS控制站通過主控制卡、數據轉發卡和多功能智能I/O卡件結合石油化工儀表及自動化的簡單控制系統和幾種復雜的控制系統，其中包括：串級控制系統、均勻控制系統、分程控制系統等，達到了對氣分工藝流程所提出的控制回路及各類輸入./輸出信號進行采集、處理、控制的要求。為了能夠實現系統的正常運行，JX-300X DCS應用于氣分裝置控制系統的主要設備見表2：

四 JX-300X DCS在寶塔氣分上的控制策略及運行結果

氣分裝置的控制大部分采用單回路PID常規控制，在一些關鍵的要求高的場合，就必須采用串級控制 ，串級控制的好壞直接決定的整個系統控制的好壞，它對整個系統的運行起決定性的因素。寶塔氣分裝置有如下幾個串級控制系統：
①、V-201液位調節LIC-202（主回路）與C-203進料流量調節FIC-202（副回路）串級調節
②、C-303液位調節LIC-608（主回路）與萃取水泵出口流量調節FIC-611（副回路）串級調節。
③、甲醇塔溫度調節TIC-627（主回路）與0.3MPa蒸汽流量調節FIC-613（副回路）串級調節。
④、C-302液位調節LIC-607（主回路）與萃取塔底出口流量調節FIC-610（副回路）串級調節。
⑤、C-204液位調節LIC-402（主回路）與C-203回流流量調節FIC-402（副回路）串級調節。
⑥、C-202液位調節LIC-301（主回路）與C-203進料流量調節FIC-301（副回路）串級調節。

1 串級控制組成結構和基本概念[4]

串級控制系統采用兩套檢測變送器和兩個調節器，前一個調節器的輸出作為后一個調節器的設定，后一個調節器的輸出送往調節閥。前一個調節器稱為主調節器，它所檢測和控制的變量稱主變量（主被控參數），即工藝控制指標；后一個調節器稱為副調節器，它所檢測和控制的變量稱副變量（副被控參數），是為了穩定主變量而引入的輔助變量。整個系統包括兩個控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測變送、副調節器、調節閥和副過程構成；主回路由主變量檢測變送、主調節器、副調節器、調節閥、副過程和主過程構成。

一次擾動：作用在主被控過程上的，而不包括在副回路范圍內的擾動。二次擾動：作用在副被控過程上的，即包括在副回路范圍內的擾動。

2 以 V-201液位調節LIC-202與C-203進料流量調節FIC-202為例來說明怎樣通過JX-300X DCS實現工藝要求串級控制：

①參看 LIC-202和FIC-202串級控制系統工藝流程見圖4：

② 在已知工藝控制參數后，應用JX-300X DCS圖形化組態軟件依照DCS串級控制原理圖進行組態，達到實現上述工藝流程的有效控制。JX-300X DCS串級控制原理圖見圖5：

JX-300X DCS串級控制原理圖中各參數變量說明見表3：

表 3 參數說明表
③ 結合JX-300X DCS控制原理圖對系統進行組態和運行，很好的克服了工藝過程可控純滯后、工藝過程明顯的非線形特性、擾動劇烈且幅度大、控制性能要求高和參數之間存在重大的關聯等現象，并且改善了控制過程的動態特性，提高了系統控制質量，能迅