一体化综合控制系统在精细医药化工生产基地的应用

郝育红

（冀中能源 峰峰集团有限公司，河北 邯郸056107）

0 引 言

随着自动化水平的不断发展，一体化控制系统的应用范围越来越广，在化工企业的应用十分广泛。提高化工生产的自动化水平、降低各类安全风险，是当前医药化工企业提高经济效益、扩大生产规模、保证安全生产的主要途径。

本着“技术先进、经济合理、安全可靠、降低操作风险”的原则，采用集中监视、分散控制的方式，将生产过程中各类物料的温度、压力、流量、物位、pH值、成份、阀门和设备运行状态等工艺参数的指示、报警、联锁、调节、累积、记录等均在集控系统上实现。并在控制室内实现对生产运行各环节、装置的实时安全监测、风险管控，使化工生产过程的参数监视、工艺流程控制，生产安全管控等环节达到国内先进水平。

1 一体化控制系统控制方案步骤

1.1 一体化控制系统的功能

一体化控制系统的主要功能大体分为集散控制DCS系统、安全检测SIS系统、有毒有害检测GDS系统3个部分。

1.1.1 集散控制DCS系统

集散控制DCS系统主要是对生产运行中设备参数的实时监视、自动控制、警报记录。实时监视是对生产过程的实时记录，通过各类检测仪表对相关运行数据采集处理，准确地反应出生产情况,运行操作人员可通过对生产过程中各类物料温度、压力、流量合理有效地控制，来保障生产的有序进行。自动控制是利用闭环控制原理、PID控制算法整定,实现化工生产参数的自动精确控制。警报功能是指DCS控制系统对于化工生产各类设备运行参数超限的报警,能及时地反应出生产运行中出现的各种异常情况并进行解决。同时对生产过程中的报警记录进行统计，为事故参数分析、设备维修提供了可靠的数据。

1.1.2 安全检测SIS系统

安全检测SIS系统主要是对生产过程中重要的安全生产参数的安全监测、联锁切断关键设备，从而保证突发事故时人员及设备的安全。SIS系统对监测参数采取多通道冗余分析及品质判断，全面分析程序的各个指标，调整好适合的参数，使系统的冗余计算功能发挥得更全面。联锁切断是SIS系统安全保障的重要环节，系统通过可视化联锁逻辑输出，可在设备发生异常情况时，迅速切断关联设备和管路。

1.1.3 有毒有害检测GDS系统

有毒有害检测GDS系统是对各类有毒有害气体的实时监测、报警及处置设备的联锁控制。GDS系统通过接收可燃气体探测器、有毒气体探测器信号，显示气体浓度并实现声光报警，并具有相对独立、互不影响的报警功能，区分和识别报警场所及记录。

2 一体化控制系统在D-苯甘氨酸甲酯盐酸盐生产中的应用

根据生产装置的规模、工艺流程特点及操作要求，按工艺要求对生产过程中的温度、压力、流量、液位、可燃气体浓度等主要参数进行集中检测和控制。依据工艺特点及要求达到的控制目标，配置工艺流程各环节所需要监测的一次测量、调节控制、报警监测等现场仪器仪表。

设置控制室，实现全厂的统一调度，控制室设置在非爆炸危险场所。其中包括机柜室和操作室，系统核心组成包括冗余控制器和I/O子站、供电设备、通讯设备、操作站、工程师站等。

产品生产采用氯化亚砜催化法工艺，主要原料为苯甘氨酸、甲醇和氯化亚砜。DCS控制系统将甲醇储罐中的甲醇经泵输送至甲酯车间的甲醇计量罐，通过PID参数自动调节定量计量后加入反应釜；苯甘氨酸计量后投入反应釜，控制系统通过控制负压投入将氯化亚砜抽入氯化亚砜计量槽，经过流量参数控制缓慢滴加入反应釜；随后通过对反应釜温度的自动控制来反应生成甲酯盐酸盐溶液，待反应完毕后，系统控制移料阀将生成的甲酯盐酸盐溶液下卸料至离心机，通过控制离心机的频率，将分离出的固体送至双锥干燥机进行自动温控烘干，最后烘干后的成品通过颗粒机粉碎后自动封闭包装，运入厂区的成品仓库。

生产过程中系统将离心机分离出的母液，用泵打回反应釜，实现循环套用。同时系统将反应过程中、烘干过程中的尾气通过控制三级膜吸收塔水吸收，一级填料塔氢氧化钠吸收，对处理后的尾气进行实时监测，当参数达标后排空。

上述生产过程控制中，为实现工艺流程的可靠、平稳运行，DCS控制系统利用PID调节、分程调节、选择式调节、串级调节、顺序控制、逻辑运算和判断。可自动完成过程或设备的顺序控制。每个调节回路都遵循各自的调节特性，同时在特殊工况下，会有所不同。在实现自动实时控制的同时，对采集到的各种数据进行存储在存储器内，同时建立过程变量的历史数据库，方便日后的分析。对发生的信号超出高、低限值以及通讯中断发生报警和系统本身故障报警。

GDS系统对使用可燃气体及有毒气体的工艺装置和储存设施的区域内设置监测探头，可能发生的可燃气体和有毒气体的泄漏进行监测，当可燃气体浓度达到最高容许浓度时，自动发生声光报警以及启动排气风机。报警信号发送至控制室、现场操作室进行报警。

SIS系统通过逻辑控制器、I/O模件、电源模件、内部通信模件等硬件设备对甲醇各储罐的液位、重要设备故障信号的三重化冗余监测，独立完成工艺装置紧急状态下的安全保护和紧急停车。同时SIS辅助操作台上紧急停车手动开关的信号和报警信号硬接线连接到SIS系统。生产过程中SIS系统是完全独立的，可独立完成安全保护功能。

一般信号报警采用操作站实现，重要报警除操作站上显示外，在辅助操作台上设置有信号报警器。按钮、开关、信号报警器等与SIS系统为硬线连接。

工程师站用于DCS、SIS、GDS系统组态、编程、故障诊断、状态监测、在线方案调整程序开发、系统诊断、控制系统组态、数据库和画面的组态、编辑及修改。同时可以离线和在线组态、修改、设置参数及系统维护。并具有离线仿真调试功能。历史工作站用于记录过程事件。过程事件从系统中检索出来用于在线查看。

系统中所有的控制单元、通讯、电源及重要的输入/输出为1∶1冗余配置，保证控制系统安全可靠。与现场仪表联系：需24VDC供电的现场仪表，其电源由系统供电。当I/O卡不能供电时，系统同时提供单独的24VDC电源。所有的气动阀门均按故障安全型设置，确保装置在气源故障的情况下处于安全位置。系统用电为两路UPS电源UPS持续供电时间≥30 min。

3 应用效果分析

在化工行业生产过程中，需要控制的参数要素非常多，采用DCS控制系统可以对大量的数据进行短时间处理。在生产过程中由于多因素影响，经常会出现需要进行个性化调整、自行检验与校正，另外还需要抵抗外界干扰的问题。通过DCS控制系统，可以轻松处理好在测量过程中遇到的问题，降低了人工排查难度。同时灵活的可编程优势代替硬件的逻辑工作，从而作出精确计算。

甲醇的存储、使用控制较为复杂，控制出现不当极易出现灾难性事故。甲醇的温度、液位是其重要的控制参数，当温度、液位超过了设定值时，SIS系统通过现场测量装置将实时测量数值回传至SIS系统。SIS系统则根据事先程序设定值将自动启动联锁装置，切断甲醇继续进入罐体，使罐体不会因为超容量、超温而引发的危险事故。

4 结 语

综上所述，一体化控制系统在整个化工生产的过程中起到了非常重要的作用，通过对于该系统功能应用的了解，可以看出一体化控制系统可以极大地提高生产效率，降低人员劳动强度、误操作、保障生产过程中的人身安全和设备安全，从而带来整个化工企业的经济效益提升，为我国化工行业控制方式发展做出贡献。