经过控制在空分装置中的应用.docx

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1、经过控制在空分装置中的应用fenghy导语：该空分装置采用了加拿大Elsag公司的INFI-90控制系统，其中INFI-90DCS作为经过控制系统，完成数据收集、回路调节及逻辑顺序控制；莱钢12000m3h空分装置全套引进德国林德公司的技术设备，采用空气低温精馏法消费高纯度的氧气、氮气和氩气。其扼要消费工艺经过如下：原料空气经压缩、预冷，并在分子筛站除去水分和CO2，进入冷箱后分成两股，一股经主换热器逆流冷却进入高压塔，另一股经膨胀降温进入低压塔。空气经高压塔、低压塔两级精馏，在低压塔顶局部离出气氮、液氮，在其底局部离出液氧。在低压塔中部抽出富氩的氩馏分约含90O2、10Ar和0.05N2，送

2、往初级粗氩塔中除去氧分，从初级粗氩塔顶部引出气态氩纯度约99.8送到次级粗氩塔底部，进一步除去氧分。最后，含氧量小于0.0001的氩送往纯氩塔除去氮和碳氢化合物，消费出纯氩。1控制系统构造该空分装置采用了加拿大Elsag公司的INFI-90控制系统，其中INFI-90DCS作为经过控制系统，完成数据收集、回路调节及逻辑顺序控制；DECAlpha200计算机用于自动变负荷控制ALC。为了保证大型设备平安、可靠地运行，在现场选用了5台PLC，分别完成空压机、氮压机、氧压机和两台膨胀透平机的部分控制。主控室中配有1台工程师工作站、1台操纵员监控站、1台自动变负荷经过站和3台打印机，用于消费经过监控，

3、软件组态及图形、报警打印。控制系统网络构造如图1所示。图1控制系统网络构造示意图该系统配置的最大特点是具有冗余功能，包括：INFI-NET环的双环热态冗余。两块网络接口模件硬线配置成互为冗余，保证上环网的数据不中断。4个多功能处理器分别用硬线配置成两对互为冗余模块，保证系统程序执行不中断。工程师工作站与操纵员监控站通过以太网配置成冗余，分享两台打印机。2控制功能2.1DCS经过控制ElsagDCS主要完成产品加工区、存储区的数据收集和回路控制。控制回路主要有空压机吸入空气的流量控制；空冷塔、水冷塔的液位控制；两分子筛的运行步骤及切换控制；冷箱内各精馏塔及管道内的压力、流量、温度控制；存储罐内的

4、液位及压力控制等等。为使整个消费经过运行稳定，各回路间都设有级联控制。该空分装置主要是制取氧气，氧气流量调节回路如图2所示。图2氧气流量调节回路组态示意图由于氧气流量调节会影响到氩馏分、氧气压力、氧气温度的变化，联锁停车信号会使回路处于平安设定值状态，因此设计经过中需考虑到这些因素的存在，使之处于级联状态，保证了氧气流量的平安调节。PID回路调节是由PID功能块和控制站功能块组成，它有3种工作方式。1手动方式操纵员在监控画面上直接修改阀门开度的输出值，到达手动控制现场设备的目的。2自动方式操纵员通过监控画面修改控制站功能块的设定值1，由PID回路根据此设定值与测量值的偏向自动调节阀门的开度。3

5、级联方式与自动方式根本一样，但控制站功能块的设定值2是由内部程序修改，在监控画面上不能修改此设定值。2.2ALCALC是指通过DECAlpha200计算机中已组态好的实时数据库DHI与DCS系统进展通讯，以控制现场25个主要控制回路，改变空分装置的运行负荷，即改变空气的吸入量和能耗，并自动地按照一定算法改变后续工序的相应重要消费参数，实现氧气产量随需求量的变化而变化的自动调节，调节范围为设计产量的70100。这样就可降低消费本钱，进步经济效益。2.2.1ALC系统主要功能1操纵员接口用于气氧产品目的产量的设定和自动变负荷全经过的监视。为保证消费平安，该气氧产品目的产量设定点有上、下限值。2计算

6、块和设定点斜坡函数用于ALC所控制的25个控制回路的各个目的设定点及其他重要工艺参数的计算。3数据传送用于DECAlpha200计算机计算出的各控制回路设定点的值到相应控制回路的动态传送，其数据每5s刷新一次。ALC系统启动前，受ALC控制的所有控制回路必须设定在适当的操纵状态即自动串级。一旦出现错误的信号，ALC便自动停顿数据的传送，保持当前状态，同时发出声、光报警信号。4历史趋势图显示用于显示自动变负荷控制经过中主要控制回路的参数曲线，以便于操纵人员监视消费状况。5平安运行自动变负荷可以随时启动或者停顿，当25个控制回路中有1个出现错误时，变负荷将自动停顿，各回路保持在当前状态。2.2.2

7、控制原理对于每个控制回路来讲，不同的氧产量值，对应着不同最正确设定值。在ALC系统内部设置了一套自己的专家控制系统，它是由上千组不同氧产量值对应不同控制回路的最正确经历设定值组成。每次变负荷之前，系统根据当前各控制回路的工艺值、当前氧产量值、输入的氧产量变量值、设计氧产量的最大最小值，计算出各控制回路的最终目的设定值和当前状态OK或者ERRO；并且在从当前氧产量向目的氧产量的变化经过中，按照每次改变量不能超过上次氧产量值的5的原那么，每5s改变一次氧产量值，即每5s计算并发送一次各控制回路的设定值，并计算出完本钱次变负荷所需要的时间，再由氧产量和完成变负荷的时间构成一个一次函数，这就是斜坡方程

8、。该斜坡方程控制曲线如图3所示。ALC系统每次运行都是按照这一计算好的斜坡方程轨迹运行，直到运行时间完毕。ALC系统控制运行流程图如图4所示。图3斜坡方程控制曲线示意图图4ALC系统运行流程图2.3PLC部分控制PLC部分控制由4台SIEMENSS5-115U945和1台三菱MELSECA1SPLC组成，用来完成主厂房内空压机等大型主体设备的启动、停顿、运行的逻辑控制，回路控制及运行状态监视。3通讯方式3.1DCS系统通讯方式该集散控制系统采用了INFI-NET环、控制总线Controlway和输入输出扩展总线3层通讯构造。1INFI-NET环是一个无主站、封闭环路、缓冲器插入型的环行通讯网络

9、，由一对冗余的同轴电缆和相应的通讯端子单元构成，最多支持250个节点，通讯速率为10Mb/s。2控制总线是一个1Mb/s的串行通讯链，最多支持32个多功能处理器，允许经过数据、文件数据和计算机数据的交换，也能处理组态下装和参数整定，并可通过网络处理模件从INFI-NET环接收或者发送例外报告。3输入输出扩展总线处理数字量IO模件和模拟量IO模件与多功能处理器之间的数据通讯。它是一个高速并行通讯通道，其总线宽为8个数据位，传输速率为0.5Mb/s。3.2ALC系统与DCS间的通讯ALC系统通过计算机的网络接口模块与INFI-NET环相连，它与DCS间的通讯要经过DCS驱动器，将数据转换成两个系统都能承受的协议形式。通讯示意图如图5所示。图5ALC与DCS通讯4完毕语该集散控制系统于1996年11月开场调试，1997年9月20日通过考核验收，自动控制系统运行稳定，控制功能和控制精度符合消费工艺的要求。当氧产量从70上升到100时，ALC所需时间约为40min；氧产量从100下降到70时，ALC所需时间约为60min，耗电量是100工况时的77.7，大大降低了消费能耗，进步了经济效益。该系统根本到达无人控制，产品各项指标均到达合同要求，且重要的工艺参数可通过以太网传送到厂级治理计算机，对于冶炼用气的公道调度具有重要意义。