基于DCS的化工苯加氢控制系统

1  引言

苯加氢是化工焦化生产的一个重要环节，其终端产品为苯、甲苯、二甲苯（简称BTX ）等,皆属于芳香烃，是重要的基本有机化工原料，由芳烃衍生的下游产品，广泛用于三大合成材料（合成塑料、合成纤维和合成橡胶）和有机原料及各种中间体的制造，有着良好的市场收益。笔者从事了两年的苯加氢系统维护工作，就生产维护及调试体会做一简单介绍。

2  苯加氢项目概况 

2.1   控制系统类型

本工程采用集散控制系统（DCS ）实现对装置的过程控制。

2.2    控制系统硬件

本系统采用美国福克斯波罗（FOXBORO ）公司的 I/A 控制系统。

3  系统概况

3.1  dcs控制系统 I/O 点数。

I/O 总数约为 1700 点。

3.2  DCS控制系统配置。

配置见图1。

图1  DCS 控制系统配制

3.3  DCS控制系统硬件特点

特点如下：

（1）mesh网络通讯速度快，可达到 100Mbps/1Gbps 。

（2）双总线/光纤交换机 1∶1 冗余配置。

（3）系统包括 4 对容错（冗余）控制处理器；扫描周期可达到 50ms。

（4）I/O 卡件全部为单通道隔离型；所有卡件均可以热插拔；重要的输出卡件1∶1 冗余配置。

（5）所有供电电源及卡件均 1∶1 冗余配置。

4  维护与调试心得

DCS （distributed control system）亦称集散控制系统，是以微机为核心的分布式控制系统。苯加氢主装置区的 DCS 系统采用美国 Foxboro 的I/A Series 智能自动化系统。通过该系统，化工现场人员可以在中控室做到监测，检查，运行和监控，包括现场设备的启动和停止，设备正常运行状态下的监测和控制，设备异常停车状况下的报警和动作均可以完成。

笔者从事近两年的苯加氢系统维护，就 Foxboro 系统的维护和调试经验总结如下。

4.1   简单故障判断

先要分辨监控点故障颜色，如果监控点显示绿色需要重新调试程序。红色（见图2 绿框处）说明监控点自身故障：TI-4002为超量程高限异常，FRCA-4001A 为低限异常。通常 AI信号的测量区在 12800～64000之间。反应到输入信号值为 4～20mA，电阻信号通常表现为外接线路的通断。当以 ICC 查看 block属性,通过LETTERBUG 号（IOM_ID ）及（PNT_NO ）（见图 3 红框处）,找到对应硬件位置排查外线故障。当监控点显示为蓝色（见图 4 星号处），为物理硬件错误，需检查网络接线，并确认系统硬件是否工作正常。

图2

图3

图4

4.2  PID 控制

PID 调节在传统意义上可分为模糊控制、数字控制与智能控制。整定调节器参数的方法很多，归纳起来可分为两大类，即理论计算整定法和工程整定法。理论计算整定法有对数频率特性法和根轨迹法等；工程整定法有凑试法、临界比例法、经验法、衰减曲线法和响应曲线法等[1]。其中工程整定法特点不需要事先知道过程的数学模型，直接在过程控制系统中进行现场整定。

在苯加氢现场的实际应用中多以经验为主。用凑试法确定调节器的比例系数Kp、积分时间 Ti、微分时间Td 和采样周期 Ts 的具体数值。准确有效地选定 PID 的最佳整定参数是 PID 控制器是否有效的关键[2]。

凑试法说明如下：

按照先比例（P）、再积分（I）、最后微分（D）的顺序。置调节器积分时间 Ti= ∞，微分时间 Td=0，在
比例系数 Kp 按经验设置的初值条件下，将系统投入运行，由小到大整定比例系数Kp，求得满意的 1/4 衰减度过渡过程曲线。引入积分作用（此时应将上述比例系数Kp 设置为 5/6Kp）。将 Ti 由大到小进行整定。若需引入微分作用时，则将 Td 按经验值或按 Td=（1/3～1/4）Ti 设置，并由小到大加入。

苯加氢控制系统大量使用了简单控制、复杂控制和三重冗余等各种控制。下面简述多分程控制的调节，所谓分程控制是复杂系统中的一种，就是一个控制器的输出同时送往两个或两个以上的执行器，各执行器的工作范围不同（见图 5）。查看系统参数：0～45 为PV-2001A 动作，55 ～100 为PV-2001B 动作。45 ～55为DB区,传统 PID 调节对于压力调节是不取 D 值的但考虑分程调节的特殊性，在现场调试过程中微分予以赋值才以确保满足生产工艺要求。

图5

图6

图7

图6 为微分 D 取零值时趋势曲线图，图 7 为微分 D 取3 时的趋势曲线图。

参考文献

[1]   王敏.PID 调节及参数整定[N]. 科技创新导报,2009.

[2]   解丽华.PID 过程控制及参数整定[J].科技情报开发与经济，2006 ，16 （5）.