李炳倩，羅 楊

（山東?；煞萦邢薰炯儔A廠，山東 濰坊 262737）

1 項(xiàng)目概述

山東?；煞萦邢薰炯儔A廠新線(xiàn)先控系統(tǒng)項(xiàng)目（以下稱(chēng)先控系統(tǒng)），是2004年與浙江中控軟件公司共同合作（60萬(wàn)噸的先控系統(tǒng)的實(shí)施范圍為：石灰工序、蒸吸工序、碳化工序、煅燒工序、壓縮工序）開(kāi)發(fā)完成的，項(xiàng)目于2005年5月完成驗(yàn)收。到2008年，?；儔A廠由于產(chǎn)能擴(kuò)大，再一次與中控軟件合作，2009年完成新增裝置的先控系統(tǒng)實(shí)施，2010年完成新老裝置的先控系統(tǒng)整合及軟件的升級(jí)，并完成項(xiàng)目的驗(yàn)收工作。

先控系統(tǒng)投用以來(lái)，解決了常規(guī)控制中不能解決的各種難題，有效的克服了干擾和滯后影響，穩(wěn)定了裝置工藝參數(shù)的平穩(wěn)性，大提高了裝置的自動(dòng)化程度，統(tǒng)一了操作人員的操作方法，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，在保證裝置工況良好的情況下，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量最大化，品質(zhì)最優(yōu)化。

但經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，由于基礎(chǔ)儀表和自調(diào)閥性能變差、OPC通信異常、生產(chǎn)工藝改變及工藝指標(biāo)更改等情況，導(dǎo)致當(dāng)時(shí)的控制策略跟現(xiàn)有的工藝、控制條件偏差較大，從而使各工序的先控系統(tǒng)不能很好解決相關(guān)的控制過(guò)程。

2 先控系統(tǒng)問(wèn)題分析

先控系統(tǒng)目前存在的硬件問(wèn)題大多與基礎(chǔ)儀表和自調(diào)閥有關(guān)。軟件方面存在部分先控掛不上，程序反調(diào)，先控自掉，參數(shù)修正不及時(shí)等問(wèn)題。具體情況分析如下：

2.1 基礎(chǔ)儀表和自調(diào)閥性能變差

通過(guò)操作工反映及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)碳化塔中段氣流量、下段氣流量、出堿液流量共約20個(gè)調(diào)節(jié)閥不能投用自調(diào)。不能投用的主要原因是自調(diào)閥PID參數(shù)不合適，也有部分是流量計(jì)不準(zhǔn)，或是自調(diào)閥非線(xiàn)性嚴(yán)重等問(wèn)題。另外，有近一半的碳化塔中段氣流量顯示值偏小（正常情況下應(yīng)該顯示4 000～6 500m3／h，但是實(shí)際顯示為3 000m3／h左右，有些甚至只顯示1 500m3／h左右，偏離實(shí)際值太大）。

2.2 OPC通信異常

純堿廠新線(xiàn)西門(mén)子系統(tǒng)OPC服務(wù)器是西門(mén)子公司DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)擴(kuò)展應(yīng)用站，用于支持DCS系統(tǒng)與其它網(wǎng)絡(luò)完成信息通訊，完成DCS系統(tǒng)過(guò)程信息數(shù)據(jù)與其它應(yīng)用軟件的集成。目前該裝置生產(chǎn)線(xiàn)有2套DCS系統(tǒng)，其中100萬(wàn)噸／年的老裝置用1套、新增60萬(wàn)噸／年的新裝置用1套。每套DCS系統(tǒng)配置4臺(tái)服務(wù)器，1個(gè)工程師站，1臺(tái)OPC服務(wù)器。我廠的先控系統(tǒng)上位機(jī)通過(guò)網(wǎng)卡與OPC服務(wù)器聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)先控系統(tǒng)對(duì)DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。硬件結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)圖1所示。

隨著我廠生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和自動(dòng)化水平的不斷提高，以上兩套裝置的OPC服務(wù)器配置和現(xiàn)有的數(shù)據(jù)點(diǎn)越來(lái)越不能滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求（生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、設(shè)備增加、系統(tǒng)需擴(kuò)展等），再加上OPC服務(wù)器運(yùn)行多年，電腦核心部件老化，故障率增多，穩(wěn)定性越來(lái)越差，制約了先控系統(tǒng)的投用，因此首先要對(duì)OPC服務(wù)器進(jìn)行升級(jí)。

圖1 系統(tǒng)采集硬件結(jié)構(gòu)原理圖

2.3 生產(chǎn)工藝改造及工藝指標(biāo)更改

部分工段由于更改了管線(xiàn)和控制閥門(mén)，導(dǎo)致原有的先進(jìn)控制策略與現(xiàn)有工藝條件不符；比如：碳化塔尾氣壓力控制，當(dāng)時(shí)的工藝指標(biāo)在60～70kPa，如今4＃、5＃組尾氣壓力都控制在70kPa以上，先控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定與現(xiàn)有工藝指標(biāo)不相符。

2.4 先控系統(tǒng)多年未進(jìn)行控制策略改變

由于以上支撐先控系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件發(fā)生了改變，但是先控系統(tǒng)控制策略卻沒(méi)有跟進(jìn)改變，直接影響了先控系統(tǒng)的使用。

3 先控系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)方案

先控系統(tǒng)優(yōu)化的方案主要包括3部分的內(nèi)容，基礎(chǔ)儀表和自調(diào)閥的的維護(hù)、OPC服務(wù)器的升級(jí)和先控系統(tǒng)的過(guò)程優(yōu)化。

3.1 基礎(chǔ)儀表和自調(diào)閥的的維護(hù)

首先由儀表技術(shù)人員根據(jù)工藝人員提出的相關(guān)儀表和自調(diào)閥的問(wèn)題，逐一查找排查，對(duì)不能投用自調(diào)的控制閥進(jìn)行PID參數(shù)整定、閥門(mén)檢修、更換等維護(hù)工作。

3.2 解決OPC通信問(wèn)題

對(duì)兩臺(tái)OPC服務(wù)器進(jìn)行更新升級(jí)，具體步驟如下：

1）將裝好系統(tǒng)的新OPC服務(wù)器擺放到正確位置，整個(gè)系統(tǒng)的安裝全部使用光盤(pán)，杜絕了U盤(pán)病毒的傳播，每臺(tái)服務(wù)器都進(jìn)行了GHOST鏡像封裝，可以快速進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)；

2）確認(rèn)切換不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成影響；

3）將老OPC服務(wù)器的網(wǎng)線(xiàn)按照順序插到新的OPC服務(wù)器上；

4）從ES站對(duì)新OPC服務(wù)器進(jìn)行下載，包括站下載和監(jiān)控畫(huà)面下載；

5）測(cè)試新OPC服務(wù)器的監(jiān)控畫(huà)面是否全部與PLC進(jìn)行了連接，有無(wú)未連接的點(diǎn)；

6）測(cè)試新OPC服務(wù)器是否可以給浙大中控及其他計(jì)算機(jī)提供數(shù)據(jù)；

7）測(cè)試完成，將老OPC服務(wù)器的1613網(wǎng)卡安裝到新OPC服務(wù)器；

8）一切數(shù)據(jù)通訊正常，OPC服務(wù)器升級(jí)完成。

3.3 先控系統(tǒng)的過(guò)程優(yōu)化

1）石灰工序先進(jìn)控制優(yōu)化

物料平衡控制方面：維持了石灰倉(cāng)料位穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了上料量與石灰出料平衡，即保證了生石灰滿(mǎn)足后續(xù)工序的生產(chǎn)需要，同時(shí)維持石灰窯料位穩(wěn)定；在能量平衡控制方面：合理調(diào)整配焦比和窯底送風(fēng)量，穩(wěn)定煅燒區(qū)位置及窯頂、窯底溫度，保證窯氣濃度合格。

2）蒸吸工序先進(jìn)控制優(yōu)化

蒸吸工序預(yù)熱母液溫度控制的補(bǔ)充蒸汽，更改了管線(xiàn)和控制閥門(mén)，導(dǎo)致原有的先進(jìn)控制策略與現(xiàn)有工藝條件不符，優(yōu)化主要是修改控制變量和參數(shù)，通過(guò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)進(jìn)塔乏汽流量，并克服乏汽壓力和母液進(jìn)塔流量波動(dòng)的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)熱段出口母液溫度的平穩(wěn)控制。

從運(yùn)行效果來(lái)看，在系統(tǒng)相對(duì)平穩(wěn)狀態(tài)下，加熱段出口母液溫度平穩(wěn)性有了更好的提高，降低了氨耗，減少了蒸汽消耗，同時(shí)也降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了自動(dòng)化水平。

下面以2＃蒸氨塔為例介紹熱母液溫度在先控系統(tǒng)投運(yùn)前后的變化趨勢(shì)對(duì)比情況。（單位：℃；采樣時(shí)間：5S／點(diǎn)；數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：5 000點(diǎn)）

圖2 2＃蒸氨塔先控投運(yùn)前母液溫度變化趨勢(shì)

圖3 2＃蒸氨塔先控投運(yùn)后母液溫度變化趨勢(shì)

表1 2＃蒸氨塔先控投運(yùn)前后母液溫度變化

從以上數(shù)據(jù)比較看出，其平均波動(dòng)幅度較系統(tǒng)投運(yùn)前有了明顯改善，波動(dòng)幅度平均降低35%以上。不過(guò)由于煅燒停爐較為頻繁，同時(shí)蒸汽閥自身的非線(xiàn)性較嚴(yán)重等問(wèn)題，影響了對(duì)先進(jìn)控制的連續(xù)投運(yùn)。除此之外，在生產(chǎn)正常狀態(tài)下，先控系統(tǒng)基本可以代替人工操作，能夠有效抑制系統(tǒng)的波動(dòng)，降低氨耗。

3）碳化工序先進(jìn)控制優(yōu)化

碳化塔尾氣壓力控制，當(dāng)時(shí)的工藝指標(biāo)在60～70kPa，如今4＃、5＃組尾氣壓力都控制在70kPa以上，先控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定與現(xiàn)有工藝指標(biāo)不相符。我們現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，與工藝操作人員交流之后，將4＃、5＃組尾氣壓力的工藝控制指標(biāo)定為70～75kPa。

碳化工序先控系統(tǒng)主要通過(guò)對(duì)碳化塔各關(guān)鍵工藝指標(biāo)（尾氣壓力、塔底壓力、中部溫度、中和水溫度、出堿溫度等）的平穩(wěn)控制及控制目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)置，提高碳化工序的整體自動(dòng)化控制水平。此先控系統(tǒng)以產(chǎn)品質(zhì)量為第一優(yōu)先級(jí)控制目標(biāo)，以產(chǎn)品產(chǎn)量為第二優(yōu)先級(jí)控制目標(biāo)，即通過(guò)改善碳化過(guò)程控制的及時(shí)性和平穩(wěn)性的方法，在保證碳化塔中部溫度的前提下，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)各塔出堿放量的動(dòng)態(tài)調(diào)整，并盡可能滿(mǎn)足總出堿量的要求。此先控系統(tǒng)集成了?；瘔A廠的生產(chǎn)需求和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，符合碳化工序的實(shí)際生產(chǎn)工況和操作要求。

在工藝指標(biāo)控制方面，經(jīng)過(guò)逐步細(xì)化和改進(jìn)，目前已取得明顯控制效果，并在生產(chǎn)相對(duì)平穩(wěn)階段實(shí)現(xiàn)了連續(xù)投運(yùn)，系統(tǒng)提高了碳化過(guò)程綜合自動(dòng)化水平，減少了人為干擾，在目前25座碳化塔運(yùn)行情況下，只有一個(gè)司塔操作，并能輕松應(yīng)對(duì)，可見(jiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了人力成本。

下面簡(jiǎn)要介紹碳化塔關(guān)鍵工藝指標(biāo)在先控系統(tǒng)投運(yùn)前后的對(duì)比情況（以一個(gè)塔舉例說(shuō)明）。

碳化塔塔底壓力運(yùn)行曲線(xiàn)（單位：MPa；采樣時(shí)間：5s；數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：5 000點(diǎn)）

圖4 1＃塔先控投運(yùn)前塔底壓力變化趨勢(shì)

圖5 1＃塔先控投運(yùn)后塔底壓力變化趨勢(shì)

表2 1＃塔先控投運(yùn)前后后塔底壓力變化

表3 12＃先控投運(yùn)前后后23圈溫度變化

從以上數(shù)據(jù)來(lái)看，碳化塔的塔底壓力、23圈溫度等關(guān)鍵工藝指標(biāo)變化趨勢(shì)較系統(tǒng)投運(yùn)前有了明顯改善，波動(dòng)幅度平均降低30%以上。但由于生產(chǎn)中需要定期倒塔，并且經(jīng)常隨機(jī)出現(xiàn)其它工序發(fā)生故障如煅燒爐非計(jì)劃停爐、壓縮機(jī)故障等原因造成尾氣壓力的較大波動(dòng)等不正常情況，對(duì)碳化塔的平穩(wěn)運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響。除此之外，在生產(chǎn)正常狀態(tài)下，先控系統(tǒng)基本可以代替人的操作，有效抑制系統(tǒng)波動(dòng)，保持碳化生產(chǎn)平穩(wěn)，從而穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量。

圖6 12＃塔先控投運(yùn)前23圈溫度變化趨勢(shì)

圖7 12＃塔先控投運(yùn)后23圈溫度變化趨勢(shì)

4）煅燒工序先進(jìn)控制優(yōu)化

煅燒爐出堿溫度的控制：由于輕灰煅燒工序存在濕重堿刮刀不好用，需要利用專(zhuān)家控制策略進(jìn)行完善。

由于輕灰煅燒工序存在濕重堿刮刀不好用、皮帶秤稱(chēng)量不準(zhǔn)、蒸汽調(diào)節(jié)閥非線(xiàn)性等問(wèn)題，制約了先控系統(tǒng)的控制效果。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的投運(yùn)調(diào)試，主要調(diào)節(jié)蒸汽壓力對(duì)出堿溫度進(jìn)行控制，利用專(zhuān)家控制策略，當(dāng)皮帶“跑偏”，刮刀定位不準(zhǔn)的干擾因素下，提前改變蒸汽壓力的設(shè)定值，克服煅燒爐大滯后難題，實(shí)現(xiàn)出堿溫度的平穩(wěn)控制，保證產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，平衡各爐的蒸汽用量，降低蒸汽消耗。

5）壓縮工序先進(jìn)控制優(yōu)化

新線(xiàn)壓縮車(chē)間的三段氣總管無(wú)流量?jī)x表，操作人員無(wú)法獲知壓縮機(jī)的出氣量，而在碳化工段每臺(tái)碳化塔安裝下段氣流量計(jì)、中段氣流量計(jì)和清洗氣支管流量計(jì)，在壓縮工段無(wú)法監(jiān)控三段氣總管流量，為此我們制定了以下解決方法：

①將碳化工段的1?！?5＃碳化塔的下段氣流量、中段氣流量和清洗氣支管流量進(jìn)行累加求和，作為三段氣總管流量值；

②將碳化三段氣流量的總量實(shí)時(shí)值傳送到先控系統(tǒng)的OPC服務(wù)器，在OPC服務(wù)器上編制程序塊將碳化三段氣流量的總量實(shí)時(shí)值寫(xiě)入壓縮控制器，在壓縮工段的DCS系統(tǒng)上組態(tài)三段氣總量模塊，實(shí)現(xiàn)了壓縮工段共享碳化工段的三段氣流量總量實(shí)時(shí)值；

③在壓縮DCS系統(tǒng)編制三段氣流量總量實(shí)時(shí)值的顯示模塊。

優(yōu)化后解決了壓縮工段無(wú)法檢測(cè)出口氣量的難題。實(shí)現(xiàn)了壓縮工段共享碳化工段的三段氣流量總量實(shí)時(shí)值，便于壓縮工段操作人員根據(jù)三段氣量及時(shí)調(diào)整壓縮機(jī)的運(yùn)行，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)波動(dòng)并將生產(chǎn)波動(dòng)控制在最小范圍，并便于工藝對(duì)壓縮機(jī)的優(yōu)化操作和生產(chǎn)控制。

壓縮工序先進(jìn)控制優(yōu)化效果：

①三段氣量平衡控制

建立壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速與中段氣、下段氣、清洗氣的平衡控制，在滿(mǎn)足煅燒負(fù)壓的同時(shí)，實(shí)時(shí)在線(xiàn)修正碳化對(duì)三段氣的需求平衡，為碳化工序的平穩(wěn)運(yùn)行創(chuàng)造良好的工藝條件。同時(shí)，當(dāng)壓縮機(jī)出口壓力超過(guò)允許的范圍時(shí)，或者壓縮機(jī)徑向、軸向溫度過(guò)高時(shí)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速大幅降低，實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的安全保護(hù)。

②真空機(jī)的智能儲(chǔ)水排水及汽水分離器的自動(dòng)排水控制。

真空機(jī)的智能儲(chǔ)水排水功能的實(shí)現(xiàn)，從目前投運(yùn)效果來(lái)看，大大減少了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，基本杜絕了人工操作時(shí)真空機(jī)“帶水”事故；對(duì)汽水分離器的智能排水控制，大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改變了分離器排污閥“常排”的不合理現(xiàn)象，減少了三段氣排污損失。