一 引 言 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(cè)。2004年8月建成投產(chǎn)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(chǎn)1.5萬噸MTBE（甲基叔丁基醚）裝置[1]。隨著石油化工和工業(yè)自動化的發(fā)展寶塔石化氣分裝置的控制系統(tǒng)采用的是浙大中控JX-300X DCS的控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)融合了最先進(jìn)的自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、故障診斷技術(shù)、冗余技術(shù)和軟件技術(shù)[2]，結(jié)合石油化工儀表自動化的一些復(fù)雜的控制系統(tǒng)，克服了參數(shù)實時性準(zhǔn)確性要求高、現(xiàn)場通訊互聯(lián)設(shè)備多等困難，實現(xiàn)了氣分裝置大面積監(jiān)測的集中管理、現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集和信息化管理，大大的提高了此裝置的生產(chǎn)能力，減輕了崗位工人的勞動強度，節(jié)省了崗位工人的勞動時間。應(yīng)用浙大中控JX-300X DCS控制系統(tǒng)達(dá)到了整個裝置的連續(xù)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(chǎn)[3]。 二 WebField JX-300X DCS簡介及整體結(jié)構(gòu) 浙大中控技術(shù)有限公司于1997年推出了全數(shù)字化的新一代集散控制系統(tǒng)JX-300 DCS。JX-300X DCS是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的（現(xiàn)在已經(jīng)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(wǎng)絡(luò)SCnet II。其運行的方式是在通訊網(wǎng)絡(luò)上掛接通信接口單元（CIU）可實現(xiàn)JX-300X DCS與可編程序控制器（PLC）等數(shù)字設(shè)備的連接；通過多功能計算站（MFS）和相應(yīng)的應(yīng)用AdvanTrol-PIMS軟件可實現(xiàn)與企業(yè)管理計算機網(wǎng)的信息交換，實現(xiàn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)（Intranet）環(huán)境下的實時數(shù)據(jù)采集、實時流程查看、實時趨勢瀏覽、報警記錄與查看、開關(guān)量變位記錄與查看、報表數(shù)據(jù)的存貯、歷史趨勢存貯與查看、生產(chǎn)過程報表生成與輸出等功能。JX-300X DCS覆蓋了大型集散系統(tǒng)的安全性、冗余功能、網(wǎng)絡(luò)擴展功能、集成的用戶界面及信息存取功能,系統(tǒng)規(guī)模變換靈活，可以實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)SCnet Ⅱ連接工程師站、操作站、控制站和通訊處理單元。通訊網(wǎng)絡(luò)采用總線形或星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，曼徹斯特編碼方式，遵循開放的TCP/IP協(xié)議和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。SCnet Ⅱ采用1∶1冗余的工業(yè)以太網(wǎng)（Ethernet），TCP/IP的傳輸協(xié)議輔以實時的網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)了控制系統(tǒng)的開放性和互連性，通過配置交換器（SWITCH），操作站之間的網(wǎng)絡(luò)速度達(dá)100Mbps，而且可以接多個SCnet Ⅱ子網(wǎng)，形成一種組合結(jié)構(gòu)。 JX-300X DCS可以通過掛接網(wǎng)橋的方法連接企業(yè)Ethernet，這樣的一層網(wǎng)絡(luò)被稱為位于系統(tǒng)上層的信息管理網(wǎng)。信息管理網(wǎng)采用符合TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)，連接了各個控制裝置的網(wǎng)橋以及企業(yè)內(nèi)各類管理計算機，用于工廠級的信息傳送和管理，是實現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道。由于它可以遠(yuǎn)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(tǒng)這一層網(wǎng)絡(luò)對大型企業(yè)的統(tǒng)一調(diào)度帶來了很大的便利。如：寶塔集團總調(diào)度室在銀川市寶塔大廈而下屬的六個生產(chǎn)廠則分布在其他的市區(qū)，其中有靈武市、南梁農(nóng)場等。2006年8月集團通過掛接網(wǎng)橋的方法連接企業(yè)Ethernet，做到了在真正意義上的統(tǒng)一調(diào)度，再次體現(xiàn)了JX-300X DCS控制系統(tǒng)的優(yōu)越性和創(chuàng)新性同時也實現(xiàn)了企業(yè)管理的自動化加快了企業(yè)的發(fā)展。寶塔集團在對整體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1： 三 裝置控制系統(tǒng)的總體設(shè)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(jìn)行脫硫，再用10%的堿液進(jìn)行堿洗，再用新鮮水進(jìn)行水洗后用原料泵打入脫丙烷塔除去丙烷，頂部產(chǎn)物再經(jīng)中間泵打入脫乙烷塔除去乙烷進(jìn)入分餾塔除去其中的乙烷，底部產(chǎn)物經(jīng)中間泵打入粗丙稀塔，頂部產(chǎn)物直接進(jìn)入精丙稀塔后，而最終得到產(chǎn)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(jīng)過碳四－甲醇混合器后進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)器頂部的產(chǎn)物直接進(jìn)入MTBE精餾塔，塔底得到最終產(chǎn)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(chǎn)品。為了能夠很好的控制上述的工藝流程，在控制系統(tǒng)的設(shè)計和選型上設(shè)計院采用了JX-300X DCS控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)配置情況及規(guī)模等總體設(shè)計要求如下： 寶塔氣分JX-300X DCS控制系統(tǒng)主要配置由四個操作系統(tǒng)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(shè)兩個DCS系統(tǒng)操作站，一臺打印機；1.5萬噸/年MTBE裝置設(shè)兩個DCS系統(tǒng)操作站，與氣體分餾裝置共用打印機，工程師站室設(shè)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 JX-300X DCS控制站通過主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和多功能智能I/O卡件結(jié)合石油化工儀表及自動化的簡單控制系統(tǒng)和幾種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，其中包括：串級控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)等，達(dá)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(jìn)行采集、處理、控制的要求。為了能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的正常運行，JX-300X DCS應(yīng)用于氣分裝置控制系統(tǒng)的主要設(shè)備見表2： 四 JX-300X DCS在寶塔氣分上的控制策略及運行結(jié)果 氣分裝置的控制大部分采用單回路PID常規(guī)控制，在一些關(guān)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(tǒng)控制的好壞，它對整個系統(tǒng)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(tǒng)： ①、V-201液位調(diào)節(jié)LIC-202（主回路）與C-203進(jìn)料流量調(diào)節(jié)FIC-202（副回路）串級調(diào)節(jié) ②、C-303液位調(diào)節(jié)LIC-608（主回路）與萃取水泵出口流量調(diào)節(jié)FIC-611（副回路）串級調(diào)節(jié)。 ③、甲醇塔溫度調(diào)節(jié)TIC-627（主回路）與0.3MPa蒸汽流量調(diào)節(jié)FIC-613（副回路）串級調(diào)節(jié)。 ④、C-302液位調(diào)節(jié)LIC-607（主回路）與萃取塔底出口流量調(diào)節(jié)FIC-610（副回路）串級調(diào)節(jié)。 ⑤、C-204液位調(diào)節(jié)LIC-402（主回路）與C-203回流流量調(diào)節(jié)FIC-402（副回路）串級調(diào)節(jié)。 ⑥、C-202液位調(diào)節(jié)LIC-301（主回路）與C-203進(jìn)料流量調(diào)節(jié)FIC-301（副回路）串級調(diào)節(jié)。 1 串級控制組成結(jié)構(gòu)和基本概念[4] 串級控制系統(tǒng)采用兩套檢測變送器和兩個調(diào)節(jié)器，前一個調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個調(diào)節(jié)器的設(shè)定，后一個調(diào)節(jié)器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。前一個調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱主變量（主被控參數(shù)），即工藝控制指標(biāo)；后一個調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱副變量（副被控參數(shù)），是為了穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量。整個系統(tǒng)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(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過程構(gòu)成；主回路由主變量檢測變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過程和主過程構(gòu)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(nèi)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(nèi)的擾動。 2 以 V-201液位調(diào)節(jié)LIC-202與C-203進(jìn)料流量調(diào)節(jié)FIC-202為例來說明怎樣通過JX-300X DCS實現(xiàn)工藝要求串級控制： ①參看 LIC-202和FIC-202串級控制系統(tǒng)工藝流程見圖4： ② 在已知工藝控制參數(shù)后，應(yīng)用JX-300X DCS圖形化組態(tài)軟件依照DCS串級控制原理圖進(jìn)行組態(tài)，達(dá)到實現(xiàn)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(shù)變量說明見表3： ③ 結(jié)合JX-300X DCS控制原理圖對系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)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(shù)之間存在重大的關(guān)聯(lián)等現(xiàn)象，并且改善了控制過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)控制質(zhì)量，能迅速克服進(jìn)入副回路的二次擾動，提高了系統(tǒng)的工作頻率，對負(fù)荷變化的適應(yīng)性較強，確保了生產(chǎn)平穩(wěn)、安全。 五 結(jié)束語 綜上所述，本系統(tǒng)自2003年11月正式驗收以來，JX-300X DCS運行穩(wěn)定，效果良好。控制效果好，完全適應(yīng)和滿足生產(chǎn)工藝的要求。整個生產(chǎn)過程的自動化控制率達(dá) 95% 以上，大大降低了操作工的勞動強度，改善了工人的工作環(huán)境；JX-300X DCS系統(tǒng)可靠性較高，降低了儀表維護(hù)強度，而且由于系統(tǒng)卡件的通用性，降低了備品備件的庫存量和資金占用，降低了生產(chǎn)成本；JX-300X DCS系統(tǒng)提供了通訊接口，通過調(diào)制器與遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)計算機連接，可并入全廠管理網(wǎng)，為日后實現(xiàn)全集團統(tǒng)一調(diào)度、安全生產(chǎn)提供了條件。人力資源方面：應(yīng)用JX-300X DCS實現(xiàn)了過程控制的自動化，使原來多人操作常規(guī)儀表變?yōu)樯贁?shù)幾個人的完全控制，工藝與儀表維護(hù)人員所需人數(shù)約減少到了原來的一半（按10人計算），據(jù)不完全統(tǒng)計 ：按每人收入 1.8-2 萬元/年計算,每年可節(jié)省人工成本 18-20 萬元；應(yīng)用JX-300X DCS還具有良好的性價比，它功能齊全，技術(shù)先進(jìn)，安全可靠性高,系統(tǒng)的平時無故障時間（MTBF）達(dá)到 1.0E+05 天.平均維護(hù)時間（MTBR）為 1.0E-02 天，為寶塔氣分公司節(jié)約了大量的維護(hù)資金，如果按故障率 2% 計算 （常規(guī)儀表）, 應(yīng)用JX-300X DCS每年可節(jié)約近 5 萬元。 　 參考文獻(xiàn)： [1] 郭永慶等. 寶塔石化集團概況.[Z]. 中國•銀川.2006.1-3. [2] 浙大中控. JX-300X集散控制系統(tǒng)培訓(xùn)教材（第一冊）.[M]. 中國•杭州 2004.1 [3].陸德民、張振基、黃步余.石油化工自動化控制設(shè)計手冊.[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社.2000.630 [4] 厲玉鳴. 化工儀表及自動化.[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社.1999.185 孫彥軍：1978年出生，2003年，畢業(yè)于成都理工大學(xué)?，F(xiàn)在在寶塔石化設(shè)計院從事儀表自動化控制的設(shè)計與選型的工作.