甲醛是一種重要的有機原料，工業(yè)上常用催化氧化法由甲醇制取甲醛。目前，國內(nèi)的甲醛行業(yè)受建材行業(yè)需求的帶動，生產(chǎn)勢頭較好，而農(nóng)藥、醫(yī)藥及其下游產(chǎn)品的需求也十分穩(wěn)健，從而使得甲醛具有較好的市場需求。為提高甲醛的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)能力，降低成本，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性，很多化工廠家對生產(chǎn)的自動控制提出了更高的要求。

1生產(chǎn)工藝流程

    山東晉煤明水化工集團有限公司甲醛生產(chǎn)采用電解銀催化劑法甲醇氧化制甲醛的方法。甲醇由高位槽進入蒸發(fā)器加熱，水洗后經(jīng)過加熱，到蒸發(fā)器的甲醇層(約50℃)，為甲醇蒸汽所飽和并與水蒸氣混合；然后經(jīng)加熱器加熱至100—120℃，經(jīng)阻火器和加熱器進入氧化反應(yīng)器，反應(yīng)器的溫度一般控制在600～650℃，在催化劑的作用下，大部分甲醇轉(zhuǎn)化為甲醛。轉(zhuǎn)化后的氣體冷卻到100～120℃進入吸收塔，用稀甲醛溶液或水吸收，未被吸收的氣體從塔頂排出，送到尾氣鍋爐燃燒，提供熱量。根據(jù)甲醛工藝流程(圖1)和廠方要求，山東晉煤明水化工集團有限公司新建的甲醛生產(chǎn)控制系統(tǒng)采用了浙江中控技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的WebFeild JX-300XP較先進的DCS控制系統(tǒng)進行監(jiān)控。系統(tǒng)通過現(xiàn)場控制站(I／O站)、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、人機接口單元(操作員站OPS、工程師站ENS)”1把控制任務(wù)分配到現(xiàn)場，便于分散控制，降低了事故發(fā)生對整個系統(tǒng)造成的影響。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

    JX-300XP硬件包括控制站硬件、操作站硬件和網(wǎng)絡(luò)硬件3部分(圖2)。DCS控制對象主要有反應(yīng)塔壓力、反應(yīng)塔溫度、料位探測儀、甲醇流量、甲醛流量及調(diào)節(jié)閥等。監(jiān)控系統(tǒng)硬件由電源單元、CPU單元、輸入輸出單元、通訊單元、操作站和網(wǎng)絡(luò)部件構(gòu)成。

圖1 甲醛生產(chǎn)吸收工序流程

圖2系統(tǒng)硬件總圖

2．1控制站硬件

    控制站硬件包括機柜、機籠及系統(tǒng)供電、主控制卡(CPU)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和I／O卡件。其中機籠分為電源機籠和卡件機籠。電源機籠可以配置4個電源模塊；卡件機籠主要放置各類卡件，一個卡件機籠有20個槽位，用來放置兩塊主控制卡、兩塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和16塊I／O卡件。機籠背面有4個SBUS—s2網(wǎng)絡(luò)接口、一組電源接線端子和16個I／O端子接口插座。系統(tǒng)采用雙路交流供電，兩路220V交流電冗余配電，一路通過UPS給系統(tǒng)供電，一路直接給系統(tǒng)供電。

2．2操作站硬件

    操作站負責顯示控制站采集的信號點，并下達操作員的命令到控制站，同時對一些實時或歷史的數(shù)據(jù)進行保存，它是DCS中不可缺少的硬件組成部分。操作站的硬件由工控PC機(包括計算機主機、顯示器及操作員鍵盤等)、操作臺一打印機和操作員軟件狗組成。

2．3網(wǎng)絡(luò)硬件

    網(wǎng)絡(luò)硬件包括網(wǎng)卡、通信線纜以及其它網(wǎng)絡(luò)輔助配件等。它負責控制站和操作站之間或操作站與操作站之間不同設(shè)備的信息傳輸，并實現(xiàn)系統(tǒng)規(guī)模的擴展。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

    針對晉煤明水化工集團有限公司甲醛生產(chǎn)系統(tǒng)的特點，為實現(xiàn)甲醛生產(chǎn)系統(tǒng)長周期安全穩(wěn)定運行，對原中控版本的Advantrol Pro軟件包進行了改進與升級，在繼承原版本軟件功能豐富、界面友好、使用簡單等特點的基礎(chǔ)上，形成了更為豐富的軟件包，特別完善了防爆曲線監(jiān)控軟件。

    為保證安全生產(chǎn)，要求使甲醇和蒸汽混合后溫度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。如果溫度超出允許的范圍，則會因為反應(yīng)劇烈、不可控制而產(chǎn)生爆炸，這是非常危險的情況。為了有效監(jiān)視該反應(yīng)過程混合氣體的溫度情況，并以直觀的形象表示出來，同時給出報警指示信息，以指導生產(chǎn)操作人員進行適當?shù)牟僮?，需要一套計算機爆炸監(jiān)控曲線軟件，完成對生產(chǎn)操作的監(jiān)控。

    防爆曲線軟件系統(tǒng)運行于windows2000+sp2系統(tǒng)之上。防爆曲線軟件有兩種運行方式：一個是模擬運算狀態(tài)；一個是實際計算狀態(tài)。模擬計算狀態(tài)可以模擬系統(tǒng)在模擬信號下計算的數(shù)值，并顯示出來；實際計算可用AdvanTrol-Pro V2．40自帶的OPC軟件與系統(tǒng)的通訊數(shù)據(jù)計算實際的系統(tǒng)負荷工況下的各值，系統(tǒng)可以從模擬計算狀態(tài)切換到實際計算狀態(tài)。

    監(jiān)控爆炸曲線系統(tǒng)的要求較高，該系統(tǒng)的輸入有甲醇流量、蒸汽流量、補加蒸汽流量和與這些流量相關(guān)的溫度、壓力以及物質(zhì)的密度等。根據(jù)這些基本量來計算甲醇和蒸汽二者混合物的溫度。同時根據(jù)用戶提供的資料給出一個直觀的畫面。畫面包括甲醇溶解釜溫度、蒸發(fā)器溫度及過熱器出口溫度。在功能上，要求該系統(tǒng)具有信息報警、記錄軌跡、數(shù)據(jù)打印和曲線放大功能。防爆曲線工作狀態(tài)如圖3所示。

圖3 防爆曲線工作狀態(tài)

4卡件的選型和配置

4．1卡件選擇步驟

    根據(jù)項目要求中的測點清單，分類統(tǒng)計出同類信號的點數(shù)，對照卡件介紹查出該信號類型所對應(yīng)的接收卡件和每塊卡件對該類型信號的最大接收容量(即一塊最多可帶多少個點)，然后算出這些信號點需要的卡件數(shù)，根據(jù)卡件數(shù)統(tǒng)計端子板數(shù)量。本項目中，已知電流信號19點?？紤]日后擴展，預留備用通道5個，共24點，選擇電流信號輸入卡XF313，由于XP313卡是6路通道信號輸入，則需4塊卡件，本項目中都選用端子板XP520，一塊端子板可供兩塊卡件使用。根據(jù)上面的卡件選擇及卡件數(shù)量統(tǒng)計，本項目需要配置兩個機籠，一個控制站。其中主控制卡和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡設(shè)置冗余。

4．2卡件布置設(shè)置

    為了使卡件能夠按照要求工作．根據(jù)卡件選擇、系統(tǒng)規(guī)模設(shè)置及卡機排布原則，對卡件進行地址設(shè)置。主控制卡地址范圍2—63，該項目中，地址設(shè)置為2和3。由于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡地址范圍是0～15，且必須從0開始，依次設(shè)置，因此第1機籠地址是0和1．第2機籠的地址是2和3。

4．3 UPS及電源設(shè)置

    UPS即不間斷電源，主要由充電器、整流器、電池組合及逆變器等部分組成。根據(jù)項目實際要求的帶負荷能力和可靠性，選擇了山特品牌，型號為山特A UPS-6K，配套電池用德國陽光鉛酸電池。

5組態(tài)設(shè)置及實時監(jiān)控

    完成測點統(tǒng)計和卡件選型工作，并對各卡件進行合理布置后，對DCS的軟件、硬件構(gòu)成進行配置即組態(tài)設(shè)計，包括控制站、操作站等硬件設(shè)備在軟件中的配置、操作畫面設(shè)計、流程圖繪制、控制方案編寫及報告制作等。

操作人員操作臺計算機的鼠標和鍵盤，通過軟件對象列表中相關(guān)對象的調(diào)用即可對生產(chǎn)系統(tǒng)的運行設(shè)備儀表進行查看、調(diào)節(jié)和控制。主要實現(xiàn)的操作功能有報警一覽畫面操作、系統(tǒng)總貌畫面操作、控制分組畫面操作、趨勢畫面操作、流程圖畫面操作、報表畫面操作、數(shù)據(jù)一覽畫面操作以及彈出式報警操作等。

6結(jié)束語

    DCS控制系統(tǒng)已在山東晉煤明水化工集團有限公司甲醛生產(chǎn)線上得以成功應(yīng)用。該系統(tǒng)自投運以來運行穩(wěn)定、可靠，各項功能如數(shù)據(jù)采集、模擬量控制、順序控制和聯(lián)鎖以及人機操作界面等功能都得以實現(xiàn)，保證了甲醛生產(chǎn)系統(tǒng)的安全運行。通過應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)，使得操作人員能方便地控制各種參數(shù)，確保了生產(chǎn)工藝流程的穩(wěn)定性，同時降低了操作人員的勞動強度，提高了系統(tǒng)的安全性及工作效率，得到了用戶的好評。