甲醛是一種重要的有機(jī)原料，工業(yè)上常用催化氧化法由甲醇制取甲醛。目前，國(guó)內(nèi)的甲醛行業(yè)受建材行業(yè)需求的帶動(dòng)，生產(chǎn)勢(shì)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(chǎng)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(duì)生產(chǎn)的自動(dòng)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(tuán)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(tuán)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(jìn)的DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)通過現(xiàn)場(chǎng)控制站(I／O站)、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、人機(jī)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(chǎng)，便于分散控制，降低了事故發(fā)生對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成的影響。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    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(duì)象主要有反應(yīng)塔壓力、反應(yīng)塔溫度、料位探測(cè)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(jī)柜、機(jī)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(jī)籠分為電源機(jī)籠和卡件機(jī)籠。電源機(jī)籠可以配置4個(gè)電源模塊；卡件機(jī)籠主要放置各類卡件，一個(gè)卡件機(jī)籠有20個(gè)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(jī)籠背面有4個(gè)SBUS—s2網(wǎng)絡(luò)接口、一組電源接線端子和16個(gè)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(fù)責(zé)顯示控制站采集的信號(hào)點(diǎn)，并下達(dá)操作員的命令到控制站，同時(shí)對(duì)一些實(shí)時(shí)或歷史的數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)(包括計(jì)算機(jī)主機(jī)、顯示器及操作員鍵盤等)、操作臺(tái)一打印機(jī)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(fù)責(zé)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    針對(duì)晉煤明水化工集團(tuán)有限公司甲醛生產(chǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)甲醛生產(chǎn)系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)原中控版本的Advantrol Pro軟件包進(jìn)行了改進(jìn)與升級(jí)，在繼承原版本軟件功能豐富、界面友好、使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)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(huì)因?yàn)榉磻?yīng)劇烈、不可控制而產(chǎn)生爆炸，這是非常危險(xiǎn)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(shí)給出報(bào)警指示信息，以指導(dǎo)生產(chǎn)操作人員進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟僮?，需要一套?jì)算機(jī)爆炸監(jiān)控曲線軟件，完成對(duì)生產(chǎn)操作的監(jiān)控。

    防爆曲線軟件系統(tǒng)運(yùn)行于windows2000+sp2系統(tǒng)之上。防爆曲線軟件有兩種運(yùn)行方式：一個(gè)是模擬運(yùn)算狀態(tài)；一個(gè)是實(shí)際計(jì)算狀態(tài)。模擬計(jì)算狀態(tài)可以模擬系統(tǒng)在模擬信號(hào)下計(jì)算的數(shù)值，并顯示出來；實(shí)際計(jì)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(jì)算實(shí)際的系統(tǒng)負(fù)荷工況下的各值，系統(tǒng)可以從模擬計(jì)算狀態(tài)切換到實(shí)際計(jì)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(bǔ)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(jì)算甲醇和蒸汽二者混合物的溫度。同時(shí)根據(jù)用戶提供的資料給出一個(gè)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(bào)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(xiàng)目要求中的測(cè)點(diǎn)清單，分類統(tǒng)計(jì)出同類信號(hào)的點(diǎn)數(shù)，對(duì)照卡件介紹查出該信號(hào)類型所對(duì)應(yīng)的接收卡件和每塊卡件對(duì)該類型信號(hào)的最大接收容量(即一塊最多可帶多少個(gè)點(diǎn))，然后算出這些信號(hào)點(diǎn)需要的卡件數(shù)，根據(jù)卡件數(shù)統(tǒng)計(jì)端子板數(shù)量。本項(xiàng)目中，已知電流信號(hào)19點(diǎn)。考慮日后擴(kuò)展，預(yù)留備用通道5個(gè)，共24點(diǎn)，選擇電流信號(hào)輸入卡XF313，由于XP313卡是6路通道信號(hào)輸入，則需4塊卡件，本項(xiàng)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(jì)，本項(xiàng)目需要配置兩個(gè)機(jī)籠，一個(gè)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(jī)排布原則，對(duì)卡件進(jìn)行地址設(shè)置。主控制卡地址范圍2—63，該項(xiàng)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(jī)籠地址是0和1．第2機(jī)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(xiàng)目實(shí)際要求的帶負(fù)荷能力和可靠性，選擇了山特品牌，型號(hào)為山特A UPS-6K，配套電池用德國(guó)陽光鉛酸電池。

5組態(tài)設(shè)置及實(shí)時(shí)監(jiān)控

    完成測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)和卡件選型工作，并對(duì)各卡件進(jìn)行合理布置后，對(duì)DCS的軟件、硬件構(gòu)成進(jìn)行配置即組態(tài)設(shè)計(jì)，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(jì)、流程圖繪制、控制方案編寫及報(bào)告制作等。

操作人員操作臺(tái)計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)和鍵盤，通過軟件對(duì)象列表中相關(guān)對(duì)象的調(diào)用即可對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)備儀表進(jìn)行查看、調(diào)節(jié)和控制。主要實(shí)現(xiàn)的操作功能有報(bào)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(shì)畫面操作、流程圖畫面操作、報(bào)表畫面操作、數(shù)據(jù)一覽畫面操作以及彈出式報(bào)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(tuán)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(yùn)以來運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，各項(xiàng)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(jī)操作界面等功能都得以實(shí)現(xiàn)，保證了甲醛生產(chǎn)系統(tǒng)的安全運(yùn)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(shí)降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了系統(tǒng)的安全性及工作效率，得到了用戶的好評(píng)。