图1  调整后的I/O组态顺序。

本文着重介绍了气体分馏及MTBE联合装置项目施工中DCS系统的软件组态及组态中各功能的实现过程。并对DCS系统项目实施中的硬件安装、现场一次表安装及与控制系统联校进行了介绍。

气分装置为石油化工装置提供精馏后的高品质轻烃原料，在炼油-化工一体装置中起着承上启下的关键作用。中海沥青股份有限公司原有的5万吨/年气体分馏装置已经运行十余年，塔体腐蚀严重且受控制系统的影响制约着产品质量的提高。为了消除隐患，加大精细化工比重，调整优化产业链，公司决定新上10万吨/年气体分馏及5万吨/年MTBE联合生产装置。在DCS系统招标中公司再次选用了浙大中控的JX-300XP系统。

JX-300XP系统的组态

控制站硬件组态

考虑到DCS硬件安装过程中的实际情况及使用维护的方便。卡件的布置遵从以下原则：以DCS卡件编号为顺序对I/O点按照4~20mA电流输入、热电阻、4~20mA电流输出、开关量输入的顺序进行了排序；根据I/O点是否冗余，按照冗余靠前的原则进行卡件排布；对4~20mA电流输入的I/O点根据二线制，三线制，四线制的原则和所测量的信号依次是流量、压力、液位的顺序进行修订；具有流量累积功能的I/O点，组态在同一卡件内；在I/O卡件的空余通道上加注“备用”标示并按顺序进行编号；根据I/O卡件的数量及I/O机笼的容量对空余的地方以空卡形式把不同类型的卡件隔开，使维护直观方便。其调整后的I/O组态顺序如图1所示。

自定义控制方案及自定义变量组态

自控率（处于自动控制状态的控制回路所占整套控制系统回路的百分比）直观的表征了系统的控制质量，操作人员的操作水平，现场仪表的运行状态，装置是否平稳运行等指标，随着公司自动化程度提高，对装置的精细化管理要求越来越严格，因而对自控率的要求越来越高，并将其作为重要的考核指标。过去公司有关部门在统计自控率时逐个回路查看的方式因其工作量大，效率低已不适合当前的企业管理，公司PIMS系统的组建和ERP工程实施公司迫切需要一个实时、直观的界面对其考核，基于这个原因我们对自控率进行了组态。

图2  流量累计统计报表。

本套控制系统除比值控制外所有的控制回路都可在常规控制方案中进行组态，但不能对其回路的手动/自动状态进行表征。因此我们选用了自定义控制算法中的图形编程进行组态，并在自定义变量中定义了相应变量来显示控制回路的手/自动状态。最后在流程图制作中绘制了一幅自控率统计表。这样各个控制回路的手/自动状态及系统的自控率直观的在界面上显示出来，达到了设计要求。

装置能耗、物耗统计在DCS上的实现

在新项目设计中相关部门高度重视产品的产出率及能源消耗量，并在流程中大量采用高准计量表，所有的物料进出及能源消耗增设了流量累积功能，远传显示到相关考核部门及管理层的办公室，为了充分利用JX300XP控制系统强大的运算和统计功能，我们制作了一幅流量累积统计报表流程图，并设计有日累积流量和月累积流量两种功能，实现了能耗和物耗的自动统计分析。

在自定义控制算法组态图形编程中利用ST语言编制一个时间计时模块，在功能图块中调用这个模块和其他模块进行组态编制了一个清零程序，使日累积功能在每天的上午8:01分对其考核的流量累积进行自动清零，月累积功能在每月1号上午8:01分对其考核的流量累积进行自动清零，经过调试运行其功能完全达到设计要求。流量累积统计报表如图2所示。

控制回路组态

本系统共设计有17路简单控制、13路串级控制、2路串级均匀控制、1路分程控制和1路比值控制。串级均匀控制在结构和形式上与串级控制完全一样，可看作串级控制进行组态。简单控制回路和串级控制回路组态直接调用图形编程模块库内模块，可直接进行组态。复杂回路的组态包括：

分程控制回路组态

一般的二级分程控制其控制器的输出信号分为4~12mA和12~20mA两个区段并直接输出到现场去控制两个控制阀。本系统设计要求输出的两个信号都为4~20mA，因此在组态中应将控制器的输出的4~12mA和12~20mA信号分别转换为4~20mA。我们在图形编程中把简单控制回路调节器输出的信号先进行分段然后在进行量程转换，最终使输出的信号都为4~20mA。其分程控制的原理方框图如图3所示。

图3  分程控制原理图。

比值控制回路组态

在MTBE装置反应器中两种物料发生加成反应，甲醇和C4的进料比率需同时满足原料转化率和减少装置原料循环比、降低能耗的要求，因此在工艺上要求在进入反应器前两种物料需要按照一定的配比进行混合。设计要求甲醇为主动量，C4组分为从动量，两者构成比值控制系统。其控制方框图如图4所示：甲醇流量定值简单控制系统和C4组分流量给定跟随甲醇流量变化的随动控制系统。因此在组态中可分为两套控制系统进行组态。

甲醇流量简单控制系统可直接调用辅助模块库中的单回路控制模块BSC进行组态。C4流量控制系统组态应先解决给定值问题，因甲醇流量FT101测量范围是0~800kg/h，而C4组分流量FT102测量范围是0~8000 kg/h，K值范围是0~10，因此在组态时应先对C4流量控制系统的给定进行量程转换使其量程对应。其转换过程如图5所示：完成图5组态后在选用辅助模块库中的单回路扩展模块BSCX组态即可。考虑到C4组分在原料中所占比重的变化及甲醇与C4组分的最佳配比值需要在生产中逐渐探求和不断改进，我们设计了一个可在操作界面上修改的比值系数K窗口，在一定的权限下操作人员能够在线修改K值系数，从而使两种物料达到最佳配比。

操作小组的组态

采用了主副流程图结合的方式，使显示控制功能分散。总共分为9幅流程图，分别是：2幅主流程图，4幅辅助流程图，1幅开停工流程图，1幅流量累积报表流程图和1幅自控率统计流程图。使35个控制回路和重要的显示参数都能在主流程图上显示，辅助流程图显示其余参数及相对应的控制回路。

图4  比值控制原理图。

优化流程图中塔体、罐、换热器等设备所占有的空间。简化掉没有I/O点的换热器设备，减小工艺管线所占有的空间，用不同颜色来区分设备仪表及管线，使流程图达到一个良好的视觉效果。

图5  量程转换过程。

在流程图先期制作中，界面上的I/O点使用了I/O的字母编号标示。后来考虑到其他装置DCS系统使用中操作人员指出用字母编号标示不直观，操作不便的缺陷。改用汉字标示，又出现因I/O点数目多，汉字占用空间过大，界面显示不开的情况。最后使用汉字标示控制回路和重要的参数，用字母编号标示其他参数。气体分主流程图如图6所示，MTBE主流程图如图7所示。

图6  气体分馏主流程图。

现场仪表的安装

现场一次表的安装

一个良好运行的控制系统不仅需要先进的控制系统而且受现场一次表的影响，只有现场仪表在安装中严格按照仪表使用规范及结合仪表运行后使用维护的可操作性、安全性进行安装，才能保证仪表的运行的精度。我们在督查中发现的问题为以下几个方面：

■设制图纸中的失误

现场运行的测量蒸汽流量的涡街流量计在施工图纸设计中  没有副线，若仪表损坏只能在装置停车后才能进行维修。为了增加仪表的实用性，经有关部门批准对装置区内涡街流量计增加了副线。

图7  MTBE主流程图。

通过引压管进行参数测量的变送器安装中设计图纸没有伴热线。考虑到冬天仪表防冻的实用性，经关部门批准对现场所有具有引压管的变送器都增设了伴热线。

■施工过程中存在的问题

现场用来测液位的双法兰变送器，施工人员在安装过程中没有安装排污阀，给仪表使用和维护带来极大的不便并存在着安全隐患。联系相关人员及时进行了整改。

本系统采用了工作接地中的屏蔽接地。接地的原则是一端接地，其接地端在控制室内，因此现场仪表信号线的屏蔽层需要进行严格保裹，确保与外界绝缘良好。在检查中发现存在少数屏蔽层外漏和保裹不严密的现象，我们及时通知工程人员进行整改，并对现场所有的信号线的屏蔽层进行了一次彻底的检查，确保所有的仪表信号线的屏蔽层一端接地。

DCS系统现场安装调试

控制室内DCS系统接地及信号线的连接对DCS的正常稳定运行有较大影响。在施工过程中对DCS系统接地与电气接地为同一接地极进行了整改。为DCS系统做了一独立的接地极，最终对接地电阻进行测试为0.8Ω，符合DCS系统接地要求，确保了系统的安全运行。DCS系统的接地见图8。此外还对I/O接线进行了逐点确认，消除了因配电和不配电的差异引起的接线错误。

图8  DCS系统的接地。

DCS系统与现场仪表的联校是工程实施中关键的一步，联校的好坏程度直接影响着系统的运行质量。在此过程中我们进行了大量工作，确保装置顺利开车运行并保证系统处于最佳状态。概括为以下几个方面：

■现场调节阀调校

调节阀安装完成并在可以投用仪表风的情况下，我们会同工程安装人员对阀门定位器及调节阀用标准信号发生器进行了现场调校，并填写完整的校准报告单，以确保调节阀的良好使用。

■室内DCS系统硬件安装及上电测试

浙大中控人员带领工程实施人员对DCS系统的I/O卡件进行了硬件安装和操作站的安装以及网络的连接。在经过工程实施人员，厂内监管人员及浙大中控人员三方检查确任无误后对DCS系统进行上电测试。

■电源的双路切换试验

对DCS系统电源的双路进行了切换试验。以此来检查电路的连接、UPS电源使用情况和双路电源切换过程和冗余功能的实现。

■DCS系统I/O卡件精度校准

使用标准信号发生器对I/O卡件每个通道进行模拟输入以此来检查I/O卡件的精度是否超出范围，并列出各卡件的校准记录表。

■DCS监控画面检查及与现场I/O点的对照

在DCS系统上电后会同中控人员对监控画面进行了检查和调整，检查流程图中的I/O点及回路是否正确有无漏失。与现场仪表进行模拟输入输出测试，检查两者之间是否对应。

■现场变送器校准

联系仪表售后服务人员对现场仪表的安装进行指导及对变送器进行了零点、量程及精度的校准，并做好校准记录。确保仪表投运后使用良好，最大限度的减小系统的测量误差。

■DCS系统与现场仪表联校

现场仪表校准后我们组织工程人员对DCS系统与现场仪表进行联校以此来检测系统的滞后时间及其对应关系，进一步查找错误，优化系统。

结语

10万吨/年气体分馏及5万吨/年MTBE联合生产装置正处于开车前的准备工作，装置内的所有仪表及DCS系统都已完成开车前的调试。本套JX-300XP系统的投运将加快公司PIMS系统的实施和ERP工程上线，为今后公司的自动化办公实施奠定了基础。JX-300XP系统与JX-300X系统相比功能更加全面，设计更加人性化。其历史趋势中新增加的自由页功能，系统内任意I/O点实时趋势能随意选取任意比对，使用维护更加方便；硬件方面不仅增加了I/O卡件的I/O点数量而且卡件上表明了卡件的型号和位置编号使用维护更加人性化。