中控 WebField JX-300X DCS在宝塔气分上的应用

宁夏宝塔石化气分有限公司地处宁夏宝塔灵州石化有限公司北侧。2004年8月建成投产的宁夏宝塔石化气分有限公司拥有年加工液化气10万吨的气体分馏装置和年产1.5万吨MTBE（甲基叔丁基醚）装置[1]。随着石油化工和工业自动化的发展宝塔石化气分装置的控制系统采用的是浙大中控JX-300X DCS的控制系统，此系统融合了最先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术、故障诊断技术、冗余技术和软件技术[2]，结合石油化工仪表自动化的一些复杂的控制系统，克服了参数实时性准确性要求高、现场通讯互联设备多等困难，实现了气分装置大面积监测的集中管理、现场数据的实时采集和信息化管理，大大的提高了此装置的生产能力，减轻了岗位工人的劳动强度，节省了岗位工人的劳动时间。应用浙大中控JX-300X DCS控制系统达到了整个装置的连续控制、批量控制和顺序控制的综合控制，保证了整个装置的实时检测、操作简便，安全生产[3]。

二 WebField JX-300X DCS简介及整体结构

浙大中控技术有限公司于1997年推出了全数字化的新一代集散控制系统JX-300 DCS。JX-300X DCS是在此基础上发展起来的（现在已经推出了JX-300XP系列）。JX-300X DCS的基本组成包括工程师站（ES）、操作站（OS）、控制站（CS）和通讯网络SCnet II。其运行的方式是在通讯网络上挂接通信接口单元（CIU）可实现JX-300X DCS与可编程序控制器（PLC）等数字设备的连接；通过多功能计算站（MFS）和相应的应用AdvanTrol-PIMS软件可实现与企业管理计算机网的信息交换，实现企业网络（Intranet）环境下的实时数据采集、实时流程查看、实时趋势浏览、报警记录与查看、开关量变位记录与查看、报表数据的存贮、历史趋势存贮与查看、生产过程报表生成与输出等功能。JX-300X DCS覆盖了大型集散系统的安全性、冗余功能、网络扩展功能、集成的用户界面及信息存取功能,系统规模变换灵活，可以实现从一个单元的过程控制，到全厂范围的自动化集成。

JX-300X DCS控制网络SCnet Ⅱ连接工程师站、操作站、控制站和通讯处理单元。通讯网络采用总线形或星形拓扑结构，曼彻斯特编码方式，遵循开放的TCP/IP协议和IEEE802.3标准。SCnet Ⅱ采用1∶1冗余的工业以太网（Ethernet），TCP/IP的传输协议辅以实时的网络故障诊断，其特点是可靠性高、纠错能力强、通信效率高。SCnet Ⅱ真正实现了控制系统的开放性和互连性，通过配置交换器（SWITCH），操作站之间的网络速度达100Mbps，而且可以接多个SCnet Ⅱ子网，形成一种组合结构。

JX-300X DCS可以通过挂接网桥的方法连接企业Ethernet，这样的一层网络被称为位于系统上层的信息管理网。信息管理网采用符合TCP/IP协议的以太网，连接了各个控制装置的网桥以及企业内各类管理计算机，用于工厂级的信息传送和管理，是实现全厂综合管理的信息通道。由于它可以远距离的传输工厂级的信息传送和管理给集团总部，所以此系统这一层网络对大型企业的统一调度带来了很大的便利。如：宝塔集团总调度室在银川市宝塔大厦而下属的六个生产厂则分布在其他的市区，其中有灵武市、南梁农场等。2006年8月集团通过挂接网桥的方法连接企业Ethernet，做到了在真正意义上的统一调度，再次体现了JX-300X DCS控制系统的优越性和创新性同时也实现了企业管理的自动化加快了企业的发展。宝塔集团在对整体系统的结构图如图1：

三 装置控制系统的总体设计

气体分馏是以液化石油气为原料，用浓度为20%的二乙醇胺（DEA）溶液进行脱硫，再用10%的碱液进行碱洗，再用新鲜水进行水洗后用原料泵打入脱丙烷塔除去丙烷，顶部产物再经中间泵打入脱乙烷塔除去乙烷进入分馏塔除去其中的乙烷，底部产物经中间泵打入粗丙稀塔，顶部产物直接进入精丙稀塔后，而最终得到产品99.5％丙稀气体的加工过程；而MTBE是以气分装置中的碳四馏分为原料经过碳四－甲醇混合器后进入反应器，反应器顶部的产物直接进入MTBE精馏塔，塔底得到最终产品MTBE的加工过程，MTBE一种提高汽油辛烷值为目的的汽油添加剂产品。为了能够很好的控制上述的工艺流程，在控制系统的设计和选型上设计院采用了JX-300X DCS控制系统，此系统配置情况及规模等总体设计要求如下：

宝塔气分JX-300X DCS控制系统主要配置由四个操作系统和一个工程师站组成，控制柜两个，安全栅柜和继电器柜各一个。其中10万吨/年气体分馏装置设两个DCS系统操作站，一台打印机；1.5万吨/年MTBE装置设两个DCS系统操作站，与气体分馏装置共用打印机，工程师站室设一个工程师站，一台打印机，整体布局如图2

对于上述工艺流程所提出的控制回路及各类输入./输出信号见表1

表 1 控制回路及检测点输入输出点数统计表

JX-300X DCS控制站通过主控制卡、数据转发卡和多功能智能I/O卡件结合石油化工仪表及自动化的简单控制系统和几种复杂的控制系统，其中包括：串级控制系统、均匀控制系统、分程控制系统等，达到了对气分工艺流程所提出的控制回路及各类输入./输出信号进行采集、处理、控制的要求。为了能够实现系统的正常运行，JX-300X DCS应用于气分装置控制系统的主要设备见表2：

四 JX-300X DCS在宝塔气分上的控制策略及运行结果

气分装置的控制大部分采用单回路PID常规控制，在一些关键的要求高的场合，就必须采用串级控制 ，串级控制的好坏直接决定的整个系统控制的好坏，它对整个系统的运行起决定性的因素。宝塔气分装置有如下几个串级控制系统：
①、V-201液位调节LIC-202（主回路）与C-203进料流量调节FIC-202（副回路）串级调节
②、C-303液位调节LIC-608（主回路）与萃取水泵出口流量调节FIC-611（副回路）串级调节。
③、甲醇塔温度调节TIC-627（主回路）与0.3MPa蒸汽流量调节FIC-613（副回路）串级调节。
④、C-302液位调节LIC-607（主回路）与萃取塔底出口流量调节FIC-610（副回路）串级调节。
⑤、C-204液位调节LIC-402（主回路）与C-203回流流量调节FIC-402（副回路）串级调节。
⑥、C-202液位调节LIC-301（主回路）与C-203进料流量调节FIC-301（副回路）串级调节。

1 串级控制组成结构和基本概念[4]

串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。

一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。

2 以 V-201液位调节LIC-202与C-203进料流量调节FIC-202为例来说明怎样通过JX-300X DCS实现工艺要求串级控制：

①参看 LIC-202和FIC-202串级控制系统工艺流程见图4：

② 在已知工艺控制参数后，应用JX-300X DCS图形化组态软件依照DCS串级控制原理图进行组态，达到实现上述工艺流程的有效控制。JX-300X DCS串级控制原理图见图5：

JX-300X DCS串级控制原理图中各参数变量说明见表3：

表 3 参数说明表
③ 结合JX-300X DCS控制原理图对系统进行组态和运行，很好的克服了工艺过程可控纯滞后、工艺过程明显的非线形特性、扰动剧烈且幅度大、控制性能要求高和参数之间存在重大的关联等现象，并且改善了控制过程的动态特性，提高了系统控制质量，能迅