ABB DCS集散控制系统在焦油蒸馏系统中的开发与应用

李 波，倪云涛，张金明

冶金自动化研究设计院、北京金自天正智能控制股份有限公司成都分公司，四川 成都 610041

0 引言

随着攀钢新1#、2#焦炉的投产，焦油及副产品的加工及处理量增加, 原焦油及工业萘的常规仪表控制装置已满足不了高产优质的需要，而仪表备件也不好买，必须换代。

1）实现焦油工序自动化改造的主要目的是：提高装置的自动化水平，降低原材料消耗和能耗，改善产品质量，降低操作人员劳动强度，提高劳动生产率，提高安全生产保障能力；

2）现焦油工序的部分控制设备仍在使用70、80年代的Ⅲ型仪表，时间较长，技术落后，显示控制设备老化（多数已淘汰，备件困难），不能适应煤化工厂现代化发展需要，包括：焦油蒸馏、工业萘蒸馏、焦油洗涤、蒸吹分解系统。

1 系统配置概况

本项目选用 ABB Industrial IT AC800F集散控制系统。此系统是面向工厂自动化的新一代开放式DCS系统, 全面支持现场总线技术,系统采用全局数据库技术,实现全局一体化编程。系统通信为标准TCP/IP工业以太网，系统结构具有较强伸缩能力,系统编程采用国际化标准。ABB Industrial IT分散控制系统易于组态、易于使用、易于维护、易于扩展。

现场控制站采用符合技术要求的AC800F控制器，I/O站通过冗余Profibus DP总线与控制站进行数据通信，该系统完全满足规范书中的要求。

根据工厂情况设一个焦油DCS控制站. 包括：焦油蒸馏,工业萘蒸馏的控制系统，油槽液位监视，泵电机监视，改质沥青系统及馏分加工系统的部份参数监视。

2 DCS系统对焦油工段系统中实现的主要功能

其主要串级控制功能如下：

焦油管式炉二段出口温度与煤气流量的串级调节；

焦油二段蒸发器顶部温度与I蒽回流量串级调节；

焦油馏分塔顶温度与轻油回流量串级调节；

工业萘初馏塔塔底液位与初塔底部采出量串级调节；

工业萘初馏塔塔顶温度与酚油回流量的串级调节；

工业萘初炉出口温度与煤气流量的串级调节；

工业萘精馏塔塔底液位与精塔底部采出量串级调节；

工业萘精馏塔塔顶温度与萘油回流量的串级调节。

管式炉二段出口温度与焦炉煤气流量的串级调节示例：（其它串级调节与此原理一样）

在PID串级回路调试时首先把相关的温度、压力、流量信号引入到DCS系统中，数据显示完全正常后，再把调节阀的控制信号引入到DCS系统中，信号正常后，把串级回路的副回路选择在手动情况下，首先在手动情况下进行调试。正常后再把副回路的设定值SP选为内部设定，选择设定值跟踪PV值变化，这样打到自动情况下时，由于SP值跟踪PV值，所以两者相等，此时输出值OP保持不变，在自动情况下可以更改设定值，观察输出值和PV值的响应变化，从而调整PID参数值，直到最后满足生产要求。

在副回路调试完成后，在投入主回路调节前，主回路首先打到手动情况下，并调整输出值OP使得进入副回路的SP值和副回路的设定值SP相等，这样在主回路投入时不会给副回路造成波定，在主回路投入手动后，通过调整主回路OP值的大小，来调节调节阀的开度，使调节阀保持在合适的开度上。正常生产后，把主回路也打到自动，通过调节PID参数，来更改回路的振荡和滞后，使得最后的输出过程稳定、快速。

由于焦化工艺的复杂性，对炉温的影响因素也比较多，进料量、采出量，加热炉烟筒顶翻板的角度，以及管式炉煤气量的大小，多变量导致温度的控制比较困难，波动也较大。而且管式炉温度控制的滞后性很大，单需要更改温度设定值时往往需要较长时间，温度才会有所变化，这时温度变化又比较快，很容易就会超出设定的温度值，造成调节回路的反复震荡，对生产产品造成影响。因此在实际PID参数调节中，经过技术人员在生产的过程中经过几个月不断地对生产数据和温度历史趋势进行观察与分析，不断的对串级回路主、副环PID参数进行优化设置，使得串级控制的温度控制精度达到了1℃左右。系统的响应时间比较及时，又能缩短回路调整时的震荡周期。从而保证了生产系统的稳定运行。

3 改造前后的数据比较

改造后系统经过一段时间的运行，本系统完全能达到现场的生产要求，且控制精度大大提高（由改造前的±4℃提高到±1.5℃），生产操作更加简单而稳定。

4 结论

1）本次焦油项目改造在很大程度上提高装置的自动化水平，降低操作人员劳动强度，提高劳动生产率，提高安全生产保障能力减少产品质量波动、实现卡边控制；同时，先进控制的应用也统一了操作人员的操作方法，提高了装置的自动化水平。现在系统的参数及控制都可以早人机界面上集中显示和操作，使操作人员在控制室就可以对生产数据进行监控、调节；

2）在降低原材料消耗和能耗，改善产品质量方面也有显著的提高。现在控制系统的控制精度有了明显的提高，使调节更加的精确及时，从而降低生产介质的质量波，使产品质量有了保证；原料利用率的提高使系统的总能耗也随即降低。而且焦油精制装置实施先进控制后，增强了系统装置抗干扰能力。这些将带来显著的社会经济效益；

3）系统增加了液位报警和对重要机泵的在线监控，有利于避免重大安全、环保和设备的事故发生。

[1]张善文，雷英杰，等.MATLAB在时间序列分析中的应用[M].西安电子科技大学出版社，2007，4.

[2]张鹏，张建业，等.飞行数据趋势监测在飞机健康状况评估中的应用[J].空军工程大学学报，2004，5(3).