基于DCS的乙酸乙酯生产综合实训控制系统

王丽飞 文萍 沐宝泉 李传

摘 要：介绍了乙酸乙酯生产综合实训系统的工艺流程，针对系统的控制要求，采用TDCS9200型DCS实现对乙酸乙酯生产实训系统的控制，介绍了DCS系统的软硬件设计，系统配置和实现的功能。该乙酸乙酯DCS控制系统自投用以来，运行稳定，安全可靠，控制效果较好。该实训系统有利于提高学生的工程实践操作能力、掌握化工单元过程的操作方法，同时为培养高层次、具有实践技能的石油化工人才提供了良好平台。

关 键 词：DCS;乙酸乙酯;综合实训

中图分类号：TQ 325 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）06-1330-02

Ethyl Acetate Production Comprehensive Training

Control System Based on DCS

WANG Li-fei，WEN Ping，MU Bao-quan，LI Chuan

（College of Chemical Engineering， China University of Petroleum， Shandong Qingdao 266580，China）

Abstract： The technological process of the ethyl acetate production comprehensive training system was introduced. Aimed at the needs of the control， control of the ethyl acetate production comprehensive training system was realized by using TDCS9200 DCS.The hardware and software design，system configuration and function of the DCS were introduced. Since the control system has been put into use， the system is stable， secure and reliable. The control effect of the system is fine. The training system can help students improve the ability of engineering practice， master the operation method of chemical unit process， at the same time， it can also provide a good platform for cultivating petroleum and chemical engineering high level talents which have practical skills.

Key words： Distributed control system （DCS）; Ethyl acetate; Comprehensive training

乙酸乙酯（EA）又名醋酸乙酯，分子式C4H8O2，是一種重要的有机化工原料，是一种快干性溶剂，具有令人愉快的香气。乙酸乙酯有多种用途，可作为制造乙酰胺、乙酰乙酸酯、甲基庚烯酮、合成香料以及其它有机化合物的原料;在纺织工业中用作清洗剂，在食品工业中用作芳香剂，在香料工业中是最重要的香料添加剂。可作为许多类树脂的高效溶剂，广泛应用于油墨、人造革、胶黏剂等的生产中，也是制造药物、染料的原料。乙酸乙酯由于其特殊的性能，在世界化工市场相当活跃，近年来乙酸乙酯的需求在不断增加[1-4]。

基于DCS的乙酸乙酯生产综合实训系统是根据实际典型流程化工生产，完全按照工厂实际生产状况并结合教学实训的要求而进行工程化设计的教学实训平台。该实训系统能进行乙酸乙酯产品的真实安全生产和连续化实体运行，是中国石油大学（华东）化学工程学院专业工程实训的重要项目，是国内首套用于高校实训教学的中试实训装置，对于强化学生对理论知识的理解，提高学生的实践操作技能，掌握化工单元过程的操作方法，具有非常重要的作用。

1 原 理

该实训系统以乙酸（CH3COOH）和乙醇（C2H5OH）为原料，在催化剂（浓硫酸）的作用下进行液相酯化反应生成粗乙酸乙酯，经过精馏，对产品进行提纯，最后进行水解反应，回收脱水液中的酯、醇[5]。其化学反应方程式为：

2 工艺流程

2.1 酯化段

自醋酸送料泵和乙醇送料泵来的醋酸、乙醇经流量计计量，进入酯化釜中，在硫酸催化下，迅速反应，塔顶为酯、水的二元混合物，并含少量酸，气体经冷凝、冷却后进入分相器，在分相器内分层，下层的脱水液到釜底残液罐;上层的酯一部分回流，一部分打到后塔中。

2.2 分馏段

粗酯槽来的粗酯经流量计计量后，从脱水塔中部进入。塔顶气体经冷凝冷却后，通入软水经静态混合器在脱水水洗分相器分层，下层的水相采出到脱水液贮槽，上层的酯相回流进塔顶，多余部分根据脱水回流罐液位及酯相含量采出到粗酯罐或混合酯罐，塔釜得合格的酯，通过精制塔进料泵由过料调节阀控制进入精馏釜，经精馏塔去色得成品乙酯。

2.3 水解段

乙酸乙酯和水1∶1 进入釜式反应器进行水解，同时加入浓硫酸作为催化剂，反应达到平衡后，打入脱醇塔脱醇，釜内乙酸打回乙酸原料罐 ，脱醇塔脱出的醇打入乙醇精制塔，用泵打回乙醇原料罐，再供酯化配料使用。

本装置的原料通过酯化、水解反应可以达到循环利用，酯化的产物可以作为水解的原料，水解产物又可以作为酯化的原料，即实现酯化-水解热态循环生产全流程。

3 DCS控制系统的设计

3.1 DCS控制系统的网络架构

该实训系统采用TDCS9200集散控制系统对整个生产流程进行控制，完成乙酸乙酯的合成、提纯、水解。TDCS9200集散控制系统是一套分层分布式的网络体系结构[6，7]，系统采用工业控制计算机为上位机，现场由传感器将信号传送到TDCS9200中的信号采集模板，再由采集模板将数据通过控制网络（CNet）传送到ST9161主控模板。再由主控模板通过系统网络（Snet）将数据传送到上位机供操作人员观察和监控。同时操作人员在上位机上发出的指令由Snet网络发送到主控模板，再由主控模板经过运算发送指令由Cnet网络到I/O模板对应的端子，再到现场的执行器。TDCS9200控制系统网络架构如图1所示。

图1 Tdcs9200系统网络结构

Fig.1 Network architecture of Tdcs9200

3.2 控制系統的软硬件设计方案

根据乙酸乙酯项目的工艺要求，确定控制范围、输入、输出点后，对系统进行配置选型。系统设计为1个现场控制站，4个操作员站（其中1台兼工程师站）、一台报表打印机。配备标准工业机柜，控制站和操作站之间通过系统网连接，通讯介质为五类非屏蔽双绞线。控制站安装于中控室内，用于实训装置的数据采集和控制;操作员站和工程师站安装于中控室内，用于对实训系统的监视和管理。

乙酸乙酯生产DCS控制系统输入信号主要有各个塔、釜的温度，各个塔、釜、罐的液位，各个塔、釜的进料、回流流量。相关的设备有：乙酸储罐、乙醇储罐、硫酸储罐、粗酯储罐、精酯回流罐、酯化釜、酯化塔、脱水塔、酯精馏塔、水解液储罐、水解釜、脱醇塔、进料泵、回流泵、变频器、电动调节阀、调压模块等。共有模拟量输入（AI） 51个输入点、模拟量输出17个输出点，开关量（DO） 32个点。系统预留的备用点共AI点14个、AO点15个、DI点224个、DO点10个。

系统软件：应用正泰中自研发的SunyTech8.0组态软件[8，9]完成对六台泵的变频PID控制程序，酯化釜等夹套和釜内温度串级控制程序，以及根据液位、温度对各个储罐、塔的进料电动调节阀的控制程序等，以及所有设备的启停控制等程序。实现对各工艺参数的实时监控和控制。乙酸乙酯实训系统 实时监控画面如图2所示。

图2 乙酸乙酯实训系统实时监控画面

Fig.2 Real time monitoring picture

3.3 DCS控制系统实现功能

（1）实现了温度、压力、流量、液位等工艺参数的采集、实时监控和控制;实现测量值、设定值和输出值的动态棒图与数字双重显示，所有的PID调节均设手自动切换按钮，可实现手动与自动控制之间的无扰切换。

（2）实现电动设备的连锁控制，专门设计了逻辑显示画面，提示操作员逻辑的执行情况。

（3）实现工艺参数的趋势显示，历史数据和历史曲线的查询;历史趋势画面可显示任意参数在一定时间内的变化趋势。

（4）报警信号的实时显示与记录;

（5）工艺参数的报表生成、打印;

（6）监控界面的工艺流程图采用了分层结构，在整个乙酸乙酯工艺运行的总貌图中，可灵活进入各级流程图，详细显示各部分运行流程及状态，所有设备的启停、开关等操作都可在工艺流程图中实现。并且在监控状态下可实现控制参数的在线修改。

4 结束语

基于DCS的乙酸乙酯综合实训系统自投用以来，运行状态良好，无故障发生，操作简单，维护方便，控制准确可靠。开放性好，硬件可靠，功能实用。实现了对学生进行化工工艺、化工操作、化工设备、化工仪表、自动控制、DCS集散控制等现代化工操作工必备技能的培训，为培养高层次、具有实践技能的石油化工人才提供了良好平台。

参考文献：

[1]胡卫雅.乙酸乙酯生产工艺流程仿真研究及优化[J].广州化工，2011，39（16）：80-82.

[2]马菲.JX-300XP DCS在乙酸乙酯控制系统的实现[J].自动化与仪器仪表，2012（5）：169-170.

[3]顾敏明，潘海鹏，高精度矢量控制在乙酸乙酯生产中的应用[J].化工学报，2010，61（8）：2079-2083.

[4]王军，刘文彬，谭淑媛.乙酸乙酯生产工艺现状及发展趋势[J].应用科技，2003，30（3）：51-53.

[5]石学勇.乙酸乙酯生产过程 DCS 控制的设计及实现[J].化学工程与装备2010，11： 28-29.

[6]余思思.基于DCS的远程I/O站的设计与实现[M].2008-05.

[7]浙大正泰中自控制工程有限公司. TDCS9200集散控制系统工程维护手册V2.0-8ZTZ.819.048-2[G].

[8]SunyTech工业控制应用软件平台控制组态手册V2.0-8ZTZ.819.050.2[G].

[9]SunyTech工业控制应用软件平台实时监控手册V2.0-8ZTZ.819.049-2[G].