基于JX300的无水酒精装置控制系统设计

武丹 孟亚男 王强 王文琪

摘 要 在分析和研究无水酒精生产工艺要求和工艺流程的基础上，进行无水酒精控制方案研究与确定，开发设计了基于JX300的无水酒精装置控制系统。利用AdvanTrol?Pro系统组态软件建立过程控制程序并绘制上位机监控界面，实现无水酒精生产过程的自动控制。

关键词 过程控制 系统组态 无水酒精 JX300 脱水

中图分类号 TP273   文献标识码 B   文章编号 1000?3932（2023）03?0361?05

作者简介：武丹（1990-），硕士研究生，从事先进控制理论在实际工程中应用以及集散控制系统的开发应用工作。

通讯作者：孟亚男（1969-），教授，从事先进控制理论在实际工程中应用以及集散控制系统的开发应用工作，506407682@qq.com。

引用本文：武丹，孟亚男，王强，等.基于JX300的无水酒精装置控制系统设计［J］.化工自动化及仪表，2023，50（3）：361-364；370.

无水酒精作为一种基础化工原料，在化工、医药、化妆品及农药等各行业中均有大量应用［1］。无水酒精可以作为燃料，而部分燃料酒精可以代替石油能源。在未来的二十年中，随着对石油资源的不断消耗，用可再生资源（生物源）来替代石油是大势所趋，特别是燃料乙醇是由生物法生产，对环境影响较小。因此将乙醇作为能源具有非常重要的意义和可行性［2］。

在无水酒精工业中，应当应用先进的技术和管理方法，逐步降低成本，增加制品的产量和品质。笔者通过分析和研究无水酒精生产工艺要求和工艺流程，研究并确立无水酒精控制系统方案，设计开发了基于JX300的无水酒精装置控制系统，完成过程和设备参数检测、显示和控制功能，设计控制程序并通过联锁程序实现对设备的安全保护。

1 无水酒精生产工艺

无水酒精的生产设备主要有粗馏塔、精馏塔、吸附塔、冷凝器及成品罐等。无水酒精的生产过程是以工业乙醇（C2H5OH含量约95%，H2O含量约5%）为原料，通过蒸馏脱水等一系列工艺，使C2H5OH含量提高到99.5%以上，从而制备成无水酒精。因此，脱水是生产无水酒精的关键工序，对于这部分的控制在工业生产中有多种方案［3］。

无水酒精制备工艺流程如图1所示，原料液乙醇进入粗馏塔，在再沸器产生的加热介质的作用下，塔顶产出物料送入精馏塔，塔底产出废液排出，废液根据不同生产工艺进行处理。粗酒精在精馏塔中反应后，塔顶采出汽相部分送至吸附塔的加热器，塔底产出的工艺废水排出系统。精馏塔塔顶产出蒸汽经加热器加热，自下而上通过吸附塔进行脱水操作，脱水后的酒精蒸汽进入产品冷凝器冷凝，冷凝液送入成品罐，使酒精蒸汽在一定温度下成为无水酒精［4］。

2 系统硬件配置

本系统共有69个模拟量输入（包括23个两线制变送器、12个调节阀开度反馈信号、24个Pt100）、12个模拟量输出、22个数字量输入、13个数字量输出。根据总的I/O点数和控制要求，选择某企业JX300集散控制系统设计无水酒精装置控制系统，完成过程和设备参数检测、显示和控制功能，具体硬件配置见表1。

3 系统软件设计与开发

AdvanTrol?Pro软件包是基于Windows操作系统的自动控制应用软件平台，在集散控制系统中可以完成系统组态、数据服务和实时监控功能［5］。

3.1 控制站I/O组态

I/O组态就是对硬件进行参数设置。本设计共有8块XP351标准电流信号输入卡，均放在SC2?1机笼，组态时选择“I/O卡件”界面，点击“增加”按钮，选择主控制卡“SC2?1”，选择數据转发卡“SC2?1”，对标准电流信号输入卡进行参数设置（图2）。

3.2 自定义变量定义

选择工具栏“变量”图标中“自定义声明”对话框，进行设置。

1字节变量主要用于阀门自动和手动状态显示，当变量为1时表示自动，为0时表示手动。2字节变量用于蝶阀顺序控制计时，数据类型为无符号整数，选择“2字节变量”标签页，点击“增加”按钮，输入No（地址号）、位号、注释及上限等参数，完成变量定义。8字节变量用于记录流量累积值，数据类型为累积量。选择“8字节变量”标签页，点击“增加”按钮，输入No（地址号）、位号、量程及系数等参数，完成变量定义。

3.3 图形化语言编程

图形编程软件是集散控制系统软件的重要组成部分。图形化编程软件具有灵活的在线调试功能，使得枯燥乏味的编程变得方便快捷。图形编程包括梯形图、功能块图、顺控图和ST段落。

3.4 系统程序编制

顺控程序用于实现13个蝶阀按时序顺序控制的功能，主要应用TEXTCODE模块。该模块的功能是使用ST语言编制自定义子程序实现相关控制。如图3所示，蝶阀报警程序用于实现蝶阀出现故障时通过联锁实现声、光报警功能，及时提醒操作人员处理。程序编制中主要用到TON定时器、RS触发器及OR_BOOL、AND_BOOL、TP脉冲等进行顺控程序的编制。

流量累积程序用于实现现场流量参数累积功能和清零功能，以便工艺对流量参数进行计量。程序编制中主要用到GE_SFLOAT模块、SEL_SFLOAT模块、TOTAL_ACCUM模块和SUB_ACCCUM模块。

3.5 监控系统开发

所选JX300 DCS具有非常强大的实时监控功能。系统主要界面有：系统总貌、趋势界面、流程界面和报警界面，通过这些界面可以轻松掌握设备的运行情况并对需要调整的参数进行修改［6］。根据无水酒精工艺需要，设计的监控系统主要实现了工艺流程绘制、动态效果实现、趋势曲线绘制和报警功能。

工艺流程图是显示被控设备运行状态和掌握整体生产情况的重要界面。操作人员可以通过工艺流程图进行设备参数的调整和设备的启停，可以通过软件中的工具包对图形进行设置，绘制出每道工序的工艺流程图。图4所示为吸附塔系统工艺流程图，通过设置动态效果，可使流程图随设备数值变化。

语音报警功能在监控系统中也十分重要，一旦数据出现異常或设备发生故障，上位机会启动语音报警功能通知操作人员，实时做出决策，及时排除故障，防止意外事故发生［7］。

4 结束语

本设计主要应用JX300集散控制系统对无水酒精的制备过程控制系统进行了设计与开发，使用AdvanTrol?Pro软件实现了控制系统的组态、监控及报警等功能。在酒精工业生产日趋复杂化、连续化、自动化的情况下，该方案为选用功能完备、操作方便、成本低廉的设备提供了一定的参考，并且提高了经济效益和安全性。

参 考 文 献

［1］ 赵学全，孙洪涛.HOLLIAS MACSⅤ系统在无水酒精中的应用［J］.化工自动化及仪表，2012，39（9）：1200-1203.

［2］ 陈治，陈冠雄，赵政.PLC在燃料乙醇控制系统的应用［J］.自动化与仪表，2004（4）：87-89.

［3］ 陈铁军，毕克宏，刘伟.基于链系统的酒精精馏控制技术的研究［J］.酿酒科技，2008（11）：39-42.

［4］ 李颖斌.无水酒精控制系统设计［J］.赤子（上中旬），2014（19）：282；315.

［5］ 朱静山.AdvanTrol?Pro（v2.50）学习版软件在DCS实训教学中的使用［J］.化工管理，2013（4）：125-126.

［6］ 贾节罡，张庆国，朱晓军.基于AdvanTrol?Pro集散控制系统在造纸自备电厂锅炉脱硫、脱硝中的应用［J］.中华纸业，2014，35（10）：62-64.

［7］ 孟亚男，孙铭，潘威，等.基于Lora技术的集中供热系统研究与应用［J］.吉林化工学院学报，2021，38（5）：7-10.

（收稿日期：2022-10-14，修回日期：2023-04-07）

Design of Control System for Absolute Alcohol Device Based on JX300

WU Dan1， MENG Ya?nan1， WANG Qiang2， WANG Wen?qi3

（1. College of Information and Control Engineering， Jilin Institute of Chemical Technology；

2. China Resources Beer （Jilin） Company Limited； 3. Jinlin Chuangying Auto?control Equipment Co.， Ltd.）

Abstract   Based on analyzing and investigating both requirements and  process  of absolute alcohol production， the control scheme for it was discussed and determined， including the development of its control system based on JX300. Through making use of AdvanTrol?PRO system configuration software to establish the process control program and draw monitoring picture of the upper computer， the auto?control of the absolute alcohols productive process was realized.

Key words   process control， system configuration， absolute alcohol， JX300，dehydration