雙氧水工藝控制方案
一、工藝簡述
1、工藝
本生產裝置包含五個工序：氫化工序、氧化工序、萃取凈化工序、后處理工序、包裝工序。
由外管送來的氫氣(氯堿車間)，經過加壓，然后送入氫化釜使其與工作液進行氫化反應，得到的氫化液再和氧氣反應，得到的氧化液(包括工作液和雙氧水)，經過萃取分離，得到雙氧水，并使工作液得到再生，循環使用。
氫化工序把蒽醌轉化蒽氫醌或四氫化蒽醌。氧化工序用空氣中的氧直接氧化蒽氫醌和四氫化蒽氫醌，并轉化為蒽醌、四氫化蒽醌，同時生成雙氧水。萃取的作用是用無離子水從氧化液中萃取回收雙氧水，生產一定濃度的雙氧水溶液，該溶液再經過凈化處理后，不僅降低有機碳的含量，而且生產27.5~35%的產品出售市場。來自萃取的萃余液經過后處理再生處理后進入下一個使用循環過程。
2、本工藝的特點和難點
控制回路較多，生產的連續性很強，塔式設備較多，而且各個參數之間關聯較嚴重。有些對象特性屬于電加熱爐式，比較難控制，其中如氫化工序的氫化釜壓力，當氫氣通入釜內時，壓力很快升高，而要將壓力降下來，則要依靠氫化釜自身反應將氫氣吸收，這樣的對象在自控時要盡量避免上超調，否則很容易造成系統的失控。另外，氫化釜壓力對象還具有正反饋特性，需要在控制時予以考慮。
3、工藝對控制系統的要求
a、實現各個單元操作的集中監控，包括：溫度、壓力、流量、液位等物理量的監測與控制。動態參數檢測、控制必須準確、可靠。
b、必要的遙控措施,對突發事件如停電等，系統應采取相應的保護措施，確保在緊急情況下或需要的時候對一些關鍵的控制點（閥門、馬達等）實施遙控。
c、配置必要的報警和聯鎖。
d、重要參數的記錄和方便地查閱其實時趨勢和歷史趨勢。
e、可隨時監測有關單元的有關參數或重要設備的運行情況。
f、控制系統操作簡單，參數設置、調整方便，便于操作，人性化的操作界面。
g、操作員站顯示整個生產工藝流程，修改和打印各種有關參數。
二、系統組成
1、系統配置
本項目控制系統采用的是FB-2000NS DCS。該系統能夠實現連續控制、批量控制和邏輯控制等多種控制算法。根據帶控制點的工藝流程圖，與工藝技術人員認真細致地分析了生產工藝對控制的要求，合理地設計了方便于操作工監視、操作的流程圖畫面。本工程采用1個控制站、1個操作站，操作站和控制站處于同一中控室內，兩操作站是完全對等的，其中任意一臺操作站均可兼作工程師站?？刂普九c操作站之間由CNET雙重化冗余的過程控制網連接。我們從生產更為可靠和經濟方面考慮，主控制器、CNET網絡通訊卡采用熱備冗余。其作用是當主板發生故障時，冗余板會自動投入工作，以確保系統穩定可靠地運行。其DCS的硬件配置為：FB-2001NS2塊，FB-2005NS網卡2塊，FB-2010NS-6塊，FB-SC14NS-6塊；FB-2020NS-7塊，FB-SC20NS -7塊； FB-2030NS-3塊，FB-SC30NS-3塊； FB-2040NS-1塊，FB-SC43NS/R-1塊。這樣就構成了一套分布式數據采集與控制系統。另外現場有一臺6KVAUPS在線式不間斷電源，所有模擬量信號通過隔離模塊后，進入輸入端子板，且所有模擬量輸出信號均通過隔離模塊，進入現場執行機構。
2. DCS系統規模
AI：96個
AOU：23個
DIN：48個
DOUT：16個
三 控制策略及實施方案
本系統共有23個控制回路，基本上是采用單回路PID控制，屬于常規的控制方案。我們對常規控制方案在組態方面做了若干優化，如調節器的正反作用的設置，與工藝人員協商后，采用忽略調節閥氣開、氣關形式的方法，調節閥的開關形式在組態軟件中設置，這樣，系統大大簡化了調節器作用的設置。
對于參數關聯比較大的對象，適當采取前饋解耦。如在雙氧水生產過程中，氫化液儲罐作為氫化工段的成品儲罐，其液位是一個很關鍵的參數，同時它也是與從氫化到氧化工段的工況穩定性密切相關的重要參數，當氫化工序進料增大時，相應希望氫化液儲罐的出料(即氧化工序的進料)也增大，這樣才能有效地保證氫化液儲罐液位的平穩。因此，對氫化液貯罐液位(LIC-1102)采用均勻控制和前饋控制相結合的方法，使整個系統的生產的連續性和物料的平衡得到有力的保障。
對于類似電加熱爐特性對象，則采用自適應PID的方法來避免上超調。如上所述氫化釜的壓力就是這類對象。因此，我們將釜內壓力分為3段，分別用不同的PID參數來整定。
可以看到，氫化釜壓力在升壓過程中的時間常數很小，因而我們把升壓過程分為3個階段：
(1)低壓階段。此時，氫化釜的壓力上升很快，對象對調節作用很敏感，這時可以將調節器的調節作用設得較弱。
(2)中壓階段。此時，氫化釜的特性比較穩定，魯棒性也較強，可以保持相對較強的控制作用。
(3)高壓階段。此時，對象的魯棒性很強，對調節作用很不敏感，需要將積分作用切除，盡量避免超調。
1、 進氧化塔下節空氣流量控制
進氧化塔下節空氣流量控制的目標是保證進氧化塔下節的空氣流量的平穩，是一個十分關鍵的調節控制，雖然采用的也是單回路PID調節方式，根據現場執行機構的特殊性，當輸出為20mA電流時執行機構狀態為全關閉，當輸出為4mA時執行機構為全開，且為線性變化，于在模擬量輸出模塊前加一個減法器。
2、 進氧化塔上節空氣流量控制
進氧化塔上節空氣流量控制是一個單回路的PID調節控制。
3、 氫化尾氣流量控制
氫化尾氣流量控制也是一個單回路PID調節控制，它的控制方案和上面的進氧化塔上節空氣流量控制的方案是一樣的。
工作液預熱器出口溫度調節、氫化液冷卻器出口溫度調節控制、氫化床頂部壓力控制、氫化液汽液分離器液位調節控制、氫化液貯槽液位調節控制、進氫化床再生床氫化液流量調節控制、氧化塔上節溫度調節控制、氧化塔下節溫度調節控制、氧化液汽液分離器B液位調節控制、氧化塔尾氣壓力調節控制、氧化液貯槽液位調節控制、萃取塔出口萃取液流量調節控制、萃取塔界面調節控制、凈化塔界面調節控制、工作液計量罐液位調節控制、干燥塔界面調節控制、循環工作液液位調節控制、干燥塔底出堿流量調節控制、干燥塔旁路調節控制這些調節回路都采用的單回路PID調節控制的方式，它們的控制方案和進氧化塔上節空氣流量調節控制是一樣的，控制方案框圖略。
四、畫面構成
1、 共分控制畫面、PID調節畫面、氫化畫面、氧化畫面、萃取凈化畫面、后處理畫面、包裝畫面、風機泵畫面、參數畫面、歷史趨勢1、歷史趨勢2一起11個畫面。
2、 動態數據：在流程圖上相應處顯示。
3、 動態畫面的鍵接：在每幅畫面上做按鈕，可相互切換。
4、 點擊工藝流程圖上相應的調節閥，既可彈出PID畫面，可在線修改給定值和輸出值。
六、報表
按分組生成報表，8小時打印。
七、趨勢
根據用戶要求進行分組，在歷史趨勢畫面1和2上具備52個比較重要參數的全部歷史趨勢，這些歷史數據以每一秒采集一次的周期顯示在歷史趨勢圖上
八、報警
根據客戶要求，采用聲音報警及畫面報警提示，一共是對82個參數進行了報警設置。
四 結束語
系統開車、上電調試后，再生液罐的液位、氫化釜壓力及液位等關鍵參數的穩定性非常好，生產的連續性和物料的平衡得到了很好的保證。在降低工人勞動強度的同時，產品收率、消耗和質量方面達到預期的效果。DCS系統在雙氧水生產過程中能夠發揮其強大、靈活的功能，取得良好的經濟效益
1、工藝
本生產裝置包含五個工序：氫化工序、氧化工序、萃取凈化工序、后處理工序、包裝工序。
由外管送來的氫氣(氯堿車間)，經過加壓，然后送入氫化釜使其與工作液進行氫化反應，得到的氫化液再和氧氣反應，得到的氧化液(包括工作液和雙氧水)，經過萃取分離，得到雙氧水，并使工作液得到再生，循環使用。
氫化工序把蒽醌轉化蒽氫醌或四氫化蒽醌。氧化工序用空氣中的氧直接氧化蒽氫醌和四氫化蒽氫醌，并轉化為蒽醌、四氫化蒽醌，同時生成雙氧水。萃取的作用是用無離子水從氧化液中萃取回收雙氧水，生產一定濃度的雙氧水溶液，該溶液再經過凈化處理后，不僅降低有機碳的含量，而且生產27.5~35%的產品出售市場。來自萃取的萃余液經過后處理再生處理后進入下一個使用循環過程。
2、本工藝的特點和難點
控制回路較多，生產的連續性很強，塔式設備較多，而且各個參數之間關聯較嚴重。有些對象特性屬于電加熱爐式，比較難控制，其中如氫化工序的氫化釜壓力，當氫氣通入釜內時，壓力很快升高，而要將壓力降下來，則要依靠氫化釜自身反應將氫氣吸收，這樣的對象在自控時要盡量避免上超調，否則很容易造成系統的失控。另外，氫化釜壓力對象還具有正反饋特性，需要在控制時予以考慮。
3、工藝對控制系統的要求
a、實現各個單元操作的集中監控，包括：溫度、壓力、流量、液位等物理量的監測與控制。動態參數檢測、控制必須準確、可靠。
b、必要的遙控措施,對突發事件如停電等，系統應采取相應的保護措施，確保在緊急情況下或需要的時候對一些關鍵的控制點（閥門、馬達等）實施遙控。
c、配置必要的報警和聯鎖。
d、重要參數的記錄和方便地查閱其實時趨勢和歷史趨勢。
e、可隨時監測有關單元的有關參數或重要設備的運行情況。
f、控制系統操作簡單，參數設置、調整方便，便于操作，人性化的操作界面。
g、操作員站顯示整個生產工藝流程，修改和打印各種有關參數。
二、系統組成
1、系統配置
本項目控制系統采用的是FB-2000NS DCS。該系統能夠實現連續控制、批量控制和邏輯控制等多種控制算法。根據帶控制點的工藝流程圖，與工藝技術人員認真細致地分析了生產工藝對控制的要求，合理地設計了方便于操作工監視、操作的流程圖畫面。本工程采用1個控制站、1個操作站，操作站和控制站處于同一中控室內，兩操作站是完全對等的，其中任意一臺操作站均可兼作工程師站?？刂普九c操作站之間由CNET雙重化冗余的過程控制網連接。我們從生產更為可靠和經濟方面考慮，主控制器、CNET網絡通訊卡采用熱備冗余。其作用是當主板發生故障時，冗余板會自動投入工作，以確保系統穩定可靠地運行。其DCS的硬件配置為：FB-2001NS2塊，FB-2005NS網卡2塊，FB-2010NS-6塊，FB-SC14NS-6塊；FB-2020NS-7塊，FB-SC20NS -7塊； FB-2030NS-3塊，FB-SC30NS-3塊； FB-2040NS-1塊，FB-SC43NS/R-1塊。這樣就構成了一套分布式數據采集與控制系統。另外現場有一臺6KVAUPS在線式不間斷電源，所有模擬量信號通過隔離模塊后，進入輸入端子板，且所有模擬量輸出信號均通過隔離模塊，進入現場執行機構。
2. DCS系統規模
AI：96個
AOU：23個
DIN：48個
DOUT：16個
三 控制策略及實施方案
本系統共有23個控制回路，基本上是采用單回路PID控制，屬于常規的控制方案。我們對常規控制方案在組態方面做了若干優化，如調節器的正反作用的設置，與工藝人員協商后，采用忽略調節閥氣開、氣關形式的方法，調節閥的開關形式在組態軟件中設置，這樣，系統大大簡化了調節器作用的設置。
對于參數關聯比較大的對象，適當采取前饋解耦。如在雙氧水生產過程中，氫化液儲罐作為氫化工段的成品儲罐，其液位是一個很關鍵的參數，同時它也是與從氫化到氧化工段的工況穩定性密切相關的重要參數，當氫化工序進料增大時，相應希望氫化液儲罐的出料(即氧化工序的進料)也增大，這樣才能有效地保證氫化液儲罐液位的平穩。因此，對氫化液貯罐液位(LIC-1102)采用均勻控制和前饋控制相結合的方法，使整個系統的生產的連續性和物料的平衡得到有力的保障。
對于類似電加熱爐特性對象，則采用自適應PID的方法來避免上超調。如上所述氫化釜的壓力就是這類對象。因此，我們將釜內壓力分為3段，分別用不同的PID參數來整定。
可以看到，氫化釜壓力在升壓過程中的時間常數很小，因而我們把升壓過程分為3個階段：
(1)低壓階段。此時，氫化釜的壓力上升很快，對象對調節作用很敏感，這時可以將調節器的調節作用設得較弱。
(2)中壓階段。此時，氫化釜的特性比較穩定，魯棒性也較強，可以保持相對較強的控制作用。
(3)高壓階段。此時，對象的魯棒性很強，對調節作用很不敏感，需要將積分作用切除，盡量避免超調。
1、 進氧化塔下節空氣流量控制
進氧化塔下節空氣流量控制的目標是保證進氧化塔下節的空氣流量的平穩，是一個十分關鍵的調節控制，雖然采用的也是單回路PID調節方式，根據現場執行機構的特殊性，當輸出為20mA電流時執行機構狀態為全關閉，當輸出為4mA時執行機構為全開，且為線性變化，于在模擬量輸出模塊前加一個減法器。
2、 進氧化塔上節空氣流量控制
進氧化塔上節空氣流量控制是一個單回路的PID調節控制。
3、 氫化尾氣流量控制
氫化尾氣流量控制也是一個單回路PID調節控制，它的控制方案和上面的進氧化塔上節空氣流量控制的方案是一樣的。
工作液預熱器出口溫度調節、氫化液冷卻器出口溫度調節控制、氫化床頂部壓力控制、氫化液汽液分離器液位調節控制、氫化液貯槽液位調節控制、進氫化床再生床氫化液流量調節控制、氧化塔上節溫度調節控制、氧化塔下節溫度調節控制、氧化液汽液分離器B液位調節控制、氧化塔尾氣壓力調節控制、氧化液貯槽液位調節控制、萃取塔出口萃取液流量調節控制、萃取塔界面調節控制、凈化塔界面調節控制、工作液計量罐液位調節控制、干燥塔界面調節控制、循環工作液液位調節控制、干燥塔底出堿流量調節控制、干燥塔旁路調節控制這些調節回路都采用的單回路PID調節控制的方式，它們的控制方案和進氧化塔上節空氣流量調節控制是一樣的，控制方案框圖略。
四、畫面構成
1、 共分控制畫面、PID調節畫面、氫化畫面、氧化畫面、萃取凈化畫面、后處理畫面、包裝畫面、風機泵畫面、參數畫面、歷史趨勢1、歷史趨勢2一起11個畫面。
2、 動態數據：在流程圖上相應處顯示。
3、 動態畫面的鍵接：在每幅畫面上做按鈕，可相互切換。
4、 點擊工藝流程圖上相應的調節閥，既可彈出PID畫面，可在線修改給定值和輸出值。
六、報表
按分組生成報表，8小時打印。
七、趨勢
根據用戶要求進行分組，在歷史趨勢畫面1和2上具備52個比較重要參數的全部歷史趨勢，這些歷史數據以每一秒采集一次的周期顯示在歷史趨勢圖上
八、報警
根據客戶要求，采用聲音報警及畫面報警提示，一共是對82個參數進行了報警設置。
四 結束語
系統開車、上電調試后，再生液罐的液位、氫化釜壓力及液位等關鍵參數的穩定性非常好，生產的連續性和物料的平衡得到了很好的保證。在降低工人勞動強度的同時，產品收率、消耗和質量方面達到預期的效果。DCS系統在雙氧水生產過程中能夠發揮其強大、靈活的功能，取得良好的經濟效益
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