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整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控與操作基于高度自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)，從而達(dá)到安全、穩(wěn)定、精準(zhǔn)、高效工況的充要條件。為此，引入集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，簡(jiǎn)稱DCS系統(tǒng)），選用MACS－FM平臺(tái)，該系統(tǒng)是一種以微處理器為基礎(chǔ)的分散型綜合控制系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、冗余及自診斷技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，采用分級(jí)的結(jié)構(gòu)形式，適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的控制與管理需求，目前已成為工業(yè)過(guò)程控制的主流系統(tǒng)［3］。整個(gè)工藝自動(dòng)控制的核心是煤層氣凈化預(yù)處理單元，其中分子篩切換時(shí)序控制和再生塔塔底溫度控制是控制的難點(diǎn)。

分子篩切換時(shí)序控制難點(diǎn)及解決方案

該項(xiàng)目采用分子篩脫水，同時(shí)脫除殘余CO2。整個(gè)脫水及純化工藝采用變溫變壓吸附原理，利用負(fù)荷床層的吸附劑在不同壓力和溫度下吸附容量存在差異和選擇吸附的特性達(dá)到工藝要求。3座吸附塔連續(xù)循環(huán)使用，1座吸附塔處于吸附階段，1座吸附塔處于吸附劑再生過(guò)程的冷吹和加熱階段，另一座吸附塔則處于等待吸附階段。此完整的流程包括5個(gè)重要步序：吸附過(guò)程，降壓過(guò)程，加熱脫附雜質(zhì)，冷卻吸附劑，升壓過(guò)程等。各工序控制參數(shù)見表1。要達(dá)到工藝要求，在自動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)上難度較大，需利用程序使25個(gè)氣動(dòng)切斷閥和2個(gè)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥共同配合來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中滿足3座吸附塔具備交替吸附功能要經(jīng)過(guò)18個(gè)步驟近20h完成。而這一復(fù)雜工序若在外圍設(shè)備正常情況下完全是自動(dòng)完成，就需要1個(gè)非常友好的編程環(huán)境及1套邏輯嚴(yán)密的控制方案。筆者介紹的MACSV－FM系統(tǒng)平臺(tái)，利用該系統(tǒng)的SFC（SequentialFunctionChart）順序功能圖標(biāo)語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)該套控制方案。SFC編程的邏輯性、條理性一定得嚴(yán)謹(jǐn)合理，否則程序就會(huì)誤動(dòng)作或無(wú)法往下執(zhí)行。SFC程序一般結(jié)構(gòu)見圖2該項(xiàng)目的3座塔分子篩切換控制程序見圖3，程序執(zhí)行過(guò)程見圖4。1）程序執(zhí)行Init步的“步動(dòng)作”，判斷跳步條件“PUR＿QH”是否為True，如果不為True，則下一次掃描周期重新執(zhí)行Init步。2）若當(dāng)跳步條件“PUR＿QH”為True時(shí)，把“當(dāng)前步”的標(biāo)志置為Step1，說(shuō)明程序當(dāng)前狀態(tài)為Step1。3）程序?qū)?zhí)行Step1步的入口動(dòng)作Step1－E。4）程序?qū)?zhí)行Step1步的“步動(dòng)作”。5）程序?qū)?zhí)行Step1步的出口動(dòng)作Step1－X。6）程序?qū)⑴袛嗵綏l件T1是否為True，若為True，則把“當(dāng)前步”的標(biāo)志置為Step2。按以上規(guī)律，每經(jīng)過(guò)1個(gè)掃描周期（一般設(shè)置為500ms），程序依次往下執(zhí)行1步。在執(zhí)行過(guò)程中任何一個(gè)步序出現(xiàn)錯(cuò)誤，程序就會(huì)中斷，若要重新開始則從初始步執(zhí)行。分子篩吸附工藝的18個(gè)步序?qū)儆凇绊樞颉痹O(shè)備控制，正好吻合SFC編程的控制理念和執(zhí)行原則，從初始步Init按步進(jìn)條件（每個(gè)塔相應(yīng)管道上閥門的開、關(guān)）和設(shè)定時(shí)間往下一步執(zhí)行，直到執(zhí)行完18個(gè)步序后通過(guò)跳轉(zhuǎn)命令跳回初始步來(lái)實(shí)現(xiàn)3座塔之間的吸附、等待和再生。分子篩脫水工序的每個(gè)步序都有很多閥門同時(shí)配合動(dòng)作，這要求對(duì)跳步條件判斷、準(zhǔn)確才行，否則在高危化工行業(yè)設(shè)備的誤動(dòng)作將導(dǎo)致災(zāi)難性后果。因此，一般將閥門動(dòng)作的位置反饋信號(hào)加上該步序的執(zhí)行時(shí)間作為進(jìn)入下一步序的條件，一旦設(shè)備故障在檢測(cè)時(shí)間里沒有恢復(fù)就自動(dòng)報(bào)警并中斷該步序，若設(shè)備正常運(yùn)行也需經(jīng)過(guò)工藝提供的反應(yīng)時(shí)間方可往下執(zhí)行步序，這樣可保證設(shè)備的安全性及工藝在邏輯程序執(zhí)行上的合理性、可行性。就低濃度煤層氣液化項(xiàng)目中分子篩切換時(shí)序的程序來(lái)看，利用SFC寫的邏輯能形象、簡(jiǎn)潔地描述被動(dòng)對(duì)象的“控制邏輯”和“控制流程”，便于程序的編寫和維護(hù)。用其他語(yǔ)言如FBD（CFC）、ST（IL）、LD等實(shí)現(xiàn)的控制任務(wù)可以用SFC輕松地實(shí)現(xiàn)，但使用其他語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)SFC所能實(shí)現(xiàn)的功能就比較困難，或者不能實(shí)現(xiàn)。

再生塔底溫度控制

再生塔是將脫酸單元的吸附劑氨液在吸收完原料氣中酸性氣體后形成的富液再生的設(shè)備，富液在106℃左右才能被活化，在此通過(guò)控制塔底溫度將富液還原再生，再生后重新作為吸附劑進(jìn)入吸收塔對(duì)原料氣循環(huán)凈化。再生效果直接影響到對(duì)原料氣凈化的質(zhì)量，未達(dá)標(biāo)的原料氣不允許進(jìn)入下一個(gè)生產(chǎn)單元，再生塔底溫度控制非常關(guān)鍵。該裝置中采用導(dǎo)熱油與富液管道壁對(duì)流接觸產(chǎn)生的溫降來(lái)改變富液的溫度，溫度控制滯后現(xiàn)象較嚴(yán)重，若要自動(dòng)調(diào)節(jié)更是困難。為此，采用較好的方案是將溫度與導(dǎo)熱油流量組成串級(jí)PID，與再生塔塔底溫度形成閉環(huán)控制，將溫度控制器的輸出作為流量控制器的設(shè)定，而用流量控制器的輸出去控制油管線上的調(diào)節(jié)閥（見圖5），盡量利用到微分作用，其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近0時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是0，避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。

結(jié)束語(yǔ)

處理能力4800m3／d低濃度煤層氣深冷液化中試裝置順利投入及安全穩(wěn)定運(yùn)行，有效地解決了在低濃度煤層氣深冷液化項(xiàng)目中的凈化單元的兩大難點(diǎn)：分子篩脫水切換時(shí)序控制和再生塔再生脫酸的塔底溫度控制，為日后優(yōu)化方案提供了有力的理論和實(shí)踐依據(jù)。

作者：肖正單位：瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)