1.前言
石油化工行业是国民经济的支柱产业,随着石油加工技术的飞速发展,千万吨级的炼油企业如雨后春笋般崛起。生产规模的迅速扩张对企业的自动控制水平和方式提出了更高的要求,集散控制系统(DCS)作为生产过程自动化的核心控制部分也得到了广泛的应用。
TPS(Total Plant Solution)系统是Honeywell公司开发的全厂一体化的过程控制系统,它集先进过程控制﹑优化﹑全厂历史数据和信息管理功能于一体,使这些功能成为自动化系统的有机组成部分,从而形成了功能强大﹑配置灵活﹑结构开放的自动控制系统。TPS系统被广泛应用在石油化工行业的关键装置中,如催化裂化、连续重整、石脑油裂解等,取得了良好的成效。
2.控制方案组态
控制方案组态的过程实际上就是把控制方案转变成控制系统能够识别和执行的命令的过程。对于如单回路控制、串级控制、选择控制、比值控制、分程控制等单一、常规的控制方案,TPS系统提供了现成的控制策略,我们要做的工作是根据控制方案的需要选择正确的数据点类型,通过填表的方式把数据点内的参数进行连接,并最终实现过程监控的目的。
有些控制方案由两种或两种以上的控制算法组成,无法直接利用系统提供的控制策略,实现起来相对比较复杂,我们可以利用TPS系统的控制策略和数据点进行组合,用类似“搭积木”的方法构建我们需要的控制策略。
而针对特定工艺或操作方式而设计的复杂控制方案,TPS系统还提供了编程工具-CL语言,利用CL语言可以完成满足特殊要求的控制组态。
以下分别讨论TPS系统组态的几种方法。
2.1选择控制的组态
图1是某炼油企业烷基化装置的部分控制流程图,工艺操作原则是:酸再生塔进料气化器E-2出口设温度调节回路TRCA702,通过调节1.0MPa加热蒸汽来保证再生氢氟酸的需要,但E-2在氢氟酸的作用下,当管束温度过高时腐蚀将
图1 低选回路操作流程图
大大加快,因此又设加热蒸汽压力调节回路PIC632,将蒸汽压力控制在0.7MPa,即两个参数控制一个调节阀,反而言之,该调节阀的开度将同时影响两个参数,经过研究工艺条件,决定使用选择控制系统来实现控制目的。
选择控制系统可以在被控变量(输入)和控制器之间放置选择器,也可以在控制器和操纵变量(输出)之间放置选择器,而选择器的逻辑又可以分为高选和低选。对于本控制方案,我们选择在两个调节回路的输出之间引入低选器。其逻辑关系可以表述为:u0=min(ui1,ui2,…)。低选器输出两者间较小值,并以该值控制调节阀的开度。
首先,根据测量点和控制点的需要建立数据点。该回路有两个输入信号,分别接收E-2入口蒸汽压力测量信号和出口混合物温度测量信号,有一个输出信号,控制蒸汽入口压力调节阀,因此需要建立两个模拟输入数据点和一个模拟输出数据点。其组态内容见表1:
表1 输入/输出数据点组态表
位号 | 工程单位 | 量程上限 | 量程下限 | 数据点类型 | 数据点特性 | 信号类型 |
TI702 | ℃ | 200 | 0 | 模拟输入 | 半点 | 4-20mADC |
PI632 | MPa | 1.2 | 0 | 模拟输入 | 半点 | 4-20mADC |
位号 | 工程单位 | 数据点类型 | 数据点特性 | 作用方向 | ||
TY702 | % | 模拟输出 | 半点 | DIRECT |
位号 | 输入源 | 输出目标 | 控制算法 | 控制作用 | |
TRCA702 | TI702.PV | TPLS702.X1 | PID | REVERSE | |
PIC632 | PI632.PV | TPLS702.X2 | PID | REVERSE | |
TPLS702 | TRCA702.OP | PIC632.OP | TY702.OP | ORSEL→EQB | / |
位号 | 工程单位 | 量程上限 | 量程下限 | 数据点类型 | 数据点特性 | 信号类型 |
LI524 | % | 100 | 0 | 模拟输入 | 半点 | 4-20mADC |
FI434 | kg/h | 500 | 0 | 模拟输入 | 半点 | 4-20mADC |
位号 | 工程单位 | 数据点类型 | 数据点特性 | 作用方向 | ||
HY524 | % | 模拟输出 | 半点 | DIRECT | ||
FY434 | % | 模拟输出 | 半点 | DIRECT |
位号 | 数据点类型 | 输入 | 输出 | 控制算法 | 控制作用 |
LRC524 | 调节控制点 | LI524.PV | LES524LOGIC.L1 | PID | DIRECT |
FRC434 | 调节控制点 | FI434.PV | FY434.OP | PID | REVERSE |
HIC524 | 调节控制点 | / | HY524.OP | AUTOMAN | / |
图3. 逻辑点LES524LOGIC功能示意图
表5 逻辑点主要组态内容一览表
组态项 | 组态内容 |
位号名 | LES524LOGIC |
数据点形式 | 全点(FULL) |
结构组成 | 12-8-12 |
1#输入 (L1) | LRC524.OP |
2#输入 (L2) | LES524.PVFL |
1#输出的源 | L1 |
1#输出的目标 | FRC434.SP |
1#输出的允许控制位 | L2 |
2#输出的源 | L1 |
2#输出的目标 | HIC524.OP |
2#输出的允许控制位 | SO1(1#逻辑块的输出) |
1#逻辑块的算法 | NOT(非) |
1#逻辑块的输入S1 | L2 |
图4. 连续重整装置再接触系统的控制方案图
上图是某石化企业连续重整装置再接触系统的控制方案图,控制要求是:调节器PIC249控制输出的一路控制调节阀PV249,另一路与PIC259控制输出的一路进行低选,选中的输出控制调节阀PV259;调节器PIC270控制输出的一路控制调节阀PV270B,另一路与PIC259控制输出的另一路进行低选,选中的输出控制调节阀PV270A。根据控制方案图,可以采用2.2章节中的组合方法进行组态。
第一步,根据测量点和控制点的需要建立数据点。该回路有三个输入信号,分别为三个压力测量信号,有四个输出信号,分别控制四个调节阀,因此需要建立三个模拟输入数据点和四个模拟输出数据点。其组态内容见表6:
表6 输入/输出数据点组态表
位号 | 工程单位 | 数据点类型 | 数据点特性 | 信号类型 |
PI249 | MPa | 模拟输入 | 半点 | 4-20mADC |
PI259 | MPa | 模拟输入 | 半点 | 4-20mADC |
PI270 | MPa | 模拟输入 | 半点 | 4-20mADC |
位号 | 工程单位 | 数据点类型 | 数据点特性 | 作用方向 |
PV249 | % | 模拟输出 | 半点 | REVERSE |
PV249 | % | 模拟输出 | 半点 | DIRECT |
PV270A | % | 模拟输出 | 半点 | DIRECT |
PV270B | % | 模拟输出 | 半点 | DIRECT |
位号 | 数据点类型 | 输入 | 算法 | 控制作用 |
PIC249 | 常规控制点 | PI249.PV | PID | DIRECT |
PIC249 | 常规控制点 | PI259.PV | PID | DIRECT |
PIC270 | 常规控制点 | PI270.PV | PID | REVERSE |
位号 | 数据点类型 | 输入 | 算法 |
PIC249B | 常规PV点 | PIC249.OP | GENLINE |
PIC249A | 常规PV点 | PIC249.OP | GENLINE |
PIC259B | 常规PV点 | PIC259.OP | GENLINE |
PIC259A | 常规PV点 | PIC259.OP | GENLINE |
PIC270A | 常规PV点 | PIC270.OP | GENLINE |
PIC270B | 常规PV点 | PIC270.OP | GENLINE |
第四步,建立四个常规控制点(Reg Ctl),其中两个用于实现低选,另外两个用于实现手/自动切换。这些常规控制点的主要内容见表9。
表9 常规控制点(低选)组态表
位号 | 数据点类型 | 输入 | 输出 | 算法 |
PY249B | 常规控制点 | PIC249B.PV | PV249.OP | AUTOMAN |
LOWS1 | 常规控制点 | PIC249A.PV | PV259.OP | ORSEL |
PIC259B.PV | ||||
LOWS2 | 常规控制点 | PIC259A.PV | PV270A.OP | ORSEL |
PIC270A.PV | ||||
PY270B | 常规控制点 | PIC270B.PV | PV270B.OP | AUTOMAN |
3. 结语
TPS系统是一套技术成熟的分散控制系统产品,其组态方法可以多种多样,在实际应用过程中根据控制方案的实际情况考虑采用何种方法进行组态,就能够获得令人满意的控制效果。
参考文献:
[1]. 《化工过程控制工程》 王骥程 祝和云 主编,化学工业出版社
[2]. 《Knowledge Builder V1.0 On-Line Documentation》 Honeywell