硫磺回收裝置控制方案的設計與組態(tài)

      本文研究了在硫磺回收裝置中如何以PCS7系統(tǒng)作為監(jiān)控平臺，采用串級、比值等復雜控制方案，實現(xiàn)對工藝生產過程的自動控制要求，并取得良好的效果。

      2萬t/年硫磺回收裝置是廣州石化的重點環(huán)保裝置，其生產原理是將酸性氣中大部分化合態(tài)硫元素轉化成硫磺回收利用，并將尾氣中極少量剩余的硫化氫焚燒，生產二氧化硫后排放。該裝置采用SIEMENS的PCS7作為過程控制系統(tǒng)，對生產過程實施監(jiān)控。

系統(tǒng)組成及特點

      系統(tǒng)根據(jù)設計規(guī)范配置了3個控制器(AS)，2個操作站(OS)，1個工程師站(ES)。系統(tǒng)總線的通信介質采用5類屏蔽雙絞線。系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集接口站(OPC Server)與全廠管理信息網連接。操作站和工程師站的操作系統(tǒng)都采用微軟公司的Windows XP，配置了PCS7系統(tǒng)軟件包，用于實現(xiàn)過程監(jiān)控和組態(tài)功能。

系統(tǒng)的I/O卡件根據(jù)該裝置儀表信號類型和數(shù)量進行配置，而通信網絡、控制站的控制器、數(shù)據(jù)轉發(fā)卡及重要性高的I/O卡件都采用冗余配置，提高了系統(tǒng)的可靠性。

PCS7系統(tǒng)具有如下幾個主要特點：

(1)高速、可靠、開放的通信網絡。系統(tǒng)總線采用1:1冗余的工業(yè)以太網，總線型或星型拓撲結構，曼徹斯特編碼方式，遵循開放的TCP/IP協(xié)議和IEEE802.3標準，通信速率為100Mb/s。

(2)規(guī)?？勺儭⑴渲渺`活的自動化站。自動化站通過CPU、IM153-2和I/O卡件實現(xiàn)現(xiàn)場過程信號的采集、處理、控制等功能。系統(tǒng)配置規(guī)?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)場要求的不同配置。

(3)簡單易用的組態(tài)手段和工具。PCS7系統(tǒng)的組態(tài)軟件包包括：基本組態(tài)軟件Step 7和流程圖制作軟件WinCC。

(4)實用的實時監(jiān)控界面和豐富的事件記錄功能。實時監(jiān)控軟件WinCC具備分組顯示、趨勢圖、動態(tài)流程、報警管理、報表及記錄、存檔等監(jiān)控功能，完全滿足操作人員進行生產過程監(jiān)控的功能。

主燃燒爐控制方案設計

      在硫磺回收部分中，發(fā)生CLAUSE反應的條件是將高溫過程氣中SO₂和H₂S的比例控制為2:1，而主燃燒爐則是創(chuàng)造這一條件的主要設備。為了達到反應條件，設計了如圖2所示的主燃燒爐控制方案。

(1)當自保聯(lián)鎖系統(tǒng)(ESD)送來一個觸點信號時，把相應的PID置于手動位置，并且該PID回路輸出一個預先指定的值(可調)，確保裝置的安全。

(2)為使主燃燒爐達到所需溫度，燃料氣流量和空氣(主)流量組成雙閉環(huán)變比值控制系統(tǒng)，根據(jù)燃料氣流量調節(jié)所需空氣量，由于有兩個流量閉合回路(燃料氣和主空氣)，可以克服各自的外界干擾，使主、副流量都比較平穩(wěn)，流量間的比值通過比值計算器實現(xiàn)，因此系統(tǒng)的總負荷也將是平穩(wěn)的，這種控制方案的優(yōu)點是在主流量(燃料氣)受干擾作用開始到重新穩(wěn)定在設定值這段時間內發(fā)揮作用，比較安全，而當系統(tǒng)中出現(xiàn)除流量干擾外的其他干擾引起主參數(shù)變化時，可以通過修改比值來保持主參數(shù)穩(wěn)定。

(3)在裝置正常生產的情況下，爐內只燒酸性氣，酸性氣流量和空氣(主)流量組成單閉環(huán)變比值控制系統(tǒng)，根據(jù)酸性氣流量調節(jié)所需空氣量，其優(yōu)點是兩種物料流量的比值精確，實施方便，而當系統(tǒng)中出現(xiàn)除流量干擾外的其他干擾引起主參數(shù)變化時，可以通過修改比值來保持主參數(shù)穩(wěn)定。

(4)為了保證高溫過程氣中SO₂和H₂S的比例控制達到2:1，過程氣比值分析和空氣(微)流量組成串級控制系統(tǒng)，前者作為主回路，后者作為副回路。根據(jù)比值分析的結果微調所需的空氣量。

圖2  主燃燒爐控制方案原理圖

主燃燒爐控制方案組態(tài)

      所有的控制方案都是由CFC(Continual Function Chart)完成的。CFC是一種簡潔的圖形組態(tài)工具。用CFC有助于節(jié)省時間和費用，同時簡化了系統(tǒng)的組態(tài)和維護。用CFC進行組態(tài)時是以功能塊為基礎的，系統(tǒng)配置了很多預編程的功能塊。這些功能塊以庫的形式體現(xiàn)。每個功能塊都有一個參數(shù)表，可根據(jù)實際工藝要求選擇不同的參數(shù)。功能塊在CFC中的連接直接用鼠標器點接。每個CFC由6頁組成。功能塊之間的連接可以在不同的CFC之間的不同的頁面上進行，連接標記由系統(tǒng)自動標出。因此，采用CFC可以完成很復雜的大型控制任務。