酒精生產線DCS控制系統的設計

　　DCS控制系統即分散控制系統

　　集散控制系統是以微處理器為基礎，采用控制功能分散、顯示操作集中、兼顧分而自治和綜合協調的設計原則的新一代儀表控制系統。集散控制系統簡稱DCS，也可直譯為“分散控制系統”或“分布式計算機控制系統”。

　　它采用控制分散、操作和管理集中的基本設計思想，采用多層分級、合作自治的結構形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。目前DCS在電力、冶金、石化等各行各業都獲得了極其廣泛的應用。

　　酒精生產線DCS控制系統的設計

　　蒸餾工段，無疑是酒精生產中最重要的一個環節。生產酒精的質量、出酒率、能耗等多項指標，都與之有極大的關系。在我國眾多的酒精生產企業中，蒸餾工藝還是以兩塔生產為主。在儀表方面，大部分企業都是采用數顯表顯示參數，工人根據參數變化，手工來調整閥門。雖然也能達到控制要求，但是，工人的勞動強度高，在精力不集中時，容易出現控制滯后現象，造成參數波動較大，影響酒精的質量或造成上、下跑酒。為改進這一狀況，穩定酒精生產條件，濟南中潤自動化控制有限公司和肥城金塔機械有限公司聯合，推出了酒精蒸餾DCS控制系統。

　　近幾年，受市場形勢的刺激，國內新上酒精企業激增，老企業也紛紛擴產。為應對更為激烈的市場競爭，不少企業在蒸餾工藝上，選擇了三塔、五塔等多塔蒸餾工藝。蒸餾檢測點和控制點的增多，對蒸餾控制系統提出了更高的要求。針對不同的工藝設備，我們為不同的用戶量身訂作了二塔常壓DCS控制系統、三塔常壓DCS控制系統、三塔差壓DCS控制系統、五塔差壓DCS控制系統。

　　一、蒸餾工藝的選擇

　　在蒸餾工藝的選擇上，根據用戶原料、酒精銷售對象、產量規模的不同，可分為二塔蒸餾、三塔蒸餾、多塔蒸餾。生產普級酒精，一般可選用二塔常壓蒸餾；在酒精質量要求較高時，一般選擇多塔蒸餾。

　　根據常壓蒸餾與差壓蒸餾在蒸汽消耗、電耗方面的對比，多塔蒸餾最好選用差壓蒸餾。

　　二、工藝檢測點與工藝控制點的選擇

　　下面，以五塔差壓蒸餾DCS控制系統為例，簡要介紹一下工藝檢測點和工藝控制點的選擇。

　　DCS控制系統突破了儀表盤儀表數目上的限制，在工藝檢測點和工藝控制點的選擇上，可以更加靈活、方便，控制形式也更加多樣。

　　1、公共部分

　　1.1 蒸汽的控制：在傳統的蒸餾操作中，講究“一勻四穩”。蒸汽壓力穩，是保證酒精質量穩定的前提。在五塔差壓蒸餾DCS控制系統中，對蒸汽的壓力、溫度、流量進行測量，DCS控制系統根據測量值的變化作出計算，對蒸汽調節閥進行調控，達到穩定蒸汽壓力的目的。

　　1.2循環水壓力的控制：在酒精生產中，蒸餾冷凝器都是用循環水進行冷卻。在五塔差壓蒸餾中，用水設備較多，為了穩定酒精質量、冷凝器不跑酒，在循環水的供應上，我們采取變頻恒壓供水工藝。同時，在DCS控制系統上，我們設置了循環水溫度和壓力檢測，并設置了上、下限報警。

　　1.3真空度的控制：五塔差壓蒸餾中，粗塔、甲醇塔是在負壓狀態下工作的。系統的負壓狀態，是由真空泵造成的，真空泵不斷地抽走不凝氣體，以維持系統的負壓狀態。為了穩定系統的真空度，保證各塔獨立的負壓狀態，穩定操作環境，在真空泵進氣口設置了進空氣

　　調節閥。DCS控制系統根據真空度測量值的變化作出計算，對進空氣調節閥的開度進行調控，以保證真空度穩定。

　　2、粗餾塔系統

　　2.1粗餾塔進醪量控制：在五塔差壓蒸餾系統中，維持粗餾塔進醪量的穩定，是保持五塔系統物料平衡的先決條件。粗塔進醪量的控制方案，我們選擇了進醪泵的變頻控制方案。在粗塔進醪管道上，安裝有電磁流量計，可以檢測出進醪流量的變化值。DCS控制系統根據流量變化結果作出計算，對變頻器進行控制，調整變頻器的輸出頻率，改變進醪泵電機的轉變，從而改變粗塔進醪泵的輸出醪量，保持粗塔進醪量的穩定。

　　2.2粗塔液位控制：粗餾塔是處于負壓狀態下工作，需要用酒糟泵將粗塔內的酒糟排出粗塔。粗塔液位控制方案，采取了酒糟泵的變頻控制方案。DCS控制系統，對粗塔塔釜液位進行測量，并根據測量值作出計算，對酒糟泵變頻器進行控制。

　　2.3粗酒罐液位控制：粗塔粗酒罐里的淡酒精，經過淡酒泵打入稀釋塔。在控制方案上，我們選擇了淡酒泵變頻控制方案。粗酒罐差壓變送器檢測出液位變化值，DCS控制系統根據計算結果，調整淡酒泵變頻的輸出頻率，從而調整粗酒罐的液位。

　　3、稀釋塔系統

　　3.1稀釋塔進水控制：稀釋塔的稀釋熱水是來自精塔塔釜的廢水，是用精塔廢水泵輸送至塔頂。稀釋用水必須保證流量穩定、可調。在控制方案上，我們選擇了精塔廢水泵的變頻控制。在生產過程中，我們根據生產情況設定稀釋塔熱水流量的設定值，電磁流量計檢測出熱水流量的變化值，DCS控制系統根據流量變化值來調整變頻器的輸出頻率，從而使熱水流量穩定在設定的范圍內。

　　3.2稀釋塔塔釜液位控制：稀釋塔淡酒經精塔進料泵輸送入精塔中下部，精塔進料泵采用變頻控制方案。稀釋塔塔釜差壓變送器將稀釋塔液位變化值送入DCS系統，DCS系統根據計算結果調整精塔進料泵變頻器的輸出頻率，調整精塔進料泵的流量，從而使稀釋塔塔釜液位控制在設定的范圍內。

　　4、精餾塔系統

　　4.1精餾塔進蒸汽控制：精塔進汽是整個五塔系統的主要熱源，精塔進汽的穩定對粗塔、稀釋塔、甲醇塔的平衡運行有很大的影響。為使精塔進汽能適應各種各種參數變化，我們利用了DCS控制系統的優點，用精塔底溫、底壓、蒸汽溫度等參數組成復雜控制系統，來共同控制精塔進汽。生產實踐證明，用精塔底溫、底壓、蒸汽溫度來共同控制精塔進汽的方案，可達到非常理想的效果。

　　4.2精塔塔釜液位控制：精塔是處在正壓環境下工作，塔釜液體可利用精塔內壓排出塔外。我們在排廢水管道上安裝有調節閥。塔釜差壓變送器將精塔塔釜液位變化值送入DCS控制系統，DCS控制系統根據計算結果來調整調節閥的開度，達到控制精塔塔釜液位的目的。

　　4.3精塔蒸汽冷凝水罐的液位控制：精塔是用再沸器間接加熱的，在加熱時會產生大量的蒸汽冷凝水。蒸汽冷凝水進入蒸汽冷凝水罐，再用冷凝水泵輸送到鍋爐。冷凝水泵采用變頻控制，冷凝水罐差壓變送器測量出冷凝水罐液位變化值，DCS控制系統根據計算結果調整冷凝水泵變頻器的輸出頻率，從而使冷凝水罐的液位保持在設定范圍內。

　　4.4精餾塔取酒控制：我們根據多年酒精生產自控的經驗，選擇了精塔中溫、中上溫、中下溫、頂溫中溫的溫差、取酒流量多個變量組成復雜控制系統，來控制精塔取酒。精塔中溫、中上溫、中下溫、頂溫、取酒流量等參數送入DCS控制系統，DCS控制系統根據內存的數學模型作出計算、比較、判斷，計算出調節閥的開度，從而使精塔取酒可應對各種參數的變化，達到取酒的無人操作。

　　5、回收塔系統

　　5.1回收塔進料罐液位控制：對于回收塔進料罐液位的控制，我們采取了液位和流量的串級調節?？刂茣r，以回收塔進料流量為主變量，以回收塔進料罐液位為副變量，回收塔進料泵采用變頻控制。

　　5.2回收塔塔釜液位控制：在回收塔排廢水管道上安裝有調節閥。塔釜差壓變送器將塔釜液位變化值送入DCS控制系統，DCS控制系統根據計算結果來調整調節閥的開度，達到控制塔釜液位的目的。

　　5.3回收塔取酒：回收塔取酒是以回收塔中溫為變量的PID控制調節。

　　三、DCS系統組成及畫面

　　1、DCS系統硬件組成：本DCS系統硬件由控制系統和監控部分組成?？刂葡到y選用了S7-400的CPU系列，監控站由三臺上位機組成。三臺上位機選用DELL計算機，配三臺20″液晶顯示器組成監控系統。三臺上位機為一臺工程師站，二臺操作員站，工程師站又可兼作操作員站，這樣，我們在控制室的顯示器上，可以同時監控三個不同的畫面。

　　2、組態軟件：在組態軟件的選擇上，根據用戶技術力量和使用習慣，可選擇組態王或WinCC組態軟件。

　　3、控制畫面介紹：

　　3.1工藝流程圖畫面：五塔差壓系統設備較多，檢測控制點也很多，不可能將所有設備及參數在一個畫面上顯示。我們將五塔差壓系統分為三個顯示畫面，分別是：粗塔及真空控制系統、稀釋塔及精塔系統、甲醇塔及回收塔系統。這三個工藝流程畫面，可以同時在三個顯示器上顯示。工藝流程畫面，是我們在生產過程中監控的主要畫面。在工藝流程畫面上，工藝設備及管線按相對位置，構成了工藝流程，各設備及管道的檢測控制點也按相對位置，布置在工藝流程畫面上。各個工藝檢測點以數字量的形式，顯現在監控畫面上，各個控制參數，均設置了開窗菜單功能，可以利用鼠標方便地打開、關閉窗口?？梢岳檬髽朔奖愕卣{整各個控制參數，調整變頻器或調節閥的開度。

　　3.2參數列表畫面：在五塔系統中，參數眾多，不可能在一個顯示屏幕上顯示。為此，我們設置了參數列表畫面。在列表畫面上，所有參數均以數字量的形式顯示出來，整個畫面布置，有些類似于傳統的儀表盤。對于需要控制的參數，均設置了點擊開窗功能，用鼠標打開窗口，可進行控制參數的調整。