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    1．前言

    石油化工行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，隨著石油加工技術(shù)的飛速發(fā)展，千萬噸級(jí)的煉油企業(yè)如雨后春筍般崛起。生產(chǎn)規(guī)模的迅速擴(kuò)張對(duì)企業(yè)的自動(dòng)控制水平和方式提出了更高的要求，集散控制系統(tǒng)(DCS)作為生產(chǎn)過程自動(dòng)化的核心控制部分也得到了廣泛的應(yīng)用。

    TPS(Total Plant Solution)系統(tǒng)是Honeywell公司開發(fā)的全廠一體化的過程控制系統(tǒng)，它集先進(jìn)過程控制﹑優(yōu)化﹑全廠歷史數(shù)據(jù)和信息管理功能于一體，使這些功能成為自動(dòng)化系統(tǒng)的有機(jī)組成部分，從而形成了功能強(qiáng)大﹑配置靈活﹑結(jié)構(gòu)開放的自動(dòng)控制系統(tǒng)。TPS系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在石油化工行業(yè)的關(guān)鍵裝置中，如催化裂化、連續(xù)重整、石腦油裂解等，取得了良好的成效。

    2．控制方案組態(tài)

    控制方案組態(tài)的過程實(shí)際上就是把控制方案轉(zhuǎn)變成控制系統(tǒng)能夠識(shí)別和執(zhí)行的命令的過程。對(duì)于如單回路控制、串級(jí)控制、選擇控制、比值控制、分程控制等單一、常規(guī)的控制方案，TPS系統(tǒng)提供了現(xiàn)成的控制策略，我們要做的工作是根據(jù)控制方案的需要選擇正確的數(shù)據(jù)點(diǎn)類型，通過填表的方式把數(shù)據(jù)點(diǎn)內(nèi)的參數(shù)進(jìn)行連接，并最終實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)控的目的。
有些控制方案由兩種或兩種以上的控制算法組成，無法直接利用系統(tǒng)提供的控制策略，實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)比較復(fù)雜，我們可以利用TPS系統(tǒng)的控制策略和數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行組合，用類似“搭積木”的方法構(gòu)建我們需要的控制策略。

    而針對(duì)特定工藝或操作方式而設(shè)計(jì)的復(fù)雜控制方案，TPS系統(tǒng)還提供了編程工具－CL語言，利用CL語言可以完成滿足特殊要求的控制組態(tài)。

    以下分別討論TPS系統(tǒng)組態(tài)的幾種方法。

    2.1選擇控制的組態(tài)

    圖1是某煉油企業(yè)烷基化裝置的部分控制流程圖，工藝操作原則是：酸再生塔進(jìn)料氣化器E-2出口設(shè)溫度調(diào)節(jié)回路TRCA702，通過調(diào)節(jié)1.0MPa加熱蒸汽來保證再生氫氟酸的需要，但E-2在氫氟酸的作用下，當(dāng)管束溫度過高時(shí)腐蝕將

               

                                  圖1 低選回路操作流程圖

    大大加快，因此又設(shè)加熱蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路PIC632，將蒸汽壓力控制在0.7MPa，即兩個(gè)參數(shù)控制一個(gè)調(diào)節(jié)閥，反而言之，該調(diào)節(jié)閥的開度將同時(shí)影響兩個(gè)參數(shù)，經(jīng)過研究工藝條件，決定使用選擇控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)控制目的。
選擇控制系統(tǒng)可以在被控變量(輸入)和控制器之間放置選擇器，也可以在控制器和操縱變量(輸出)之間放置選擇器，而選擇器的邏輯又可以分為高選和低選。對(duì)于本控制方案，我們選擇在兩個(gè)調(diào)節(jié)回路的輸出之間引入低選器。其邏輯關(guān)系可以表述為：u0=min(ui1,ui2,…)。低選器輸出兩者間較小值，并以該值控制調(diào)節(jié)閥的開度。

    首先，根據(jù)測(cè)量點(diǎn)和控制點(diǎn)的需要建立數(shù)據(jù)點(diǎn)。該回路有兩個(gè)輸入信號(hào)，分別接收E-2入口蒸汽壓力測(cè)量信號(hào)和出口混合物溫度測(cè)量信號(hào)，有一個(gè)輸出信號(hào)，控制蒸汽入口壓力調(diào)節(jié)閥，因此需要建立兩個(gè)模擬輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)和一個(gè)模擬輸出數(shù)據(jù)點(diǎn)。其組態(tài)內(nèi)容見表1：

               

                                 表1 輸入/輸出數(shù)據(jù)點(diǎn)組態(tài)表

    然后，建立三個(gè)調(diào)節(jié)控制點(diǎn)，分別用于實(shí)現(xiàn)壓力控制、溫度控制、選擇輸出等功能。TRCA702和PIC632選擇的算法是PID；TPLS702選擇的算法是超弛選擇(Override Select，縮寫為ORSEL)，并進(jìn)一步選定詳細(xì)算法為EQB，即低選。將TRCA702的調(diào)節(jié)輸出(TRCA702.OP)目標(biāo)定義為TPLS702的第一個(gè)輸入TPLS702.X1，PIC632的調(diào)節(jié)輸出(PIC632.OP) 目標(biāo)定義為TPLS702的第二個(gè)輸入TPLS702.X2，而TPLS702的調(diào)節(jié)輸出(TPLS702.OP)目標(biāo)定義為TV702.OP，見表2。

               

                            表2 調(diào)節(jié)控制點(diǎn)組態(tài)表

    2.2由選擇性控制和串級(jí)控制組成的控制方案的組態(tài)

    圖2是某石化企業(yè)烷基化裝置丙烷汽提塔液位控制流程圖，其工藝操作規(guī)程是：丙烷汽提塔V-4的液位(LRC524)在正常操作時(shí)是單參數(shù)調(diào)節(jié)，直接遠(yuǎn)程遙控出裝置的丙烷量，另外一路丙烷循環(huán)量則進(jìn)行單回路流量調(diào)節(jié)(FRC434)，當(dāng)開工時(shí)或丙烷產(chǎn)量過少時(shí)，停止丙烷出裝置，而由塔液位與丙烷循環(huán)量組成串級(jí)調(diào)節(jié)。

    該控制方案實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)在于主回路LRC524的輸出并非簡單地同時(shí)輸送到兩個(gè)副級(jí)回路FRC434和HIC524，而是應(yīng)該由操作員根據(jù)生產(chǎn)情況切換選擇。由于TPS系統(tǒng)中沒有這種手動(dòng)選擇算法，因此該控制回路不能直接實(shí)現(xiàn)。我們考慮

               

                              圖2. 丙烷汽提塔液位控制流程圖

    用邏輯數(shù)據(jù)點(diǎn)來模擬一個(gè)軟開關(guān)的作用，用于控制LRC524的輸出是傳遞給FRC434還是HIC524。
第一步，根據(jù)測(cè)量點(diǎn)和控制點(diǎn)的需要建立數(shù)據(jù)點(diǎn)。該回路有兩個(gè)輸入信號(hào)，分別接收V-4的液位和循環(huán)丙烷的流量的測(cè)量信號(hào)，有兩個(gè)輸出信號(hào)，分別控制循環(huán)丙烷的流量調(diào)節(jié)閥和出裝置的丙烷流量調(diào)節(jié)閥，因此需要建立兩個(gè)模擬輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)和兩個(gè)模擬輸出數(shù)據(jù)點(diǎn)。其組態(tài)內(nèi)容見表3：

               

                             表3 輸入/輸出數(shù)據(jù)點(diǎn)組態(tài)表

    第二步，根據(jù)需要建立三個(gè)調(diào)節(jié)控制點(diǎn)，分別用于實(shí)現(xiàn)液位控制、流量控制和遙控輸出，這些調(diào)節(jié)控制點(diǎn)的主要內(nèi)容見表4。

                

                   表4 調(diào)節(jié)控制點(diǎn)、邏輯點(diǎn)和旗標(biāo)量點(diǎn)組態(tài)表

    再建立一個(gè)邏輯點(diǎn)LES524LOGIC和一個(gè)旗標(biāo)量點(diǎn)LES524，用于實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的切換功能，邏輯點(diǎn)的結(jié)構(gòu)選擇選項(xiàng)3(12-8-12)，即有12個(gè)輸入，8個(gè)邏輯塊和12個(gè)輸出。本控制方案實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于邏輯點(diǎn)的組態(tài)，圖3是邏輯點(diǎn)的功能示意圖，從圖中可以看到，LRC524.OP的輸出允許位由LES524.PVFL控制，由于兩個(gè)輸出允許位之間是“非”的關(guān)系，從而保證在任一時(shí)間LRC524.OP只能傳遞到一個(gè)目標(biāo)。表5則是邏輯點(diǎn)中組態(tài)的主要內(nèi)容。

               

                          圖3. 邏輯點(diǎn)LES524LOGIC功能示意圖

    表5 邏輯點(diǎn)主要組態(tài)內(nèi)容一覽表

               

    2.3由選擇性控制、串級(jí)控制和分程控制組成的控制方案的組態(tài)

               

                         圖4. 連續(xù)重整裝置再接觸系統(tǒng)的控制方案圖

    上圖是某石化企業(yè)連續(xù)重整裝置再接觸系統(tǒng)的控制方案圖，控制要求是：調(diào)節(jié)器PIC249控制輸出的一路控制調(diào)節(jié)閥PV249，另一路與PIC259控制輸出的一路進(jìn)行低選，選中的輸出控制調(diào)節(jié)閥PV259；調(diào)節(jié)器PIC270控制輸出的一路控制調(diào)節(jié)閥PV270B，另一路與PIC259控制輸出的另一路進(jìn)行低選，選中的輸出控制調(diào)節(jié)閥PV270A。根據(jù)控制方案圖，可以采用2.2章節(jié)中的組合方法進(jìn)行組態(tài)。

    第一步，根據(jù)測(cè)量點(diǎn)和控制點(diǎn)的需要建立數(shù)據(jù)點(diǎn)。該回路有三個(gè)輸入信號(hào)，分別為三個(gè)壓力測(cè)量信號(hào)，有四個(gè)輸出信號(hào)，分別控制四個(gè)調(diào)節(jié)閥，因此需要建立三個(gè)模擬輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)和四個(gè)模擬輸出數(shù)據(jù)點(diǎn)。其組態(tài)內(nèi)容見表6：

    表6 輸入/輸出數(shù)據(jù)點(diǎn)組態(tài)表

               

    第二步，建立三個(gè)常規(guī)控制點(diǎn)(Reg Ctl)，分別用于實(shí)現(xiàn)3個(gè)壓力控制回路的調(diào)節(jié)輸出，這些常規(guī)控制點(diǎn)的主要內(nèi)容見表7。

    表7 常規(guī)控制點(diǎn)組態(tài)表

               

    第三步，建立六個(gè)常規(guī)PV點(diǎn)(Reg PV)，分別用于實(shí)現(xiàn)3個(gè)壓力控制器調(diào)節(jié)輸出的分程和線性化，這些常規(guī)PV點(diǎn)的主要內(nèi)容見表8。

    表8 常規(guī)PV點(diǎn)組態(tài)表



    第四步，建立四個(gè)常規(guī)控制點(diǎn)(Reg Ctl)，其中兩個(gè)用于實(shí)現(xiàn)低選，另外兩個(gè)用于實(shí)現(xiàn)手/自動(dòng)切換。這些常規(guī)控制點(diǎn)的主要內(nèi)容見表9。
表9 常規(guī)控制點(diǎn)(低選)組態(tài)表

    除了上面的方法外，我們還可以用TPS系統(tǒng)提供的編程工具－CL語言來編寫程序來完成上述功能。
    首先，如上述的第一步和第二步，要建立必須的輸入/輸出點(diǎn)和常規(guī)控制點(diǎn)。
    然后，用下列CL程序來代替控制方案圖中虛線部分的功能，
    SEQUENCE LOSELECT
    － BAD PV CHECKING
    ST01 IF PIC249.PV<=-6.9 OR PIC249.PV>=106.9 10
    IF PIC259.PV<=-6.9 OR PIC259.PV>=106.9 20
    IF PIC270.PV<=-6.9 OR PIC270.PV>=106.9 30
    －EQVATIONS Y=2*X-100 FOR PV249
    － Y=2*X1,Y=-2*X2+200 FOR LS1 TO PV259
    － Y=2*X2,Y=2*X3 FOR LS2 TO PV270A
    － Y=-2*X3+200 FOR PV270B
    SET PY259.MODATTR,PY270A.MODATTR,PY270B.MODATTR =PROGRAM
    SET NN91=2*PIC249.OP
    SET NN92=-2*PIC259.OP+200
    SET NN93=2*PIC259.OP
    SET NN94=2*PIC270.OP
    SET NN94=2*PIC270.OP
    SET PIC259.OP=MINV(NN91,NN92,100)
    SET PIC270A.OP=MINV(NN93,NN94,100)
    SET PIC270B.OP=-2*PIC270.OP+200
    GOTO ST01
    － BAD PV HANDLING
    10 SET PIC249.MD=MAN
    MESG (2) PIC249 ARE OUT OF RANGE (F)
    GOTO ST01
    20 SET PIC259.MD=MAN
    MESG (2) PIC259 ARE OUT OF RANGE (F)
    GOTO ST01
    30 SET PIC270.MD=MAN
    MESG (2) PIC270 ARE OUT OF RANGE (F)
    GOTO ST01
    END

    比較以上兩種組態(tài)方法，前者以填表為主，組態(tài)方式比較簡單，但使用的數(shù)據(jù)點(diǎn)較多；后者利用了較少數(shù)據(jù)點(diǎn)，但要求組態(tài)的工作人員具有一定的編程能力和經(jīng)驗(yàn)。二者各有所長，各有特點(diǎn)。

    3. 結(jié)語

    TPS系統(tǒng)是一套技術(shù)成熟的分散控制系統(tǒng)產(chǎn)品，其組態(tài)方法可以多種多樣，在實(shí)際應(yīng)用過程中根據(jù)控制方案的實(shí)際情況考慮采用何種方法進(jìn)行組態(tài)，就能夠獲得令人滿意的控制效果。