DCS控制系统在原料药（氯化钠）生产中的应用

2015-08-15孔凡军马华兴张继稳付晓敏

现代盐化工 2015年1期

孔凡军马华兴张继稳付晓敏

（山东省盐业集团肥城精制盐厂，山东肥城 271600）

DCS 是分布式控制系统的英文缩写（ Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统，即所谓的分布式控制系统或集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统。它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。山东肥城精制盐厂2×3万t原料药（氯化钠）搬迁节能技改项目成功地将DCS控制系统应用到实践中，提升了生产自动化水平，提高了生产效率，为企业更好更快发展打下了基础。

1 项目简介

山东肥城精制盐厂系山东省盐务局（山东省盐业集团有限公司）直属企业，历经20多年的发展，企业集食用盐、原料药（氯化钠）、饲料添加剂（氯化钠）、工业盐及洗浴盐的生产、销售于一体。早在2003年7月，企业取得药品GMP证书，年产原料药（氯化钠）1.2万t，是国内重要的原料药（氯化钠）生产企业之一，山东省唯一的原料药（氯化钠）生产企业，产品销往全国23个省、市、自治区的280多家制药企业。2013年，企业针对盐业市场改革的新形势，不断加快转型升级步伐，新上2×3万t原料药（氯化钠）搬迁节能技改项目。该项目于2014年3月竣工试车，2014年8月份成功通过山东省食品药品监督管理局组织的GMP现场审核认证。

2 系统方案与控制结构

DCS 的骨架——系统网络，是DCS 的基础和核心。网络对于DCS 整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用。该系统是一种完全对现场I/O 处理并实现直接数字控制（DDC）功能的网络节点。一套DCS 中要设置现场I/O 控制站，用以分担整个系统的I/O 和控制功能。这样既可以避免由于一个站点失效造成整个系统的失效，提高系统可靠性，也可以使各站点分担数据采集和控制功能，有利于提高整个系统的性能。DCS 的操作员是处理一切与运行操作有关的人机界面（HMI-Human Machine Interface或Operator Interface）功能的网络节点。工程师站是对DCS 进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点，其主要功能是提DCS进行组态，供对配置工作的工具软件（即组态软件），并在DCS在线运行时实时监视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最佳的工作状态下。

3 具体应用与范围

根据工艺要求，该厂将DCS控制系统设计制作了卤水净化、蒸发结晶、手动/自动转换、空调净化、电磁阀控制、药库管理等功能模板，通过控制界面实现工艺操作，提高了工作效率。还根据可配置软件包，允许用户通过配置预先确定的软件模块及开发新的应用软件模块来发展自己的应用软件，如人机对话接口(HMl)、管理控制及数据获得系统(SCADA)、实验室自动控制系统(LAS)、实验室信息管理系统、物料需求计划系统(MRP)、应用及产品数据处理系统(SAP)、部分可编程序逻辑控制器(PLC)等模块。

3.1 在卤水净化、蒸发结晶模板中的应用

通过控制界面来实现料液流量、温度、反应时间、精密过滤、pH调整及加料、转料、排料、脱水、干燥、计量等参数的控制，所有数据自动储存，方便查询，利于追溯。数据库核心技术达到“分散存储、全局管理”。

3.2 DCS控制系统在洁净室管理中的应用

对于洁净室来说，洁净度达标是基本，影响洁净度的主要原因是尘埃，减少门的开启来控制尘埃是有效的控制方法之一。因此，门禁控制系统的运用是非常实用和有效的。门禁系统控制主要是通过DCS编程来实现门与门之间的互锁，尤其是人员净化通道的各区之间门的互锁。比如人员从一更净化缓冲区进入二更，如果本区的门没有关闭，那么进入二更的门是打不开的，这样就有效地控制了由于管理上出现的漏洞造成污染和交叉污染，进而提高质量。

3.3 DCS控制系统在净化空调系统中的应用

（1）空气的洁净度控制：洁净度的控制主要通过过滤器和室内需要达到一定的换气量来实现，过滤器的性能好坏及长时间的堵塞，直接影响到空气的洁净度。采用远传式仪表配合DCS控制系统可实现实时监控和控制。

（2）温度控制：温度的来源主要是通过空调机组内表冷及加热段的冷热源与经过的空气进行冷热交换得来的。先采用室内远传感器通过变送器、各种调节器，利用DCS控制系统来实现温度自动控制的目的。

（3）湿度控制：湿度的大小直接影响到产品的质量。利用DCS程序设计控制湿度，既能控制相对精确一些又能减少投资。湿度的调节可利用蒸汽进行加湿。

（4）压差控制：采用差压变送器连接DCS控制系统，按工艺要求维持正压或负压。差压变送器控制是利用差压变送器检测室内压力，通过调节器、DCS控制系统来控制回风调节阀，控制必要的新风量，利用DCS和电动风阀控制不同房间的送风和回风，可使控制系统简单化。

4 工艺过程的实现与运行效果

卤水净化根据其工艺将流程图画面分为:a段、b段、精密过滤（包括静态混合调酸）3幅工艺流程图画面，在画面中该厂制作了卤水体积动态显示、温度自动控制、精卤浊度监控、酸度自动调节等画面。为了避免操作工的视觉疲劳，在画面里制作了动态软开关，水的动态流动等在画面中用软件逻辑控制，可由操作工根据需要控制。

蒸发结晶在原料药（氯化钠）生产过程中是一个关键过程，温度、压力、真空、排盐时间和冲洗时间、干燥温度等参数是控制的关键，该厂制作了程控程序，其各项参数控制逻辑程序在DCS控制器中实现，用软件实现了程控温度、压力、真空、排盐时间、冲洗时间和干燥温度的逻辑切换，为下一步探索最佳的工艺方式打下了基础。

对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ效蒸发罐蒸发室液位和闪发器等进行了自动调节控制，由于许多调节回路的SP值(设定值)是一个不确定的数，需根据不同时期的要求变化;在PID调节手动与自动切换的设计上，设计成手动时SP跟踪PV，自动时根据切换时的SP值调节工艺过程值，这样当操作工手动将工艺过程值调节到适当的时候，切换到自动即可立即对这个工艺值进行调节，利于操作人员进一步摸索提高生成效率的方法。制作了耗蒸汽量、出盐量等工艺参数的累积计算，可制作长达60年的自动趋势报表和每天自动日报报表，企业可依据这些报表数据分析生产过程，优化生产工艺，不断提高劳动生产率。在软件的设计、操作画面上该厂考虑了多种快捷方式，利于快捷查询所需要的信息。当操作员站、工程师站关闭一台或全部关闭，只要过程站不停，系统不会停机，而过程站采用双机热备份的冗余方式，系统接线端子均采用进口端子，降低故障率，所以整个系统安全性很高。

同时，将DCS控制系统引入到洁净室管理及净化空调系统应用中，该厂将结合GMP相关技术要求，进一步开创自动化应用新空间。