关键词：DCS PSA 顺序控制
一 前言
辽阳华兴化工有限公司1500m3/h(标准状态)甲醇裂解制氢装置中采用变压吸附(Pressure Swing Adsorption)分离技术制取氢气，此工艺包具有国内领先水平，生产工艺成熟，但工艺包设计提供的控制系统是常规仪表及PLC系统，在详细工程设计中，我们取消了工艺包中的仪表系统，采用了脂肪醇联合装置中日本横河公司的Centum CS3000分散控制系统，利用其剩余卡件以及该系统中提供的顺序控制模块，较好地实现了PSA中的顺序控制。该方案编程简单，仪表投资成本较低，装置开车后系统运行稳定，数据可靠，为辽阳华兴化工有限公司6万吨/年的脂肪醇装置较好地提供了纯度为99.99%的氢气。
二 CS3000系统简介
Centum CS3000 R3系统是日本横河公司新一代产品，系统稳定性好，兼容性好，开放性好，基于Windows 2000操作平台，操作简单，性能可靠。组态简单，易于掌握，控制回路多，具有冗余功能，在网络配置上，使用标准的以太网和横河公司独有的Vnet网络。
Centum CS3000 R3系统具
顺序控制模块可以组态各种回路的顺序控制，如安全联锁控制顺序和过程监视顺序。
顺序控制表Sequence Table和逻辑流程图Logic Chart 连接组合，可以组态形成非常复杂的逻辑功能，以实现复杂逻辑判断和控制。
SFC(Sequence Function Chart)功能块是用SFC描述语言来实现，采用IEC标准，所用的编程语言(SEBOL)是一个开放的语言环境，可用流程图来描述。在运行时，可通过显示窗看到逻辑的运行情况。
组合3大逻辑组态工具(Sequence Table，Logic Chart和Sequence Function Chart)可以组态庞大的复杂的逻辑控制功能和庞大的批量(Batch)功能
三 系统硬件组成
辽阳华兴化工有限公司6万吨/年的脂肪醇联合装置I/O约3000点，系统为Centum CS3000系统，3套控制器，10套操作站。其中变压吸附PSA工段为脂肪醇产出高纯度氢气的辅助工段，4个塔连续吸附，共17台程控阀，PSA控制I/O配置如表所列。
在脂肪醇联合装置DCS系统中加入以上卡件即组成了4塔连续变压吸附的控制系统的硬件部分，监控部分借用10台操作站中的任意1台的一个画面即可完成。多余显示点还可以给其他装置使用。
四 变压吸附的工艺过程与控制功能组态
变压吸附PSA分为以下几个过程：吸附、一均降压、顺向放压、二均降压、逆向放压、冲洗、二均升压、一均升压、终冲。这是每个塔都要经历的几个过程，靠17台程控阀(位号分别为KSV201A、KSV201B、KSV201C、KSV201D、KSV203A、KSV203B、KSV203C、KSV203D、KSV204A、KSV204B、KSV204C、KSV204D、KSV205A、KSV205B、KSV205C、KSV205D、KSV207)及顺逆放调节阀实现，每一个塔用4台程控阀，4个塔共用一台放空阀。
先打开一个DRAWING组态画面。此过程可以用4张简单的顺控表ST16-1、ST16-2、ST16-3、ST16-4根据PSA工段的时序表来完成，共7个时间段T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7，除T2、T5、T7外，其他时间是一定的，共4个周期，每个周期用一张顺控表ST16，在每一张顺控表中包括TM时间功能块，当T1时间到时执行T2的动作，依次类推，T7时间到时完成一个周期。程控阀在不同的周期执行不同的动作。其中T2、T5、T7是根据工艺要求氢气的纯度及进料量的大小由操作人员自行调整的。在PSA工艺中有几个功能键的实现，是PSA工艺用CS3000进行组态要解决问题的关键。下面简述一下功能键是如何实现有关功能的。
(1)启动键：程序从停机前状态自动执行，按一定的时序开启不同的阀门。在此需引用内部变量L1作为启动键，在ST16-6顺控表中做条件，当L1为ON时第一个时间段的顺控表启动。
(2)停止键：按"停止"健，程控系统立即停止运行，所有程控阀关闭，(此后按"启动"键，程序从中断处开始运行)。在此内部变量L2为停止键，在一张顺控表ST16-7中让L2作条件，当L2为ON时"启动"L1为OFF，ST16-1、ST16-2、ST16-3、ST16-4顺控将停止执行即为MAN，让所有的程控阀关闭即OFF，L2为OFF时L1为ON。
(3)暂停键：按
"暂停"键，程序运行到T2、T5或T7时，同时所有控制阀保持当前状态；再按一次"暂停"键，程序从中断处开始继续运行。在ST16-8中引用内部变量L3为ON时，T2、T5、T7停止在当前时间段即WAIT(YES)，这样程序就保持原状态，程控阀也就保持当前值了。当L3为OFF时，T2、T5、T7时间继续执行即WAIT(NO)，程序将继续运行。(4)步进键：在自动状态下，当时序运行到T2、T5或T7时间段时按"步进"键，则程序步进到下一个时间段。在此引用ST16-9及内部变量L4，在ST16-9中当L4为ON时，TM2、TM5、TM7将直接跳过。
(5)复位键：按"复位"，控制程序重新初始化，再按"启动L1"程序从头开始执行。在此引用ST16-10及内部变量L5及CO功能块，在ST16-10中当L10为ON时 ST16-1、ST16-2、ST16-3 、ST16-4 停止执行即MAN，ST16-5为AUT，且所有程控阀对应的变量KSV201A-A、KSV201B-A……，共17个为OFF即可，引用CO功能块的目的是为让L5只执行一次，下一次仍可重新执行
(6)自检键：在任何状态下，按下"自检"键，所有外部输出被屏蔽，程序继续运行。监控画面上继续显示程控阀的开关状态以及吸附塔的步序。再按一次"自检"键，恢复输出，程序系统继续运行。在此引用顺控表ST16-5、ST16-11，内部变量L6，首先引用程控阀相对应内部变量KSV201A-A、KSV201B-A……KSV207-A，在ST16-5中使内部变量KSV201A-A等作为条件ON、OFF，相对应的程控阀KSV201等作出相对应动作ON(开)、OFF(关)。在ST16-11中当L6为ON时ST16-5为不执行即MAN，其他ST16-1、ST16-2、ST16-3、ST16-4仍继续执行。
说明：在ST16-1、ST16-2、ST16-3、ST16-4中的程控阀位号均为程控阀的内部变量。
此PSA的各种功能的实现只用了3种功能块(分别是：ST16，CO，TM，MLD)且只用一个DRAWING画面，组态简单，便于理解。
画面组态：在操作站上开出一个GR画面先选择分辨力、底色，把要控制的PSA流程图画好，位号组态清楚，尤其程控阀颜色的变量要选择程控阀位号对应的内部变量，因为在自检功能中监控画面上显示的是模拟的开关状态。根据操作要求，直观地把PSA的9个过程用相对应的汉字在不同的过程表示出来，在流程图组态中做相应的条件。4个塔连续吸附，不同的过程有不同的压力显示，做一组压力趋势，能更好进行监测、显示PSA品质的好坏。T2、T5、T7时间的设定可在流程图画面做一个窗口显示并更改时间。
五 结束语
根据辽阳华兴化工有限公司6万吨/年的脂肪醇联合装置工程的实际情况，详细工程设计没有单独采用PLC，而是利用DCS控制系统的部分卡件，借用操作站中的一个画面，不增加其他硬件和操作人员，以灵活简单的组态，和较低的成本实现了PSA的控制过程。经过2年的使用，工艺人员及操作者都反映画面清晰，操作方便，便于管理，效果很好。
