摘 要：吸附單元為整個(gè)間二甲苯裝置生產(chǎn)最關(guān)鍵的單元，由兩個(gè)吸附室和一個(gè)24通道旋轉(zhuǎn)閥等組成。文章對(duì)該單元工藝控制過程進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)論述了控制方案的實(shí)施過程，包括采用ZTC功能、自動(dòng)過程變量切換APS功能對(duì)吸附室的關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行控制、聯(lián)鎖。通過S7-400F/FH PLC系統(tǒng)對(duì)該單元進(jìn)行了工程實(shí)際應(yīng)用的實(shí)施，最終較好的實(shí)現(xiàn)了間二甲苯裝置增產(chǎn)的生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：吸附室；24通道旋轉(zhuǎn)閥；ZTC區(qū)域轉(zhuǎn)換；APS功能

1 生產(chǎn)流程描述

中石化北京燕山分公司間二甲苯裝置擴(kuò)能改造項(xiàng)目是在原裝置的基礎(chǔ)上，利用原PX生產(chǎn)時(shí)閑置的吸附室，配上必須的國(guó)產(chǎn)24通道旋轉(zhuǎn)閥等組成新的吸附單元以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)，以使MX產(chǎn)量由原來的3.6萬噸/年擴(kuò)量為8萬噸/年。整個(gè)間二甲苯生產(chǎn)裝置由異構(gòu)單元、精餾單元和吸附單元三個(gè)單元組成，吸附單元是分離PX和MX最終的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。整個(gè)吸附單元主要由兩個(gè)吸附室和一個(gè)24通道旋轉(zhuǎn)閥組成，其中每個(gè)吸附室有12個(gè)床層，床層之間用格柵分開，利用兩臺(tái)循環(huán)泵（連接12層/13層的為泵送回路，連接24層/1層的為壓送回路）首尾相連，使24個(gè)床層形成一個(gè)閉合回路，用兩臺(tái)循環(huán)泵來維持液流周期性地繞24個(gè)床層循環(huán)，旋轉(zhuǎn)閥定子上的24條工藝管線與吸附室對(duì)應(yīng)的24個(gè)床層相連。通過旋轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)動(dòng)，周期性地改變物料在吸附室中的進(jìn)出口位置，使物料進(jìn)出口位置沿著液體流動(dòng)方向改變，吸附劑在吸附室中連續(xù)模擬上升，然后再由吸附室室頂返回底部，一直循環(huán)往復(fù)。

兩個(gè)吸附室共分為四個(gè)大區(qū)域，分別為：Ⅰ區(qū)為吸附區(qū)，Ⅱ區(qū)為精餾區(qū)，Ⅲ區(qū)為解吸區(qū)，Ⅳ區(qū)為緩沖區(qū)，在實(shí)際工藝中，為了提高M(jìn)X的純度，還增加了三股物料，它們分別是Hi（解吸劑沖洗，ⅡA）、Ho（沖洗出口，ⅢA）、X（二次沖洗，ⅡB），因此整個(gè)模擬移動(dòng)床共有七股物料，將24個(gè)床層分為七小區(qū)域。生產(chǎn)過程中，因?yàn)槲锪系淖⑷牖蛞?，在每個(gè)區(qū)域中，液體的實(shí)際流動(dòng)速率是不同的。隨著24通道閥門的旋轉(zhuǎn)，各區(qū)域也沿吸附室向下移動(dòng)，總的循環(huán)流量由兩個(gè)循環(huán)泵控制，依據(jù)哪一個(gè)區(qū)流經(jīng)環(huán)路泵，該泵以設(shè)定的不同流量來操作。

2 吸附單元主要聯(lián)鎖控制

整個(gè)吸附單元主要包括泵送環(huán)路流量的控制，自動(dòng)過程變量切換APS功能、區(qū)域轉(zhuǎn)換控制ZTC功能、吸附室單元的聯(lián)鎖功能和旋轉(zhuǎn)閥自動(dòng)步進(jìn)順控、裝置聯(lián)鎖自保等復(fù)雜控制。由于篇幅限制，文章僅對(duì)泵送環(huán)流量控制、APS功能、ZTC功能及安全聯(lián)鎖功能做一介紹。

2.1 泵送環(huán)路流量控制

根據(jù)模擬移動(dòng)床的原理，模擬移動(dòng)床的各區(qū)域的泵送換流量具有不同的數(shù)值。以II區(qū)的流量K為基準(zhǔn)，各區(qū)的泵送環(huán)流量分別為：

控制系統(tǒng)接受進(jìn)出吸附系統(tǒng)的幾個(gè)工藝物料的流量信息并接受區(qū)域選擇信號(hào)，根據(jù)以上方程，不斷計(jì)算出兩臺(tái)循環(huán)泵泵送環(huán)流流量給定值，進(jìn)行泵送環(huán)流流量的控制，兩臺(tái)泵循環(huán)流量控制如圖1所示。

其中循環(huán)泵回路中的兩個(gè)控制閥可以由操作人員根據(jù)工藝情況通過手動(dòng)從A閥控制變?yōu)锽閥控制或A、B閥一起控制。

2.2 泵循環(huán)流量的區(qū)域轉(zhuǎn)換控制

在旋轉(zhuǎn)閥步進(jìn)工作時(shí)，如果兩臺(tái)循環(huán)泵輸送流量涉及到區(qū)域變換時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致泵回路流量控制器設(shè)定值發(fā)生變化，如果一個(gè)或幾個(gè)凈物流由一個(gè)吸附室控制過程中流量的控制是比較快的，但當(dāng)流量的給定值變化很大，則會(huì)引起控制回路的振蕩，單純地依靠PID調(diào)節(jié)會(huì)可能難以消除或穩(wěn)定時(shí)間過長(zhǎng)。為了提高控制的準(zhǔn)確性和快速性，所以在控制系統(tǒng)中循環(huán)泵流量采用區(qū)域轉(zhuǎn)換控制的方式。區(qū)域轉(zhuǎn)換控制ZTC（以下簡(jiǎn)稱ZTC）是一種直接將泵送循環(huán)回路和壓送循環(huán)回路控制閥的閥位回移到相同區(qū)域上一次控制室的位置上的方法，從而保持泵回路流量的嚴(yán)格控制。ZTC功能是一種比較先進(jìn)的控制方式，集PID控制和閥位控制為一體。該控制方式需要對(duì)控制過程進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)記錄，系統(tǒng)通過記錄的數(shù)據(jù)判斷分析該控制回路的輸出值，將迅速調(diào)整到所需要的閥位上，然后再使系統(tǒng)恢復(fù)到PID控制方式。圖2是從Ⅳ區(qū)切換到I區(qū)的區(qū)域轉(zhuǎn)換原理圖。

區(qū)域轉(zhuǎn)換控制算法

就在區(qū)域轉(zhuǎn)變之前，ZTC算法會(huì)中止正常的泵回路控制器的PID算法，順次實(shí)現(xiàn)以下工作：

1）在旋轉(zhuǎn)閥“進(jìn)”命令開始時(shí)，在t0時(shí)間內(nèi)將控制閥的輸出定為OPc。

OPc為泵回路控制在區(qū)域變化前的最后20秒鐘內(nèi)輸出的平均值。

t0是可由用戶調(diào)整的每個(gè)區(qū)的轉(zhuǎn)變時(shí)間，其范圍為0～2.0 秒，以0.1 秒為步長(zhǎng)增加。

2）定時(shí)器到t0時(shí)間后，在t1時(shí)間內(nèi)將控制閥的輸出值設(shè)為OPx。通常由式（1）計(jì)算：

OPx-轉(zhuǎn)換初期控制器的輸出；t1-可由用戶調(diào)整的每個(gè)區(qū)域轉(zhuǎn)變時(shí)間，其范圍為0-2.0 秒，以0.1 秒為步長(zhǎng)增加；OPp-控制器輸出值為OPx時(shí)的t1時(shí)間后控制器輸出所要的設(shè)定值；OPp是前一次旋轉(zhuǎn)閥周期結(jié)束后區(qū)域中第一床最后20 s內(nèi)控制器輸出的平均值。K-影響超調(diào)量總量的系數(shù)。

3）在定時(shí)器t1工作結(jié)束后，在t2內(nèi)控制閥輸出值定為OPp。

其中t2是由用戶可調(diào)的每個(gè)區(qū)的轉(zhuǎn)變時(shí)間，其范圍在0～5.0 秒，以0.1 秒為步長(zhǎng)增加。

4）利用ZTC匹配常數(shù)，控制器可返回到自動(dòng)PID模式。

ZTC與非ZTC匹配參數(shù)都是可以調(diào)整的，不論ZTC是否能用，在任何時(shí)候都可以調(diào)整設(shè)定的匹配參數(shù)。

2.3 自動(dòng)過程變量切換APS功能

自動(dòng)過程變量切換APS實(shí)際叫做自動(dòng)過程參數(shù)切換控制，該功能的實(shí)現(xiàn)首先必須要有兩個(gè)檢測(cè)回路，系統(tǒng)始終在判斷和分析這兩個(gè)表的工作情況，如果判斷參與控制的檢測(cè)儀表出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)馬上切換到另外一臺(tái)備用的儀表上。

本項(xiàng)目中共有六個(gè)參數(shù)使用了雙測(cè)量回路，這六個(gè)回路都采用了APS控制，這六個(gè)參數(shù)分別是：壓送泵循環(huán)流量、進(jìn)料流量、解吸劑流量、抽出液流量、解吸劑沖洗（Hi）流量、二次沖洗液（X）流量，六個(gè)物料流量所選用流量計(jì)均為透平流量計(jì)和文丘里或一體化孔板流量計(jì)。

為了APS功能準(zhǔn)確工作，有幾個(gè)參數(shù)必須設(shè)定。第一設(shè)定的是分度限和分度延遲時(shí)間，分度限是透平測(cè)量值與孔板測(cè)量值所允許的最大差值，這個(gè)值是輸入儀表量程的百分?jǐn)?shù)。當(dāng)透平測(cè)量值和孔板測(cè)量值的差值超過分度限并且持續(xù)時(shí)間達(dá)到了規(guī)定的分度延遲時(shí)間，這時(shí)將有聲音報(bào)警。第二設(shè)定的輸入?yún)?shù)是測(cè)量值偏差極限和偏差滯后時(shí)間，這些參數(shù)決定自動(dòng)過程變量切換。偏差極限是透平儀表測(cè)量值和孔板儀表測(cè)量值之間的偏差，達(dá)到偏差極限時(shí)說明測(cè)量?jī)x表有故障。偏差限應(yīng)稍大于分度限，偏差滯后時(shí)間要小于分度延遲時(shí)間。

當(dāng)APS自動(dòng)時(shí)，當(dāng)透平儀表的測(cè)量與孔板儀表的測(cè)量之差在滯后時(shí)間內(nèi)超過偏離極限，并且定時(shí)器到達(dá)給定時(shí)間，控制系統(tǒng)則存儲(chǔ)當(dāng)前孔板信號(hào)和當(dāng)前控制閥輸出，偏離定時(shí)器開始工作。如果在設(shè)定的偏離滯后時(shí)間內(nèi)透平信號(hào)與孔板信號(hào)的偏離持續(xù)出現(xiàn)，并且定時(shí)器到達(dá)定時(shí)時(shí)間，則控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：

存儲(chǔ)當(dāng)前孔板信號(hào)；

存儲(chǔ)當(dāng)前控制閥輸出；

不論切換是否成功，相應(yīng)回路的APS將失效；

激勵(lì)A(yù)PS失效報(bào)警，通知操作人員該開關(guān)失效；

判斷在偏離滯后時(shí)間內(nèi)孔板儀表信號(hào)的移動(dòng)方向；

判斷在偏離滯后時(shí)間內(nèi)控制閥輸出信號(hào)的移動(dòng)方向；

如孔板儀表信號(hào)與控制閥輸出信號(hào)的移動(dòng)方向相同，并且孔板儀表信號(hào)大于其量程的30%，則自動(dòng)地由透平控制切換到孔板控制；

如孔板儀表信號(hào)與控制閥信號(hào)的運(yùn)動(dòng)方向相反，或者兩者中任一個(gè)在滯后的時(shí)間內(nèi)不變化，則不會(huì)由透平控制切換到孔板控制。這樣可避免在孔板儀表故障比透平儀表故障嚴(yán)重時(shí)的自動(dòng)切換。

另外，在自動(dòng)模式允許使用下，控制將連續(xù)監(jiān)視透平儀表信號(hào)。如果透平儀表信號(hào)在規(guī)定的0.5s時(shí)間之內(nèi)下降到10%以下，并且孔板儀表信號(hào)大于或等于量程的30%，回路控制將切換到孔板，自動(dòng)模式切換到手動(dòng)模式，即APS失效。如果透平信號(hào)下降到10%以下，而且孔板信號(hào)小于30%，則回路的控制不會(huì)由透平儀表向孔板儀表切換，自動(dòng)模式將被切換到手動(dòng)模式，同時(shí)APS失效。

APS動(dòng)作過程示意圖如圖3所示：

2.4 安全聯(lián)鎖控制

吸附單元的主要控制除了以上的控制功能外，還包括有安全聯(lián)鎖控制功能，該系統(tǒng)中安全聯(lián)鎖分兩個(gè)部分，一個(gè)是循環(huán)流量的聯(lián)鎖控制，另一個(gè)是吸附室壓力的聯(lián)鎖控制。

2.4.1 吸附室壓力聯(lián)鎖控制

吸附室的壓力穩(wěn)定是十分重要的，如果吸附室迅速失壓那么有可能造成吸附劑的損壞，或者造成旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子板上下壓差過大損壞旋轉(zhuǎn)閥，所以在該控制系統(tǒng)中設(shè)置了壓力安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。

可以引起吸附室壓力下降的參數(shù)有1#吸附室上封頭/下封頭沖洗液流量、2#吸附室上封頭/下封頭沖洗液流量和抽出液流量，這些參數(shù)都是出吸附室的參數(shù)，一旦這些控制回路出現(xiàn)故障就能直接造成吸附室壓力的下降，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到兩個(gè)吸附室的底封頭壓力不管哪個(gè)壓力過低，聯(lián)鎖系統(tǒng)均會(huì)迅速關(guān)閉以上五個(gè)控制參數(shù)的調(diào)節(jié)閥。

在該控制過程中，邏輯聯(lián)鎖回路的控制是在系統(tǒng)帶電的情況下處于正常的工作狀態(tài)，一旦回路失電聯(lián)鎖即產(chǎn)生，可靠性更高。兩個(gè)壓力變送器的模擬信號(hào)通過各自的報(bào)警設(shè)定器轉(zhuǎn)換成開關(guān)量觸點(diǎn)信號(hào)后串聯(lián)連接到聯(lián)鎖延時(shí)繼電器；當(dāng)兩個(gè)壓力同時(shí)超過聯(lián)鎖值發(fā)出聯(lián)鎖停車信號(hào)，聯(lián)鎖停車信號(hào)在聯(lián)鎖延時(shí)繼電器設(shè)定的時(shí)間結(jié)束后還存在，聯(lián)鎖繼電器動(dòng)作，現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)鎖電磁閥失電停車。該回路在操作臺(tái)上設(shè)置了聯(lián)鎖旁路開關(guān)和指示燈，并可通過操作站進(jìn)行聯(lián)鎖復(fù)位。聯(lián)鎖圖如圖4所示：

2.4.2 吸附室循環(huán)泵流量聯(lián)鎖控制

吸附室壓送循環(huán)回路設(shè)置了一臺(tái)透平流量計(jì)和一臺(tái)帶兩個(gè)差壓變送器的文丘里流量計(jì)，泵送環(huán)路設(shè)置了一臺(tái)帶兩個(gè)差壓變送器的畢托管流量計(jì)，當(dāng)四個(gè)差壓變送器的模擬信號(hào)通過各自報(bào)警設(shè)定器轉(zhuǎn)換成開關(guān)量觸點(diǎn)信號(hào)后，串聯(lián)連接到延時(shí)繼電器；當(dāng)四個(gè)流量同時(shí)超過聯(lián)鎖值發(fā)出聯(lián)鎖停車信號(hào)，聯(lián)鎖停車信號(hào)在聯(lián)鎖延時(shí)繼電器設(shè)定的時(shí)間結(jié)束后還存在，聯(lián)鎖繼電器動(dòng)作，停循環(huán)泵。該回路在操作臺(tái)上設(shè)置了聯(lián)鎖旁路開關(guān)和指示燈，并可通過操作站進(jìn)行聯(lián)鎖復(fù)位。聯(lián)鎖邏輯圖如圖5所示：

3 吸附室控制系統(tǒng)

3.1 ACCS控制系統(tǒng)

吸附室控制系統(tǒng)簡(jiǎn)寫為ACCS，本項(xiàng)目ACCS采用的為西門子公司的S7-400F/FH控制系統(tǒng)，是基于S7-400H冗余容錯(cuò)技術(shù)的故障安全控制系統(tǒng)，一旦工藝安全聯(lián)鎖條件具備或任何系統(tǒng)內(nèi)部故障發(fā)生時(shí)，S7-400F/FH就立即進(jìn)入一種安全工作狀態(tài)，即保持在一種安全工作模式上，從而保證操作人員、設(shè)備、環(huán)境和生產(chǎn)過程處于安全狀態(tài)。

本項(xiàng)目ACCS控制系統(tǒng)由兩面控制柜、一臺(tái)工程師站、兩臺(tái)操作站組成，為支持冗余配置，所有卡件均為冗余配置，并且數(shù)字量輸入模塊在SOE（順序事件）功能的時(shí)候具有快速掃描卡件的功能，該功能可以使掃描卡件的速率達(dá)到1ms，是一種采集速度快，冗余化程度高的功能比較強(qiáng)大，安全性高的系統(tǒng)。整系統(tǒng)配置圖如圖6所示：

整套控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

1）冗余的故障安全中央控制器

S7-400F/FH控制站的冗余控制器采用西門子公司專利技術(shù)-事件同步技術(shù)設(shè)計(jì)，它由2套互為熱備的中央控制器組成，并通過一個(gè)通訊接口實(shí)現(xiàn)相互連接。在系統(tǒng)正常運(yùn)行中，當(dāng)一個(gè)中央控制器出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)中央控制器自動(dòng)接管所有的工作，保證了系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行。因此S7-400F/FH中央控制器具有良好的冗余性能。

2）ET200M故障安全分布式I/O站

所有I/O站選用了專用的有源背板總行，使得ET200M分布式I/O站的所有模塊都能夠在系統(tǒng)運(yùn)行過程中可以進(jìn)行帶電熱插拔，因此具有很好的在線維護(hù)性。

3）電源冗余

通過冗余的CPU上配置的冗余電源完成系統(tǒng)供電，當(dāng)其中某一臺(tái)電源發(fā)生故障時(shí)，可以不停機(jī)更換已壞的電源。

4）網(wǎng)絡(luò)冗余

PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線作為S7-400F/FH的現(xiàn)場(chǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)，采用雙介質(zhì)冗余。

5）冗余的操作站

互作冗余的操作員站可以互相監(jiān)視對(duì)方狀態(tài)，當(dāng)其中一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，用戶操作員站可以自動(dòng)的切換到另一個(gè)操作員站上。當(dāng)發(fā)生故障的操作員站恢復(fù)時(shí)，所有的數(shù)據(jù)和信息也會(huì)自動(dòng)的復(fù)制回來。

3.2 ACCS系統(tǒng)的工程實(shí)際應(yīng)用效果

以本裝置壓送送循環(huán)回路流量FT-712由IV區(qū)至I區(qū)ZTC組態(tài)過程為例進(jìn)行組態(tài)，參數(shù)設(shè)定值如表1所示：

ZTC區(qū)域切換趨勢(shì)圖如圖7所示：

圖中ZTC曲線外觀平滑，無突變和拐點(diǎn)，切換耗時(shí)較短，利于得到高純度的MX產(chǎn)品和高的MX收率。

4 結(jié)束語

本次MX增產(chǎn)改造正式投產(chǎn)至今，整個(gè)裝置運(yùn)行十分穩(wěn)定。新上國(guó)產(chǎn)24通道旋轉(zhuǎn)閥運(yùn)行良好，與之配套S7-400F/FH系統(tǒng)具有功能先進(jìn)、運(yùn)行可靠、操作界面友好、便于維護(hù)等功能，操作工人進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作技能培訓(xùn)即可上崗。整個(gè)項(xiàng)目的成功實(shí)施為國(guó)內(nèi)MX改造提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：朱文彬（1978-），男，河南西平縣人，2001年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東），工學(xué)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)在北京燕山玉龍石化工程有限公司電控室從事自控工程設(shè)計(jì)工作，任中級(jí)工程師。

為了APS功能準(zhǔn)確工作，有幾個(gè)參數(shù)必須設(shè)定。第一設(shè)定的是分度限和分度延遲時(shí)間，分度限是透平測(cè)量值與孔板測(cè)量值所允許的最大差值，這個(gè)值是輸入儀表量程的百分?jǐn)?shù)。當(dāng)透平測(cè)量值和孔板測(cè)量值的差值超過分度限并且持續(xù)時(shí)間達(dá)到了規(guī)定的分度延遲時(shí)間，這時(shí)將有聲音報(bào)警。第二設(shè)定的輸入?yún)?shù)是測(cè)量值偏差極限和偏差滯后時(shí)間，這些參數(shù)決定自動(dòng)過程變量切換。偏差極限是透平儀表測(cè)量值和孔板儀表測(cè)量值之間的偏差，達(dá)到偏差極限時(shí)說明測(cè)量?jī)x表有故障。偏差限應(yīng)稍大于分度限，偏差滯后時(shí)間要小于分度延遲時(shí)間。

當(dāng)APS自動(dòng)時(shí)，當(dāng)透平儀表的測(cè)量與孔板儀表的測(cè)量之差在滯后時(shí)間內(nèi)超過偏離極限，并且定時(shí)器到達(dá)給定時(shí)間，控制系統(tǒng)則存儲(chǔ)當(dāng)前孔板信號(hào)和當(dāng)前控制閥輸出，偏離定時(shí)器開始工作。如果在設(shè)定的偏離滯后時(shí)間內(nèi)透平信號(hào)與孔板信號(hào)的偏離持續(xù)出現(xiàn)，并且定時(shí)器到達(dá)定時(shí)時(shí)間，則控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：

存儲(chǔ)當(dāng)前孔板信號(hào)；

存儲(chǔ)當(dāng)前控制閥輸出；

不論切換是否成功，相應(yīng)回路的APS將失效；

激勵(lì)A(yù)PS失效報(bào)警，通知操作人員該開關(guān)失效；

判斷在偏離滯后時(shí)間內(nèi)孔板儀表信號(hào)的移動(dòng)方向；

判斷在偏離滯后時(shí)間內(nèi)控制閥輸出信號(hào)的移動(dòng)方向；

如孔板儀表信號(hào)與控制閥輸出信號(hào)的移動(dòng)方向相同，并且孔板儀表信號(hào)大于其量程的30%，則自動(dòng)地由透平控制切換到孔板控制；

如孔板儀表信號(hào)與控制閥信號(hào)的運(yùn)動(dòng)方向相反，或者兩者中任一個(gè)在滯后的時(shí)間內(nèi)不變化，則不會(huì)由透平控制切換到孔板控制。這樣可避免在孔板儀表故障比透平儀表故障嚴(yán)重時(shí)的自動(dòng)切換。

另外，在自動(dòng)模式允許使用下，控制將連續(xù)監(jiān)視透平儀表信號(hào)。如果透平儀表信號(hào)在規(guī)定的0.5s時(shí)間之內(nèi)下降到10%以下，并且孔板儀表信號(hào)大于或等于量程的30%，回路控制將切換到孔板，自動(dòng)模式切換到手動(dòng)模式，即APS失效。如果透平信號(hào)下降到10%以下，而且孔板信號(hào)小于30%，則回路的控制不會(huì)由透平儀表向孔板儀表切換，自動(dòng)模式將被切換到手動(dòng)模式，同時(shí)APS失效。

APS動(dòng)作過程示意圖如圖3所示：

2.4 安全聯(lián)鎖控制

吸附單元的主要控制除了以上的控制功能外，還包括有安全聯(lián)鎖控制功能，該系統(tǒng)中安全聯(lián)鎖分兩個(gè)部分，一個(gè)是循環(huán)流量的聯(lián)鎖控制，另一個(gè)是吸附室壓力的聯(lián)鎖控制。

2.4.1 吸附室壓力聯(lián)鎖控制

吸附室的壓力穩(wěn)定是十分重要的，如果吸附室迅速失壓那么有可能造成吸附劑的損壞，或者造成旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子板上下壓差過大損壞旋轉(zhuǎn)閥，所以在該控制系統(tǒng)中設(shè)置了壓力安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。

可以引起吸附室壓力下降的參數(shù)有1#吸附室上封頭/下封頭沖洗液流量、2#吸附室上封頭/下封頭沖洗液流量和抽出液流量，這些參數(shù)都是出吸附室的參數(shù)，一旦這些控制回路出現(xiàn)故障就能直接造成吸附室壓力的下降，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到兩個(gè)吸附室的底封頭壓力不管哪個(gè)壓力過低，聯(lián)鎖系統(tǒng)均會(huì)迅速關(guān)閉以上五個(gè)控制參數(shù)的調(diào)節(jié)閥。

在該控制過程中，邏輯聯(lián)鎖回路的控制是在系統(tǒng)帶電的情況下處于正常的工作狀態(tài)，一旦回路失電聯(lián)鎖即產(chǎn)生，可靠性更高。兩個(gè)壓力變送器的模擬信號(hào)通過各自的報(bào)警設(shè)定器轉(zhuǎn)換成開關(guān)量觸點(diǎn)信號(hào)后串聯(lián)連接到聯(lián)鎖延時(shí)繼電器；當(dāng)兩個(gè)壓力同時(shí)超過聯(lián)鎖值發(fā)出聯(lián)鎖停車信號(hào)，聯(lián)鎖停車信號(hào)在聯(lián)鎖延時(shí)繼電器設(shè)定的時(shí)間結(jié)束后還存在，聯(lián)鎖繼電器動(dòng)作，現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)鎖電磁閥失電停車。該回路在操作臺(tái)上設(shè)置了聯(lián)鎖旁路開關(guān)和指示燈，并可通過操作站進(jìn)行聯(lián)鎖復(fù)位。聯(lián)鎖圖如圖4所示：

2.4.2 吸附室循環(huán)泵流量聯(lián)鎖控制

吸附室壓送循環(huán)回路設(shè)置了一臺(tái)透平流量計(jì)和一臺(tái)帶兩個(gè)差壓變送器的文丘里流量計(jì)，泵送環(huán)路設(shè)置了一臺(tái)帶兩個(gè)差壓變送器的畢托管流量計(jì)，當(dāng)四個(gè)差壓變送器的模擬信號(hào)通過各自報(bào)警設(shè)定器轉(zhuǎn)換成開關(guān)量觸點(diǎn)信號(hào)后，串聯(lián)連接到延時(shí)繼電器；當(dāng)四個(gè)流量同時(shí)超過聯(lián)鎖值發(fā)出聯(lián)鎖停車信號(hào)，聯(lián)鎖停車信號(hào)在聯(lián)鎖延時(shí)繼電器設(shè)定的時(shí)間結(jié)束后還存在，聯(lián)鎖繼電器動(dòng)作，停循環(huán)泵。該回路在操作臺(tái)上設(shè)置了聯(lián)鎖旁路開關(guān)和指示燈，并可通過操作站進(jìn)行聯(lián)鎖復(fù)位。聯(lián)鎖邏輯圖如圖5所示：

3 吸附室控制系統(tǒng)

3.1 ACCS控制系統(tǒng)

吸附室控制系統(tǒng)簡(jiǎn)寫為ACCS，本項(xiàng)目ACCS采用的為西門子公司的S7-400F/FH控制系統(tǒng)，是基于S7-400H冗余容錯(cuò)技術(shù)的故障安全控制系統(tǒng)，一旦工藝安全聯(lián)鎖條件具備或任何系統(tǒng)內(nèi)部故障發(fā)生時(shí)，S7-400F/FH就立即進(jìn)入一種安全工作狀態(tài)，即保持在一種安全工作模式上，從而保證操作人員、設(shè)備、環(huán)境和生產(chǎn)過程處于安全狀態(tài)。

本項(xiàng)目ACCS控制系統(tǒng)由兩面控制柜、一臺(tái)工程師站、兩臺(tái)操作站組成，為支持冗余配置，所有卡件均為冗余配置，并且數(shù)字量輸入模塊在SOE（順序事件）功能的時(shí)候具有快速掃描卡件的功能，該功能可以使掃描卡件的速率達(dá)到1ms，是一種采集速度快，冗余化程度高的功能比較強(qiáng)大，安全性高的系統(tǒng)。整系統(tǒng)配置圖如圖6所示：

整套控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

1）冗余的故障安全中央控制器

S7-400F/FH控制站的冗余控制器采用西門子公司專利技術(shù)-事件同步技術(shù)設(shè)計(jì)，它由2套互為熱備的中央控制器組成，并通過一個(gè)通訊接口實(shí)現(xiàn)相互連接。在系統(tǒng)正常運(yùn)行中，當(dāng)一個(gè)中央控制器出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)中央控制器自動(dòng)接管所有的工作，保證了系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行。因此S7-400F/FH中央控制器具有良好的冗余性能。

2）ET200M故障安全分布式I/O站

所有I/O站選用了專用的有源背板總行，使得ET200M分布式I/O站的所有模塊都能夠在系統(tǒng)運(yùn)行過程中可以進(jìn)行帶電熱插拔，因此具有很好的在線維護(hù)性。

3）電源冗余

通過冗余的CPU上配置的冗余電源完成系統(tǒng)供電，當(dāng)其中某一臺(tái)電源發(fā)生故障時(shí)，可以不停機(jī)更換已壞的電源。

4）網(wǎng)絡(luò)冗余

PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線作為S7-400F/FH的現(xiàn)場(chǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)，采用雙介質(zhì)冗余。

5）冗余的操作站

互作冗余的操作員站可以互相監(jiān)視對(duì)方狀態(tài)，當(dāng)其中一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，用戶操作員站可以自動(dòng)的切換到另一個(gè)操作員站上。當(dāng)發(fā)生故障的操作員站恢復(fù)時(shí)，所有的數(shù)據(jù)和信息也會(huì)自動(dòng)的復(fù)制回來。

3.2 ACCS系統(tǒng)的工程實(shí)際應(yīng)用效果

以本裝置壓送送循環(huán)回路流量FT-712由IV區(qū)至I區(qū)ZTC組態(tài)過程為例進(jìn)行組態(tài)，參數(shù)設(shè)定值如表1所示：

ZTC區(qū)域切換趨勢(shì)圖如圖7所示：

圖中ZTC曲線外觀平滑，無突變和拐點(diǎn)，切換耗時(shí)較短，利于得到高純度的MX產(chǎn)品和高的MX收率。

4 結(jié)束語

本次MX增產(chǎn)改造正式投產(chǎn)至今，整個(gè)裝置運(yùn)行十分穩(wěn)定。新上國(guó)產(chǎn)24通道旋轉(zhuǎn)閥運(yùn)行良好，與之配套S7-400F/FH系統(tǒng)具有功能先進(jìn)、運(yùn)行可靠、操作界面友好、便于維護(hù)等功能，操作工人進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作技能培訓(xùn)即可上崗。整個(gè)項(xiàng)目的成功實(shí)施為國(guó)內(nèi)MX改造提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]遠(yuǎn)戰(zhàn)紅，謝敏.旋轉(zhuǎn)閥ZTC的控制與優(yōu)化[J].廣東化工，2011，38（10）：222-3，225.

[2]關(guān)書訓(xùn)，朱兢兢. 24通旋轉(zhuǎn)閥[J].閥門，2013（2）：28-30.

[3]毛小濤.吸附分離裝置控制系統(tǒng)[J].化工自動(dòng)化及儀表，1996，23（2）：6-9.

作者簡(jiǎn)介：朱文彬（1978-），男，河南西平縣人，2001年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東），工學(xué)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)在北京燕山玉龍石化工程有限公司電控室從事自控工程設(shè)計(jì)工作，任中級(jí)工程師。

為了APS功能準(zhǔn)確工作，有幾個(gè)參數(shù)必須設(shè)定。第一設(shè)定的是分度限和分度延遲時(shí)間，分度限是透平測(cè)量值與孔板測(cè)量值所允許的最大差值，這個(gè)值是輸入儀表量程的百分?jǐn)?shù)。當(dāng)透平測(cè)量值和孔板測(cè)量值的差值超過分度限并且持續(xù)時(shí)間達(dá)到了規(guī)定的分度延遲時(shí)間，這時(shí)將有聲音報(bào)警。第二設(shè)定的輸入?yún)?shù)是測(cè)量值偏差極限和偏差滯后時(shí)間，這些參數(shù)決定自動(dòng)過程變量切換。偏差極限是透平儀表測(cè)量值和孔板儀表測(cè)量值之間的偏差，達(dá)到偏差極限時(shí)說明測(cè)量?jī)x表有故障。偏差限應(yīng)稍大于分度限，偏差滯后時(shí)間要小于分度延遲時(shí)間。

當(dāng)APS自動(dòng)時(shí)，當(dāng)透平儀表的測(cè)量與孔板儀表的測(cè)量之差在滯后時(shí)間內(nèi)超過偏離極限，并且定時(shí)器到達(dá)給定時(shí)間，控制系統(tǒng)則存儲(chǔ)當(dāng)前孔板信號(hào)和當(dāng)前控制閥輸出，偏離定時(shí)器開始工作。如果在設(shè)定的偏離滯后時(shí)間內(nèi)透平信號(hào)與孔板信號(hào)的偏離持續(xù)出現(xiàn)，并且定時(shí)器到達(dá)定時(shí)時(shí)間，則控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：

存儲(chǔ)當(dāng)前孔板信號(hào)；

存儲(chǔ)當(dāng)前控制閥輸出；

不論切換是否成功，相應(yīng)回路的APS將失效；

激勵(lì)A(yù)PS失效報(bào)警，通知操作人員該開關(guān)失效；

判斷在偏離滯后時(shí)間內(nèi)孔板儀表信號(hào)的移動(dòng)方向；

判斷在偏離滯后時(shí)間內(nèi)控制閥輸出信號(hào)的移動(dòng)方向；

如孔板儀表信號(hào)與控制閥輸出信號(hào)的移動(dòng)方向相同，并且孔板儀表信號(hào)大于其量程的30%，則自動(dòng)地由透平控制切換到孔板控制；

如孔板儀表信號(hào)與控制閥信號(hào)的運(yùn)動(dòng)方向相反，或者兩者中任一個(gè)在滯后的時(shí)間內(nèi)不變化，則不會(huì)由透平控制切換到孔板控制。這樣可避免在孔板儀表故障比透平儀表故障嚴(yán)重時(shí)的自動(dòng)切換。

另外，在自動(dòng)模式允許使用下，控制將連續(xù)監(jiān)視透平儀表信號(hào)。如果透平儀表信號(hào)在規(guī)定的0.5s時(shí)間之內(nèi)下降到10%以下，并且孔板儀表信號(hào)大于或等于量程的30%，回路控制將切換到孔板，自動(dòng)模式切換到手動(dòng)模式，即APS失效。如果透平信號(hào)下降到10%以下，而且孔板信號(hào)小于30%，則回路的控制不會(huì)由透平儀表向孔板儀表切換，自動(dòng)模式將被切換到手動(dòng)模式，同時(shí)APS失效。

APS動(dòng)作過程示意圖如圖3所示：

2.4 安全聯(lián)鎖控制

吸附單元的主要控制除了以上的控制功能外，還包括有安全聯(lián)鎖控制功能，該系統(tǒng)中安全聯(lián)鎖分兩個(gè)部分，一個(gè)是循環(huán)流量的聯(lián)鎖控制，另一個(gè)是吸附室壓力的聯(lián)鎖控制。

2.4.1 吸附室壓力聯(lián)鎖控制

吸附室的壓力穩(wěn)定是十分重要的，如果吸附室迅速失壓那么有可能造成吸附劑的損壞，或者造成旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)子板上下壓差過大損壞旋轉(zhuǎn)閥，所以在該控制系統(tǒng)中設(shè)置了壓力安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。

可以引起吸附室壓力下降的參數(shù)有1#吸附室上封頭/下封頭沖洗液流量、2#吸附室上封頭/下封頭沖洗液流量和抽出液流量，這些參數(shù)都是出吸附室的參數(shù)，一旦這些控制回路出現(xiàn)故障就能直接造成吸附室壓力的下降，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到兩個(gè)吸附室的底封頭壓力不管哪個(gè)壓力過低，聯(lián)鎖系統(tǒng)均會(huì)迅速關(guān)閉以上五個(gè)控制參數(shù)的調(diào)節(jié)閥。

在該控制過程中，邏輯聯(lián)鎖回路的控制是在系統(tǒng)帶電的情況下處于正常的工作狀態(tài)，一旦回路失電聯(lián)鎖即產(chǎn)生，可靠性更高。兩個(gè)壓力變送器的模擬信號(hào)通過各自的報(bào)警設(shè)定器轉(zhuǎn)換成開關(guān)量觸點(diǎn)信號(hào)后串聯(lián)連接到聯(lián)鎖延時(shí)繼電器；當(dāng)兩個(gè)壓力同時(shí)超過聯(lián)鎖值發(fā)出聯(lián)鎖停車信號(hào)，聯(lián)鎖停車信號(hào)在聯(lián)鎖延時(shí)繼電器設(shè)定的時(shí)間結(jié)束后還存在，聯(lián)鎖繼電器動(dòng)作，現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)鎖電磁閥失電停車。該回路在操作臺(tái)上設(shè)置了聯(lián)鎖旁路開關(guān)和指示燈，并可通過操作站進(jìn)行聯(lián)鎖復(fù)位。聯(lián)鎖圖如圖4所示：

2.4.2 吸附室循環(huán)泵流量聯(lián)鎖控制

吸附室壓送循環(huán)回路設(shè)置了一臺(tái)透平流量計(jì)和一臺(tái)帶兩個(gè)差壓變送器的文丘里流量計(jì)，泵送環(huán)路設(shè)置了一臺(tái)帶兩個(gè)差壓變送器的畢托管流量計(jì)，當(dāng)四個(gè)差壓變送器的模擬信號(hào)通過各自報(bào)警設(shè)定器轉(zhuǎn)換成開關(guān)量觸點(diǎn)信號(hào)后，串聯(lián)連接到延時(shí)繼電器；當(dāng)四個(gè)流量同時(shí)超過聯(lián)鎖值發(fā)出聯(lián)鎖停車信號(hào)，聯(lián)鎖停車信號(hào)在聯(lián)鎖延時(shí)繼電器設(shè)定的時(shí)間結(jié)束后還存在，聯(lián)鎖繼電器動(dòng)作，停循環(huán)泵。該回路在操作臺(tái)上設(shè)置了聯(lián)鎖旁路開關(guān)和指示燈，并可通過操作站進(jìn)行聯(lián)鎖復(fù)位。聯(lián)鎖邏輯圖如圖5所示：

3 吸附室控制系統(tǒng)

3.1 ACCS控制系統(tǒng)

吸附室控制系統(tǒng)簡(jiǎn)寫為ACCS，本項(xiàng)目ACCS采用的為西門子公司的S7-400F/FH控制系統(tǒng)，是基于S7-400H冗余容錯(cuò)技術(shù)的故障安全控制系統(tǒng)，一旦工藝安全聯(lián)鎖條件具備或任何系統(tǒng)內(nèi)部故障發(fā)生時(shí)，S7-400F/FH就立即進(jìn)入一種安全工作狀態(tài)，即保持在一種安全工作模式上，從而保證操作人員、設(shè)備、環(huán)境和生產(chǎn)過程處于安全狀態(tài)。

本項(xiàng)目ACCS控制系統(tǒng)由兩面控制柜、一臺(tái)工程師站、兩臺(tái)操作站組成，為支持冗余配置，所有卡件均為冗余配置，并且數(shù)字量輸入模塊在SOE（順序事件）功能的時(shí)候具有快速掃描卡件的功能，該功能可以使掃描卡件的速率達(dá)到1ms，是一種采集速度快，冗余化程度高的功能比較強(qiáng)大，安全性高的系統(tǒng)。整系統(tǒng)配置圖如圖6所示：

整套控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

1）冗余的故障安全中央控制器

S7-400F/FH控制站的冗余控制器采用西門子公司專利技術(shù)-事件同步技術(shù)設(shè)計(jì)，它由2套互為熱備的中央控制器組成，并通過一個(gè)通訊接口實(shí)現(xiàn)相互連接。在系統(tǒng)正常運(yùn)行中，當(dāng)一個(gè)中央控制器出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)中央控制器自動(dòng)接管所有的工作，保證了系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行。因此S7-400F/FH中央控制器具有良好的冗余性能。

2）ET200M故障安全分布式I/O站

所有I/O站選用了專用的有源背板總行，使得ET200M分布式I/O站的所有模塊都能夠在系統(tǒng)運(yùn)行過程中可以進(jìn)行帶電熱插拔，因此具有很好的在線維護(hù)性。

3）電源冗余

通過冗余的CPU上配置的冗余電源完成系統(tǒng)供電，當(dāng)其中某一臺(tái)電源發(fā)生故障時(shí)，可以不停機(jī)更換已壞的電源。

4）網(wǎng)絡(luò)冗余

PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線作為S7-400F/FH的現(xiàn)場(chǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)，采用雙介質(zhì)冗余。

5）冗余的操作站

互作冗余的操作員站可以互相監(jiān)視對(duì)方狀態(tài)，當(dāng)其中一個(gè)發(fā)生故障時(shí)，用戶操作員站可以自動(dòng)的切換到另一個(gè)操作員站上。當(dāng)發(fā)生故障的操作員站恢復(fù)時(shí)，所有的數(shù)據(jù)和信息也會(huì)自動(dòng)的復(fù)制回來。

3.2 ACCS系統(tǒng)的工程實(shí)際應(yīng)用效果

以本裝置壓送送循環(huán)回路流量FT-712由IV區(qū)至I區(qū)ZTC組態(tài)過程為例進(jìn)行組態(tài)，參數(shù)設(shè)定值如表1所示：

ZTC區(qū)域切換趨勢(shì)圖如圖7所示：

圖中ZTC曲線外觀平滑，無突變和拐點(diǎn)，切換耗時(shí)較短，利于得到高純度的MX產(chǎn)品和高的MX收率。

4 結(jié)束語

本次MX增產(chǎn)改造正式投產(chǎn)至今，整個(gè)裝置運(yùn)行十分穩(wěn)定。新上國(guó)產(chǎn)24通道旋轉(zhuǎn)閥運(yùn)行良好，與之配套S7-400F/FH系統(tǒng)具有功能先進(jìn)、運(yùn)行可靠、操作界面友好、便于維護(hù)等功能，操作工人進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作技能培訓(xùn)即可上崗。整個(gè)項(xiàng)目的成功實(shí)施為國(guó)內(nèi)MX改造提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]遠(yuǎn)戰(zhàn)紅，謝敏.旋轉(zhuǎn)閥ZTC的控制與優(yōu)化[J].廣東化工，2011，38（10）：222-3，225.

[2]關(guān)書訓(xùn)，朱兢兢. 24通旋轉(zhuǎn)閥[J].閥門，2013（2）：28-30.

[3]毛小濤.吸附分離裝置控制系統(tǒng)[J].化工自動(dòng)化及儀表，1996，23（2）：6-9.

作者簡(jiǎn)介：朱文彬（1978-），男，河南西平縣人，2001年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東），工學(xué)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)在北京燕山玉龍石化工程有限公司電控室從事自控工程設(shè)計(jì)工作，任中級(jí)工程師。