自动控制技术及其应用

2.2.11.1　全厂自控水平及主要控制方案

榆林兰炭生产过程中，由于工艺介质具有易燃、易爆等特征，因而控制系统应遵循“安全生产、控制技术先进、管理维护方便、经济合理、注重减轻劳动强度且运行可靠”的原则。

按照工艺装置的生产规模、流程特点、工艺操作条件、国家安全生产的要求及生产过程控制能力综合考虑，优先选用先进的控制系统（DCS／SIS）和先进、可靠的现场检测仪表，用以保证各装置高效、连续、安全、稳定运行，也可在装置发生异常情况时采用安全联锁，确保设备及人身安全。

自动控制是按照工艺装置的特点和控制水平的要求，在生产过程控制系统采用集中监视、分散控制的方式。设置中心控制室（CCR），采用集散控制系统（DCS）、安全仪表系统（SIS）和对应机组（或单套装置）提供的成套综合控制系统（ITCC），以此对全厂的生产装置及与工艺生产装置相配套的辅助生产装置进行监控。正常操作和监控在DCS中实现，安全联锁保护由SIS实现，SIS设工程师站和事件顺序记录（SOE）功能，不设操作员站，其安全级别优于DCS。当生产装置出现紧急情况时，由SIS发出保护联锁指令，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散而造成更大的损失。

SIS系统是由I／O模块、逻辑控制器、维护PC、SOE、SIS控制站等组成。SIS等级至少满足工艺装置的生产安全运行和产品质量保证，最好是经全厂综合安全评估而定的安全完整性等级（SIL等级）。

安全仪表系统为独立的控制系统，对重要的检测点应采用三选二原则，或按安全等级满足SIS等级的原则，采用安全可靠的控制阀作为最终执行元件。

大型机组（或单套装置）采用成套的综合控制系统监控，并与DCS、SIS之间相互通讯；停车联锁状态由DCS及辅助操作台监视。所有操作员站、工程师站和辅助操作台均设置在CCR，同时在工厂内设置全厂调度中心，生产调度人员利用全厂调度管理信息系统（MES）对各主装置的重要参数进行管理。

（1）生产控制系统。

根据项目的特点，采用集中监视、分散控制的方式。设置中央控制室，采用集散控制系统、紧急停车系统（ESD）和机组综合控制系统对全厂的生产装置及与工艺生产装置相配套的辅助生产装置进行监控。正常操作和监控在DCS中实现，安全联锁保护由ESD实现。DCS、ESD与ITCC之间相互通讯，停车联锁状态由DCS及辅助操作台监视。所有操作员站、工程师站和辅助操作台均设置在CCR。同时在CCR设置全厂调度中心，生产调度人员利用MES对各主装置的重要参数进行监视。

由于兰炭企业生产装置规模较大、占地面积广且分散等因素，主要生产装置也可根据具体实际条件设置现场控制室（LCR）、现场机柜间（FAR）以及ITCC采用总线的形式与中央控制室进行通讯。在装置安装、试车阶段可在现场机柜间进行调试，待正常生产时，生产操作人员可在中心控制室对全厂的生产装置进行操控。

根据装置区域划分及工艺操作要求，全厂设置多个生产装置现场机柜间，公用工程采用远程I／O与CCR的DCS／SIS系统通讯，对各自的生产过程进行集中监控和实现安全联锁保护。

现场控制室可独立运行，包括有：DCS、SIS、工程师站、UPS室和空调系统，机柜间放置所有系统的机柜和编组设备。采用工程师站对DCS、SIS、系统编程和组态、调试和试车，如果需要亦可设置操作员休息室，供现场操作员休息和安全庇护。

（2）全厂调度管理信息系统。

全厂调度管理信息平台（MES）即上位机管理，利用大数据共享的功能，作为生产和计划之间的信息纽带，是面向执行的工厂层信息系统，为全厂计划系统和控制系统提供关键链接，将两者的信息有效地连接起来，使整个系统建立起一个自上而下无缝链接的信息平台，自动执行计划系统所指定的生产计划，使企业获得最大的效益，从而解决了生产和计划之间的断层。MES系统采用集中设置方式，所有服务器设置在中心控制室，现场机柜间不设置专门的服务器。

（3）通讯网络。

全厂计算机通讯网络由全厂信息管理网（主网）和各主装置相对独立的过程控制网（子网）构成。

信息管理网为以太网，过程控制网类别根据所采用DCS的网络类别确定。信息管理网和过程控制网通讯控制符合TCP／IP协议和IEEE 802协议族的有关协议。信息管理网和过程控制网的操作系统为Windows系统。

（4）控制室设置。

1）控制室基本要求。

中央控制室位于安全区域内，且处于装置全年主导风向的上风侧；中央控制室及主要生产装置的现场控制室内采用吊顶和地砖或花岗岩地面；所有控制室均考虑空调，并采取防火、防水、防尘、防雷等安全措施。

2）控制室基本组成。

中央控制室由操作室、机柜室、工程师站室、UPS室、空调机室、辅助仪表间等单元组成，装置现场控制室由机柜室、UPS室、空调机室、操作员办公室（如需要）等单元组成。

2.2.11.2　仪表选择

（1）仪表选择的原则。

1）控制系统（DCS／SIS）选用质量可靠的产品。

2）配置较完善且满足精度要求的能源消耗、产品计量等检测仪表。

3）兰炭生产主要装置为爆炸危险场所，安装在火灾和爆炸危险场合的电动仪表应符合危险区域等级的要求。优先采取本安防爆型仪表；当无法实现本安防爆时，采用隔爆型防爆。

4）安装在现场的仪表为全天候型，满足现场使用环境条件，并符合相应防护等级要求。

5）对界区内有毒有害及易燃易爆场所设置必要的安全检测系统，并将检测信号引入中央控制室采用独立设备进行监视。

6）仪表接液部件的材质适合工艺介质要求。

7）机组的检测仪表和控制系统一般由设备制造厂成套提供，所提供的仪表和控制系统应具有将重要的工艺参数引入DCS控制系统进行监视的能力。

（2）仪表选型要求。

1）成分分析仪表。(www.xing528.com)

根据工艺要求采用不同类型的分析仪表对工艺介质进行连续的成分分析。

气相工业色谱仪用于对工艺介质进行全组分分析，水质分析仪用于对循环水和污水进行水质分析。

采用安全检测仪表（可燃气体报警器和有毒气体报警器）对生产装置进行环境监测，以确保生产装置和操作人员的安全。

2）流量仪表。

流量测量一般选用法兰取压同心锐孔板或高精度的平衡流量计配差压变送器对工艺介质进行流量测量。

电磁流量计用于导电液体流量测量；涡街流量计用于蒸汽流量测量；对于非重要参数流量，现场测量采用金属管转子流量计。

3）液位（物位）仪表。

集中液位测量通常选用差压式变送器或位移式变送器，对腐蚀性、易结晶的介质采用隔膜密封型差压液位变送器。

对有毒介质，设备不宜开孔或大型设备不便开孔的液位测量，可采用外测液位计；界面测量，拟采用磁致伸缩式液位计；对于储罐的液位测量，可采用导波雷达式液位计或磁致伸缩式液位计；固体物料测量采用雷达料位计或超声波液位计。

4）压力仪表。

就地指示，根据不同工况选用“波登管”、膜盒压力表或差压表。对于易发生堵塞及强腐蚀性场合，选用隔膜压力表；对动态设备出口的压力测量采用耐震压力表。压力表刻度盘直径一般为Φ100 mm。

集中压力检测采用压力变送器。对于结晶、腐蚀，高黏度、含粉尘场合，采用插入式隔膜法兰型（含毛细管）压力变送器。

5）温度仪表。

就地温度指示选用防护抽芯弹顶式双金属温度计，表盘直径Φ100 mm。

集中检测和控制用测温元件一般采用一体式热电偶变送器，分度号为K，温度较低时采用热电阻，对控制回路采用一体式温度变送器，分度号为Pt100。

6）控制阀。

调节阀一般配用气动薄膜执行机构，含本安或隔爆型电气阀门定位器。紧急切断阀一般用单作用气缸式执行机构的球阀或闸阀，含本安或隔爆型的电磁阀及限位开关。调节阀的选型应符合工艺介质特性要求，调节阀在气源故障时应处于安全位置（FO／FC／FL）。

参与安全联锁和顺控的开关阀的泄漏等级应达到6级。波纹管密封调节阀：适用于易燃、易爆及有腐蚀性的介质；气动调节蝶阀：适用于气体、接管口径大于300 mm，且要求压力降较小时；其他类型的控制阀如三通阀、角型调节阀、隔膜调节阀等，可根据生产过程及工艺介质的特点进行选择。

7）可燃、有毒气体检测系统（GDS）。

根据工艺专业特定的介质要求及电气专业划分的防爆等级区域，由工艺专业指定位置进行设置，可采用电化学、半导体、光致电离型（针对有毒的）催化燃烧、红外线型（针对可燃的）、其他类型的检测器。按照国家规范，监控系统应有独立设置的系统GDS，并安置在中心控制室内进行监控。

2.2.11.3　安全技术措施

（1）独立设置的安全仪表系统（SIS），对重要的检测点采用三取二的设计原则，SIL等级必须达到安全评估而定等级。SIS按故障安全型设计，正常操作时开关和联锁作用采用常闭电路（联锁动作时打开，电磁阀在联锁动作时失磁）。

（2）独立设置的GDS系统，用以确保生产装置的安全运行。

（3）在紧急情况下，如火灾、爆炸事故时，按紧急预案所规定的程序启动紧急切断按钮，将有关阀门切断或开启，使进出装置之间的物料切断，保证了生产装置处于安全状态，并同时保证了设备和其他设施的安全。

（4）对于高温、高压工艺介质部分的仪表选择，均采用的是进口知名品牌的产品，并有多年和多家的成功使用的经验。

（5）控制室采用抗爆结构，并符合相关规定要求。在装置发生爆炸危险时，操作人员可及时地采集工艺数据和进行一系列安全联锁保护。同时，亦作为现场操作人员的临时庇护场所。

（6）在有可能出现可燃气体泄漏的场所和极其重要的区域，设有固定式可燃气体检测报警器，以随时检测空气中危险气体的含量和设备管线的泄漏情况。

（7）对于仪表信号的工作接地、本安接地和仪表及机柜的保护接地，根据设计规范的有关要求，应将各种接地的分干线汇总接至仪表总接地板，再从仪表总接地板引出仪表接地干线，统一接至全装置电气专业的总接地板，实现全装置“等电位”连接。

（8）在装置部分场所和极其重要的区域，安装固定式火灾烟雾感温检测探头，以随时检测装置中火灾危险情况。

（9）根据装置的特点，在装置部分场所和极其重要的区域，安装固定式摄像探头，以便监视装置内设备、机组等重要生产设施的运行情况。

（10）全装置的安全联锁由ESD系统实现。