OPTO22控制系统在变压吸附提氢装置中的运用

OPT O 22控制系统在变压吸附提氢装置中的运用

王 辉 沈光伟

(贵州赤天化股份公司,贵州赤水,564707)

摘 要 主要介绍了变压吸附生产工艺特点和监控仪表改造安装工作,包括仪表选型、安装施工设计、项目实施及运行效果。

关键词 变压吸附 O PT O 22 SNAP I/O 控制系统 装置 改造 安装 模块 组态中图分类号 T P 272 文献标识码 B 文章编号 1008-9411(2007)01-0052-03

1 概 述

变压吸附(Pressure Sw ing Adsorption)依靠气体分离与提纯技术来制造气体。随着世界能源的短缺和变压吸附技术的完善和提高,在工业上制氢、制氧中,该技术逐步获得大面积推广。其原理是根据吸附剂在不同压力下的吸附容量差异来实现。变压吸附原理见图1

图1 变压吸附原理图

从图1的B-A 可以看出:在温度一定时,随着压力的升高吸附容量逐渐增大;变压吸附过程正是

利用上图中吸附剂在A-B 段的特性来实现吸附与解吸的。吸附剂在常温高压(即A 点)下大量吸附原料气中除提纯气体以外的杂质组分,然后降低杂质的分压(到B 点)使各种杂质得以解吸。根据此原理,工业吸附分离流程的主要工序包括吸附工序、减压工序、均压工序、升压工序。在各个工序,需要对相关控阀进行控制。以5-1-3/P(5塔3均顺放、冲洗工艺)为例,整个工艺切换过程是通过32台气压驱动程控角阀、三套压力调节系统按下列的工艺时序进行的。

表1 工序时序及状况

分周期12

3

4

5时间s

24030

3018030

30180303018030

210吸

附 器

A A 1D 2D PP 3D

D P

3R 2R

IS IR

FR

B IR FR A 1D 2D PP 3D

D P

2R IS C 3R 2R

IS IR

FR

A

1D 2D PP

D P D 3D

D P

3R 2F

IS I R

FR A

2D

PP E

1D 2D PP 3D

D

P

3R 2R

IS

IR

FR

A

备注:A-吸附;1D-一级压力均降;2D-二级压力均降;PP-顺向

放压;3D-三级压力均降;D-逆向放压;P-冲洗;3R-三级压力均升;2R-二级压力均升;1R-一级压力均升;IS-隔离;FR-最终冲压

在实际项目中,是5项工作,平时A 、B 、C 、D 、E5塔自自按步序工作,当某一塔出问题时就需要自动切除该塔,而不影响该装置的连续运行。由于切塔是随意的,在多塔(5塔)工作时,与各个塔相关的程控阀工作时序就非常复杂。当出现故障的吸附塔恢复正常时,又需自动切入。在控制系统实现起来,非常麻烦。但采用美国Opto 22的SNAP I/O 系统,利用配套的控制软件OptoControl,根据控制流程,采用流程图的编程方式或脚本语言,就可以轻松实现了各种控制时序。同时对程控阀运行状态、仪表空气压力等进行实施监控,避免突发性故障。在变压吸附工程中,还要对各个吸附塔上的压力进行PID 控制,对温度、压力等参数进行监测、显示、记录,以

便进行历史数据查询。利用Opto 22公司配套的界面软件OptoDisplay,轻松实现了整个系统的工艺流程显示,设备的状态显示、报警和对各个参数的历史记录、查询。赤天化天阳公司变压吸附提氢是为下一工序生产双氧水产品提供合格的氢气原料。其浓度 99.95%。该套装置耗设计产量1000m 3/h,于1990年建成投产,改造前控制室使用的是单板机程序和气动调节器控制,现场变送器全部使用气动型变送器,由于气动信号传输的滞后性以及气动仪表本身的缺陷和备件的缺乏,造成绝大多数控制系统不能投入自动运行,现场生产极不稳定,致使生产装置达不到设计产量。并且增加了工艺操作人员和仪表维修人员的工作量。为了扩大生产规模提高产量以满足赤天化纸业股分公司和市场对双氧水的需求,赤天化天阳公司决定2005年8月在设备大检修时对生产装置、现场仪表和控制系统进行全面改造。

生产装置的改造主要是增加生产能力,H 2产量由原来的1000m 3

/h 增加到2000m/h;同时提高生产装置的安全性和稳定性。

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2 现场信表和控制系统选型

鉴于上述情况,天阳公司于2005年初对双氧水主工艺进行全面的仪表改造。取消所有的气动仪表,现场仪表采用防爆等级较高的EJA 智能式变送器,控制室仪表用小型PC 的控制系统代替。最后确定选用性价比较好的美国OPTO 22公司的以PC 技术为基础的智能I/O 分布式控制系统,该系统提供一个软硬件开发平台,可根据需要构成一个到几十万点的可大可小的控制系统,由于该系统是采用以PC 技术为基础,所以它在开发、设计、调试、维护方面十分容易。在现场采用多级CPU 控制处理(控制器采用了32位的68000系列CPU,智能板采用80C196CPU),它还是一个分布式I/O 系统,所以该系统具有较好的实用性、可靠性和灵活性。OPTO 22SNAP 系统由工控机、控制器、智能板、I/O 模块组成,控制器之间及智能板之间提供串行、并行及以太网通讯,可采用OptomuXT M 、pamuXTM 、M ist -iCTM 通讯协议,所有I/O 控制模块终身保用。该系统具有强大的控制功能,对数字点来说,可以进行计数、状态求和、脉冲输出、时间比例输出、看门狗等等;对模拟点来说,可以进行PID 运算、数字滤波、累计、求和、看门狗等等;单元处理器上还具备事件响应功能、中断控制功能。能方便地组成各种控制系统(PID 、超驰、前馈、串级、分级、定值 、)能很好地适应生产工艺的各种状况。OPT O 22的控制解决方案是软硬件一体化,管控一体化方案

[2]

图2 Opto 22SN AP 系统结构框图

该系统可做到控制单元的现场全分布,通过智能板做到就地实地控制,这种分布式控制方式是一种有效的、节省资金的解决方案,不但减少了大量的信号电缆的费用,而且可以实现局部的断电检修,简化了现场调试工作以及现场的维护工作。由于OP -TO 22的控制系统在前端具有智能卡,多一级CPU,就可以就地处理许多任务。(如PID 调节、热电偶的线性化、工程单位转换、高速计算、事件/反应等等)。让主控制器腾出更多的时间来完成其它功能,大大提高了整个系统的控制性能和反应速度,同时又可以真正实现分布式控制。

3 改造方案的拟订

(1)根据天阳公司生产部的要求结合当时的现状绘出了控制室结构图(包括控制柜、资料柜、备件柜、空调和进线电缆位置)。

(2)拆除所有气动调节器及现场气动变送器,分

别改为OPT O 22PC 控制器和横河川仪EJA 电动变送器。

(3)敷设现场到控制室的信号电缆。

(4)现场调节阀加装山武公司PK-100智能型电器阀门定位器。

(5)硬件的配置、软件的组态及联机调试。(6)系统的正常使用。

4 改造方案的实施

控制系统的软硬件平台:

(1)操作站采用21 高分辨率飞利浦彩显、联想工控机并且500VA UPS 供电,充分实现工艺过程监视、数据表显示、控制回路设定、趋势曲线图、报警显示记录、报表打印及系统自诊断等。

(2)控制站选用美国OPT O 22公司SNAP 现场分布式I/O 控制系统,该系统具有以下特点:各硬件组成结构紧凑,欧式PIN 接插件可靠性强于金手指型,优质铝合金外壳封型较好,因此特别适宜于安装在环境恶劣的工作场所,与上位机通信灵活,一根电缆进控制室即可,节约了大量的电线,且系统软硬件环境的开放性使得其扩展及网络化集成工作非常容易实现。另外其现场I/O 模块采用4000VDC 光电隔离,具有极强的抗电磁干扰能力,各通道分别设置看门狗,且质量终身保用;控制器可双机热备,RAM/EEPROM 方式任你选择,完成控制策略的执行及分发,并负责与主机的通信;单元控制器,协调

本单元内各模块、通道的工作,完成单元内的工程单位转换、非线性处理、PID 运算、报警处理、滤波、开方等基本操作,并与控制器进行实时数据交换,向控制器发出中断请求等。该系统采用多级CPU 并行处理模式,可靠性高,运算速度快,非常适用于实时测控领域。

(3)控制软件采用OPTO 22公司FACTO -RYFLOOR 工控软件,完成控制应用程序的组态、调试、实时人机界面、通信控制以及实现工厂级管控一体化等。与其它组态软件比较,其完全开放的系统模式及第三方产品(只要是用M icrosoft VB/VC++开发的应用程序)的良好兼容性,为用户提供了最友好的二次开发环境。Opto 22SNAP 系统的软件平台

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为FactoryFloor,该软件可以完成控制逻辑、人机界面、数据库连接等多方面的功能,主要包括以下5个部分: OptoControl:流程图开发工具,实现控制策略,下装程序至控制器。 OptoDisplay:多媒体、人机界面开发工具,图形化显示控制器内的信息状态,传送操作者指令到控制器,同时执行报警,历史趋势,访问数据。 OptoServer:OPC 或DDE 数据服务器。 OptoConnect:控制器数据库与SQL 或Ac -cess 数据库间双向联结。 OptoRuntimePC:在Window s NT 环境下,仿真控制器实现软逻辑控制。现场仪表均选用横河川仪生产的EJA 系列智能式变送器,该系列变送器采用微电子机械加工高新技术,精度高(一般为 0.075%)、高稳定性和高可靠性,连续工作五年不需要调校零点,具有充善的自诊断及远程设定通讯功能和优良的温度影响特性及优良的静压影响特性,可无需三代组件而直接安装使用。系统所有安装改造调试工作在20d 的大修中全面完成,并正常投入运行。

5 改造后的效果

该系统投用近两年。运行效果良好,满足了工艺生产的控制要求,降低了化工操作的劳动强度和提高了对事故的应急处理能力。化工操作人员的劳

动强度明显得到了改善。很多控制直接通过控制系

统进行调节,减少了到现场操作阀门的劳动量。提高了对事故的应急处理能力。工艺的优化操作得到全面改善,为生产的节能降耗提供了有力保障。另外,在系统组地把各类报表(日报表、月报表)做入操作站中,实现了自动报表数据采集、自动报表打印,确保了数据的准确可靠,减少了人工抄表的劳动量,并能随时对各阶段参数进行对比,有利于对工艺操作参数的优化和操作改进,同时也便于分析查找事故原因。和以前气动调节器相比在PID 参数的整定、调节器作用方式的改变及操作的准确性、方便性、直观性等方面有较大的改善和提高。在安全性方面,供电系统采用220V U PS 电源,24V DC 采用双重热备,控制柜配有配电器、安全栅,操作站采有双重热备保证了该系统的安全可靠和容错能力。

参考文献

[1] 朱炳兴,王 森.仪表工试题集(第二版).现场仪表分

册[M ].化学工业出版社.2002年5月,27-31.[2] OPT O 22智能分布式控制系统选型、操作使用手册

[M ].四川运通电自控工程有限公司.

(收稿日期 2007-01-16)

作者简介

王 辉,男,国家级技师,赤天化仪表车间合成班副班长。

沈光伟,男,国家级高级技师,赤天化仪表车间主任。

Application of OPTO 22DCS in the Hydrogen Cryogenic Upgrading Process by PSA

Wang Hui Shen G uangw ei

(Guizhou Chitianhua Group Co.,Ltd.,Chishui,Guizhou 564707)

Abstract:It introduced the process characteristics of pressure sw ing adsorption and design,selection and in -stallation of monitoring instrument..

Key words:PSA(Pressure Swing Adsorption);OPTO 22;I/O control system

(上接43页)

On the Acquisition of Materials in the Prior Period of Chemical Project Construction

Zhang Zhimei

(Guizhou Kailin Group Co.,Ltd.,Chishui,Guizhou 550002)

Abstract:T his paper introduced the materials collection and methods in the prior period of chemical project construction,such as the different stages of strategic decision,projects appraisal,approved and design..

Key words:Chemical industry;construction project;prior period;material collection

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