酒精生产线DCS控制系统的设计

　　DCS控制系统即分散控制系统

　　集散控制系统是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。集散控制系统简称DCS，也可直译为“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”。

　　它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。目前DCS在电力、冶金、石化等各行各业都获得了极其广泛的应用。

　　酒精生产线DCS控制系统的设计

　　蒸馏工段，无疑是酒精生产中最重要的一个环节。生产酒精的质量、出酒率、能耗等多项指标，都与之有极大的关系。在我国众多的酒精生产企业中，蒸馏工艺还是以两塔生产为主。在仪表方面，大部分企业都是采用数显表显示参数，工人根据参数变化，手工来调整阀门。虽然也能达到控制要求，但是，工人的劳动强度高，在精力不集中时，容易出现控制滞后现象，造成参数波动较大，影响酒精的质量或造成上、下跑酒。为改进这一状况，稳定酒精生产条件，济南中润自动化控制有限公司和肥城金塔机械有限公司联合，推出了酒精蒸馏DCS控制系统。

　　近几年，受市场形势的刺激，国内新上酒精企业激增，老企业也纷纷扩产。为应对更为激烈的市场竞争，不少企业在蒸馏工艺上，选择了三塔、五塔等多塔蒸馏工艺。蒸馏检测点和控制点的增多，对蒸馏控制系统提出了更高的要求。针对不同的工艺设备，我们为不同的用户量身订作了二塔常压DCS控制系统、三塔常压DCS控制系统、三塔差压DCS控制系统、五塔差压DCS控制系统。

　　一、蒸馏工艺的选择

　　在蒸馏工艺的选择上，根据用户原料、酒精销售对象、产量规模的不同，可分为二塔蒸馏、三塔蒸馏、多塔蒸馏。生产普级酒精，一般可选用二塔常压蒸馏；在酒精质量要求较高时，一般选择多塔蒸馏。

　　根据常压蒸馏与差压蒸馏在蒸汽消耗、电耗方面的对比，多塔蒸馏最好选用差压蒸馏。

　　二、工艺检测点与工艺控制点的选择

　　下面，以五塔差压蒸馏DCS控制系统为例，简要介绍一下工艺检测点和工艺控制点的选择。

　　DCS控制系统突破了仪表盘仪表数目上的限制，在工艺检测点和工艺控制点的选择上，可以更加灵活、方便，控制形式也更加多样。

　　1、公共部分

　　1.1 蒸汽的控制：在传统的蒸馏操作中，讲究“一匀四稳”。蒸汽压力稳，是保证酒精质量稳定的前提。在五塔差压蒸馏DCS控制系统中，对蒸汽的压力、温度、流量进行测量，DCS控制系统根据测量值的变化作出计算，对蒸汽调节阀进行调控，达到稳定蒸汽压力的目的。

　　1.2循环水压力的控制：在酒精生产中，蒸馏冷凝器都是用循环水进行冷却。在五塔差压蒸馏中，用水设备较多，为了稳定酒精质量、冷凝器不跑酒，在循环水的供应上，我们采取变频恒压供水工艺。同时，在DCS控制系统上，我们设置了循环水温度和压力检测，并设置了上、下限报警。

　　1.3真空度的控制：五塔差压蒸馏中，粗塔、甲醇塔是在负压状态下工作的。系统的负压状态，是由真空泵造成的，真空泵不断地抽走不凝气体，以维持系统的负压状态。为了稳定系统的真空度，保证各塔独立的负压状态，稳定操作环境，在真空泵进气口设置了进空气

　　调节阀。DCS控制系统根据真空度测量值的变化作出计算，对进空气调节阀的开度进行调控，以保证真空度稳定。

　　

　　2、粗馏塔系统

　　2.1粗馏塔进醪量控制：在五塔差压蒸馏系统中，维持粗馏塔进醪量的稳定，是保持五塔系统物料平衡的先决条件。粗塔进醪量的控制方案，我们选择了进醪泵的变频控制方案。在粗塔进醪管道上，安装有电磁流量计，可以检测出进醪流量的变化值。DCS控制系统根据流量变化结果作出计算，对变频器进行控制，调整变频器的输出频率，改变进醪泵电机的转变，从而改变粗塔进醪泵的输出醪量，保持粗塔进醪量的稳定。

　　2.2粗塔液位控制：粗馏塔是处于负压状态下工作，需要用酒糟泵将粗塔内的酒糟排出粗塔。粗塔液位控制方案，采取了酒糟泵的变频控制方案。DCS控制系统，对粗塔塔釜液位进行测量，并根据测量值作出计算，对酒糟泵变频器进行控制。

　　2.3粗酒罐液位控制：粗塔粗酒罐里的淡酒精，经过淡酒泵打入稀释塔。在控制方案上，我们选择了淡酒泵变频控制方案。粗酒罐差压变送器检测出液位变化值，DCS控制系统根据计算结果，调整淡酒泵变频的输出频率，从而调整粗酒罐的液位。

　　3、稀释塔系统

　　3.1稀释塔进水控制：稀释塔的稀释热水是来自精塔塔釜的废水，是用精塔废水泵输送至塔顶。稀释用水必须保证流量稳定、可调。在控制方案上，我们选择了精塔废水泵的变频控制。在生产过程中，我们根据生产情况设定稀释塔热水流量的设定值，电磁流量计检测出热水流量的变化值，DCS控制系统根据流量变化值来调整变频器的输出频率，从而使热水流量稳定在设定的范围内。

　　3.2稀释塔塔釜液位控制：稀释塔淡酒经精塔进料泵输送入精塔中下部，精塔进料泵采用变频控制方案。稀释塔塔釜差压变送器将稀释塔液位变化值送入DCS系统，DCS系统根据计算结果调整精塔进料泵变频器的输出频率，调整精塔进料泵的流量，从而使稀释塔塔釜液位控制在设定的范围内。

　　4、精馏塔系统

　　4.1精馏塔进蒸汽控制：精塔进汽是整个五塔系统的主要热源，精塔进汽的稳定对粗塔、稀释塔、甲醇塔的平衡运行有很大的影响。为使精塔进汽能适应各种各种参数变化，我们利用了DCS控制系统的优点，用精塔底温、底压、蒸汽温度等参数组成复杂控制系统，来共同控制精塔进汽。生产实践证明，用精塔底温、底压、蒸汽温度来共同控制精塔进汽的方案，可达到非常理想的效果。

　　4.2精塔塔釜液位控制：精塔是处在正压环境下工作，塔釜液体可利用精塔内压排出塔外。我们在排废水管道上安装有调节阀。塔釜差压变送器将精塔塔釜液位变化值送入DCS控制系统，DCS控制系统根据计算结果来调整调节阀的开度，达到控制精塔塔釜液位的目的。

　　4.3精塔蒸汽冷凝水罐的液位控制：精塔是用再沸器间接加热的，在加热时会产生大量的蒸汽冷凝水。蒸汽冷凝水进入蒸汽冷凝水罐，再用冷凝水泵输送到锅炉。冷凝水泵采用变频控制，冷凝水罐差压变送器测量出冷凝水罐液位变化值，DCS控制系统根据计算结果调整冷凝水泵变频器的输出频率，从而使冷凝水罐的液位保持在设定范围内。

　　4.4精馏塔取酒控制：我们根据多年酒精生产自控的经验，选择了精塔中温、中上温、中下温、顶温中温的温差、取酒流量多个变量组成复杂控制系统，来控制精塔取酒。精塔中温、中上温、中下温、顶温、取酒流量等参数送入DCS控制系统，DCS控制系统根据内存的数学模型作出计算、比较、判断，计算出调节阀的开度，从而使精塔取酒可应对各种参数的变化，达到取酒的无人操作。

　　5、回收塔系统

　　5.1回收塔进料罐液位控制：对于回收塔进料罐液位的控制，我们采取了液位和流量的串级调节。控制时，以回收塔进料流量为主变量，以回收塔进料罐液位为副变量，回收塔进料泵采用变频控制。

　　5.2回收塔塔釜液位控制：在回收塔排废水管道上安装有调节阀。塔釜差压变送器将塔釜液位变化值送入DCS控制系统，DCS控制系统根据计算结果来调整调节阀的开度，达到控制塔釜液位的目的。

　　5.3回收塔取酒：回收塔取酒是以回收塔中温为变量的PID控制调节。

　　

　　三、DCS系统组成及画面

　　1、DCS系统硬件组成：本DCS系统硬件由控制系统和监控部分组成。控制系统选用了S7-400的CPU系列，监控站由三台上位机组成。三台上位机选用DELL计算机，配三台20″液晶显示器组成监控系统。三台上位机为一台工程师站，二台操作员站，工程师站又可兼作操作员站，这样，我们在控制室的显示器上，可以同时监控三个不同的画面。

　　2、组态软件：在组态软件的选择上，根据用户技术力量和使用习惯，可选择组态王或WinCC组态软件。

　　3、控制画面介绍：

　　3.1工艺流程图画面：五塔差压系统设备较多，检测控制点也很多，不可能将所有设备及参数在一个画面上显示。我们将五塔差压系统分为三个显示画面，分别是：粗塔及真空控制系统、稀释塔及精塔系统、甲醇塔及回收塔系统。这三个工艺流程画面，可以同时在三个显示器上显示。工艺流程画面，是我们在生产过程中监控的主要画面。在工艺流程画面上，工艺设备及管线按相对位置，构成了工艺流程，各设备及管道的检测控制点也按相对位置，布置在工艺流程画面上。各个工艺检测点以数字量的形式，显现在监控画面上，各个控制参数，均设置了开窗菜单功能，可以利用鼠标方便地打开、关闭窗口。可以利用鼠标方便地调整各个控制参数，调整变频器或调节阀的开度。

　　3.2参数列表画面：在五塔系统中，参数众多，不可能在一个显示屏幕上显示。为此，我们设置了参数列表画面。在列表画面上，所有参数均以数字量的形式显示出来，整个画面布置，有些类似于传统的仪表盘。对于需要控制的参数，均设置了点击开窗功能，用鼠标打开窗口，可进行控制参数的调整。