甲醛是一种重要的有机原料，工业上常用催化氧化法由甲醇制取甲醛。目前，国内的甲醛行业受建材行业需求的带动，生产势头较好，而农药、医药及其下游产品的需求也十分稳健，从而使得甲醛具有较好的市场需求。为提高甲醛的产品质量和生产能力，降低成本，保证生产的稳定性和安全性，很多化工厂家对生产的自动控制提出了更高的要求。
1生产工艺流程
山东晋煤明水化工集团有限公司甲醛生产采用电解银催化剂法甲醇氧化制甲醛的方法。甲醇由高位槽进入蒸发器加热，水洗后经过加热，到蒸发器的甲醇层(约50℃)，为甲醇蒸汽所饱和并与水蒸气混合；然后经加热器加热至100—120℃，经阻火器和加热器进入氧化反应器，反应器的温度一般控制在600～650℃，在催化剂的作用下，大部分甲醇转化为甲醛。转化后的气体冷却到100～120℃进入吸收塔，用稀甲醛溶液或水吸收，未被吸收的气体从塔顶排出，送到尾气锅炉燃烧，提供热量。根据甲醛工艺流程(图1)和厂方要求，山东晋煤明水化工集团有限公司新建的甲醛生产控制系统采用了浙江中控技术股份有限公司生产的WebFeild JX-300XP较先进的DCS控制系统进行监控。系统通过现场控制站(I／O站)、数据通讯系统、人机接口单元(操作员站OPS、工程师站ENS)”1把控制任务分配到现场，便于分散控制，降低了事故发生对整个系统造成的影响。
2系统硬件设计
JX-300XP硬件包括控制站硬件、操作站硬件和网络硬件3部分(图2)。DCS控制对象主要有反应塔压力、反应塔温度、料位探测仪、甲醇流量、甲醛流量及调节阀等。监控系统硬件由电源单元、CPU单元、输入输出单元、通讯单元、操作站和网络部件构成。
图1 甲醛生产吸收工序流程
图2系统硬件总图
2．1控制站硬件
控制站硬件包括机柜、机笼及系统供电、主控制卡(CPU)、数据转发卡和I／O卡件。其中机笼分为电源机笼和卡件机笼。电源机笼可以配置4个电源模块；卡件机笼主要放置各类卡件，一个卡件机笼有20个槽位，用来放置两块主控制卡、两块数据转发卡和16块I／O卡件。机笼背面有4个SBUS—s2网络接口、一组电源接线端子和16个I／O端子接口插座。系统采用双路交流供电，两路220V交流电冗余配电，一路通过UPS给系统供电，一路直接给系统供电。
2．2操作站硬件
操作站负责显示控制站采集的信号点，并下达操作员的命令到控制站，同时对一些实时或历史的数据进行保存，它是DCS中不可缺少的硬件组成部分。操作站的硬件由工控PC机(包括计算机主机、显示器及操作员键盘等)、操作台一打印机和操作员软件狗组成。
2．3网络硬件
网络硬件包括网卡、通信线缆以及其它网络辅助配件等。它负责控制站和操作站之间或操作站与操作站之间不同设备的信息传输，并实现系统规模的扩展。
3系统软件设计
针对晋煤明水化工集团有限公司甲醛生产系统的特点，为实现甲醛生产系统长周期安全稳定运行，对原中控版本的Advantrol Pro软件包进行了改进与升级，在继承原版本软件功能丰富、界面友好、使用简单等特点的基础上，形成了更为丰富的软件包，特别完善了防爆曲线监控软件。
为保证安全生产，要求使甲醇和蒸汽混合后温度控制在规定的范围内。如果温度超出允许的范围，则会因为反应剧烈、不可控制而产生爆炸，这是非常危险的情况。为了有效监视该反应过程混合气体的温度情况，并以直观的形象表示出来，同时给出报警指示信息，以指导生产操作人员进行适当的操作，需要一套计算机爆炸监控曲线软件，完成对生产操作的监控。
防爆曲线软件系统运行于windows2000+sp2系统之上。防爆曲线软件有两种运行方式：一个是模拟运算状态；一个是实际计算状态。模拟计算状态可以模拟系统在模拟信号下计算的数值，并显示出来；实际计算可用AdvanTrol-Pro V2．40自带的OPC软件与系统的通讯数据计算实际的系统负荷工况下的各值，系统可以从模拟计算状态切换到实际计算状态。
监控爆炸曲线系统的要求较高，该系统的输入有甲醇流量、蒸汽流量、补加蒸汽流量和与这些流量相关的温度、压力以及物质的密度等。根据这些基本量来计算甲醇和蒸汽二者混合物的温度。同时根据用户提供的资料给出一个直观的画面。画面包括甲醇溶解釜温度、蒸发器温度及过热器出口温度。在功能上，要求该系统具有信息报警、记录轨迹、数据打印和曲线放大功能。防爆曲线工作状态如图3所示。
图3 防爆曲线工作状态
4卡件的选型和配置
4．1卡件选择步骤
根据项目要求中的测点清单，分类统计出同类信号的点数，对照卡件介绍查出该信号类型所对应的接收卡件和每块卡件对该类型信号的最大接收容量(即一块最多可带多少个点)，然后算出这些信号点需要的卡件数，根据卡件数统计端子板数量。本项目中，已知电流信号19点。考虑日后扩展，预留备用通道5个，共24点，选择电流信号输入卡XF313，由于XP313卡是6路通道信号输入，则需4块卡件，本项目中都选用端子板XP520，一块端子板可供两块卡件使用。根据上面的卡件选择及卡件数量统计，本项目需要配置两个机笼，一个控制站。其中主控制卡和数据转发卡设置冗余。
4．2卡件布置设置
为了使卡件能够按照要求工作．根据卡件选择、系统规模设置及卡机排布原则，对卡件进行地址设置。主控制卡地址范围2—63，该项目中，地址设置为2和3。由于数据转发卡地址范围是0～15，且必须从0开始，依次设置，因此第1机笼地址是0和1．第2机笼的地址是2和3。
4．3 UPS及电源设置
UPS即不间断电源，主要由充电器、整流器、电池组合及逆变器等部分组成。根据项目实际要求的带负荷能力和可靠性，选择了山特品牌，型号为山特A UPS-6K，配套电池用德国阳光铅酸电池。
5组态设置及实时监控
完成测点统计和卡件选型工作，并对各卡件进行合理布置后，对DCS的软件、硬件构成进行配置即组态设计，包括控制站、操作站等硬件设备在软件中的配置、操作画面设计、流程图绘制、控制方案编写及报告制作等。
操作人员操作台计算机的鼠标和键盘，通过软件对象列表中相关对象的调用即可对生产系统的运行设备仪表进行查看、调节和控制。主要实现的操作功能有报警一览画面操作、系统总貌画面操作、控制分组画面操作、趋势画面操作、流程图画面操作、报表画面操作、数据一览画面操作以及弹出式报警操作等。
6结束语
DCS控制系统已在山东晋煤明水化工集团有限公司甲醛生产线上得以成功应用。该系统自投运以来运行稳定、可靠，各项功能如数据采集、模拟量控制、顺序控制和联锁以及人机操作界面等功能都得以实现，保证了甲醛生产系统的安全运行。通过应用DCS控制系统，使得操作人员能方便地控制各种参数，确保了生产工艺流程的稳定性，同时降低了操作人员的劳动强度，提高了系统的安全性及工作效率，得到了用户的好评。
(审核编辑: 智汇李)
