摘要
在傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)中人為因素引起質(zhì)量波動(dòng)較大：計(jì)量控制憑經(jīng)驗(yàn)“毛估估”所導(dǎo)致原料的消耗高、能耗量大、計(jì)量控制難。現(xiàn)代化的工控系統(tǒng)雖然能夠解決常規(guī)物料的控制問(wèn)題，但是對(duì)于涉及到腐蝕性、粘稠性、結(jié)垢性、有毒性的液體物料就無(wú)能為力。本案以浙江新安化工集團(tuán)股份有限公司為例，詳細(xì)介紹了液體稱重配料DCS計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)，設(shè)計(jì)思想，描述了系統(tǒng)架構(gòu)及主要功能的分析。

引言
我們?cè)谂c浙江新安化工集團(tuán)股份有限公司的業(yè)務(wù)往來(lái)中，了解到二甲酯是生產(chǎn)農(nóng)藥草甘膦的主要原料，通常由三氯化磷、甲醇反應(yīng)所生產(chǎn)，三氯化磷具有很強(qiáng)的腐蝕性，積垢性，而甲醇進(jìn)廠時(shí)往往不干凈，帶有大量的纖維狀雜質(zhì)，對(duì)它們有效計(jì)量成為自動(dòng)化控制系統(tǒng)成功的關(guān)健。曾今上海某大學(xué)曾為農(nóng)藥廠搞過(guò)一個(gè)自動(dòng)化改造試驗(yàn)，用2路電磁流量計(jì)、2路電動(dòng)執(zhí)行器、分別構(gòu)成三氯化磷、甲醇的計(jì)量、控制閉環(huán)系統(tǒng)。在調(diào)試過(guò)程中，該控制系統(tǒng)順利運(yùn)行了一個(gè)星期，各項(xiàng)指標(biāo)符合用戶要求，控制曲線反應(yīng)良好。但一星期過(guò)后，甲醇、三氯化磷的計(jì)量、控制失靈，系統(tǒng)停止運(yùn)行，為廠家?guī)?lái)36萬(wàn)元的損失，究其原因：1.甲醇的進(jìn)料雜質(zhì)多，40孔目的濾網(wǎng)屢屢被雜質(zhì)堵塞，嚴(yán)重時(shí)一個(gè)班往往要清理數(shù)次。2.因三化強(qiáng)腐蝕，易積垢使流量計(jì)精度下降，導(dǎo)致無(wú)法滿足生產(chǎn)要求。因此，液體計(jì)量常規(guī)設(shè)備―流量計(jì)，在測(cè)量如三化、甲醇等特殊液體時(shí)，將無(wú)法使用。
新安化工集團(tuán)股份有限公司是大中型集團(tuán)公司，公司主導(dǎo)產(chǎn)品草甘膦產(chǎn)量居亞洲第一。公司領(lǐng)導(dǎo)為了企業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展，不惜投入巨資進(jìn)行技術(shù)改造，使之成為一個(gè)現(xiàn)代化企業(yè)，要求本系統(tǒng)具有２２″以上彩顯，板件、電源熱備，板子能帶電拔插和軟件組態(tài)等功能。
草甘膦生產(chǎn)工藝
　先加甲醇7.6立方,(30分鐘),三乙胺1830公斤(開(kāi)攪拌)加多聚1300公斤,升溫到37-38度,保溫30-40分鐘保持液體為清為準(zhǔn),(解聚過(guò)程)加甘氨酸1525公斤,升溫42度)需要一小時(shí)左右,待料透明后加二甲酯25000公斤, 升溫52度,90分鐘, 待料透明降溫到30度以下,共需要5.30-6個(gè)小時(shí),打到平衡槽3個(gè),放到脫醇釜,加鹽酸hcl3000公斤,控制溫度在45度以下,10分鐘,然后升溫,1小時(shí)10度,升到120度,保溫2小時(shí),控制蒸汽壓力6公斤,加水600公斤(母液),放到結(jié)晶釜,攪拌7加液堿300公斤,溫度30-40度,放在吸慮槽,存放2小時(shí),抽母液,再加水?dāng)嚢枰恍r(shí),再抽,控制循環(huán)水、冷凍鹽水和蒸汽氣動(dòng)閥，完成合成過(guò)程的升溫和保溫過(guò)程。

設(shè)計(jì)思想
草甘膦的合成是在甲醇作為溶劑，由液體物質(zhì)二甲酯、三乙胺（催化劑），固體物質(zhì)多聚甲醛、甘氨酸解聚反應(yīng)生成。而二甲酯的原料通常是三氯化磷和甲醇。三氯化磷具有很強(qiáng)的腐蝕性，積垢性；而甲醇進(jìn)廠時(shí)往往不干凈，帶有大量的纖維狀雜質(zhì)。由此可見(jiàn)對(duì)它們有效計(jì)量成為自動(dòng)化控制系統(tǒng)成功的關(guān)健。DCS系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的控制其實(shí)就是，完成液體的正確下料，完成固體的計(jì)量下料，完成合成過(guò)程的過(guò)程控制。液體稱重計(jì)量和DCS計(jì)算機(jī)控制合二為一――液體稱重配料DCS計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)思路由此產(chǎn)生
針對(duì)腐蝕性、粘稠性、結(jié)垢性、有毒性的液體，運(yùn)用獨(dú)創(chuàng)先進(jìn)的液體稱重減量法測(cè)量工藝，把傳統(tǒng)的液體計(jì)量工藝加以改造并與DCS系統(tǒng)結(jié)合，使之能滿足特殊液體的自動(dòng)化計(jì)量與控制。
　　　關(guān)鍵問(wèn)題的解決辦法
·由于三化是強(qiáng)腐蝕液體，計(jì)量槽如不固定，易成為企業(yè)的安全隱患，但常規(guī)的固定方法，又使系統(tǒng)計(jì)量精度下降，直至無(wú)法使用。利用自主設(shè)計(jì)的特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)固定，解決了這一對(duì)矛盾。
·計(jì)量槽的本身重量往往占液體滿量程的80％左右，在信號(hào)放大時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種大范圍調(diào)零放大電路，提高噪比。
·在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，往往受諸如電磁干擾，振動(dòng)等影響，使系統(tǒng)的計(jì)量精度下降，本系統(tǒng)除用“減量法”消去部分誤差，還在軟件、硬件做了大量提高信噪比的工作。

主要技術(shù)原理
　　液體減量法測(cè)量與控制工藝：
　　　該工藝采用與被測(cè)量液體非直接接觸的測(cè)量方式，用間斷式且相對(duì)靜態(tài)的重量法替代傳統(tǒng)的連續(xù)動(dòng)態(tài)的體積法進(jìn)行流量計(jì)量，并將普通一次計(jì)量過(guò)程改變?yōu)槎斡?jì)量過(guò)程：備料（增量計(jì)量）與卸料（減量計(jì)量）過(guò)程，大大提高了測(cè)量與控制的精度。采用特殊的積分分離PID控制算法進(jìn)行控制，能消除現(xiàn)場(chǎng)的大部分干擾和零漂誤差。因此，控制絕對(duì)誤差要小的多，可達(dá)到千分之幾的精度，特別適合于高精度的液體化工原材料的配料計(jì)量流程。
　　DCS計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件與軟件原理
1.系統(tǒng)硬件包括將專業(yè)控制設(shè)備、通用設(shè)備和輔助外圍設(shè)備按照總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)電纜和信號(hào)線有機(jī)連接。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如下：

2．系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、組態(tài)軟件、監(jiān)控軟件、現(xiàn)場(chǎng)控制站
　　　采集、控制軟件、通訊及接口軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)等，在操作系統(tǒng)平臺(tái)上，
組態(tài)軟件按照實(shí)際生產(chǎn)工藝需要生成監(jiān)控軟件，完成實(shí)時(shí)的生產(chǎn)控
制任務(wù)。
DCS軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

液體稱重配料DCS計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)
·系統(tǒng)的DCS計(jì)算機(jī)采用總線設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)合理、擴(kuò)展、維護(hù)方便、系統(tǒng)完整；
·系統(tǒng)具有1∶1板件熱備，帶電拔插，軟件功能功能；
·系統(tǒng)稱重計(jì)量范圍0.1－10t；
·系統(tǒng)控制計(jì)量精度≤5‰；
·系統(tǒng)外圍模塊齊全，信號(hào)隔離器、配電器及控制輸出安全柵齊備，適應(yīng)各種惡劣生產(chǎn)環(huán)境。
2、 實(shí)行的技術(shù)路線及方案
本方案用三只高精度稱重傳感器替代轉(zhuǎn)子流量計(jì)或電磁流量計(jì)等常規(guī)液體檢測(cè)儀器來(lái)進(jìn)行液體計(jì)量。
三只高精度壓力傳感器，按120度方向均勻分布在計(jì)量槽支撐點(diǎn)上，用一只高精度傳感放大器，將三只傳感器信號(hào)疊加放大到４－２0mA電流信號(hào)，通過(guò)屏蔽線傳入DCS系統(tǒng)，并將計(jì)量槽的皮重通過(guò)調(diào)零電路預(yù)先去掉。
計(jì)量控制原理圖 傳感器分布示意圖
計(jì)量系統(tǒng)（含計(jì)量槽，高精度傳感器，放大器，軟接系統(tǒng)）安裝完成后，先用25kg砝碼若干只，（合計(jì)重量應(yīng)在待測(cè)的量程一半以上），通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，確定標(biāo)定系數(shù)，從而校正計(jì)量系統(tǒng)，使之精度控制在2‰以內(nèi)。
備料前，先在微機(jī)上設(shè)好備料數(shù)，輸出一開(kāi)關(guān)量信號(hào)，打開(kāi)備料泵，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控判斷，至控制值減余值為止，關(guān)閉備料泵，引入余值是為了防止沖料過(guò)量，對(duì)余值在不同設(shè)定值下標(biāo)定，能使備料更接近設(shè)定值。
備料完成后，然后慢慢打開(kāi)氣動(dòng)執(zhí)行器，每秒對(duì)計(jì)量槽進(jìn)行檢測(cè)，并將采樣值在緩沖區(qū)保存，上次保存數(shù)據(jù)減去本次采樣值，通過(guò)換算，得出本次實(shí)際流量，計(jì)算機(jī)將該流量信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)PID公式計(jì)算輸出一個(gè)控制信號(hào)，控制氣動(dòng)執(zhí)行器的閥開(kāi)度，通過(guò)不斷修正，使液體流量輸出保持在設(shè)定值左右，直至計(jì)量槽中物料減至下限，重新開(kāi)始備料和流量控制，周而復(fù)始循環(huán)。減量法針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的重復(fù)性干擾及信號(hào)零漂、溫漂等具有較強(qiáng)的消除誤差能力，因而，常規(guī)計(jì)量器具受工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的限制，累積誤差較大，而采用該工藝，一般累計(jì)誤差可控制5‰以內(nèi)，且穩(wěn)定、可靠。
在總結(jié)現(xiàn)有國(guó)際國(guó)內(nèi)DCS控制系統(tǒng)技術(shù)成果基礎(chǔ)上，遵循DCS系統(tǒng)軟、硬件國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，確定以總線為基礎(chǔ)，進(jìn)行整體工藝設(shè)計(jì)和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，并保證硬件與國(guó)際流行系統(tǒng)的兼容性和軟件的通用性、可移植性。
目前進(jìn)展及國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品比較
由浙江省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所檢索結(jié)論表明，目前國(guó)內(nèi)、國(guó)際均沒(méi)有關(guān)于“減量法”計(jì)量工藝運(yùn)用于DCS系統(tǒng)液體測(cè)量與控制及綜合生產(chǎn)管理系統(tǒng)的先例，該項(xiàng)目填補(bǔ)一項(xiàng)國(guó)內(nèi)空白。
本項(xiàng)目產(chǎn)品與國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)產(chǎn)品的主要技術(shù)性能指標(biāo)比較：
項(xiàng) 目
國(guó) 際
國(guó) 內(nèi)
本產(chǎn)品
減量法測(cè)量液體流量
無(wú)
無(wú)
有
液體測(cè)量方法
（直接）體積法
（直接）體積法
（間接）重量法
測(cè)量、控制方案
動(dòng)態(tài)
動(dòng)態(tài)
相對(duì)靜態(tài)
計(jì)量次數(shù)
一次
一次
二次
計(jì)量類型
增量計(jì)量
增量計(jì)量
一次增量一次減量計(jì)量
計(jì)量控制精度
1％左右
3％左右
≤2‰
可靠及穩(wěn)定性
一般
一般
可靠

結(jié)語(yǔ)
浙江新安化工集團(tuán)股份有限公司草甘膦生產(chǎn)線，采用高可靠性的SIEMENS　PLC　S7-300，整個(gè)工藝過(guò)程采用杭州求是計(jì)算機(jī)有限公司開(kāi)發(fā)的液體稱重配料DCS計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)自投入生產(chǎn)使用以來(lái)，按工藝方面的要求經(jīng)常修改，系統(tǒng)運(yùn)行一直良好，系統(tǒng)未出現(xiàn)過(guò)任何故障和誤動(dòng)作。系統(tǒng)安全可靠，操作方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，大大地提高了自動(dòng)化水平，獲得了廠方的高度認(rèn)同。又由于系統(tǒng)具：模塊化，高可靠性；可在線組態(tài)軟件，動(dòng)畫(huà)圖形，全屏幕操作；、多種控制算法，可在線選擇；“傻瓜”式人機(jī)對(duì)話，等特點(diǎn)也得到了操作人員的一致好評(píng)。
其它草甘膦行業(yè)應(yīng)用
　　1、浙江金帆達(dá)生化股份有限公司1.2萬(wàn)噸草甘膦DCS計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
　　2、湖北泰盛化工有限公司５萬(wàn)噸草甘膦DCS計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
　　3、浙江新安化工股份有限公司1.2萬(wàn)噸二甲酯DCS計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
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