本文研究了在硫磺回收裝置中如何以PCS7系統(tǒng)作為監(jiān)控平臺(tái)，采用串級(jí)、比值等復(fù)雜控制方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制要求，并取得良好的效果。

      2萬t/年硫磺回收裝置是廣州石化的重點(diǎn)環(huán)保裝置，其生產(chǎn)原理是將酸性氣中大部分化合態(tài)硫元素轉(zhuǎn)化成硫磺回收利用，并將尾氣中極少量剩余的硫化氫焚燒，生產(chǎn)二氧化硫后排放。該裝置采用SIEMENS的PCS7作為過程控制系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)施監(jiān)控。

系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

      系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范配置了3個(gè)控制器(AS)，2個(gè)操作站(OS)，1個(gè)工程師站(ES)。系統(tǒng)總線的通信介質(zhì)采用5類屏蔽雙絞線。系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集接口站(OPC Server)與全廠管理信息網(wǎng)連接。操作站和工程師站的操作系統(tǒng)都采用微軟公司的Windows XP，配置了PCS7系統(tǒng)軟件包，用于實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)控和組態(tài)功能。

系統(tǒng)的I/O卡件根據(jù)該裝置儀表信號(hào)類型和數(shù)量進(jìn)行配置，而通信網(wǎng)絡(luò)、控制站的控制器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡及重要性高的I/O卡件都采用冗余配置，提高了系統(tǒng)的可靠性。

PCS7系統(tǒng)具有如下幾個(gè)主要特點(diǎn)：

(1)高速、可靠、開放的通信網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)總線采用1:1冗余的工業(yè)以太網(wǎng)，總線型或星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，曼徹斯特編碼方式，遵循開放的TCP/IP協(xié)議和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，通信速率為100Mb/s。

(2)規(guī)?？勺儭⑴渲渺`活的自動(dòng)化站。自動(dòng)化站通過CPU、IM153-2和I/O卡件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)過程信號(hào)的采集、處理、控制等功能。系統(tǒng)配置規(guī)?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)要求的不同配置。

(3)簡(jiǎn)單易用的組態(tài)手段和工具。PCS7系統(tǒng)的組態(tài)軟件包包括：基本組態(tài)軟件Step 7和流程圖制作軟件WinCC。

(4)實(shí)用的實(shí)時(shí)監(jiān)控界面和豐富的事件記錄功能。實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件WinCC具備分組顯示、趨勢(shì)圖、動(dòng)態(tài)流程、報(bào)警管理、報(bào)表及記錄、存檔等監(jiān)控功能，完全滿足操作人員進(jìn)行生產(chǎn)過程監(jiān)控的功能。

主燃燒爐控制方案設(shè)計(jì)

      在硫磺回收部分中，發(fā)生CLAUSE反應(yīng)的條件是將高溫過程氣中SO₂和H₂S的比例控制為2:1，而主燃燒爐則是創(chuàng)造這一條件的主要設(shè)備。為了達(dá)到反應(yīng)條件，設(shè)計(jì)了如圖2所示的主燃燒爐控制方案。

(1)當(dāng)自保聯(lián)鎖系統(tǒng)(ESD)送來一個(gè)觸點(diǎn)信號(hào)時(shí)，把相應(yīng)的PID置于手動(dòng)位置，并且該P(yáng)ID回路輸出一個(gè)預(yù)先指定的值(可調(diào))，確保裝置的安全。

(2)為使主燃燒爐達(dá)到所需溫度，燃料氣流量和空氣(主)流量組成雙閉環(huán)變比值控制系統(tǒng)，根據(jù)燃料氣流量調(diào)節(jié)所需空氣量，由于有兩個(gè)流量閉合回路(燃料氣和主空氣)，可以克服各自的外界干擾，使主、副流量都比較平穩(wěn)，流量間的比值通過比值計(jì)算器實(shí)現(xiàn)，因此系統(tǒng)的總負(fù)荷也將是平穩(wěn)的，這種控制方案的優(yōu)點(diǎn)是在主流量(燃料氣)受干擾作用開始到重新穩(wěn)定在設(shè)定值這段時(shí)間內(nèi)發(fā)揮作用，比較安全，而當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)除流量干擾外的其他干擾引起主參數(shù)變化時(shí)，可以通過修改比值來保持主參數(shù)穩(wěn)定。

(3)在裝置正常生產(chǎn)的情況下，爐內(nèi)只燒酸性氣，酸性氣流量和空氣(主)流量組成單閉環(huán)變比值控制系統(tǒng)，根據(jù)酸性氣流量調(diào)節(jié)所需空氣量，其優(yōu)點(diǎn)是兩種物料流量的比值精確，實(shí)施方便，而當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)除流量干擾外的其他干擾引起主參數(shù)變化時(shí)，可以通過修改比值來保持主參數(shù)穩(wěn)定。

(4)為了保證高溫過程氣中SO₂和H₂S的比例控制達(dá)到2:1，過程氣比值分析和空氣(微)流量組成串級(jí)控制系統(tǒng)，前者作為主回路，后者作為副回路。根據(jù)比值分析的結(jié)果微調(diào)所需的空氣量。

圖2  主燃燒爐控制方案原理圖

主燃燒爐控制方案組態(tài)

      所有的控制方案都是由CFC(Continual Function Chart)完成的。CFC是一種簡(jiǎn)潔的圖形組態(tài)工具。用CFC有助于節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用，同時(shí)簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的組態(tài)和維護(hù)。用CFC進(jìn)行組態(tài)時(shí)是以功能塊為基礎(chǔ)的，系統(tǒng)配置了很多預(yù)編程的功能塊。這些功能塊以庫的形式體現(xiàn)。每個(gè)功能塊都有一個(gè)參數(shù)表，可根據(jù)實(shí)際工藝要求選擇不同的參數(shù)。功能塊在CFC中的連接直接用鼠標(biāo)器點(diǎn)接。每個(gè)CFC由6頁組成。功能塊之間的連接可以在不同的CFC之間的不同的頁面上進(jìn)行，連接標(biāo)記由系統(tǒng)自動(dòng)標(biāo)出。因此，采用CFC可以完成很復(fù)雜的大型控制任務(wù)。