PSA系统控制程序的设计及应用.docx
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PSA系统控制程序的设计及应用
PSA系统控制程序的设计及应用
曹玲
（山东胜利油田石化总厂）
摘要：
利用ABB公司MOD300DCS系统及该系统所有的TCL泰勒控制语言，实现对PSA系统的自动控制，取代了原设计的PLC系统，并讨论其安全性。
关键词：
ABBMOD300PSATCL
前言：
由于胜利油田石化总厂PSA系统常规仪表的老化，控制质量已达不到工艺要求，生产的纯氢量已满足不了生产的需要。
于是改用了新的生产工艺和控制系统。
最初设计由PLC单独控制PSA系统，经过研究未购买PLC，而是利用加制氢装置DCS系统中所带的TCL语言，开发PSA的控制程序，实现对过程的控制。
经过一个多月的努力，完成了编程、调试顺利通过，可实现对过程的步进、复位、手动与自动、暂停与启动的切换，各步序时间的调整设定等，在实际使用中取得了令人满意的运行效果。
1、PSA简介：
变压吸附即PressureSwingAbsorption简称PSA，是一个近似等温变化的物理过程。
它是利用气体介质中不同组份在吸附剂上的吸附容量不同，在特定压力下进行选择性吸附，降压时使吸附剂获得再生的原理工作的。
它是生产纯氢的核心。
PSA由八个吸附塔组成，原生产工艺为4-1-2（4－4个塔同时运行；1－任一时间1个塔处在吸附状态，即送出成品纯氢；2－两次均压），现改为8-2-3工艺进行正常生产，事故状态下（一个塔或几个塔发生故障）切到7-2-3或4-1-2工艺运行。
各工艺运行时，各塔依次重复前一个塔上各电磁阀的运行状态，实现了一个封闭的循环，保证了生产的连续性。
各工艺间切换时必须参照将要切入或切出塔的压力，在特定的周期，步序才允许相互切换，以此确保了平稳无扰的生产运行。
改造后，纯氢的产量大大提高，工艺的灵活定有了很大的增强。
2、硬件：
在加制氢装置ABB公司MOD300DCS系统的基础上，添加了5块数字量输入卡（32路），3块数字量输出卡（32路），8路模拟量输入回路，6路模拟量输出回路。
3、软件：
利用DCS的操作平台，进行了各种功能的开发，如流程图、手操画面、切换画面，以及数据库中对新添卡件及回路的组态。
4、程序编制：
原有的设计方案需要单独引进一套PLC。
考虑到ABB公司MOD300DCS系统的稳定性，该系统自身所带的软件及内存容量，决定依据设计要求，独立进行DCS的软件开发。
PSA装置各塔的循环重复性是本程序的编程基础，依据时序图，确定了各分周期、步序中64个电磁阀的开关状态及时间。
4.1程序良好的可视性及可操作性：
程序良好的可视性及可操作性是设计原则。
利用强大的MOD300DCS绘图功能，绘制完成了人机界面。
在程序对现场电磁阀进行控制的同时，将各电磁阀接收到的开关指令，以及阀位的当前状态，在操作画面上即时显示。
考虑到电磁阀气路部分的滞后，若各电磁阀的回讯信息与其接收的动作指令不一致，延时1秒后，电磁阀颜色开始闪烁，以引起操作人员注意，及时检查阀位，确保生产正常运行。
在各阀的动作与各塔的状态信息严格一致符合设计要求的前提下，为使操作程序具有良好的可操作性，又引入了功能键。
共有STEP（步进）、RESET（复位）、START（启动）、PAUSE（暂停）、AUTO（自动）、MANUAL（手动）六个功能键。
为防止误操作，又增加了双重命令键。
只有在双重命令键的有效期（5秒）内，按下双重命令键（变为绿色，表示双重命令有效），在其有效期内，再按功能键，程序才响应相应的操作，否则，在双重命令键失效后（为红色），程序不响应操作，各功能键与双重命令键在一起有如下功能：
a、步进：
中断当前正在执行的步序，转入下一步。
b、复位：
中断当前正在执行的步序，从第一个周期的第一步重新开始运行。
c、暂停与启动：
是两个相关功能键，平时操作时默认为启动状态，暂停名令成立时，计算器停止计时，并保持当前的计算值，阀位保持不变，等待启动命令。
当启动命令成立时，计算器接着计时，暂停功能相当于延长了正在运行的步序的执行时间。
d、手动与自动：
是两个相关功能键，默认的状态为自动。
手动命令条件成立时，保持当前计时器的值，所有电磁阀全关，保持各吸附塔内的压力。
此时由操作人员调出PSA的手操画面对各个阀进行手动操作，操作完毕后由自动命令使程序继续运行。
TCL语言与PASCAL语言类似.现将实现各功能键的作用的程序列举如下:
L:
=0;
IF（%DELAY1-I_O.AC=1）THEN/*双重命令键有效*/
BEGIN
IF（%STEP1-I_O.AC=1）THEN/*步进*/
%TIM10-TIM.DN:
=1;
IF（%RESET1-I_O.AC=1）THEN/*复位*/
BEGIN
%TIM9-TIM.EN:
=1;
%TIM10-TIM.DN:
=1;
GOTO2;
END
WHILE（%PAUSE1-I_O.AC=1）DO/*暂停功能*/
BEGIN
%TIM10-TIM.EN:
=1;
L:
=1;
WAIT（0.5）;
END
IF（L=1）THEN
%TIM10-TIM.EN:
=1;
I:
=0;
WHILE（%AUTO1-I_O.AC=0）DO/*手动功能*/
BEGIN
%TIM10-TIM.EN:
=1;
IF（I=0）THEN
MANAUTO（VMODEMAN,VCLOSE）;
I:
=1;
WAIT（0.5）;
END
IF（I=1）THEN/*返回自动*/
BEGIN
MANAUTO（VMODEAUTO,VAL）;
%TIM10-TIM.EN:
=1;
END
END
4.2程序框图：
此套PSA程序可分为3部分（由于程序太长，这里暂不提供，需要时请与我联系）
a、各塔运行状态框图：
输出状态信息
b、
读取该步的时间设定值
各塔阀位子程序框图：
手动?
返回主程序
C.主程序框图：
N
4.3程序运行的可靠性：
MOD300DCS系统硬件的可靠性是这次设计的基础。
此套MOD300DCS系统的通讯、控制站中重要卡件都有1：
1冗余备用。
一个发生故障时，另一个马上投入运行，二者之间被认为是无扰动的零秒切换，使系统安全可靠。
控制站CPU的毫秒级的扫描速度，确保了该程序运行的灵敏、有效。
炼化装置中对自动控制的可靠性要求比较高，因此在编程设计中从以下几个方面进行了特殊设计。
a、程序修改的权限性：
只有处于工程师权限时才能修改程序，操作人员只能对正在运行的程序进行操作，不能修改程序。
b、程序的激活和下装只能在工程师权限时才能操作完成，这样就避免了操作工的误操作，保证了PSA的连续可靠运行。
c、程序通过操作站良好的人机界面进行编程，并下装到控制站运行。
由于控制站不直接进行人机对话，所以就避免了因误操作引起的死机现象。
再加上控制站的冗余设计更加提高了程序运行的可靠性。
d、由于程序所用语言与该DCS系统所用语言相同，所以该程序有较好的可读性和识别性，从而进一步保证了程序运行的可靠性。
5、结论：
该程序的编制成功，为厂里节约了编程费用9万元及一套PLC的费用20万元。
该程序投入运行以后，一直比较平稳，且实践证明其可操作性良好。
采用该程序控制PSA后，使成品纯氢的纯度达99.99％，氢收率由原来的80％提高到84％。
按氢产量5000Nm3/h，每年运行8000h计算，每年可多产氢：
5000×8000×4％＝1.6×106Nm3
为总厂取得了较好的经济效益。
作者简介:
曹玲，女，出生于1973年，山东省菏泽人，1996年毕业于抚顺石油学院自动化系工业自动化专业，获工学学士学位。
现在胜利石化总厂仪表车间工作，主要从事仪表及DCS系统维护与维修。
电话：
0546-8596741
通信地址：
山东省东营市胜利油田石化总厂仪表车间
邮编：
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