PSA系统控制程序的设计及应用.docx

1、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MOD300 DCS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：ABB MOD300 PSA TCL 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

2、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Pressure Swing Absorption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(44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

3、-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MOD300 DCS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

4、制：原有的设计方案需要单独引进一套PLC。考虑到ABB 公司MOD300 DCS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MOD300 DCS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

5、，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

6、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

7、下:L:=0;IF(%DELAY1-I_O.AC=1) THEN /*双重命令键有效*/BEGINIF(%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;GOTO 2;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; WHI

8、LE(%AUTO1-I_O.AC=0) DO /*手动功能 */BEGIN %TIM10-TIM.EN:=1; IF(I=0) THENMANAUTO(VMODEMAN,VCLOSE); I:=1;WAIT(0.5); END IF(I=1) THEN /*返回自动*/BEGINMANAUTO(VMODEAUTO,VAL); %TIM10-TIM.EN:=1; ENDEND 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：N4.3程序运

9、行的可靠性：MOD300 DCS系统硬件的可靠性是这次设计的基础。此套MOD300 DCS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

10、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：5000800041.6106 Nm3 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： 257000