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摘要
在傳統的化工生產中人為因素引起質量波動較大：計量控制憑經驗“毛估估”所導致原料的消耗高、能耗量大、計量控制難。現代化的工控系統雖然能夠解決常規物料的控制問題，但是對于涉及到腐蝕性、粘稠性、結垢性、有毒性的液體物料就無能為力。本案以浙江新安化工集團股份有限公司為例，詳細介紹了液體稱重配料DCS計算機控制系統的建設目標，設計思想，描述了系統架構及主要功能的分析。
引言
我們在與浙江新安化工集團股份有限公司的業務往來中，了解到二甲酯是生產農藥草甘膦的主要原料，通常由三氯化磷、甲醇反應所生產，三氯化磷具有很強的腐蝕性，積垢性，而甲醇進廠時往往不干凈，帶有大量的纖維狀雜質，對它們有效計量成為自動化控制系統成功的關健。曾今上海某大學曾為農藥廠搞過一個自動化改造試驗，用2路電磁流量計、2路電動執行器、分別構成三氯化磷、甲醇的計量、控制閉環系統。在調試過程中，該控制系統順利運行了一個星期，各項指標符合用戶要求，控制曲線反應良好。但一星期過后，甲醇、三氯化磷的計量、控制失靈，系統停止運行，為廠家帶來36萬元的損失，究其原因：1.甲醇的進料雜質多，40孔目的濾網屢屢被雜質堵塞，嚴重時一個班往往要清理數次。2.因三化強腐蝕，易積垢使流量計精度下降，導致無法滿足生產要求。因此，液體計量常規設備―流量計，在測量如三化、甲醇等特殊液體時，將無法使用。
新安化工集團股份有限公司是大中型集團公司，公司主導產品草甘膦產量居亞洲第一。公司領導為了企業的長期發展，不惜投入巨資進行技術改造，使之成為一個現代化企業，要求本系統具有２２″以上彩顯，板件、電源熱備，板子能帶電拔插和軟件組態等功能。
草甘膦生產工藝
先加甲醇7.6立方,(30分鐘),三乙胺1830公斤(開攪拌)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,(解聚過程)加甘氨酸1525公斤,升溫42度)需要一小時左右,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個小時,打到平衡槽3個,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10度,升到120度,保溫2小時,控制蒸汽壓力6公斤,加水600公斤(母液),放到結晶釜,攪拌7加液堿300公斤,溫度30-40度,放在吸慮槽,存放2小時,抽母液,再加水攪拌一小時,再抽,控制循環水、冷凍鹽水和蒸汽氣動閥，完成合成過程的升溫和保溫過程。
設計思想
草甘膦的合成是在甲醇作為溶劑，由液體物質二甲酯、三乙胺（催化劑），固體物質多聚甲醛、甘氨酸解聚反應生成。而二甲酯的原料通常是三氯化磷和甲醇。三氯化磷具有很強的腐蝕性，積垢性；而甲醇進廠時往往不干凈，帶有大量的纖維狀雜質。由此可見對它們有效計量成為自動化控制系統成功的關健。DCS系統計算機的控制其實就是，完成液體的正確下料，完成固體的計量下料，完成合成過程的過程控制。液體稱重計量和DCS計算機控制合二為一――液體稱重配料DCS計算機控制系統思路由此產生
針對腐蝕性、粘稠性、結垢性、有毒性的液體，運用獨創先進的液體稱重減量法測量工藝，把傳統的液體計量工藝加以改造并與DCS系統結合，使之能滿足特殊液體的自動化計量與控制。
關鍵問題的解決辦法
·由于三化是強腐蝕液體，計量槽如不固定，易成為企業的安全隱患，但常規的固定方法，又使系統計量精度下降，直至無法使用。利用自主設計的特殊機械結構固定，解決了這一對矛盾。
·計量槽的本身重量往往占液體滿量程的80％左右，在信號放大時，我們設計了一種大范圍調零放大電路，提高噪比。
·在工業現場，往往受諸如電磁干擾，振動等影響，使系統的計量精度下降，本系統除用“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。
主要技術原理
液體減量法測量與控制工藝：
該工藝采用與被測量液體非直接接觸的測量方式，用間斷式且相對靜態的重量法替代傳統的連續動態的體積法進行流量計量，并將普通一次計量過程改變為二次計量過程：備料（增量計量）與卸料（減量計量）過程，大大提高了測量與控制的精度。采用特殊的積分分離PID控制算法進行控制，能消除現場的大部分干擾和零漂誤差。因此，控制絕對誤差要小的多，可達到千分之幾的精度，特別適合于高精度的液體化工原材料的配料計量流程。
DCS計算機系統的硬件與軟件原理
1.系統硬件包括將專業控制設備、通用設備和輔助外圍設備按照總線拓撲結構，通過網絡電纜和信號線有機連接。系統硬件結構圖如下：
2．系統軟件包括操作系統、組態軟件、監控軟件、現場控制站
采集、控制軟件、通訊及接口軟件、數據庫等，在操作系統平臺上，
組態軟件按照實際生產工藝需要生成監控軟件，完成實時的生產控
制任務。
DCS軟件系統結構圖如下：
液體稱重配料DCS計算機控制系統性能指標
·系統的DCS計算機采用總線設計、結構合理、擴展、維護方便、系統完整；
·系統具有1∶1板件熱備，帶電拔插，軟件功能功能；
·系統稱重計量范圍0.1－10t；
·系統控制計量精度≤5‰；
·系統外圍模塊齊全，信號隔離器、配電器及控制輸出安全柵齊備，適應各種惡劣生產環境。
2、 實行的技術路線及方案
本方案用三只高精度稱重傳感器替代轉子流量計或電磁流量計等常規液體檢測儀器來進行液體計量。
三只高精度壓力傳感器，按120度方向均勻分布在計量槽支撐點上，用一只高精度傳感放大器，將三只傳感器信號疊加放大到４－２0mA電流信號，通過屏蔽線傳入DCS系統，并將計量槽的皮重通過調零電路預先去掉。
計量控制原理圖 傳感器分布示意圖
計量系統（含計量槽，高精度傳感器，放大器，軟接系統）安裝完成后，先用25kg砝碼若干只，（合計重量應在待測的量程一半以上），通過現場標定，確定標定系數，從而校正計量系統，使之精度控制在2‰以內。
備料前，先在微機上設好備料數，輸出一開關量信號，打開備料泵，通過計算機實時監控判斷，至控制值減余值為止，關閉備料泵，引入余值是為了防止沖料過量，對余值在不同設定值下標定，能使備料更接近設定值。
備料完成后，然后慢慢打開氣動執行器，每秒對計量槽進行檢測，并將采樣值在緩沖區保存，上次保存數據減去本次采樣值，通過換算，得出本次實際流量，計算機將該流量信號與設定值進行比較，經PID公式計算輸出一個控制信號，控制氣動執行器的閥開度，通過不斷修正，使液體流量輸出保持在設定值左右，直至計量槽中物料減至下限，重新開始備料和流量控制，周而復始循環。減量法針對現場的重復性干擾及信號零漂、溫漂等具有較強的消除誤差能力，因而，常規計量器具受工業現場的限制，累積誤差較大，而采用該工藝，一般累計誤差可控制5‰以內，且穩定、可靠。
在總結現有國際國內DCS控制系統技術成果基礎上，遵循DCS系統軟、硬件國際標準，確定以總線為基礎，進行整體工藝設計和項目開發，并保證硬件與國際流行系統的兼容性和軟件的通用性、可移植性。
目前進展及國內外同類產品比較
由浙江省科學技術情報研究所檢索結論表明，目前國內、國際均沒有關于“減量法”計量工藝運用于DCS系統液體測量與控制及綜合生產管理系統的先例，該項目填補一項國內空白。
本項目產品與國內外傳統產品的主要技術性能指標比較：
項 目
國 際
國 內
本產品
減量法測量液體流量
無
無
有
液體測量方法
（直接）體積法
（直接）體積法
（間接）重量法
測量、控制方案
動態
動態
相對靜態
計量次數
一次
一次
二次
計量類型
增量計量
增量計量
一次增量一次減量計量
計量控制精度
1％左右
3％左右
≤2‰
可靠及穩定性
一般
一般
可靠
結語
浙江新安化工集團股份有限公司草甘膦生產線，采用高可靠性的SIEMENS PLC S7-300，整個工藝過程采用杭州求是計算機有限公司開發的液體稱重配料DCS計算機控制系統方案。該系統自投入生產使用以來，按工藝方面的要求經常修改，系統運行一直良好，系統未出現過任何故障和誤動作。系統安全可靠，操作方便，維護簡單，大大地提高了自動化水平，獲得了廠方的高度認同。又由于系統具：模塊化，高可靠性；可在線組態軟件，動畫圖形，全屏幕操作；、多種控制算法，可在線選擇；“傻瓜”式人機對話，等特點也得到了操作人員的一致好評。
其它草甘膦行業應用
1、浙江金帆達生化股份有限公司1.2萬噸草甘膦DCS計算機系統
2、湖北泰盛化工有限公司５萬噸草甘膦DCS計算機系統
3、浙江新安化工股份有限公司1.2萬噸二甲酯DCS計算機系統
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：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
