空分装置群控制系统探究范文

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《科技创业家杂志》2014年第九期

1系统简介和应用

1.1APCS先进过程控制系统，即通过先进的控制理论和现代控制方法来实现实现复杂的过程功能和特定目标，具有连续自动实现动态平衡的系统。空分中常用的高级控制有：基于物理平衡的线性模型系统，线性模型预测控制系统等。实现的复杂功能和特定目标有：自动变负荷，专家自稳定系统，产品产量自适应系统，能耗优化系统等等可以实现各种复杂控制功能。

1.2SIS即安全仪表系统，是按照IEC61511和IEC61508标准设计和确定的，用于实现功能安全，提高装置安全级别，减少危险失效率的仪表系统。安全仪表系统的核心是逻辑解算器，由早期的继电器逻辑回路演进到可编程逻辑控制器进一步。一般有两种模式：一种是硬接线模式，即通过智能仪表产生越限报警信号，触发继电器逻辑回路实现预定安全联锁目标和动作的智能仪表完全回路。空分安全一般有以下四类低温压力容器液位超负荷问题；低温液体气化产品失热问题；危险微量易爆物质集聚问题；大型转动机组的保护和诊断问题。SIS将就木桶原理，其安全完整性等级是有最低等级的部件决定的。所以高等级逻辑解算器不一定能够构成高等级的系统，讲究适用即可，空分装置一般只需要最低等级即SIL1等级的安全仪表系统即可解决保护层问题。

2三种系统之间的关系

2.1从控制层来看(图1）先进控制系统是附着与基本过程控制系统之上，他不能独立于基本控制系统。先进过程控制系统不直接测量也不直接控制阀门，即先进过程控制系统不直接与装置接触却可以更全面本质的了解装置的动态。先进控制是基于基本控制的基础上的高级应用，一般只涉及到软体部分。BPCS是控制的基本依托和基本形式，实现的事最基本的控制层，其与控制对象通过测量仪表直接感触和通过执行器（一般是指阀门）直接控制。由于基本过程控制系统的局限性，往往控制都是单回路或者是简单多回路，对装置的感受和控制都是分区域的局部的单体的。甚或通过一定保护关系行程一种松散整体，但终究不是具有全局的整体。SIS对于控制层来说只是一种安全保护贯穿始终的。

2.2从安全角度看（图2）安全性由里而外提高。SIS是具有可验证且认证过的符合IEC61511标准的安全系统。BPCS是具有使用经验的具有一定安全性时效性的系统，但不足以成为独立的保护层。APCS则完全没有被赋予安全的责任，没有时效性和安全要求是当前APCS的消极特征。

3实例

以下以空分装置主要产品高压氧气的产量GOF为对象实例，解释一下三个功能系统的作用和关系。基本过程控制系统自动控制功能对氧气产量即流量的控制机理是，氧气流量需要提高时提高内压缩泵的转速OPS以使更多液氧被送往换热器蒸发输出并开大产品送出阀门GOSV增加氧气输送到产品管网。当氧气流量需要减少时降低内压缩泵的转速以使较少的液氧被送往换热器蒸发输出并关小阀门减少氧气输送到产品管网。先进过程控制系统的自动控制功能对氧气流量的变化控制机理是：如果需要增加氧气产量，则需要增加原料空气的进料量AIRinF，或者减少液氧LOF的产量使其转换为气氧产量，同时减少膨胀流量EXPTF或者增加液氮产量LNF减少气氮产量GNoutF等不同方案，可以根据预设模型、装置状态等多种情况调整装置的负荷后在通过基本控制系统实现氧气产量的变化。安全仪表系统对氧气流量的变化触发的保护机理是：如果氧气产量减少到一定限值FSLGOout而可能使装置处于危险状态时采取相同切断装置原料空气进料，这里所谓危险状态是指主冷凝蒸发器由于液氧排放不畅而集聚各种不溶颗粒易爆物质。

4发展方向

由上述可知APCS与SIS直接是完全没有联系的两个系统，BPCS与SIS直接的联系经历了由密切到分开完全独立，最后又走向融合的趋势。显然同一过程对象的各种系统之间建立联系比没有联系好，密切的联系会增加所控对象的可操作性，但目前在安全性上还有疑虑。所以应进一步思考增加APCS的安全预警功能，建立APCS与SIS的联系，发展三大不同功能系统间的融合，这是一种可能的趋势和潮流。发展的方向和目标是使各功能系统的各个阶段与保护系统融合信息流又在安全上相互独立。

作者：叶逍荣单位：林德工程（杭州）有限公司