張怡典，奚 泉

(九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西九江 332007)

1 前言

現(xiàn)代大、中型空分設(shè)備中，分子篩純化系統(tǒng)作為其中關(guān)鍵設(shè)備之一，用于清除原料空氣中的水分、二氧化碳和碳氫化合物等雜質(zhì)，已經(jīng)受到廣泛的重視和應(yīng)用。分子篩凈化空氣流程因具有產(chǎn)品提取量大、操作簡便、運轉(zhuǎn)周期長和使用安全可靠等諸多優(yōu)點，代表著現(xiàn)代空分技術(shù)的主導(dǎo)方向［1］。分子篩純化系統(tǒng)運行效果的好壞，直接影響空分設(shè)備的運行負荷，更關(guān)系到空分設(shè)備的安全生產(chǎn)，因此，分子篩純化系統(tǒng)的控制非常重要。當前，分子篩純化系統(tǒng)的運行大多采用直接采用DCS控制系統(tǒng)控制，系統(tǒng)比較復(fù)雜，而且維護困難、成本高，所以研制一種系統(tǒng)簡單可靠易于維護的新型分子篩純化系統(tǒng)智能控制器顯得尤為重要。江西某公司研制了一種基于RS-485總線網(wǎng)絡(luò)的分子篩純化系統(tǒng)智能控制器，并且成功地應(yīng)用于分子篩純化系統(tǒng)。

2 分子篩純化系統(tǒng)的控制要求

2.1 分子篩純化系統(tǒng)的工藝流程

在空分系統(tǒng)中，被壓縮的空氣經(jīng)過預(yù)冷設(shè)備冷卻到一定溫度后，通過圖1中MS1201或MS1202分子篩吸附器時，空氣中含有的水分、二氧化碳等雜質(zhì)被吸附清除，凈化后的空氣進入冷箱中的主換熱器。

圖1 分子篩純化系統(tǒng)工作流程圖

2.2 分子篩純化系統(tǒng)的控制時序表

根據(jù)分子篩純化系統(tǒng)的工作流程，可以總結(jié)其控制時序，詳見表1所列。

表1 分子篩純化系統(tǒng)時序控制表

3 系統(tǒng)控制關(guān)鍵問題的解決

3.1 自動和手動控制功能

智能控制器可以為分子篩純化系統(tǒng)提供自動控制功能。自動運行時，分子篩吸附器切換進程，將按照用戶設(shè)定的進程時間自動進行。運行過程中，當純化器的工況數(shù)據(jù)不能滿足要求，如出現(xiàn)有壓力、溫度聯(lián)鎖保護情況時，控制系統(tǒng)會給出中文提示并提供給用戶二種選擇:暫停等待和繼續(xù)。

本系統(tǒng)具有穩(wěn)定的污氮壓力PID調(diào)節(jié)功能，同時配置了獨立的純化器手操器，可以脫離本控制系統(tǒng)獨立操作純化器工作。手動運行時，純化器的吸附器切換進程完全由操作人員通過操作“分子篩純化系統(tǒng)手動操作器”上的開關(guān)進行，智能控制器不作任何干預(yù)或限制。需要注意的是，手動操作時，操作人員必須嚴格按照分子篩純化系統(tǒng)運行流程運行。

系統(tǒng)控制分子篩吸附器切換的所有進程時間可由用戶設(shè)置，切換進程對用戶完全透明，若用戶有需要，可以臨時性地改變純化器運行的當前進程，每按動一次延長或縮短按鈕，可以將進程延長或縮短5 min。對于閥門位置反饋故障，用戶可選擇忽略跳過。

3.2 手動和自動運行方式的無擾動切換

純化器在運行過程中，如果要在手動和自動運行方式之間進行轉(zhuǎn)換，必須保證做到無擾動切換。

手動與自動運行方式切換時，用戶需要利用延長/縮短按鈕的功能，讓控制系統(tǒng)的自動運行進程快速前進到與當前純化器的進程相一致，然后才能按下自動按鈕，進入自動運行方式。

自動與手動運行方式切換時，用戶需要根據(jù)智能控制器LCD界面上的閥門狀態(tài)指示和加熱狀態(tài)指示，將“分子篩純化系統(tǒng)手動操作器”上各個閥門的手操開關(guān)扳到實際運行位置，然后才能按下手動按鈕，進入手動運行方式。

3.3 純化器運行過程中的聯(lián)鎖保護

(1)純化器運行的聯(lián)鎖保護有4種:卸壓后吸附器壓力偏高、加熱時間到再生氣出口溫度偏低、吹冷后再生氣出口溫度偏高、升壓后吸附器壓力偏低。當這4種情況出現(xiàn)后，控制系統(tǒng)給出文字提示、報警并提供“暫停等待”和“繼續(xù)再生”2個走向讓操作人員選擇。

(2)污氮加熱的聯(lián)鎖保護有2種:污氮流量過低、再生氣出加熱器溫度高。當污氮流量過低時，將強行停止加熱。當再生氣出加熱器溫度高于設(shè)置溫度后，將停止一組加熱器;如果再生氣出加熱器溫度高于設(shè)置溫度10℃后，將停止所有加熱器;當再生氣出加熱器溫度變送器、再生氣出口溫度變送器、污氮流量變送器出現(xiàn)開路/短路故障，以及它們所在的模塊出現(xiàn)脫網(wǎng)故障后，將聯(lián)鎖停止電加熱器。

3.4 污氮壓力的PID調(diào)節(jié)

污氮放空調(diào)節(jié)閥與污氮進加熱器壓力形成PID調(diào)節(jié)，適當調(diào)整該PID調(diào)節(jié)參數(shù)，可以將污氮壓力穩(wěn)定在要求的范圍內(nèi)。PID調(diào)節(jié)功能在系統(tǒng)上電時默認為關(guān)閉狀態(tài)，可以通過控制柜面板上的PID開關(guān)打開或關(guān)閉該PID功能。

PID調(diào)節(jié)關(guān)閉后，只能由操作人員手動操作污氮放空調(diào)節(jié)閥的開度來維持污氮壓力的穩(wěn)定。污氮放空調(diào)節(jié)閥在失去儀表氣源時將自動處于全開狀態(tài)。

3.5 再生氣流量的自動控制

為穩(wěn)定上塔的壓力和流量，污氮放空閥可以選用一個調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)P1203的狀態(tài)來調(diào)節(jié)。污氮用于再生純化器時，智能控制器自動關(guān)小污氮放空閥，如果用于升壓狀態(tài)時，控制系統(tǒng)開大污氮放空閥。

3.6 電加熱器的控制

由于分子篩純化系統(tǒng)中配置了二組電加熱器，因此智能控制器可以根據(jù)溫度的高低啟動或停止電加熱器。當溫度偏低時啟動兩組電加熱器，溫度偏高時停止其中一組;當溫度超高時二組電加熱器全停，溫度降低時重新啟動一組或二組全開;若再生氣出口溫度高于設(shè)定值時，停止二組電加熱器加熱，此次加熱過程結(jié)束，提前進入吹冷狀態(tài)。

3.7 控制系統(tǒng)的遠程監(jiān)控

智能控制器具有獨立的上位機軟件，可實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能。用戶既可在現(xiàn)場操作，也可以在控制室操作分子篩純化系統(tǒng)。當然用戶可使用相關(guān)通訊協(xié)議將智能控制器連接到用戶現(xiàn)有的DCS控制系統(tǒng)。

4 智能控制器的設(shè)計

圖2為智能控制器框圖。

圖2 智能控制器框圖

智能控制器由系統(tǒng)現(xiàn)場控制器、4～20 mA采集模塊、開關(guān)量采集模塊、繼電器輸出模塊、4～20 mA輸出模塊等模塊通過RS-485總線網(wǎng)絡(luò)連接?，F(xiàn)場控制器通過相關(guān)通信協(xié)議連接采集模塊將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集到控制器，或通過繼電器輸出或4～20 mA輸出模塊驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)作出相應(yīng)的控制。

5 結(jié)語

上述智能控制器已經(jīng)應(yīng)用到多個中小型空分系統(tǒng)項目中。目前各控制系統(tǒng)皆穩(wěn)定可靠的正常運行，從未發(fā)生過誤動作或故障，為企業(yè)節(jié)省了大量成本，并創(chuàng)造了良好效益。因此，分子篩純化系統(tǒng)作為空分設(shè)備的關(guān)鍵子系統(tǒng)有良好控制裝置，對整個空分設(shè)備的運行安全穩(wěn)定有重要影響，同時對企業(yè)的安全生產(chǎn)、增加效益、促進企業(yè)長久發(fā)展有著積極的作用。

［1］ 毛紹融，朱朔元，周智勇.現(xiàn)代空分設(shè)備技術(shù)與操作原理［M］.杭州:杭州出版社，2005.