孔凡軍 馬華興 張繼穩(wěn) 付曉敏

（山東省鹽業(yè)集團(tuán)肥城精制鹽廠，山東 肥城 271600）

DCS 是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（ Distributed Control System），在國(guó)內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)，即所謂的分布式控制系統(tǒng)或集散系統(tǒng)，是相對(duì)于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便。山東肥城精制鹽廠2×3萬t原料藥（氯化鈉）搬遷節(jié)能技改項(xiàng)目成功地將DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)踐中，提升了生產(chǎn)自動(dòng)化水平，提高了生產(chǎn)效率，為企業(yè)更好更快發(fā)展打下了基礎(chǔ)。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

山東肥城精制鹽廠系山東省鹽務(wù)局（山東省鹽業(yè)集團(tuán)有限公司）直屬企業(yè)，歷經(jīng)20多年的發(fā)展，企業(yè)集食用鹽、原料藥（氯化鈉）、飼料添加劑（氯化鈉）、工業(yè)鹽及洗浴鹽的生產(chǎn)、銷售于一體。早在2003年7月，企業(yè)取得藥品GMP證書，年產(chǎn)原料藥（氯化鈉）1.2萬t，是國(guó)內(nèi)重要的原料藥（氯化鈉）生產(chǎn)企業(yè)之一，山東省唯一的原料藥（氯化鈉）生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品銷往全國(guó)23個(gè)省、市、自治區(qū)的280多家制藥企業(yè)。2013年，企業(yè)針對(duì)鹽業(yè)市場(chǎng)改革的新形勢(shì)，不斷加快轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐，新上2×3萬t原料藥（氯化鈉）搬遷節(jié)能技改項(xiàng)目。該項(xiàng)目于2014年3月竣工試車，2014年8月份成功通過山東省食品藥品監(jiān)督管理局組織的GMP現(xiàn)場(chǎng)審核認(rèn)證。

2 系統(tǒng)方案與控制結(jié)構(gòu)

DCS 的骨架——系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，是DCS 的基礎(chǔ)和核心。網(wǎng)絡(luò)對(duì)于DCS 整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和擴(kuò)充性，起著決定性的作用。該系統(tǒng)是一種完全對(duì)現(xiàn)場(chǎng)I/O 處理并實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。一套DCS 中要設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)I/O 控制站，用以分擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的I/O 和控制功能。這樣既可以避免由于一個(gè)站點(diǎn)失效造成整個(gè)系統(tǒng)的失效，提高系統(tǒng)可靠性，也可以使各站點(diǎn)分擔(dān)數(shù)據(jù)采集和控制功能，有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。DCS 的操作員是處理一切與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面（HMI-Human Machine Interface或Operator Interface）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。工程師站是對(duì)DCS 進(jìn)行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其主要功能是提DCS進(jìn)行組態(tài)，供對(duì)配置工作的工具軟件（即組態(tài)軟件），并在DCS在線運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)視DCS網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況，使系統(tǒng)工程師可以通過工程師站及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，使DCS隨時(shí)處在最佳的工作狀態(tài)下。

3 具體應(yīng)用與范圍

根據(jù)工藝要求，該廠將DCS控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作了鹵水凈化、蒸發(fā)結(jié)晶、手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換、空調(diào)凈化、電磁閥控制、藥庫(kù)管理等功能模板，通過控制界面實(shí)現(xiàn)工藝操作，提高了工作效率。還根據(jù)可配置軟件包，允許用戶通過配置預(yù)先確定的軟件模塊及開發(fā)新的應(yīng)用軟件模塊來發(fā)展自己的應(yīng)用軟件，如人機(jī)對(duì)話接口(HMl)、管理控制及數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)(SCADA)、實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)控制系統(tǒng)(LAS)、實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)、物料需求計(jì)劃系統(tǒng)(MRP)、應(yīng)用及產(chǎn)品數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(SAP)、部分可編程序邏輯控制器(PLC)等模塊。

3.1 在鹵水凈化、蒸發(fā)結(jié)晶模板中的應(yīng)用

通過控制界面來實(shí)現(xiàn)料液流量、溫度、反應(yīng)時(shí)間、精密過濾、pH調(diào)整及加料、轉(zhuǎn)料、排料、脫水、干燥、計(jì)量等參數(shù)的控制，所有數(shù)據(jù)自動(dòng)儲(chǔ)存，方便查詢，利于追溯。數(shù)據(jù)庫(kù)核心技術(shù)達(dá)到“分散存儲(chǔ)、全局管理”。

3.2 DCS控制系統(tǒng)在潔凈室管理中的應(yīng)用

對(duì)于潔凈室來說，潔凈度達(dá)標(biāo)是基本，影響潔凈度的主要原因是塵埃，減少門的開啟來控制塵埃是有效的控制方法之一。因此，門禁控制系統(tǒng)的運(yùn)用是非常實(shí)用和有效的。門禁系統(tǒng)控制主要是通過DCS編程來實(shí)現(xiàn)門與門之間的互鎖，尤其是人員凈化通道的各區(qū)之間門的互鎖。比如人員從一更凈化緩沖區(qū)進(jìn)入二更，如果本區(qū)的門沒有關(guān)閉，那么進(jìn)入二更的門是打不開的，這樣就有效地控制了由于管理上出現(xiàn)的漏洞造成污染和交叉污染，進(jìn)而提高質(zhì)量。

3.3 DCS控制系統(tǒng)在凈化空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

（1）空氣的潔凈度控制：潔凈度的控制主要通過過濾器和室內(nèi)需要達(dá)到一定的換氣量來實(shí)現(xiàn)，過濾器的性能好壞及長(zhǎng)時(shí)間的堵塞，直接影響到空氣的潔凈度。采用遠(yuǎn)傳式儀表配合DCS控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。

（2）溫度控制：溫度的來源主要是通過空調(diào)機(jī)組內(nèi)表冷及加熱段的冷熱源與經(jīng)過的空氣進(jìn)行冷熱交換得來的。先采用室內(nèi)遠(yuǎn)傳感器通過變送器、各種調(diào)節(jié)器，利用DCS控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制的目的。

（3）濕度控制：濕度的大小直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。利用DCS程序設(shè)計(jì)控制濕度，既能控制相對(duì)精確一些又能減少投資。濕度的調(diào)節(jié)可利用蒸汽進(jìn)行加濕。

（4）壓差控制：采用差壓變送器連接DCS控制系統(tǒng)，按工藝要求維持正壓或負(fù)壓。差壓變送器控制是利用差壓變送器檢測(cè)室內(nèi)壓力，通過調(diào)節(jié)器、DCS控制系統(tǒng)來控制回風(fēng)調(diào)節(jié)閥，控制必要的新風(fēng)量，利用DCS和電動(dòng)風(fēng)閥控制不同房間的送風(fēng)和回風(fēng)，可使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單化。

4 工藝過程的實(shí)現(xiàn)與運(yùn)行效果

鹵水凈化根據(jù)其工藝將流程圖畫面分為:a段、b段、精密過濾（包括靜態(tài)混合調(diào)酸）3幅工藝流程圖畫面，在畫面中該廠制作了鹵水體積動(dòng)態(tài)顯示、溫度自動(dòng)控制、精鹵濁度監(jiān)控、酸度自動(dòng)調(diào)節(jié)等畫面。為了避免操作工的視覺疲勞，在畫面里制作了動(dòng)態(tài)軟開關(guān)，水的動(dòng)態(tài)流動(dòng)等在畫面中用軟件邏輯控制，可由操作工根據(jù)需要控制。

蒸發(fā)結(jié)晶在原料藥（氯化鈉）生產(chǎn)過程中是一個(gè)關(guān)鍵過程，溫度、壓力、真空、排鹽時(shí)間和沖洗時(shí)間、干燥溫度等參數(shù)是控制的關(guān)鍵，該廠制作了程控程序，其各項(xiàng)參數(shù)控制邏輯程序在DCS控制器中實(shí)現(xiàn)，用軟件實(shí)現(xiàn)了程控溫度、壓力、真空、排鹽時(shí)間、沖洗時(shí)間和干燥溫度的邏輯切換，為下一步探索最佳的工藝方式打下了基礎(chǔ)。

對(duì)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ效蒸發(fā)罐蒸發(fā)室液位和閃發(fā)器等進(jìn)行了自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，由于許多調(diào)節(jié)回路的SP值(設(shè)定值)是一個(gè)不確定的數(shù)，需根據(jù)不同時(shí)期的要求變化;在PID調(diào)節(jié)手動(dòng)與自動(dòng)切換的設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)成手動(dòng)時(shí)SP跟蹤PV，自動(dòng)時(shí)根據(jù)切換時(shí)的SP值調(diào)節(jié)工藝過程值，這樣當(dāng)操作工手動(dòng)將工藝過程值調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，切換到自動(dòng)即可立即對(duì)這個(gè)工藝值進(jìn)行調(diào)節(jié)，利于操作人員進(jìn)一步摸索提高生成效率的方法。制作了耗蒸汽量、出鹽量等工藝參數(shù)的累積計(jì)算，可制作長(zhǎng)達(dá)60年的自動(dòng)趨勢(shì)報(bào)表和每天自動(dòng)日?qǐng)?bào)報(bào)表，企業(yè)可依據(jù)這些報(bào)表數(shù)據(jù)分析生產(chǎn)過程，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，不斷提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。在軟件的設(shè)計(jì)、操作畫面上該廠考慮了多種快捷方式，利于快捷查詢所需要的信息。當(dāng)操作員站、工程師站關(guān)閉一臺(tái)或全部關(guān)閉，只要過程站不停，系統(tǒng)不會(huì)停機(jī)，而過程站采用雙機(jī)熱備份的冗余方式，系統(tǒng)接線端子均采用進(jìn)口端子，降低故障率，所以整個(gè)系統(tǒng)安全性很高。

同時(shí)，將DCS控制系統(tǒng)引入到潔凈室管理及凈化空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用中，該廠將結(jié)合GMP相關(guān)技術(shù)要求，進(jìn)一步開創(chuàng)自動(dòng)化應(yīng)用新空間。

5 成效

通過幾個(gè)月來的試運(yùn)行，該系統(tǒng)運(yùn)行正常穩(wěn)定，在原有車間人員不增加的前提下，使產(chǎn)能由1.2萬t達(dá)到3萬t規(guī)模，顯著提高了勞動(dòng)效率，同時(shí)生產(chǎn)過程符合藥品生產(chǎn)規(guī)范，產(chǎn)品質(zhì)量符合質(zhì)量要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期，效果明顯。