李思煒

摘 要：順控程序一般由PLC或DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，具體的程序編寫(xiě)和組態(tài)工作由系統(tǒng)提供商負(fù)責(zé)完成，作為設(shè)計(jì)單位的工作主要是如何把控制要求準(zhǔn)確、完整和清晰地表達(dá)出來(lái)，從而可盡量避免在后期開(kāi)工調(diào)試和生產(chǎn)試運(yùn)行時(shí)再進(jìn)行反復(fù)修改。本文以某化工裝置的反沖控制為例，介紹了順控程序的設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)過(guò)程以及需要注意的地方。

關(guān)鍵詞：順序控制；反沖控制；控制按鈕；順控流程圖

自動(dòng)控制系統(tǒng)一般分為連續(xù)量控制系統(tǒng)和斷續(xù)量控制系統(tǒng)，其中前者以反饋控制系統(tǒng)為主，反饋控制除了簡(jiǎn)單的單回路控制，常見(jiàn)的還有串級(jí)控制、比值控制、分程控制等等，后者主要以順序控制為主，順序控制一般分為兩類(lèi)，一類(lèi)是直接按預(yù)先輸入的指令。按操作順序產(chǎn)生操作信號(hào)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行操作；另一類(lèi)則是需要檢測(cè)某些生產(chǎn)過(guò)程信號(hào)，根據(jù)這些生產(chǎn)過(guò)程信號(hào)的情況和預(yù)先輸入的指令，順序控制裝置順序產(chǎn)生操作信號(hào)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行操作。

在石油化工行業(yè)中，自控設(shè)計(jì)人員接觸最多的一般是反饋控制系統(tǒng)，順序控制系統(tǒng)多數(shù)情況下隨工藝設(shè)備或機(jī)械設(shè)備由廠家成套集成，在整個(gè)裝置或整個(gè)工程的設(shè)計(jì)中，自控設(shè)計(jì)人員一般只是協(xié)助業(yè)主確認(rèn)儀表選型，與設(shè)備廠家確定分工界面和接口，負(fù)責(zé)外圍的配套設(shè)計(jì)，但有時(shí)候業(yè)主從節(jié)省投資的角度考慮，希望由設(shè)計(jì)單位來(lái)完成此部分的設(shè)計(jì)內(nèi)容。筆者以某化工裝置的反應(yīng)液膜分離系統(tǒng)為例，闡述了在該系統(tǒng)中反沖控制程序的設(shè)計(jì)思路和方法。

1 項(xiàng)目概況

某新建化工裝置的生產(chǎn)過(guò)程控制采用分散型控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)DCS），該裝置的反應(yīng)液膜分離系統(tǒng)的反沖控制部分也由DCS系統(tǒng)執(zhí)行，現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行元件為氣動(dòng)控制閥門(mén)。下圖是反應(yīng)液膜分離系統(tǒng)的基本流程（實(shí)際流程是6個(gè)反應(yīng)膜），和反沖控制相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)儀表只有反沖閥和進(jìn)料閥，其中反沖閥的工藝參數(shù)為：操作溫度70℃，操作壓力1.2MPa.G，工藝介質(zhì)是反應(yīng)清液，工藝管線直徑和材質(zhì)分別是DN50和06Cr19Ni10，出料閥的工藝參數(shù)除操作壓力為0.6MPa.G外，其它參數(shù)和反沖閥一樣?？刂崎y門(mén)的選型相對(duì)比較簡(jiǎn)單，筆者選用了氣動(dòng)全通徑直通球閥（兩位開(kāi)關(guān)型），由于閥門(mén)關(guān)斷時(shí)間要求不大于1秒，對(duì)閥內(nèi)件硬度要求較高，因此閥芯和閥座材質(zhì)要求堆焊司太萊合金。

根據(jù)業(yè)主提供的反沖控制方案，設(shè)計(jì)人員的主要工作就是將這份控制方案進(jìn)行細(xì)化，形成一份詳細(xì)的反沖控制程序說(shuō)明書(shū)，DCS系統(tǒng)的組態(tài)工程師根據(jù)這份設(shè)計(jì)文件完成編程和組態(tài)工作.。

2 反沖控制程序的設(shè)計(jì)思路

2.1 工藝過(guò)程需求說(shuō)明

首先應(yīng)該把用戶(hù)的需求表達(dá)出來(lái)，以便讓有關(guān)人員了解這個(gè)程序的用途和需要實(shí)現(xiàn)的基本功能，在本文的例子里，就是用戶(hù)的工藝過(guò)程需求。

對(duì)工藝過(guò)程需求的說(shuō)明：①反沖對(duì)象：反應(yīng)膜L-101A1、L-101A2、L-101B1、L-101B2、L-101C1、L-101C2，共6個(gè)膜。②反沖執(zhí)行元件：每個(gè)膜設(shè)有1個(gè)反沖閥和1個(gè)出料閥。③反沖目的：防止膜管堵塞。④反應(yīng)膜的運(yùn)行情況可能有：膜A1/A2、膜B1/B2、膜C1/C2三組單獨(dú)運(yùn)行或其中任意兩組組合輪流運(yùn)行。根據(jù)投運(yùn)膜的情況啟動(dòng)不同的反沖程序，1個(gè)膜的反沖基本步驟為：關(guān)閉出料閥，延時(shí)X秒（時(shí)間可調(diào)），開(kāi)反沖閥，延時(shí)X秒（時(shí)間可調(diào)）；反沖閥和出料閥同時(shí)復(fù)位，即反沖閥關(guān)，出料閥開(kāi)，單個(gè)膜完成反沖，間隔X分鐘后（時(shí)間可調(diào)），該膜再次反沖。

2.2 操作界面的總體要求

詳細(xì)的操作界面一般是在項(xiàng)目實(shí)施階段由DCS系統(tǒng)廠商和業(yè)主共同制定，但對(duì)于一些設(shè)計(jì)人員認(rèn)為關(guān)鍵和必要的地方，可在設(shè)計(jì)文件中增加此部分的說(shuō)明。對(duì)操作界面的總體要求：①能指示順序控制的步驟，并能查看每一步動(dòng)作完成的情況。②建立閥門(mén)狀態(tài)列表，能顯示每個(gè)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)等。③具有“自動(dòng)”和“手動(dòng)”兩種工作模式，其中“手動(dòng)模式”中，可以在操作站的閥門(mén)狀態(tài)列表內(nèi)對(duì)閥門(mén)進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作，工作模式的切換，只允許具有特定操作權(quán)限人員進(jìn)行切換。

2.3 控制按鈕說(shuō)明

業(yè)主提供的反沖控制方案，缺少對(duì)人工控制部分的說(shuō)明，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)人員與業(yè)主的反復(fù)溝通，逐項(xiàng)討論每個(gè)具體的操作步驟，明確了業(yè)主對(duì)人工干預(yù)和人工操作的要求。

由于反沖控制程序需要設(shè)置較多的控制按鈕，因此需要對(duì)控制按鈕的數(shù)量、類(lèi)型、功能、儀表位號(hào)、各個(gè)階段的狀態(tài)等方面做詳細(xì)的定義，必要時(shí)可舉例說(shuō)明具體的操作過(guò)程。對(duì)控制按鈕的定義：

2.3.1 控制按鈕分以下幾種類(lèi)型

啟動(dòng)按鈕（瞬時(shí)型）：反沖程序執(zhí)行。

停止按鈕（瞬時(shí)型）：停止反沖程序，并將閥門(mén)復(fù)位到初始狀態(tài)（出料閥開(kāi)，反沖閥關(guān)）。

手動(dòng)開(kāi)閥/關(guān)閥按鈕（交替型，調(diào)試用）：可以手動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉反沖閥和出料閥，進(jìn)行手動(dòng)反沖。

手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕（交替型）：當(dāng)切換到手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)按鈕不可用；當(dāng)切換到自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，閥門(mén)復(fù)位到初始狀態(tài)，手動(dòng)開(kāi)閥/關(guān)閥按鈕不可用。

2.3.2 反沖控制程序啟動(dòng)按鈕有6個(gè)

①L-101A1/A2單獨(dú)運(yùn)行（XAS-101A）。

②L-101A1/A2 和L-101B1/B2輪流運(yùn)行（XAS-101AB）。

③（其余4個(gè)按鈕編制方法相同，在此省略）。

2.3.3 反沖控制程序停止按鈕為6個(gè)，對(duì)應(yīng)各自的啟動(dòng)按鈕

①L-101A1/A2停止單獨(dú)運(yùn)行（XSS-101A）。

②L-101A1/A2 和L-101B1/B2停止輪流運(yùn)行（XSS-101AB）。

③其余4個(gè)按鈕編制方法相同，在此省略）。

2.3.4 手動(dòng)開(kāi)閥/關(guān)閥按鈕為12個(gè)

①L-101A1反沖液進(jìn)口管開(kāi)關(guān)閥XV-101A手動(dòng)遙控（HS-101A）。

②L-101A1反應(yīng)清液出口管開(kāi)關(guān)閥XV-101B手動(dòng)遙控（HS-101B）。

③L-101A2反沖液進(jìn)口管開(kāi)關(guān)閥XV-101C手動(dòng)遙控（HS-101C）。

④L-101A2反應(yīng)清液出口管開(kāi)關(guān)閥XV-101D手動(dòng)遙控（HS-101D）。

⑤L-101B1反沖液進(jìn)口管開(kāi)關(guān)閥XV-102A手動(dòng)遙控（HS-102A）。

⑥L-101B1反應(yīng)清液出口管開(kāi)關(guān)閥XV-102B手動(dòng)遙控（HS-102B）。

⑦（其余6個(gè)按鈕編制方法相同，在此省略）。

2.3.5 手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕為3個(gè)

①L-101A1/A2反沖控制手動(dòng)/自動(dòng)切換（HAK-101A）。

②L-101B1/B2反沖控制手動(dòng)/自動(dòng)切換（HAK-101B）。

③L-101C1/C2反沖控制手動(dòng)/自動(dòng)切換（HAK-101C）。

2.3.6 控制按鈕的各種狀態(tài)

初始狀態(tài)：手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕位于自動(dòng)狀態(tài)并且可用，啟動(dòng)按鈕可用，手動(dòng)開(kāi)/關(guān)閥按鈕不可用，停止按鈕在任何狀態(tài)下都可用而不管按下該停止按鈕的動(dòng)作是否有意義（但應(yīng)有提示）。

自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)：當(dāng)按下某一啟動(dòng)按鈕后，所有的啟動(dòng)按鈕不可用，對(duì)應(yīng)的手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕不可用。只有停止該反沖程序后，所有的啟動(dòng)按鈕和對(duì)應(yīng)的手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕才恢復(fù)可用。例如，按下反應(yīng)膜L-101A1/A2 和L-101B1/B2輪流運(yùn)行啟動(dòng)按鈕XAS-101AB后，所有的啟動(dòng)按鈕不可用（包括XAS-101AB），對(duì)應(yīng)的手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕HAK-101A和HAK-101B不可用，只有按下反應(yīng)膜L-101A1/A2 和L-101B1/B2停止輪流運(yùn)行按鈕XSS-101AB后，所有的啟動(dòng)按鈕和對(duì)應(yīng)的手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕才恢復(fù)可用。

手動(dòng)操作狀態(tài)：首先要將手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕切換到手動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)候相關(guān)的啟動(dòng)按鈕不可用，相關(guān)的手動(dòng)開(kāi)閥/關(guān)閥按鈕可用。例如：按下反應(yīng)膜L-101A1/A2反沖控制手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕HAK-101A，啟動(dòng)按鈕XAS-101A、XAS-101AB、XAS-101AC不可用，手動(dòng)開(kāi)閥/關(guān)閥按鈕HS-101A/B/C/D可用，繼續(xù)按下反應(yīng)膜L-101B1/B2反沖控制手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕HAK-101B，啟動(dòng)按鈕XAS-101B、XAS-101BC也不可用，手動(dòng)開(kāi)閥/關(guān)閥按鈕HS-102A/B/C/D可用。需要恢復(fù)自動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，如果先將HAK-101A復(fù)位到自動(dòng)狀態(tài)，則啟動(dòng)按鈕XAS-101A、XAS-101AC恢復(fù)可用，XAS-101AB由于前面按下了HAK-101B，所以仍然不可用。

可用和不可用狀態(tài)：按鈕有可用狀態(tài)和不可用狀態(tài)，應(yīng)通過(guò)不同的顯示來(lái)區(qū)分（例如不同的顏色或其它方式）。啟動(dòng)按鈕的不可用狀態(tài)分三種，第一種是由于自動(dòng)運(yùn)行導(dǎo)致的不可用，第二種是由于手動(dòng)操作導(dǎo)致的不可用，第三種是由于自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)操作同時(shí)導(dǎo)致的不可用，這三種狀態(tài)應(yīng)能通過(guò)不同的顯示來(lái)區(qū)分（例如不同的圖標(biāo)、文字說(shuō)明或其它方式）。

先自動(dòng)運(yùn)行后手動(dòng)操作狀態(tài)：舉例說(shuō)明，按下反應(yīng)膜L-101A1/A2 和L-101B1/B2輪流運(yùn)行啟動(dòng)按鈕XAS-101AB后，所有啟動(dòng)按鈕不可用，對(duì)應(yīng)的手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕HAK-101A和HAK-101B不可用，如果接著按下手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕HAK-101C，手動(dòng)開(kāi)閥/關(guān)閥按鈕HS-103A/B/C/D可用，當(dāng)需要恢復(fù)啟動(dòng)按鈕可用時(shí)，如果先按下的是反應(yīng)膜L-101A1/A2 和L-101B1/B2停止輪流運(yùn)行按鈕XSS-101AB，則啟動(dòng)按鈕XAS-101A、XAS-101B和XAS-101AB恢復(fù)可用，XAS-101C、XAS-101AC和XAS-101BC由于前面按下了HAK-101C，所以仍然不可用。

先手動(dòng)操作后自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)不再做舉例說(shuō)明。

2.4 順序控制過(guò)程的表達(dá)

邏輯功能圖、順控流程圖、順序控制系統(tǒng)時(shí)序圖是用符號(hào)表達(dá)出被控對(duì)象的動(dòng)作順序、邏輯關(guān)系以及利用各種功能實(shí)現(xiàn)控制要求的順序圖。這是一種原理性圖，其特點(diǎn)是順序關(guān)系表達(dá)清晰明了，對(duì)編程、調(diào)試、檢查、排錯(cuò)具有指導(dǎo)作用。對(duì)于順序控制來(lái)說(shuō)，邏輯功能圖、順控流程圖、順序控制系統(tǒng)時(shí)序圖是邏輯功能設(shè)計(jì)階段表達(dá)邏輯關(guān)系的必要表達(dá)手段。

根據(jù)反沖控制程序的自身特點(diǎn)，筆者選擇了順控流程圖做為表達(dá)手段， 以L-101A1/A2單獨(dú)運(yùn)行為例，見(jiàn)圖2。

2.5 反沖控制的故障監(jiān)控

在反沖控制程序里，每個(gè)膜的出料閥關(guān)閉后，反沖閥才能打開(kāi)，反之也是如此，設(shè)計(jì)人員經(jīng)過(guò)和業(yè)主溝通后，認(rèn)為即使兩個(gè)閥短時(shí)間同時(shí)打開(kāi)，也不會(huì)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程造成危險(xiǎn)，因此在順控流程圖里并沒(méi)有加入這個(gè)判斷條件，只設(shè)置了報(bào)警功能，報(bào)警條件是當(dāng)進(jìn)料閥和反沖閥的閥位回迅同時(shí)都沒(méi)有顯示關(guān)到位時(shí)，DCS系統(tǒng)操作站上發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒操作人員及時(shí)處理。

反沖過(guò)程中，反沖罐液位如果長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有變化，就表示反沖程序可能出現(xiàn)了故障，因此操作人員通過(guò)定時(shí)觀察反沖罐液位的趨勢(shì)圖，也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)是否有反沖故障。

3 結(jié)束語(yǔ)

DCS系統(tǒng)的工程師根據(jù)反沖控制程序說(shuō)明書(shū)，比較順利地完成了整個(gè)控制程序的編程和組態(tài)工作，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)文件預(yù)期的效果。

對(duì)于順序控制方案，順序控制部分在工藝包或業(yè)主方工藝人員提供的控制方案文檔中會(huì)描述得比較清楚，但對(duì)于人工控制部分往往沒(méi)有涉及或不夠具體，甚至業(yè)主也并不清楚自己需要怎樣的操作方式，這時(shí)候就需要設(shè)計(jì)人員先和業(yè)主進(jìn)行初步的交流和溝通，在消化理解了整個(gè)控制流程和控制要求后，寫(xiě)出詳細(xì)的控制說(shuō)明書(shū)，說(shuō)明書(shū)中應(yīng)有具體的操作方式和操作步驟，對(duì)于一些較難理解的地方，還可舉出實(shí)際的操作例子進(jìn)行說(shuō)明，在此控制說(shuō)明書(shū)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員和業(yè)主再做進(jìn)一步的討論并最終確定整個(gè)控制方案和流程。筆者將上述的設(shè)計(jì)過(guò)程和思路寫(xiě)出來(lái)，供讀者在遇到類(lèi)似的項(xiàng)目時(shí)做參考。

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