該空分裝置采用了加拿大Elsag公司的INFI-90控制系統(tǒng)，其中INFI-90DCS作為過程控制系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)采集、回路調(diào)節(jié)及邏輯順序控制;DECAlpha200計算機用于自動變負荷控制(ALC)。為了保證大型設備安全、可靠地運行，在現(xiàn)場選用了5臺PLC，分別完成空壓機、氮壓機、氧壓機和兩臺膨脹透平機的局部控制。主控室中配有1臺工程師工作站、1臺操作員監(jiān)控站、1臺自動變負荷過程站和3臺打印機，用于生產(chǎn)過程監(jiān)控，軟件組態(tài)及圖形、報警打印。控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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　　圖1 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖

　　該系統(tǒng)配置的最大特點是具有冗余功能，包括：

　　INFI-NET環(huán)的雙環(huán)熱態(tài)冗余。

　　兩塊網(wǎng)絡接口模件硬線配置成互為冗余，保證上環(huán)網(wǎng)的數(shù)據(jù)不中斷。

　　4個多功能處理器分別用硬線配置成兩對互為冗余模塊，保證系統(tǒng)程序執(zhí)行不中斷。

　　工程師工作站與操作員監(jiān)控站通過以太網(wǎng)配置成冗余，共享兩臺打印機。

　　2 控制功能

　　2.1 DCS過程控制

　　ElsagDCS主要完成產(chǎn)品加工區(qū)、存儲區(qū)的數(shù)據(jù)采集和回路控制。控制回路主要有空壓機吸入空氣的流量控制;空冷塔、水冷塔的液位控制;兩分子篩的運行步驟及切換控制;冷箱內(nèi)各精餾塔及管道內(nèi)的壓力、流量、溫度控制;存儲罐內(nèi)的液位及壓力控制等等。

　　為使整個生產(chǎn)過程運行穩(wěn)定，各回路間都設有級聯(lián)控制。該空分裝置主要是制取氧氣，氧氣流量調(diào)節(jié)回路如圖2所示。

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　　圖2 氧氣流量調(diào)節(jié)回路組態(tài)示意圖

　　由于氧氣流量調(diào)節(jié)會影響到氬餾分、氧氣壓力、氧氣溫度的變化，聯(lián)鎖停車信號會使回路處于安全設定值狀態(tài)，因此設計過程中需考慮到這些因素的存在，使之處于級聯(lián)狀態(tài)，保證了氧氣流量的安全調(diào)節(jié)。

　　PID回路調(diào)節(jié)是由PID功能塊和控制站功能塊組成，它有3種工作方式。

　　(1) 手動方式操作員在監(jiān)控畫面上直接修改閥門開度的輸出值，達到手動控制現(xiàn)場設備的目的。

　　(2) 自動方式操作員通過監(jiān)控畫面修改控制站功能塊的設定值1，由PID回路根據(jù)此設定值與測量值的偏差自動調(diào)節(jié)閥門的開度。

　　(3) 級聯(lián)方式與自動方式基本相同，但控制站功能塊的設定值2是由內(nèi)部程序修改，在監(jiān)控畫面上不能修改此設定值。

　　2.2 ALC

　　ALC是指通過DECAlpha200計算機中已組態(tài)好的實時數(shù)據(jù)庫(DHI)與DCS系統(tǒng)進行通信，以控制現(xiàn)場25個主要控制回路，改變空分裝置的運行負荷，即改變空氣的吸入量和能耗，并自動地按照一定算法改變后續(xù)工序的相應重要生產(chǎn)參數(shù)，實現(xiàn)氧氣產(chǎn)量隨需求量的變化而變化的自動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為設計產(chǎn)量的70%～100%。這樣就可降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。

　　2.2.1 ALC系統(tǒng)主要功能

　　(1) 操作員接口

　　用于氣氧產(chǎn)品目標產(chǎn)量的設定和自動變負荷全過程的監(jiān)視。為保證生產(chǎn)安全，該氣氧產(chǎn)品目標產(chǎn)量設定點有上、下限值。

　　(2) 計算塊和設定點斜坡函數(shù)

　　用于ALC所控制的25個控制回路的各個目標設定點及其他重要工藝參數(shù)的計算。

　　(3) 數(shù)據(jù)傳送

　　用于DEC Alpha200計算機計算出的各控制回路設定點的值到相應控制回路的動態(tài)傳送，其數(shù)據(jù)每5s刷新一次。ALC系統(tǒng)啟動前，受ALC控制的所有控制回路必須設定在適當?shù)牟僮鳡顟B(tài)(即自動/串級)。一旦出現(xiàn)錯誤的信號，ALC便自動停止數(shù)據(jù)的傳送，保持當前狀態(tài)，同時發(fā)出聲、光報警信號。

　　(4) 歷史趨勢圖顯示

　　用于顯示自動變負荷控制過程中主要控制回路的參數(shù)曲線，以便于操作人員監(jiān)視生產(chǎn)狀況。

　　(5) 安全運行

　　自動變負荷可以隨時啟動或停止，當25個控制回路中有1個出現(xiàn)錯誤時，變負荷將自動停止，各回路保持在當前狀態(tài)。

　　2.2.2 控制原理

　　對于每個控制回路來說，不同的氧產(chǎn)量值，對應著不同最佳設定值。在ALC系統(tǒng)內(nèi)部設置了一套自己的專家控制系統(tǒng)，它是由上千組不同氧產(chǎn)量值對應不同控制回路的最佳經(jīng)驗設定值組成。每次變負荷之前，系統(tǒng)根據(jù)當前各控制回路的工藝值、當前氧產(chǎn)量值、輸入的氧產(chǎn)量變量值、設計氧產(chǎn)量的最大最小值，計算出各控制回路的最終目標設定值和當前狀態(tài)(OK或ERRO);并且在從當前氧產(chǎn)量向目標氧產(chǎn)量的變化過程中，按照每次改變量不能超過上次氧產(chǎn)量值的5%的原則，每5s改變一次氧產(chǎn)量值，即每5s計算并發(fā)送一次各控制回路的設定值，并計算出完成本次變負荷所需要的時間，再由氧產(chǎn)量和完成變負荷的時間構(gòu)成一個一次函數(shù)，這就是斜坡方程。該斜坡方程控制曲線如圖3所示。ALC系統(tǒng)每次運行都是按照這一計算好的斜坡方程軌跡運行，直到運行時間結(jié)束。ALC系統(tǒng)控制運行流程圖如圖4所示。

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　　圖3 斜坡方程控制曲線示意圖

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　　圖4 ALC系統(tǒng)運行流程圖

　　2.3 PLC局部控制

　　PLC局部控制由4臺SIEMENS S5-115U 945和1臺三菱MELSEC A1S PLC組成，用來完成主廠房內(nèi)空壓機等大型主體設備的啟動、停止、運行的邏輯控制，回路控制及運行狀態(tài)監(jiān)視。