一、焦化簡介
煤炭是我國最主要的能源。除燃燒提供熱量外，還可經綜合加工利用，提供多種化工產品。實現煉焦及化學產品**的自動化，對我國煤炭資源的綜合利用有著重要的作用。
在生產冶金焦、硫酸銨和粗苯等產品的同時，其煤氣也可充分得到利用。焦化廠生產條件惡劣，操作人員處在易燃、易爆、有毒的環境中，安全生產和提高大氣環境質量是首要目標。焦化生產過程中的配煤、集氣管壓力、回爐煤氣總管壓力和回爐煤氣主管壓力、推焦等實現自動控制，對於保證安全生產，提高產品質量，降低生產成本，提高生產效率，減少大氣環境汙染，創造良好經濟效益，配合生產管理人員及企業領導高效地對生產過程進行決策、指揮都具有非常重要的意義。
隨著環保意識的日益加強，以及環保標準的提高，原來許多規模小、工藝落後的土法煉焦已不能適應現代工業發展的需要，擴大規模、進行深度加工的機焦的自動化控制水平成為當務之急。就過程控制方面，經歷了從氣動儀表、電動儀表、多迴路控制器到集散控制系統（dcs）的一步步發展，焦化行業過程控制系統採用dcs已成為當前的趨勢。
二、工藝流程簡介
煉焦工業的主要加工方法是煤炭在高溫（950-1050℃）的環境中生成焦炭，同時**在煉焦過程中產生的化學產品。產品焦炭可作為高爐冶煉的燃料，也可用於鋼鐵鍛造、有色金屬冶煉、製造水煤氣（用於製造生產合成氨的發生爐煤氣，也可用於製造電石。）在煉焦過程中產生的化學產品經過**、加工可以提取焦油、氨、萘、粗苯、硫化氫、氫化氰等產品，並獲得純淨焦爐煤氣。
焦化廠一般由備煤車間、煉焦車間、**（化產）車間及公用工程部分組成。備煤車間主要是裝置的啟、停控制，dcs實現其邏輯聯鎖。煉焦車間、煤氣**車間及及公用工程部分採用dcs來實現其控制。
備煤車間、煉焦車間工藝流程如下：
三、典型控制方案
焦化廠dcs系統控制最難點在焦爐加熱控制系統和集氣管壓力控制，下面分別闡明和利時公司針對焦化廠主要控制迴路的控制方案。
1、焦爐加熱模糊控制系統
煉焦爐是熱工窯爐中最為複雜的熱工裝置，不僅結構複雜，而且是乙個大時滯、非線性極強、多因素耦合的控制物件，若控制不好，產生大量黑煙，給環境造成嚴重汙染，同時對焦炭質量和爐體壽命也有重要影響。基於此，傳統pid和串級控制技術很難有效地對此進行控制，針對這種工況，和利時公司特採用多變數模糊控制和動態神經網路建模技術，充分考慮歷史資訊的作用，通過對煤氣流量和焦測、機測煙道吸力的調節，來很好地控制焦測、機測的直行溫度，實現了全爐直行溫度的穩定性和均勻性，實現了焦爐溫度的自動控制，控制效果優於人工操作和進口的dcs控制；在實施這一先進控制後，直行平均溫度波動範圍±５度；節約焦爐加熱煤氣３％（使用焦爐煤氣作為加熱煤氣時），保證了焦炭質量，節約了大量能源，從而延長了爐體壽命，降低了對環境汙染。
2、焦爐集氣管壓力控制
在焦化生產中，焦爐集氣管壓力的控制是乙個至關重要的引數，它的穩定與否直接關係到煤氣的產量和質量，集氣管壓力大，引起炭化室內的壓力增大，壓力大時焦爐冒煙嚴重，近距離不能看清裝置，大量焦爐媒氣進入空氣中，汙染環境；壓力小時空氣吸入嚴重，炭化室內產生負壓，則空氣被吸入炭化室，部分化學成分在炭化室內燃燒，導致煤氣中的co2和n2含量增加，煤氣熱值降低，同時會減少焦爐壽命。
集氣管壓力又是乙個很難控制的量，影響它的因素比較多：
a.跟煤氣產量和煤質有關。煤氣產量越大，壓力越大，反之壓力越小；另外跟煤質有關，當媒質較好、鼓風機後媒氣負荷穩定時，自動控制效果較好；當媒質較差、鼓風機後壓力變化大時，常常出現振盪現象，迫使系統無法投入自動控制。
b.幾個焦爐共用一套煤氣輸送系統，乙個焦爐集氣管壓力的波動均會影響總管壓力的波動，自動調節迴路之間也會相互影響。實際上，焦爐集氣管壓力系統就是乙個耦合嚴重、具有嚴重非線性、時變特性、擾動變化激烈的多變數系統，一般的經典pid調節和串級控制很難滿足要求。
c.裝煤操作對集氣管壓力影響很大。
d.鼓風機轉速調整影響集氣管壓力。
e.使用者煤氣使用量的變化也會造成影響。
f.煤氣交換機交換時的影響
g.作為控制機構之一的鼓風閘閥存在嚴重的非線性、滯後大，常規伺服放大器加執行結構很難適應。
3、荒煤氣集中管壓力控制：其目的是保證焦爐壓力穩定。根據集氣管壓力變化自動調節荒煤氣管道上的翻板開度，從而穩定集氣管壓力。
焦爐壓力高，炭化室內壓力大，增加煤氣洩漏的可能；焦爐壓力低，炭化室內產生負壓，則空氣便被吸入炭化室內，造成部分化學產品在炭化室內燃燒，導致煤氣中的co2和n2含量增加，從而使煤氣熱值降低，同時會減少焦爐壽命。
4、主煤氣流量控制：其目的是將焦爐溫度控制在1250-1350℃上。根據主煤氣流量變化自動調節主煤氣管道上的翻板開度，穩定主煤氣流量，保證焦爐溫度。
在煉焦煤性質穩定的情況下，加熱溫度的變化會對煉焦化產品的質量和產率產生影響。在煤氣性質穩定的前提下，通過控制燃燒室煤氣流量來保證焦爐加熱。
5、分煙道壓力控制
其目的是保證煙道的吸力穩定，達到合理的空氣過剩係數，從而減少熱損失，提高熱效率。根據分煙道壓力變化自動調節煙道翻板開度，穩定分煙道壓力。
6、鼓風機吸入壓力自動控制：其目的是保證煤氣吸力穩定，從而保證集氣管壓力穩定，進一步保證鼓風機後續工段的壓力穩定。針對不同形式的鼓風機，該控制可通過調節鼓風機轉速，或調節風機入口蝶閥，以及控制風機旁路等方法來實現。
壓力訊號可取自初冷器入口，引入dcs，由dcs輸出4-20ma訊號完成自動控制，同時可設手操器，作為dcs的後備手段。
7、初冷器後煤氣溫度控制：其目的是調節初冷器煤氣出口溫度穩定。出口溫度高，煤氣中的萘含量會過高，影響洗滌塔的穩定執行。
出口溫度過底，會造成煤氣過冷凝，導致初冷器阻力增大，同時增大製冷水量，能耗增加。通過調節初冷器下段製冷水流量，煤氣經初冷器後溫度可降至21-22℃，從而達到溫度控制的目的。
8、上段冷凝液槽液位控制：其目的是防止冷凝液溢槽。冷凝液含有輕質焦油和氨水，一旦溢位會造成環境汙染，很難用常規辦法清除。該控制通過調節至初冷器前荒煤氣管道上的調節閥門來實現。
9、電捕焦器絕緣箱壓力控制通過控制飽和蒸汽的壓力，從而保證絕緣箱溫度不低於90℃，防止絕緣瓷瓶表面結露，造成瓷瓶損壞。
10、高壓氨水壓力控制：只有高壓氨水的壓力穩定，才能在上公升管產生穩定的吸力，將裝煤過程中產生的煤氣吸入到集氣管中，從而改善爐頂操作環境，實現無菸裝煤。該控制可通過控制高壓氨水幫浦調頻電機轉速實現。
11、鼓風機機組自身的監控：包括潤滑油壓力、溫度、機組轉速、軸振動、軸位移以及機組軸承溫度、電機定子溫度等。
統方案與控制結構概述：
ac800f系統是abb集團推出的具有世界領先水平的全能綜合型開放控制系統，融傳統的dcs和plc優點於一體，並支援多種國際現場匯流排標準。它既具備dcs的複雜模擬迴路調節能力、友好的人機介面(hmi)及方便的工程軟體，又同時具有與高檔plc指標相當的高速邏輯和順序控制效能。系統既可連線常規i/o，又可連線profibus、ff、can、modbus、等各種現場匯流排裝置。
系統具備高度的靈活性和極好的擴充套件性，無論是小型生產裝置的控制，還是超大規模的全廠一體化控制，甚至對於跨廠的管理控制應用，都能應付自如。該系統公升級到v6.2（及以上版本）後，系統容量可以達到無窮多點（超過100萬個i/o），今後如果系統需要擴充套件，可直接在這個基礎上增加i/o或現場匯流排儀表，利於今後的發展。
系統包括操作級與過程級，操作級包括傳統控制功能，如操作與監視，歸檔與資訊記錄，趨勢與報警，迴路與邏輯控制功能等，為便於管理，所有功能均可在相應過程站中執行。
做為過程級是由乙個或幾個過程站組成，每個過程站由ac800f和擴充套件i/o s800單元組成。過程站cpu可以配置為冗餘或不冗餘系統，系統具有各種i/o模組與現場各種型別過程訊號相連線。
系統提供了兩種工業標準匯流排。過程站匯流排用於profibus-dp通訊；i/o匯流排用於現場i/o資料通訊，具有較高的安全性與較強資料可靠性。
diginets系統匯流排:（ethernet）用於過程級與操作級，通訊傳輸介質可以選擇同軸電纜或光纜。
該系統配備了多個工程師站和多台操作員站：工程師站使用工控pc機作為工程師站（也可使用便攜機作為除錯裝置）；系統操作員站執行在工業pc機上，全中文digivis軟體包基於ms windowsnt平台,其圖形操作介面增強了系統的使用與操作，此外，還可以提高pc機的外部裝置指標如顯示器、印表機、滑鼠及鍵盤等使系統操作更方便，該控制系統在一台pc機上完成操作與監控，系統可擴充套件至100個操作員站和100個過程控制站。
具體系統構成圖見附頁
3. 新技術的應用與發展：
1) 開放的現場匯流排技術：
雖然該專案暫時沒有用現場匯流排型現場儀表，為了利於使用者今後的發展，我們預留了匯流排硬體介面。在軟體方面abb ac800f控制器profibus模板支援dp v1標準，與純dp標準模件相比增加了對儀表的組態能力，這樣我們無須安裝各種儀表的專用組態軟體，僅匯入每個儀表的裝置引數檔案（gsd檔案），就可以實現在統一的系統程式設計軟體下對所有pa標準的儀表的引數程式設計組態的功能，該功能有效節省軟體成本，提高工程組態的效率。
2) 開放的控制功能：
該系統控制器採用risc處理器晶元，程式採用任務執行方式，每個任務都可以設定執行的週期和執行優先順序。所以既可以滿足複雜調節迴路控制要求（一般要求控制週期較長），又可以滿足快速電氣開關量控制，從而乙個控制器就可以覆蓋工廠所有環節控制要求。
程式設計時我們預留了大量的使用者自定義的控制功能塊，根據今後生產的需要，使用者可以自己添減功能，而iec61131-3程式設計標準的應用，使使用者只要有一些基礎知識，很快熟悉該系統程式設計。
所以雖然該工程既有複雜的迴路調節，又有較高的邏輯控制要求，我們對於每個關鍵的工藝通過配置冗餘過程控制器滿足了生產的要求，達到了使用者滿意的效果，完全滿足了工藝過程的全部需要。
3) 系統全域性資料庫技術：
系統全域性資料庫核心技術即「分散儲存，全域性管理」。系統程式設計軟體僅為專案生成乙個專案檔案，雖然每個控制器均開闢一定空間作為資料變數儲存區，，變數的修改與檢查也是系統全域性，系統的過程站與操作員站的組態為一套軟體。整個工程自控部分的安裝除錯開車只用了兩三周的時間，這是乙個很重要的因素。
4) 開放的tcp/ip協議乙太網技術：
在操作員站、工程師站、和過程站之間我們採用乙太網的方式：ac800f控制器系統通訊模板為標準tcp/ip協議乙太網模件，這樣使系統無須增加裝置就可以與工廠區域網連線，由於系統支援標準opc資料交換標準，使系統與各種第三方資料庫或軟體的資料交換將更加容易。
5) 系統易於擴充套件，系統軟體無資源限制，使用者今後如果需技術改造，新增加控制點、過程站，工程師站軟體無須重新購買，程式設計時僅在原專案檔案專案樹下新增幾個資源即可，方便了使用者今後的系統擴充套件和長遠發展。
6) 中文介面：系統選單，操作面板，系統字元表及系統提示資訊為中文；
4. 工藝過程的實現與執行效果：
根據其工藝過程將流程圖畫面分為:「6、7＃焦爐系統」，「鼓風、冷凝系統」「粗苯系統」「蒸氨系統」「溶脫系統」「製冷系統」等多幅工藝流程圖畫面；在畫面中我們製作了「低水熄焦」、「導熱油自動控制」等動態顯示畫面，為了避免操作工的視覺疲勞，在畫面裡製作了動態軟開關，水（介質）的動態流動等在畫面中用軟體邏輯控制，可由操作工根據需要開關。焦爐加熱在焦化行業是乙個關鍵過程，加熱工藝和熄焦時間是控制的關鍵，我們為使用者製作了焦爐串級加熱程式和低水熄焦自動控制程式，其串級加熱和低水熄焦自動控制的邏輯程式在ac800f控制器中實現，用軟體實現了串級/手動加熱的邏輯切換，同時顯示熄焦下水閥位和大小工作的時間，為使用者進一步探索最佳的焦爐加熱與熄焦方式打下了基礎。
我們為「再生器」、「蒸氨塔」、「地下放空槽」、「油放空槽」等液位和「導熱油出口溫度」、「出管式爐溫度」等溫度進行了自動調節控制,由於許多調節迴路的sp值（設定值）是乙個不確定的數，需根據不同時期的要求不同；在pid調節與手動/自動切換的設計上，我們設計成手動時sp跟蹤pv，自動時根據切換時的sp值調節工藝過程值，這樣當操作工手動將工藝過程值調節到適當的時候，切換到自動及可立即以這個工藝值進行調節。以利於操作人員進一步摸索提高工作效率的方法。
我們還為其製作了「耗蒸汽量」、「壓縮空氣量」、「新水消耗量」等工藝引數的累積計算，可長達50年的自動趨勢報表和每天自動**報表，工廠可依具這些報表資料分析生產過程，優化生產過程，不斷提高勞動生產率。在軟體的設計上，操作畫面上我們考慮了多種快捷方式，利於使用者快捷查詢所需要的資訊。
當操作員站、工程師站關閉一台或全部關閉，只要過程站不停，系統不會停機；而過程站採用雙機熱備份的冗餘方式，系統接線端子均採用進口端子，降低故障率，所以整個系統安全性很高。
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