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随着PVC生产的快速增长，近两年来电石产量及产能高速增长，生产规模快速扩大，同时由于控制技术及检测技术的发展，电石生产水平取得了很大的进步。国内大型电石生产企业为了进一步扩大规模，提高生产及管理的自动化水平，逐渐开始采用DCS作为电石生产的控制系统，陕西华伟达自动化系统工程有限公司与宜宾天原金石化工股份有限公司通过紧密合作，成功实施了12万吨/年电石项目DCS控制系统，该系统充分体现了DCS系统的优势，取得良好的控制效果，满足了企业的需求，采用DCS系统已成为电石生产的必然趋势。
1.系统介绍
该项目采用的陕西DCS系统是陕西华伟达自动化系统工程有限公司的ECS-100控制系统，该系统融合了较新的现场总线技术，嵌入式软件技术，先进控制技术与网络技术，实现了多种总线兼容和异构系统综合集成。ECS-100控制系统应用广泛，已经在加氢精制，催化裂化，焦化，PVC聚合等大型高危的石化，化工装置中取得了成功应用。整个控制系统配置了两对控制器，1台工程师站，6台操作员站。控制器及操作站都为冗余供电方式，控制器与操作站之间为冗余网络通讯，操作站之间通过操作网通讯。系统通过DP卡与电力控制系统以PROFIBUS总线方式连接，采集电力系统相关数据。整个控制系统I/O点数达2016点。
系统中所有的控制点均记录趋势，记录时间两个月。对重要的电流功率等参数设置
趋势分组，方便操作人员观察数据变化趋势。系统设置了丰富的生产报表，记录每天的配料量，配比值，电极压放长度等，为生产和管理提供基本数据。
2.电炉控制系统
2.1电炉控制系统介绍
该厂电炉设计单台年产量为4万吨。电炉控制的重要控制部分电极升降及电极压放均实现DCS自动控制。电极升降通过设计离散式比例算法，脉冲式控制方式，通过采用恒电流控制方式，控制实际电流与设定电流值误差不超过3A，取得了很好的控制效果。为保证电极压放的安全性，电极压放部分设计了可靠的自动联锁程序，当程序检测到现场危险情况时会自控执行安全联锁程序，保证电极安全，并且程序可以防止人为的误操作，并弹出提示及报警信息，从而较大程度上保证压放的安全性。
2.2碳素石灰的配比控制
较终加到电炉的物料是碳素与石灰的混合物，生产要求加入到电炉中的碳素及石灰的比例要满足设定的要求，并且要混合均匀。由于下料的速度较快，并且存在一定的滞后，对于PID控制回路来难度较大。较终系统通过对两个环节的精确控制来满足对配比准确和混料均匀的调节。
第一步是调节配比的准确性，程序控制第一层的碳素和石灰料仓的重量满足设定的比值并满足总重的要求。在下料过程中，首先根据操作员设定的下料总量及比值，计算出所需的碳素重量和石灰重量，然后启动给料机，开始时给料机振动频率较快，下料速度较快，当下料量达到设定值的80%时减小加料速度，当料仓重量达到提前量时，停止给料机，较终料仓的实际重量与设定值偏差在5公斤以内，误差小于2%。第二步是调节混合的均匀性，系统采用了PID控制回路调节，通过实时计算实际下料过程中碳素与石灰的比值作为回路的PV值，来调节石灰下料机的振荡频率。通过调节PID参数，输出限幅等优化措施，较终碳素和石灰基本是同时下料完毕，误差在6公斤左右。通过以上措施，系统克服了以往存在的困难，实现了对配料部分配比精确和混料均匀的控制，控制程序的流程图见图2-1所示。
2-1 配料调节流程图
2.3 电极升降控制
电极升降调节目前主要应用的是恒电流的控制方式。其调节对象为一次电流。一次电流容易因炉况的变化产生波动，通过监测电流变化可以间接得知炉内的变化情况，电极升降时不能采用连续控制，否则会造成电极动作过于频繁，从而导致炉况变化太大，电极消耗量过高等问题。通过与工艺人员的深入讨论和反复实验，较终通过离散式比例算法及脉冲量输出控制两个主要措施实现了对电流稳定的调节，取得了良好的控制效果。
离散式比例算法就是先设定一个控制周期。在每个控制周期内将电流实际值与设定值比较一次，当两者的误差小于设定值时，电极不会动作。当两者的误差大于设定值时，程序会根据误差的正负及误差的大小来控制电极的动作方向及动作幅度。脉冲式输出控制指模块通过发出一个开关量脉冲来调节电极的动作幅度，避免电极的连续动作。控制的难度在于选择合适的控制周期和脉冲长度参数，经过现场的多次试验和参数调整较终电流误差完全控制在3A以内，并且随着炉况的稳定，该参数精度可进一步提高。电极升降时若调整次数过多，系统会自控报警并切换到手动状态，待操作员确认后方可重新投入自动。
在电极压放过程中，电极的上下运动仅靠上摩的上下来控制。但是由于电极的重量较大及设备质量原因，有可能出现打滑的现象。此时上摩控制不住电极，电极滑到电炉内导致电炉电流瞬间增大而产生事故，为了保证生产的安全，程序设计了非常可靠的安全联锁程序，例如当电炉带电时把持器不会全松，上摩和下摩不可能同时松开，每一个动作都有一个时间限制，当该时间限制到达之后，如果还没有检测到电极位置反馈信号，程序将会自控切换到安全状态来保证压放的安全性。压放过程对控制系统的实时性要求较高，经过测试，控制器200ms的控制周期可以实现对设备的控制。电炉压放程序关联的变量较多，3台电炉9个电极的控制方案完全相同，通过模块化编程设计来提高程序的可重复性和可维护性，电极压放程序模块见图2-3。
3.异构通讯及生产管理
3.1 异构通讯设计
ECS-100 控制系统具有良好的开放性和兼容性，可以融合各种标准化的软、硬件接口，能方便地接入较先进的现场总线设备和第三方集散控制系统、逻辑控制器等。
电炉电极的供电系统的运行数据是十分重要的，如电流、电压、功率等，因此除了受110KV变电站综合自动化系统监控外，还需要将数据在DCS操作站进行显示，便于生产操作人员掌握供电情况，在该项目中，DCS系统以PROFIBUS-DP接口卡FW239作为主站，国电南瑞110KV变电站综合自动化系统作为从站，采用PROFIBUS-DP总线通讯协议进行异构通讯，实现对供电系统的数据采集，为生产提供了很大的方便。
3.2 生产管理功能
DCS控制系统相比与PLC具有更加强大的生产管理功能。电石生产装置具有各工段布置比较分散的特点，因此要想实现对所有工段的监控、数据分析和管理的功能，采用DCS控制系统是比较适合的。
ECS-100控制系统除了完成实时数据的显示和过程控制，还可以完成对历史数据的管理、形成生产报表、事件日志记录和事件分析等功能；同时系统也提供了丰富的画面和手段帮助操作人员和工程师对生产数据进行分析，以及对生产过程中的各种事件进行分析和管理，从而优化生产条件，提高产品质量和产量。
陕西DCS系统在电石生产中的应用极大的提高了企业生产和管理效率，与生产相关的所有数据都进入控制系统，在控制室的监控系统中可以了解到现场任何地方的情况。系统根据要求对重要数据进行记录并处理。企业可根据提供的数据对生产情况进行分析。系统通过报警和联锁程序极大的提高了生产的安全性和可靠性。此外DCS系统对用户开放了大量的数据接口，用户可以根据实际情况灵活改变参数提高效率。DCS系统为电石企业向大型，节能，环保，高效的调整道路上提供了有力的技术支持。
