摘要
在传统的化工生产中人为因素引起质量波动较大：计量控制凭经验“毛估估”所导致原料的消耗高、能耗量大、计量控制难。现代化的工控系统虽然能够解决常规物料的控制问题，但是对于涉及到腐蚀性、粘稠性、结垢性、有毒性的液体物料就无能为力。本案以浙江新安化工集团股份有限公司为例，详细介绍了液体称重配料DCS计算机控制系统的建设目标，设计思想，描述了系统架构及主要功能的分析。
引言
我们在与浙江新安化工集团股份有限公司的业务往来中，了解到二甲酯是生产农药草甘膦的主要原料，通常由三氯化磷、甲醇反应所生产，三氯化磷具有很强的腐蚀性，积垢性，而甲醇进厂时往往不干净，带有大量的纤维状杂质，对它们有效计量成为自动化控制系统成功的关健。曾今上海某大学曾为农药厂搞过一个自动化改造试验，用2路电磁流量计、2路电动执行器、分别构成三氯化磷、甲醇的计量、控制闭环系统。在调试过程中，该控制系统顺利运行了一个星期，各项指标符合用户要求，控制曲线反应良好。但一星期过后，甲醇、三氯化磷的计量、控制失灵，系统停止运行，为厂家带来36万元的损失，究其原因：1.甲醇的进料杂质多，40孔目的滤网屡屡被杂质堵塞，严重时一个班往往要清理数次。2.因三化强腐蚀，易积垢使流量计精度下降，导致无法满足生产要求。因此，液体计量常规设备―流量计，在测量如三化、甲醇等特殊液体时，将无法使用。
新安化工集团股份有限公司是大中型集团公司，公司主导产品草甘膦产量居亚洲第一。公司领导为了企业的长期发展，不惜投入巨资进行技术改造，使之成为一个现代化企业，要求本系统具有２２″以上彩显，板件、电源热备，板子能带电拔插和软件组态等功能。
草甘膦生产工艺
先加甲醇7.6立方,(30分钟),三乙胺1830公斤(开搅拌)加多聚1300公斤,升温到37-38度,保温30-40分钟保持液体为清为准,(解聚过程)加甘氨酸1525公斤,升温42度)需要一小时左右,待料透明后加二甲酯25000公斤, 升温52度,90分钟, 待料透明降温到30度以下,共需要5.30-6个小时,打到平衡槽3个,放到脱醇釜,加盐酸hcl3000公斤,控制温度在45度以下,10分钟,然后升温,1小时10度,升到120度,保温2小时,控制蒸汽压力6公斤,加水600公斤(母液),放到结晶釜,搅拌7加液碱300公斤,温度30-40度,放在吸虑槽,存放2小时,抽母液,再加水搅拌一小时,再抽,控制循环水、冷冻盐水和蒸汽气动阀，完成合成过程的升温和保温过程。
设计思想
草甘膦的合成是在甲醇作为溶剂，由液体物质二甲酯、三乙胺（催化剂），固体物质多聚甲醛、甘氨酸解聚反应生成。而二甲酯的原料通常是三氯化磷和甲醇。三氯化磷具有很强的腐蚀性，积垢性；而甲醇进厂时往往不干净，带有大量的纤维状杂质。由此可见对它们有效计量成为自动化控制系统成功的关健。DCS系统计算机的控制其实就是，完成液体的正确下料，完成固体的计量下料，完成合成过程的过程控制。液体称重计量和DCS计算机控制合二为一――液体称重配料DCS计算机控制系统思路由此产生
针对腐蚀性、粘稠性、结垢性、有毒性的液体，运用独创先进的液体称重减量法测量工艺，把传统的液体计量工艺加以改造并与DCS系统结合，使之能满足特殊液体的自动化计量与控制。
关键问题的解决办法
·由于三化是强腐蚀液体，计量槽如不固定，易成为企业的安全隐患，但常规的固定方法，又使系统计量精度下降，直至无法使用。利用自主设计的特殊机械结构固定，解决了这一对矛盾。
·计量槽的本身重量往往占液体满量程的80％左右，在信号放大时，我们设计了一种大范围调零放大电路，提高噪比。
·在工业现场，往往受诸如电磁干扰，振动等影响，使系统的计量精度下降，本系统除用“减量法”消去部分误差，还在软件、硬件做了大量提高信噪比的工作。
主要技术原理
液体减量法测量与控制工艺：
该工艺采用与被测量液体非直接接触的测量方式，用间断式且相对静态的重量法替代传统的连续动态的体积法进行流量计量，并将普通一次计量过程改变为二次计量过程：备料（增量计量）与卸料（减量计量）过程，大大提高了测量与控制的精度。采用特殊的积分分离PID控制算法进行控制，能消除现场的大部分干扰和零漂误差。因此，控制绝对误差要小的多，可达到千分之几的精度，特别适合于高精度的液体化工原材料的配料计量流程。
DCS计算机系统的硬件与软件原理
1.系统硬件包括将专业控制设备、通用设备和辅助外围设备按照总线拓扑结构，通过网络电缆和信号线有机连接。系统硬件结构图如下：
2．系统软件包括操作系统、组态软件、监控软件、现场控制站
采集、控制软件、通讯及接口软件、数据库等，在操作系统平台上，
组态软件按照实际生产工艺需要生成监控软件，完成实时的生产控
制任务。
DCS软件系统结构图如下：
液体称重配料DCS计算机控制系统性能指标
·系统的DCS计算机采用总线设计、结构合理、扩展、维护方便、系统完整；
·系统具有1∶1板件热备，带电拔插，软件功能功能；
·系统称重计量范围0.1－10t；
·系统控制计量精度≤5‰；
·系统外围模块齐全，信号隔离器、配电器及控制输出安全栅齐备，适应各种恶劣生产环境。
2、 实行的技术路线及方案
本方案用三只高精度称重传感器替代转子流量计或电磁流量计等常规液体检测仪器来进行液体计量。
三只高精度压力传感器，按120度方向均匀分布在计量槽支撑点上，用一只高精度传感放大器，将三只传感器信号叠加放大到４－２0mA电流信号，通过屏蔽线传入DCS系统，并将计量槽的皮重通过调零电路预先去掉。
计量控制原理图 传感器分布示意图
计量系统（含计量槽，高精度传感器，放大器，软接系统）安装完成后，先用25kg砝码若干只，（合计重量应在待测的量程一半以上），通过现场标定，确定标定系数，从而校正计量系统，使之精度控制在2‰以内。
备料前，先在微机上设好备料数，输出一开关量信号，打开备料泵，通过计算机实时监控判断，至控制值减余值为止，关闭备料泵，引入余值是为了防止冲料过量，对余值在不同设定值下标定，能使备料更接近设定值。
备料完成后，然后慢慢打开气动执行器，每秒对计量槽进行检测，并将采样值在缓冲区保存，上次保存数据减去本次采样值，通过换算，得出本次实际流量，计算机将该流量信号与设定值进行比较，经PID公式计算输出一个控制信号，控制气动执行器的阀开度，通过不断修正，使液体流量输出保持在设定值左右，直至计量槽中物料减至下限，重新开始备料和流量控制，周而复始循环。减量法针对现场的重复性干扰及信号零漂、温漂等具有较强的消除误差能力，因而，常规计量器具受工业现场的限制，累积误差较大，而采用该工艺，一般累计误差可控制5‰以内，且稳定、可靠。
在总结现有国际国内DCS控制系统技术成果基础上，遵循DCS系统软、硬件国际标准，确定以总线为基础，进行整体工艺设计和项目开发，并保证硬件与国际流行系统的兼容性和软件的通用性、可移植性。
目前进展及国内外同类产品比较
由浙江省科学技术情报研究所检索结论表明，目前国内、国际均没有关于“减量法”计量工艺运用于DCS系统液体测量与控制及综合生产管理系统的先例，该项目填补一项国内空白。
本项目产品与国内外传统产品的主要技术性能指标比较：
项 目
国 际
国 内
本产品
减量法测量液体流量
无
无
有
液体测量方法
（直接）体积法
（直接）体积法
（间接）重量法
测量、控制方案
动态
动态
相对静态
计量次数
一次
一次
二次
计量类型
增量计量
增量计量
一次增量一次减量计量
计量控制精度
1％左右
3％左右
≤2‰
可靠及稳定性
一般
一般
可靠
结语
浙江新安化工集团股份有限公司草甘膦生产线，采用高可靠性的SIEMENS PLC S7-300，整个工艺过程采用杭州求是计算机有限公司开发的液体称重配料DCS计算机控制系统方案。该系统自投入生产使用以来，按工艺方面的要求经常修改，系统运行一直良好，系统未出现过任何故障和误动作。系统安全可靠，操作方便，维护简单，大大地提高了自动化水平，获得了厂方的高度认同。又由于系统具：模块化，高可靠性；可在线组态软件，动画图形，全屏幕操作；、多种控制算法，可在线选择；“傻瓜”式人机对话，等特点也得到了操作人员的一致好评。
其它草甘膦行业应用
1、浙江金帆达生化股份有限公司1.2万吨草甘膦DCS计算机系统
2、湖北泰盛化工有限公司５万吨草甘膦DCS计算机系统
3、浙江新安化工股份有限公司1.2万吨二甲酯DCS计算机系统
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