引言

自20世紀80年代，氯堿工業逐步推行離子膜電解裝置和DCS控制系統，從開始時的數據傳輸和監測到部分單元的集散控制，從機組控制再到工藝流程集散控制，逐步實現了實時多點多任務的關聯操作系統。隨著科技的發展和提高，FCS現場總線控制系統、CIMS現代集成制造系統等新技術方法也得以衍生。我們要做的是將氯堿工業專業技術和行業規則與當代先進的集成管理系統相融互通、為我所用。相信通過氯堿人的專業完善和努力，定能刻畫出全自動操控的氯堿裝置，開創“智慧氯堿工業”新時代。

1 DCS功能遠未完美體現DistributedControlSystem集 散 控 制 系 統，簡 稱DCS，是為滿足大型工業生產和日益復雜的過程控制要求，從綜合自動化角度出發，將過程控制及過程監控綜合在一起，是結合計算機(Computer)、通信(Communication)、顯示(CＲT)和控制(Control)發展起來的控制系統。DCS的控制功能非常豐富，具備反饋控制、前饋控制、連 續 控 制、順 序 控 制、預 測 控 制、比 值 控 制 系統、串級控 制 系 統、PID控 制、解 耦 控 制、自 適 應 控制、超馳控制系統、程序控制系統以及批處理控制等各種先進控制能力，并可方便地加入所需的特殊控制算法，系統強大的運算能夠滿足上述復雜控制過程。在氯堿工藝生產過程中，DCS就像人的大腦，通過不斷地對工藝理念要求和操控經驗的全面歸納總結和持續的邏輯輸入和學習修正，達到理想的控制效果。許多氯堿裝置用戶討論過如何實現氯堿裝置的“一鍵啟停”操控。筆者認為這并非遙不可及。目前，在氯堿工業裝置中，DCS的功效還遠遠未能得到深入的挖掘和完美的體現。即使通過我們的認真研究和探索，努力實現了基于成熟的氯堿工藝技術與完善的DCS操控系統的“一鍵啟停”自動操控方式，也只是未來要實現的智慧氯堿智能化管理的第一步。運用DCS的目的是實現生產過程的自動化，須對很多生產參數進行實時監控，如溫度、濃度、酸度、壓力、流 量、液 位、氣 體 純 度、電 流、電 壓、電 流 效 率等，并對一些執行機構進行控制，如調節閥、開關閥、各種循環泵等。DCS可確定測量與控制信號相互間的連接關系，根據不同的流程應用對象進行軟硬件組態，從控制算法庫選擇適用的控制規律以及從圖形庫調用基本圖形組成所需的各種監控和報警畫面，從而方便地構成所需的控制系統。DCS的應用必須要工藝運行、操作及開停車過程高度成熟，必須有裝置邏輯程序、在線監測、儀表閥門及相應的執行機構以及異常狀況應對等環節的自動化和智能化的高度集成。實現一鍵啟停自動控制方式的2個重要條件是:①“人”的專業經驗和賦予系統的邏輯程序，也就是軟件能力條件;②裝置的執行機構的硬件條件。由于投資理念、管理理念、技術理念以及設計理念所限，目前，我們的裝置系統中還有許多人工取樣點依靠分析室給出一些重要數據，還存在很多人工控制設備，例如需手動開關的許多閥門，或者需手動啟動的許多機泵，這些人為操作是不當失誤的易發環節，是阻礙實現一鍵啟停自動化操控的一個重要因素。必須盡可能地將裝置中須監測和控制的點位進行自動化配置，充分體現設計、工藝和配置的自動化水平，減少甚至消除人為操作指令需求，消除自動控制障礙，實現更完整的自動化控制。根據工藝和運行要求、豐富的操控經驗、正確的應對措施、縝密的邏輯思路，組編更專業和更可靠的自動控 制 程 序 軟 件，是實現更全面的自動化控制“一鍵啟停”運行方式的另一個重要條件。

2 現代控制理念和發展自動控制系統是指用一些自動控制裝置，對生產中某些關鍵性參數進行自動控制，使它們在受到外界干擾(擾動)的影響而偏離正常狀態時，能夠被自動調節到工藝所要求的數值范圍內。生產過程中各種工藝條件不可能是一成不變的。特別是化工生產，大多數是連續性生產，各設備相互關聯，當其中某一設備的工藝條件發生變化時，可能引起其他設備中某些參數或多或少的波動，偏離正常工藝條件。自動調節是指不需要人的直接參與。作為生產過程自動化領域的計算機控制系統，傳統的DCS僅僅是一個狹義的概念。如果認為DCS只是生產過程的自動化系統，是過于狹義的結論。因為現在的計算機控制系統的含義已大大擴展，它不僅包括前述DCS中所包含深入到現場每臺測量設備、執行機構的各種自動化控制內容，還需向上發展到生產管理、生產運 營、企業經營等方方面面。傳 統 意 義 上 的DCS現在僅僅是指生產過程控制這一部分的自動化，而工業自動化系統的概念，則應定位到企業全面解決方案，即totalsolution的層次。只有從這個角度提出問題并解決問題，各工作站之間通過通信網絡傳送各種數據，整個系統信息共享、因果關聯、協調工作、判斷優劣、提示異常和優化處理，以完成控制系統的總體功能，使計算機自動化真正起到其應有的作用。隨著計算機技術的發展，DCS可以按照需要與更高性能的計算機設備通過網絡連接來實現更高級的集中管理功能，具備計劃調度、倉儲管理、設備管理、效能管理等企業運營全面管理功能，實現智慧氯堿工業，這就使FCS現場總線技術和CIMS現代集成制造系統等先進理念和方法得以應用和發展。

3 現場總線控制技術目前的新型DCS已有很強的順序控制功能;而新型PLC在處理閉環控制方面也不差，并且兩者都能組成大型 網 絡，DCS與PLC的 適 用 范 圍，已 有 很大的交叉。FCS是由DCS與PLC發展而來，不僅具備DCS與PLC的特點，而且跨出了革命性的一步。FCS的核心是總線協議，即總線標準，其基礎是數字智能現場裝置，其本質是信息處理現場化。通過使用現場總線，用戶可以大量減少現場接線，用單個現場儀表可實現多變量通信，不同制造廠生產的裝置間可以完全互操作，增加現場一級的控制功能，系統集成大大簡化，并且維護十分簡便。在未來，工業過程控制系統中，數字技術向智能化、開放性、網絡化、信息化發展，同時，工業控制軟件也將向標準化、網絡化、智能化、開放性發展。因此現場總線控制系統的出現，并不意味著數字式集散控制方式的消亡，DCS及PLC系統會更加向智能化、開放性、網絡化、信息化發展。DCS的關鍵是有強大的通信功能，也可以說數據總線是集散控制系統DCS的 脊 柱。由 于 它 的 任務是為系統所有部件之間提供通信網絡，因此，數據總線自身的設計就決定了總體的靈活性和安全性。如果將過去處于控制系統中心地位的DCS變 為 現場總線的一個站點，DCS或PLC處于控制系統中心地位的局 面 從 此 將 被 打 破。如果努力推行類似于FCS控制系統，且兼有DCS、PLC新型標準化、智能化、開放性、網絡化、信息化的控制系統，是更先進的自動化控制方式，可以更好地為實現智慧氯堿系統營造出所需的條件和空間。

4 現代集成制造技術本節介紹的CIMS現代集成制造系統(Contem-poraryIntegratedManufacturingSystem)中，“現代”的含義是計算機化、信息化、以及智能化的集成，它反映了自動化的廣度，把系統的范圍擴展到了市場預測、產品設計、生產制造、設備維護、經濟運行、檢驗、銷售及售后服務等全過程。其中，“智能化”體現了自動化的深度，不僅涉及物資流控制的傳統體力勞動自動化，而且包括信息流控制的腦力勞動的自動化。“集成”包含了更廣泛的內容，包 括 信 息 集 成、過程集成及生產界區間集成和企業間集成以及企業活動要素、有關技術及各類人員的所有要素的集成優化等等。現代集成制造系統不僅僅把技術系統和經營生產系統集成在一起，而且把人的思想、理念及智能也集成在一起，使整個企業的工作流程、工藝流程、操作流程、物流和信息流都保持通暢和相互有機關聯。所以，人、裝置、經營和技術的多因素集成產物，是我們實現智慧氯堿工業的有效手段。現代集成制造系統的體系結構可分為多個子系統，各個子系統相對獨立自治、分布存在、并發運行和驅動，可以分為功能結構和邏輯結構。從功能層面分析可以分為:生產和制造系統，工藝技術系統，硬事務處理系統，軟事務處理系統，信息服務系統，以及決策管理系統等所須的所有運行和運營及運作系統。現代集成制造系統肯定可以提高勞動生產力和企業利潤，提高企業對市場的應變能力和抗風險能力。支持企業實現經營戰略，提高企業市場競爭力，促進技術進步，提高整個企業員工素質和技術水平，可以節約天然資源，為國家優化產業結構，發展新產業，提高國際市場競爭力。

5 自動化控制系統的不斷升級自動控制是相對人工控制概念而言的。自動控制是工程科學的一個分支，它涉及利用反饋原理對動態系統的自動影響，使得輸出值極度接近想要的值。自動控制是能按規定的程序或指令自動進行作業的技術措施，可以在沒人參與的情況下，利用控制裝置使被控對象或過程自動地按預定規律運行。自動化可以大大減輕人的勞動，避免過多的人為失誤，強化、延伸、取代人的有關勞動，達到增加產量、提高質量、降低成本和勞動強度、保障生產安全等目的。自動控制技術的研究有利于將人類從復雜、危險、繁瑣的勞動環境中解放出來，并大大提高生產效率。自動化要從自動控制、自動調節、自動補償、自動辨識等發展到自學習、自組織、自維護、自修復等更高的自動化水平。今天自動控制的內涵與水平已遠非昔比，從控制理論、控制技術、控制系統到控制元件，都有極大的發展。自動化不但極大地解放了人的體力勞動，而且解放了人的部分腦力勞動，而更為關鍵的是有效地提高了腦力勞動效率，深度的正確的邏輯模式成為實現自動化的關鍵。自動控制系統由控制器和被控對象組成。但要實現復雜的控制任務，一個典型的自動控制系統通常還應當包括:定值元件、執行元件、測量變送元件和比較元件。就目前氯堿企業而言，必須加強對現有裝置投資改造，消除與自動檢測和控制相關的手動數據采集和手動操作點，完善的設備自動化配置的是自動化的基本條件。此外，具有成熟的完善的操控邏輯的專業軟件系統是自動控制乃至智能化的靈魂和必要條件。必須匯集所有的正確的工藝運行和操控經驗，將所有可能發生的問題以及相應的工藝處理方案和正確的應對操控方法編織成控制邏輯，融入專業的軟件系統，這是生產裝置實現一鍵啟停自動化的關鍵。必須對裝置系統中各個模塊及界區有充分的研究和豐富的運行經驗，除了要具備對每個單一設備或模塊及界區的掌控技術方法和能力，更重要的是充分了解各界區間的相互影響關系，使之得到充分的關注和及時的應對。一個裝置的高質量運行，就是各生產界區之間相互條件的滿足及有機的結合與和諧的共存。要牽一發而動全身，在裝置整體中出現每一點數據的異常和變化時，全系統均能作出相應的防御和應對反應。就目前來講，實現各個單一模塊自動操控以及實現各個模塊之間的關聯控制，在減少或沒有人直接參與的情 況 下，利用外加操控系統和軟件，使 機器、設備或生產過程的某個工作狀態或經濟運行參數自動地按照預定的規律開啟并平穩地運行，或者在異常狀態下裝置安全停車并作出正確的處理的一鍵啟停，是提高自動化水平，實現現代集成系統下的“智慧氯堿工業”的第一步。

6 成熟的氯堿工藝系統現代氯堿工業及離子膜電解工藝技術日趨成熟。依據幾十年專業的設計完善、設備研制、工藝調整和經驗積累，可能出現的一切運行問題均已可以得到專業的分析和合理的解決方案。整體氯堿工藝裝置已經完善和成熟的如同一個完美的人體構造，完全具備了構建氯堿工業自動化的基本條件。DCS控制系 統 就 像 人 的 大 腦，是 裝 置 的 靈 魂。要將各個管理界區聯系起來融為一體，協調界區間的控制，消除界區間的相互影響，匯集更廣泛的監測數據和更全面的分析處理邏輯，減少出現裝置總體運行的異常事態。通過細節組態和控制邏輯輸入，不斷地分析開停車和運行中各個模塊以及各模塊之間 的 不 協 調 因 素，修正和完善控制處理邏輯，提升其自動控制能力，逐步替代工藝技術和操作人員來完成更多復雜的邏輯行為，借鑒FCS系統技術方案，使DCS逐步演化為更先進的類似于CIMS現代集成技術的智能化管理系統。溫度計、流量計、酸度計、壓力表等各種儀表就像人的眼睛和感官系統，儀表數據的變送傳輸就是人的神經系統，它們可以使DCS控制系統實時感知到裝置中所有點的狀態數據，并作出即時的判斷和應對指令。但一些早期裝置還存在個別人工檢測點，需要挖掘現代儀表專業技術配置和完善。泵閥及各種開關類似于人的肢體和關節，分布在裝置的各個部位，它們可以根據DCS的指令精準的動作并控制各項儀表數據快速達到規定指標。許多氯堿裝置是多年之前設計建造的，受早期技術理念和投資條件以及當時在線檢測等科技條件所限，仍然有一些開停車過程操作需要手動開關和人工調節，有待根據自控需要投資升級配置。電氣設備及各項水、汽等公用工程配置是能源系統，就像人的飲食系統，為裝置提供運行動力。自動化裝置對輔助設施的保障條件要求更高，電氣設備與運行裝置的串級聯系和聯鎖控制要求更加細致，須專業調整。電解槽及電解循環模塊就像人的心臟，對裝置平穩的工藝運行以及經濟運行起著決定性的作用，對前后界區的穩定運行有著嚴格的要求。所有相關界區均須為滿足電解條件提供保證，其運行狀態決定著整個裝置的運行水平。整個氯堿裝置工藝系統是一個運行控制閉環，而電解模塊是核心裝置，鹽水質量和雜質變化、酸度調節、鹽水和堿液的濃度控制、溫度控制、流量控制、氯氫氣相的壓力和壓差控制、電流負荷和產量控制、電解單元的電壓狀況、離子膜的性能狀況、前后系統的運行穩定性控制等一切條件和控制，都與離子膜電解的安全穩定狀態、技術性能水平、經濟性能指標的優劣息息相關，而且最終會體現在長期運行的噸堿電耗指 標 上。將上述電解性能與各項控制條件因素通過軟件系統專業的關聯起來，密切監測電解性能變化并實時顯示所對應的影響因素變化，及時預警并給出處理方案和作出應對反應，實現電解模塊的自動化控制。鹽水的脫氯、除硝及兩級精制系統就像人的腎臟和肝臟，起著排除毒素和凈化血液的作用。鹽水就像人的血液，對工藝技術指標、經濟運行指標以及裝置運行水平起著非常重要的作用。保 證 鹽 水質量是離子膜氯堿工藝永恒的主題。近年來，鹽水處理裝置和技術越趨成熟和多樣化。要從原鹽成分檢測到鹽水質量控制，加以自動化控制條件的應對改造，加強和完善鹽水質量的在線檢測水平。通過專業運行管理系統軟件將鹽水雜質含量和關鍵質量數據與電解槽的相關性能之間的變化關系相互關聯，異常關聯變化作出實時的應對邏輯處理，將多變和完善的應對處理工藝融入操作系統，提高鹽水處理裝置的自動化程度和工藝運行水平，使之形成氯堿工藝閉環管控中一個可靠的子系統，確保電解模塊所需的流量和質量條件。氯氫處理系統就像人的呼吸系統，是裝置順利啟停和平穩運行的重要保障。保證電解系統的氣相出口壓力高低自如平緩可控是氯氫處理系統的操作關鍵。氯壓機和氫氣泵將電解陰陽極系統產出的氯氣和氫氣分別定量送出，保證電解系統的氣相出口管路始終有一個壓力穩定的排放條件。電解系統的氣相出口就是氯氫處理系統的氣體進口，而氣體排送量又與電解槽的運行電流有定量關系。所以，將氯氫泵的進出口閥與回流閥的調節與電解電流和泵口壓力進行專業的邏輯關聯和順序控制，是實現自動控制的關鍵。上述氯堿工業裝置或工藝模塊均已被經驗豐富的氯堿人駕輕就熟。要充分結合反饋控制、前饋控制、解耦控制、超馳控制、預測控制、連續控制、順序控制、比值控制、串級控 制、PID控 制、自 適 應 控 制、程序控制以及批處理控制等各種自動控制方法，努力將有關成熟的工藝和經驗數據在自動控制程序中得到淋漓盡致的體現，提高氯堿工業自動化水平，為智能化發展創造條件。

7 氯堿工藝系統的智能化按照前面介紹的系統功能和技術理念，在企業逐步實現工藝運行自動化的同時，智慧氯堿和智能化的實現是氯堿企業發展的美好前景。智慧氯堿將是多個子系統自動化的集成，如管理信息系統、資源計劃系統、計算機輔助設計系統、計算機輔助工藝系統、計算機操控系統。它將根據企業的需求和經濟實力，把各種自動化系統通過計算機實現信息集成和功能集成。當然，這些子系統也使用了不同類型的計算機，本身也是集成的。但這些集成是在較小的局部，而智能化是針對整個工廠企業的集成，覆蓋企業的多個板塊和多種經營活動，包括經營管理、生產制造、設備維保等各個環節，即從產品報價、接受訂單開始，經計劃安排、設計、生產運行直到產品出廠及售后服務等的全過程。將信息技術、現代管理技術和生產技術相結合，并應用于企業全生命周期各個階段，通過信息集成、過程優化及資源優化，實現物流、信息流、價值流的集成和優化運行，達到人(組織及管理)、經營和技術三要素的集成，從而提高企業的市場應變能力和競爭力。氯堿企業將作為一個統一的整體，從現代集成系統的觀點、全局的觀點廣泛采用計算機、信息的采集等高新技術。集成傳遞和操控處理過程，提高工作效率和質量，從而提高企業的總體綜合自動化的最高水平。它將不是簡單地把2個或多個單元模塊連接在一起，而是將原來沒有聯系或聯系不夠緊密的板塊組成為有一定功能的、緊密聯系的、更高效的新系統，是多種功能的集成，是多種功能之間的相互作用和促進。在逐步提高和完善自動化生產技術的前提下，氯堿工業有著發展和實現智能化的美好前景。

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