CN100347620C - 控制过程的方法 - Google Patents

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Abstract

控制过程的方法，其中能改变过程状态的行动由基本控制单元控制，其中至少一个基本控制单元包含如下功能：接收和优先处置来自组合控制单元的对基本控制行动的请求的装置，接收来自该过程的信息并将其转换成启动行动所需的许可的装置，接收来自基本控制单元的封锁以防止启动该行动并迫使进入默认状态的装置，处理内部封锁的装置，以及根据一个逻辑或序列执行所需行动的装置，该基本控制单元根据该逻辑或序列进行操作，而且其中组合控制单元包含与基本控制单元相同的结构。

Description

控制过程的方法
技术领域
本发明是针对控制一个过程的方法，其中该过程的状态能被众多行动改变，其中该行动由基本控制单元控制，其中基本控制单元由一个组合控制单元协调。
背景技术
这种过程控制方案是已知的，例如由Ullmann的工业化学百科全书描述过，见卷B6，第416-427页。
这种控制方案的问题在于，当把它应用于存在固有失败危险、而且需要高度安全措施的过程时，便需要复杂的防护和控制方案。这类过程一般由含有多个组合控制单元的过程控制系统来控制，每个组合控制单元可能根据对纠正行动的某种(往往是广泛的)决策树采取保护措施，这些措施可能针对同一行动或一些彼此冲突的行动，这取决于所处环境。于是造成复杂的控制方案。再有，查错和维护这样的系统是很费力的。例如，小的过程调节或删除相关的故障机制可能需要完全检修控制方案及其决策树和校正行动。
US-A-5450346公开了一种利用一个过程控制自动控制一批过程的方法，其中自动控制程序访问各单个控制模块，其中a)在组成程序的部分组成部分或阶段(phase)中含有的控制指令和参数定义被存储在一个单独的程序级，用于现场的制动器的致动、互锁和接通闭锁，b)在这单独的程序级，用于每个要致动的致动器的控制指令和参数定义被逐个致动器地收集，并且，如果适当的话，则在逻辑上组合在一起，以及(c)当前有效的致动、互锁和接通闭锁被逐个致动器地输出到过程操作和控制系统。
US-A-5450346中公开的方法的缺点在于当应用于复杂过程时将造成复杂的控制方案，有如上述同样的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制过程的方法，它没有上述缺点。
这一目的是用下述方法实现的。一种控制过程的方法，其中该过程的状态能被众多行动改变，其中该行动由基本控制单元控制，其中至少一个控制单元由一个组合控制单元协调，其中这一基本控制单元包含如下部分：
接收和优先处置来自一个或多个组合控制单元或来自操作员的请求的装置，该请求是要由所述基本控制单元完成的对一个基本控制行动的请求；接收来自该过程的信息和/或来自基本控制单元的输出和/或来自组合控制单元的输出并将其转换为启动或继续执行所需要的许可的装置；接收来自基本控制单元或来自组合控制单元或来自操作员或来自该基本控制单元本身的封锁的装置，这些封锁用于防止开始所述行动或启动终止所述行动并迫使进入该基本控制单元的默认状态或关机序列，直至解除所接收的封锁而且已启动复位为止；处理一个内部封锁和/或输出一个输出或封锁的装置，这个输出/封锁与所述行动的状态有关；以及根据一个逻辑或序列执行所要求的所述行动的装置，该基本控制单元根据该逻辑或序列进行操作，而且其中这些组合控制单元的至少一个包含如下部分：
接收和优先处置来自更高层次控制单元或来自操作员的、要由所述组合控制单元完成的对一个组合控制行动的请求的装置；接收来自该过程和/或来自基本控制单元和/或来自组合控制单元的信息并将其转换为启动或继续执行所述组合控制行动所需要的许可的装置；接收来自基本控制单元或来自组合控制单元或来自操作员或来自该组合控制单元本身的封锁的装置，这些封锁用于防止开始所述行动或启动终止所述行动并迫使进入该组合控制单元的默认状态或关机序列，直至解除所接收的封锁而且已启动复位为止；处理一个内部封锁和/或输出一个输出或封锁的装置，所述输出或封锁与所述组合行动的状态有关；以及根据一个逻辑或序列执行所要求的所述组合行动的装置，该组合控制单元根据该逻辑或序列进行操作。
根据本发明，其中至少一个基本控制单元由至少两个不同的组合控制单元协调。
根据本发明，其中基本控制行动是控制单封闭或序列控制双封闭和放气(DBB，Double block and bleed)，允许/禁止控制用于分布式控制系统DCS功能或序列控制器行动的阀门。
根据本发明，其中基本控制单元还包含告警装置。
根据本发明，其中基本控制单元还包含指出受控行动的效果的装置。
根据本发明，其中操作员能访问基本控制单元的状态而且其中该基本控制单元的状态还提供由指示器指出的关于自主局部阀门功能确认的信息。
根据本发明，其中的受控过程是一个气化过程，其中合成气由含有固态、液态或气态碳或氢碳的供料部分氧化制备。
根据本发明，其中组合控制单元协调启动和关机序列控制并以基本控制单元控制碳或氢碳供给、氧供给、清洗供给和气或合成气路由引导。
因为组合控制单元和基本控制单元在整个方案中有相同的基本功能，所以控制方案变得对用户透明。
因为基本控制单元有某种最小决策树用于校正行动，而组合控制单元具有更简单得多的决策树用于校正行动，所以能处置更多的功能而且更易于改变控制方案。一个组合控制单元协调不只一个基本控制单元是适当的。根据本发明的控制过程方法有利地用于由至少两个不同的组合控制单元协调至少一个基本控制单元的一个过程。
上述控制方案适用于控制具有潜在的高灾害危险的过程，这类过程的实例是气化过程，其中由含有固态、液态或气态(氢)碳的供料的部分氧化制备合成气。在这样的过程中，供料在存在(纯)氧(它本身对潜在危险有影响)的环境中被部分氧化以制备高反应性产品，即一氧化碳和氢的混合物。这样，显然在这样的过程中应小心控制供氧期间和气化期间的条件(Condition)以及启动和关机序列，以避免例如氧着火以及供需料的充分氧化、产品向环境释放或设备过热。
附图说明
将利用图1-3说明本发明。
图1是气化反应器和相关供料线和阀门的简化过程方案。
图2是说明作为基本控制单元一部分的逻辑方案。
图3说明在图1的气化过程中一个组合控制单元如何控制四个基本控制单元。
具体实施方式
在图1中，氧气供给线3和天然气供给线4与反应器2的燃烧器1相连。在氧气供给线3上存在向大气中清洗或引导氧气的装置5。这一清洗行动由操作阀门A-1和A-2的基本控制A来控制。与供给线3相连的还有以高压蒸汽替代氧气的装置6、以氮气替代氧气的装置7和以空气替代氧气的装置8。供给或不供给这些气体的行动分别由基本控制B、基本控制C和基本控制D来控制，它们又作为所谓双封闭与放气行动B-1、C-1和D-1来进行操作。
在供给线4上存在装置9用于将天然气清洗或引导到安全的地方。操作阀门E-1和E-2的基本控制E控制这一清洗行动。与供给线4相连的还有向天然气添加高压蒸汽的装置10和以氮气替代天然气的装置11。添加或不添加这些气体的行动分别由基本控制F和基本控制G来控制，它们又作为双封闭与放气行动F-1和G-1进行操作。
基本控制A-G又由不只一个组合控制单元(图1中未画出)控制。
除了上述供料外，气化过程还可适当地包含类似的控制单元用于下列过程流：天然气和空气供给辅助燃烧器用于气化开始前的反应器预热，水供给废热汽锅(在反应器2下游的单元中合成气冷却阻止蒸汽的产生)，供水以冷却燃烧器1，气孔以加热反应器1排气管(stack)，合成气引导到漏斗(flare)或洗涤器以及在废热汽锅中的蒸汽生产。
图2是图1的基本控制C的更详细描述。基本控制C有(b1)装置用于接收和优先处置来自一个或多个组合控制单元或来自操作员的请求，该请求是要由所述基本控制单元完成的对一个基本控制行动的请求。适于由基本控制单元控制的可能行动有控制单封闭(关闭放气)或顺序控制双封闭和放气(DBB)(不运行，待用，运行)，和/或允许/不允许分布式控制系统(DCS)功能(未画出)的控制阀门。由基本控制C控制的阀门配置C-1要在没有任何人工的或远程的请求的情况下停止氮气或使氮气与过程分离，只在“人工待用”请求的情况下准备氮气以达到最后一个阻挡块(XV-163)，以及在由人工或远程请求的“运行”请求下要让氮气流入过程而不管“待用”请求。当用于某一序列时，人工的“关闭放气”请求和其他人工请求在确认阀门泄漏速率(它是一个安全问题)方面是有用的。显然，对于这后一个用途，将存在附加仪器(未画出)。
基本控制单元C还将包含(b2)装置用于接收来自该过程的信息和/或来自基本控制单元的输出和/或来自组合控制单元的输出并将其转换为启动或继续执行所述行动所需要的许可。例如，当气化还在进行时，或当氮气压强太高(PZH-106)或太低(PZL-160)时，或当某些阀门和管口的压强差(PDZL-162)的正值不够大时，基本控制C将不向该过程供给氮气。基本控制单元C还可包含(b3)装置用于接收来自基本控制单元(未画出)和/或来自组合控制单元(未画出)和/或来自操作员(画出)和/或来自该基本控制单元本身(未画出)的封锁，以防止开始所述行动或启动终止所述行动，并迫使进入该基本控制单元的默认状态或关机序列，直至解除所接收的封锁而且已启动“复位”为止。基本控制单元C还将包含(b4)装置用于处理一个内部封锁和/或输出一个输出或封锁，这个输出/封锁与所述行动的状态有关。例如，人工封锁(NL160前)显示为转发到一个组合控制单元，所示输出(160-BLOCK)是确认封闭阀的状态为关闭而放气阀的状态为打开，如被转发到组合控制单元那样。
基本控制单元C还将包含(b5)装置用于根据一个逻辑或序列执行所要求的所述行动，该基本控制单元根据该逻辑或序列进行操作。例如，在两个阻块(XV-161/163)被允许打开之前要确认放气阀门(XV-162)是关闭的。而下游阻块阀门(XV-163)延时打开(延时单元TO6)以提供预增压(防止回流)。而且下游阻块阀门(XV-163)在放气阀门允许打开之前要确认为关闭的。
可选地，基本控制单元还将包含(b6)装置用于告警(扬声器)和(b7)装置用于指出受控行动的效果。例如，该受控行动是打开阀门和向供给线供给氮气。装置(b7)将指出阀门(XV-161/163)实际上是否打开而放气阀门(XV-162)是否实际上关闭以及是否实际上按要求供给氮气。
如图2中所示基本控制单元有利地具备告警处置功能，即当处在告警状态要运行的请求终止时该告警也方便地终止。
图2中所示控制单元将向操作员提供对单个模块的容易的访问，并含有借助指示器(如对阀门XV-161显示出的I-10)和告警进行自主局部阀门功能确认的功能。
图3显示一个组合控制单元(100)和若干基本控制单元(A、C、E、H)如何控制气化器启、停序列。组合控制单元是启动/关机序列控制单元(100)。基本控制单元是天然气供给控制(E；图1)，氧气供给控制(图1中的A)、低压清洗供给控制(图1中的C)和废气/合成气(Syngas)引导控制单元(H)。为清楚起见，某些基本控制单元未显示在图3中，如图1的控制B和F。
启动/关机序列控制单元(100)的作用是反应器(2)中气化的全自动序列化启动和关机的操作员接口。这可以受控制地(经由分布式控制系统)和受保护地(经由紧急关机系统)进行。基本上，组合控制单元(100)控制一系列行动的进行，同时检验在进入下一个行动之前是否有正确的供料供给燃烧器。如果在要求的时间内单元(100)没有收到关于正确供料和阀门位置(其他许可)的反馈，则控制单元(100)放弃启动序列而开始关机序列。
在图3中，下列缩写具有下列含义：
PDT＝压强差值传送器
GBS＝与阀门靠近限度开关
HZ＝人工封锁
R＝人工复位
HS＝人工请求选择
XT＝仪器信号传送器
FT＝流量仪器信号传送器
ESD＝紧急关机
TT＝温度仪器信号传送器
PT＝压强仪器信号传送器
在图3中显示组合控制单元(100)具有(g1)接收和优先处置启/停请求的装置(104)。组合控制单元(100)还具有(g2)接收来自该过程和/或来自基本控制单元(例如图3中的单元E和A)和/或来自组合控制单元的信息并将其转换为启动(101-103)或继续(107-110)执行所述组合行动所需要的许可的装置。
组合控制单元(100)还具有(g3)接收来自基本控制单元(105)和/或来自组合控制单元和/或来自操作员(HZ或ESD和/或来自该组合控制单元本身(122)的封锁的装置，这些封锁用于防止开始所述行动或启动终止所述行动并迫使进入该组合控制单元的默认状态或关机序列，直至解除所接收的封锁而且已启动复位(R)为止。
组合控制单元(100)还具有(g4)处理一个内部封锁和/输出一个输出或封锁(122)的装置(111)，这个输出/封锁与所述组合行动的状态有关，以及(g5)根据一个逻辑或序列执行所要求的所述组合行动的装置(110)，该组合控制单元根据该逻辑或序列进行操作，经由(112)-(120)控制基本控制单元。
基本控制单元(E)具有(b1)接收和优先处置来自组控制单元或来自操作员(HS)的要由所述基本控制单元完成的对基本控制行动的远程请求的装置，(b2)接收来自该过程(PDT、GBS)信息和/或来自基本控制单元的输出和/或来自组合控制单元的输出并将其转换为启动或继续执行所述行动(142)所需要的许可的装置，(b3)接收来自组合控制单元和/或来自操作员(HZ)和/或来自基本控制单元本身(例如见控制单元A和参考编号107)的封锁(139)的装置，这些封锁用于防止开始所述行动或启动终止所述行动并迫使进入基本控制单元E的默认状态或关机序列(142)直至解除所接收的封锁(139、HZ)而且已启动复位(R)为止，(b4)处理一个内部封锁和/或输出一个输出或封锁(147)的装置(143或单元A的154)，这个输出/封锁与所述行动的状态有关，以及(b5)根据一个逻辑或序列(142)执行所请求的所述行动的装置，该基本控制单元根据该逻辑或序列进行操作。
图3中所示基本控制单元(A)、(G)和(H)有与上述基本控制单元(E)相同的功能，其中所用参考编号代表如下功能/行动：
运行许可(149)、封锁复位(150)、请求选择(151)、阀门序列处理器(153)、过程评估和响应延时(154)、允许DCS流量控制(155)、双封闭和放气阀门(156)、运行有效O2(157)、运行告警O2(107)、运行许可(159)、排气管(stack)许可(123)、封锁复位(125)、请求合成气至漏斗(127)、请求合成气到洗涤器(128)、阀门序列处理器(129)、优先级选择(130)、允许阀门上的DCS压强控制(131)、DCS允许/禁止阀门(132)、漏斗运行有效(133)、漏斗(flare)运行告警(134)、排气管(stack)运行有效(135)、排气管运行告警(136)以及洗涤器运行有效(137)。
基本控制单元(C)的状态(氮清洗到供氧线)可经由屏幕适当地提供给操作员。利用计算机屏幕上的指向单一基本控制单元的指示器(201-210)，将以易于理解的方式向操作员提供关于阀门位置、请求、封锁等信息。
申请人发现，当上述保护和控制流程具体应用于一个气化过程时，该过程的安全性和可靠性得到改善。再有，与过去的实践相比，有更多的操作员任务能由该保护和控制方案处置。看来能以成本有效的方式改进开工周期(on-stream time)同时避免不安全性质的停机(trip)。该方案还使得复杂的控制和保护系统更加透明。再有，在启动、关机和操作过程中能实现高度自动化。

Claims (8)

1.一种用于控制一个过程的方法，其中该过程的状态能被众多行动改变，其中该行动由基本控制单元控制，其中至少一个控制单元由一个组合控制单元协调，其中这一基本控制单元包含如下部分：
接收和优先处置来自一个或多个组合控制单元或来自操作员的请求的装置(b1)，该请求是要由所述基本控制单元完成的对一个基本控制行动的请求；
接收来自该过程的信息和/或来自基本控制单元的输出和/或来自组合控制单元的输出并将其转换为启动或继续执行所需要的许可的装置(b2)；
接收来自基本控制单元或来自组合控制单元或来自操作员或来自该基本控制单元本身的封锁的装置(b3)，这些封锁用于防止开始所述行动或启动终止所述行动并迫使进入该基本控制单元的默认状态或关机序列，直至解除所接收的封锁而且已启动复位为止；
处理一个内部封锁和/或输出一个输出或封锁的装置(b4)，这个输出/封锁与所述行动的状态有关；以及
根据一个逻辑或序列执行所要求的所述行动的装置(b5)，该基本控制单元根据该逻辑或序列进行操作，
而且其中这些组合控制单元的至少一个包含如下部分：
接收和优先处置来自更高层次控制单元或来自操作员的、要由所述组合控制单元完成的对一个组合控制行动的请求的装置(g1)；
接收来自该过程和/或来自基本控制单元和/或来自组合控制单元的信息并将其转换为启动或继续执行所述组合控制行动所需要的许可的装置(g2)；
接收来自基本控制单元或来自组合控制单元或来自操作员或来自该组合控制单元本身的封锁的装置(g3)，这些封锁用于防止开始所述行动或启动终止所述行动并迫使进入该组合控制单元的默认状态或关机序列，直至解除所接收的封锁而且已启动复位为止；
处理一个内部封锁和/或输出一个输出或封锁的装置(g4)，所述输出或封锁与所述组合行动的状态有关；以及
根据一个逻辑或序列执行所要求的所述组合行动的装置(g5)，该组合控制单元根据该逻辑或序列进行操作。
2.根据权利要求1的方法，其中至少一个基本控制单元由至少两个不同的组合控制单元协调。
3.根据权利要求1-2中任何一个的方法，其中基本控制行动是控制单封闭或序列控制双封闭和放气，允许/禁止控制用于分布式控制系统DCS功能或序列控制器行动的阀门。
4.根据权利要求1-2中任何一个的方法，其中基本控制单元还包含告警装置(b6)。
5.根据权利要求1-2中任何一个的方法，其中基本控制单元还包含指出受控行动的效果的装置(b7)。
6.根据权利要求1-2中任何一个的方法，其中操作员能访问基本控制单元的状态而且其中该基本控制单元的状态还提供由指示器指出的关于自主局部阀门功能确认的信息。
7.根据权利要求1-2中任何一个的方法，其中的受控过程是一个气化过程，其中合成气由含有固态、液态或气态碳或氢碳的供料部分氧化制备。
8.根据权利要求7的方法，其中组合控制单元协调启动和关机序列控制并以基本控制单元控制碳或氢碳供给、氧供给、清洗供给和气或合成气路由引导。
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