基于化工生產(chǎn)操作控制中應(yīng)用DCS的研究

摘 要：DCS系統(tǒng)是分散控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，它是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)、通訊、顯示（CRT）和控制等4C技術(shù)，它的基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便。文章通過(guò)對(duì)DCS系統(tǒng)在化工生產(chǎn)操作控制中應(yīng)用的深入了解，詳細(xì)講解其系統(tǒng)的主要功能，對(duì)DCS在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng)；功能優(yōu)勢(shì)；化工生產(chǎn)

前言

在我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展下，使得化工企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，化工生產(chǎn)中所有的生產(chǎn)裝置和設(shè)備都得到了較大的改變，在信息化時(shí)代下，化工產(chǎn)業(yè)必須引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備采用先進(jìn)的技術(shù)才能更好地提高自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，縮小人工成本和勞動(dòng)力，化工生產(chǎn)規(guī)模之大僅僅靠人工來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)控制是無(wú)法滿足化工企業(yè)的生產(chǎn)量，因此，在信息技術(shù)發(fā)達(dá)的情況下，更多領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)使得化工生產(chǎn)自動(dòng)化越來(lái)越普及，讓化工生產(chǎn)的產(chǎn)品走向智能化、自動(dòng)化的發(fā)展方向。DCS系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用在化工生產(chǎn)控制中取得了非常大的成果，有著不可替代的重要作用，DCS可以對(duì)化工生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行智能化的自動(dòng)化生產(chǎn)管理和控制，不僅有效提高化工生產(chǎn)效率，降低運(yùn)營(yíng)成本，環(huán)保節(jié)約，還能夠?yàn)榛て髽I(yè)的未來(lái)發(fā)展提供無(wú)限動(dòng)力。因此DCS系統(tǒng)是現(xiàn)代化化工企業(yè)生產(chǎn)控制的有效方式之一。

1 DCS系統(tǒng)的概述

DCS系統(tǒng)是一個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠又可靠的控制系統(tǒng)，它采用了當(dāng)代世界最先進(jìn)的ProfiBus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，由控制網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)所組成，它直接用于對(duì)化工生產(chǎn)產(chǎn)品及對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)歸納和分析控制。DCS的分散過(guò)程控制級(jí)在于整個(gè)DCS系統(tǒng)的最基層，通過(guò)生產(chǎn)設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息收集歸納后遞交至上一級(jí)，再進(jìn)行分析和控制，接收到上一級(jí)的控制指令后會(huì)對(duì)具體對(duì)象進(jìn)行產(chǎn)業(yè)控制。而位于DCS系統(tǒng)中間層的是集中操作監(jiān)控系統(tǒng)，它面向于化工生產(chǎn)控制人員，主要是將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后以簡(jiǎn)單易懂直接通過(guò)下一級(jí)呈現(xiàn)給操作管理人員，方便操作管理人員利用曲線圖等各類相關(guān)圖像對(duì)其中的各類參數(shù)和過(guò)程的執(zhí)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并根據(jù)分析出來(lái)的結(jié)果制定相關(guān)的具體執(zhí)行內(nèi)容。DCS系統(tǒng)對(duì)每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的監(jiān)控和對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析及保存，加強(qiáng)了化工企業(yè)的自動(dòng)化管理辦公水平[1]。

2 DCS系統(tǒng)主要功能

DCS系統(tǒng)功能主要有以下四種：（1）實(shí)效性；DCS系統(tǒng)可以通過(guò)總控制站創(chuàng)建出一個(gè)針對(duì)性系統(tǒng)服務(wù)，對(duì)化工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集歸納，操作管理人員則通過(guò)單回路控制流程畫面以及流程畫面對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況以數(shù)據(jù)和聲音的變化形象表現(xiàn)出來(lái)。（2）參數(shù)的調(diào)整；化工生產(chǎn)的參數(shù)眾多，操作管理人員在操作員站上會(huì)仔細(xì)對(duì)生產(chǎn)所運(yùn)行的參數(shù)做出一個(gè)及時(shí)準(zhǔn)確的調(diào)整，例如：生產(chǎn)上的壓力、溫度、液位參數(shù)的具體調(diào)整。（3）自動(dòng)報(bào)警功能；DCS本身創(chuàng)建了報(bào)警服務(wù)系統(tǒng)，主要對(duì)生產(chǎn)中模擬量、開關(guān)量、硬件設(shè)施和系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行警報(bào)監(jiān)視，出現(xiàn)任何故障時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)連接報(bào)警功能進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)在系統(tǒng)運(yùn)行上還能夠顯示出報(bào)警當(dāng)時(shí)的事故原因、時(shí)間和起點(diǎn)，例如：某機(jī)器電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，屏幕會(huì)自動(dòng)由綠色跳成紅色并閃爍，從而引起報(bào)警模式開啟，體現(xiàn)操作員迅速對(duì)突發(fā)狀況進(jìn)行有效處理，保障設(shè)備的運(yùn)行安全。（4）監(jiān)督功能；在生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和信息的查閱瀏覽等記錄數(shù)量龐大，監(jiān)督操作人員會(huì)對(duì)這些歷史參數(shù)和歷史瀏覽記錄進(jìn)行及時(shí)的處理和分析，按時(shí)按量地完成職責(zé)操作和準(zhǔn)確性操作，若故障發(fā)生，可利用歷史參數(shù)對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)處理，找到導(dǎo)致故障的原因所在，有效避免故障的再次發(fā)生，減少不必要的損失。

3 DCS系統(tǒng)在化工生產(chǎn)控制中的具體應(yīng)用

3.1 液位串級(jí)控制

例如：化工生產(chǎn)中P2塔的液位穩(wěn)定和進(jìn)料量的過(guò)程需要通過(guò)控制塔來(lái)實(shí)現(xiàn)，保證前塔液位穩(wěn)定后，后塔的進(jìn)料量卻不穩(wěn)定，相反，前塔液位不穩(wěn)定是后塔進(jìn)料量的穩(wěn)定而導(dǎo)致，如何將前塔和后塔各自的需求都進(jìn)行在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，這就運(yùn)用到了液位串級(jí)控制系統(tǒng)，液位串級(jí)控制系統(tǒng)是將流量控制器的給定值以流量控制的輸出來(lái)進(jìn)行操作，系統(tǒng)中所加入的副回路能夠壓制塔內(nèi)排出端壓力改變所產(chǎn)生出的流量變化，較大能力提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，并且有效解決了因?yàn)檫^(guò)大的系統(tǒng)波動(dòng)所造成的不必要的損失，極大地節(jié)約了人力資源。

3.2 聯(lián)鎖控制

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備要通過(guò)聯(lián)鎖控制來(lái)進(jìn)行保護(hù)，是一種維護(hù)設(shè)備的有效手段，計(jì)算機(jī)自動(dòng)化的運(yùn)用是當(dāng)聯(lián)鎖條件達(dá)到一定的狀態(tài)時(shí)所采取一些的保護(hù)動(dòng)作，例如：電磁閥動(dòng)作是否打開或者關(guān)閉等等。計(jì)算機(jī)軟件本身具有較為有效的準(zhǔn)確性、可靠性和安全性，也是系統(tǒng)的組態(tài)完成主體 ，它本身有著對(duì)歷史數(shù)據(jù)的邏輯性判斷和記憶的功能，以其智能化部分能夠替代操作人員對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行操作分析以及對(duì)緊急事故的處理，防止期間的擾亂和失誤。在生產(chǎn)項(xiàng)目27套聯(lián)鎖控制中，主要是由密度聯(lián)鎖、流量聯(lián)鎖以及液位聯(lián)鎖所構(gòu)成的，其中：當(dāng)液位處于設(shè)定的下限時(shí)，DCS所發(fā)出的啟動(dòng)型號(hào)能夠自動(dòng)控制，觸點(diǎn)閉合的開關(guān)控制，投入并運(yùn)行電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)設(shè)備，而當(dāng)液位處于設(shè)定的上限時(shí)，DCS會(huì)發(fā)出停止的信號(hào)，電動(dòng)機(jī)會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行，觸點(diǎn)斷合開關(guān)控制，同時(shí)，手動(dòng)控制是通過(guò)DCS發(fā)出停止信號(hào)將現(xiàn)場(chǎng)操作柱的旋轉(zhuǎn)開關(guān)進(jìn)行控制電動(dòng)機(jī)的起停，以上都是液位聯(lián)鎖電動(dòng)機(jī)的控制原理[2]。

3.3 反應(yīng)器反應(yīng)溫度的DCS控制

反應(yīng)器作為化工生產(chǎn)的關(guān)鍵控制，它的反應(yīng)溫度直接影響生產(chǎn)產(chǎn)品和化工反應(yīng)的效果?；ぎa(chǎn)品質(zhì)量的因素有很多種，其中，溫度在實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)中體現(xiàn)出是最為關(guān)鍵的因素之一。要有效控制住化工材料在反應(yīng)器里所出現(xiàn)的反應(yīng)狀況，有效防止因溫度過(guò)高而導(dǎo)致的連鎖反應(yīng)或無(wú)法控制的現(xiàn)象，就要對(duì)溫度這一關(guān)鍵因素的信息進(jìn)行收集和分析，再依據(jù)分析結(jié)果判定出是否對(duì)反應(yīng)生成的反應(yīng)熱進(jìn)行合理的解決。例如：某反應(yīng)器里的反應(yīng)原料為A、B、C三種，三者的流速和比例會(huì)在進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)產(chǎn)生相對(duì)的溫度影響，為了方便測(cè)量結(jié)果，要在反應(yīng)器配置好橢圓齒輪流量計(jì)、流量定值控制儀、質(zhì)量流量計(jì)等測(cè)量設(shè)備，保證在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)沒有絲毫的投料誤差。反應(yīng)器中有三個(gè)典型的反應(yīng)階段的過(guò)程，它們分別為：恒溫恒壓階段、過(guò)渡階段、升溫升壓階段。DCS系統(tǒng)將升溫參數(shù)和升溫速度自動(dòng)控制好，并且在升溫過(guò)程中設(shè)定好具體的執(zhí)行方式進(jìn)行升溫，倘若在升溫過(guò)程中溫度上升的速度太慢或者太快，就要立即對(duì)控制狀態(tài)由控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)刪除且要通過(guò)手工對(duì)蒸汽調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)整，讓升溫速度重新步入正常狀態(tài)的軌道之中。同樣的，DCS系統(tǒng)還能調(diào)節(jié)恒溫恒壓狀態(tài)的溫度。溫度的測(cè)試具體過(guò)程為：在反應(yīng)過(guò)程中對(duì)反應(yīng)器設(shè)置4個(gè)溫度關(guān)鍵點(diǎn)，它們分別為a點(diǎn)，b點(diǎn)，c點(diǎn)，d點(diǎn)。若溫度處于a點(diǎn)之下，DCS系統(tǒng)會(huì)通過(guò)單回路PID控制系統(tǒng)對(duì)電路的蒸汽閥進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)整；若溫度處于a與b之間，DCS系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)斷開對(duì)控制蒸汽閥的閥位調(diào)整；若溫度處于b與c之間，通過(guò)對(duì)某部分的溫度執(zhí)行調(diào)整以及壓力串級(jí)控制相關(guān)程序，對(duì)溫度的變化進(jìn)行進(jìn)一步的有效控制；若溫度處于c之上，則表明此時(shí)的溫度過(guò)高，要對(duì)相關(guān)部分進(jìn)行緊急性切除，啟動(dòng)循環(huán)水調(diào)節(jié)閥來(lái)重新調(diào)整溫度[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著化工生產(chǎn)規(guī)模的壯大以及控制的自動(dòng)化水平的提高，表明了應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)備是提高生產(chǎn)質(zhì)量和水準(zhǔn)的關(guān)鍵，DCS系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用能夠?qū)⒒て髽I(yè)迅速提高生產(chǎn)產(chǎn)量以及完善生產(chǎn)過(guò)程的缺血，促進(jìn)化工企業(yè)的良好發(fā)展形勢(shì)，在降低生產(chǎn)成本和環(huán)保節(jié)約的同時(shí)大大了提高化工企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：馮曉明（1983，3-），男，漢族，籍貫：江蘇無(wú)錫，工程師，本科學(xué)歷，（安全評(píng)價(jià)），工作單位：無(wú)錫恒信安全技術(shù)有限公司。