探討DCS 化工廠一體化智能控制系統(tǒng)

段煉

（贏創(chuàng)特種化學(xué)（上海）有限公司，上海201507）

1 引言

DCS 系統(tǒng)又稱為分散控制系統(tǒng)。它有著網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、點(diǎn)數(shù)多、穩(wěn)定性要求高以及控制方案復(fù)雜等特點(diǎn)。而且智能控制系統(tǒng)使用非常方便，有著很好的通用性，有著優(yōu)良的拓展能力，從而DCS 系統(tǒng)被應(yīng)用到化工廠對工業(yè)發(fā)展有著很大的益處。

2 智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和理論

智能控制系統(tǒng)的執(zhí)行級大多必須要有非常精準(zhǔn)的模型，以此來完成對精確度要求非常高的控制任務(wù)，它的主要工作內(nèi)容是對所有信息進(jìn)行全面的檢測、處理以及獲得，與此同時(shí)，對于一些復(fù)雜的歷程采取智能控制的方式進(jìn)行操作。協(xié)調(diào)級是智能控制系統(tǒng)的核心部分。它的功能主要是調(diào)和執(zhí)行級和執(zhí)行級之間的互動(dòng)，但它并不十分要求模型的準(zhǔn)確性，而是需要具有一定的學(xué)習(xí)能力，因此，它能夠提高控制環(huán)境中各種性能和優(yōu)點(diǎn),且可以更好地接受與獲取上一級發(fā)來的語言符號和模糊的一些指令。組織級則具有更具體的組織能力。操作員發(fā)來的口令則能由組織級工作翻譯成另一種機(jī)器語言，從而更準(zhǔn)確地策劃任務(wù)和組織決策，因此完成指導(dǎo)最低級操作的任務(wù)。各個(gè)級別都有各自的識別功能。監(jiān)督系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)生的改變和截取不太正常的數(shù)據(jù)是執(zhí)行級的識別功能，而協(xié)調(diào)級的識別功能則是對執(zhí)行級發(fā)出的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析與整理，同時(shí)協(xié)調(diào)組織之間的指令。組織級的識別功能是對上級發(fā)來的指令進(jìn)行解釋和翻譯。此類階梯式已被應(yīng)用到生活的各個(gè)方面，如交通管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。

3 DCS 控制系統(tǒng)在化工廠中的應(yīng)用

3.1 對象

次磷酸（HPA）裝置的主裝置所采用的原料為次磷酸鈉，它的生產(chǎn)流程工藝是由化學(xué)的離子交換法所組成的，其主要的操作流程是：次磷酸鈉稀溶液的濃縮、調(diào)整溶液（兩次）、離子交換、蒸發(fā)濃縮出成品等。

3.2 方案

該裝置采用的是Emerson 公司的DCS 控制系統(tǒng)DeltaV，該系統(tǒng)在化工廠綜合車間生產(chǎn)流程的控制上有著很好的成就，車間的自動(dòng)化更完善，可以節(jié)約人力，便于管理。通過DeltaV 系統(tǒng)控制生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量好、產(chǎn)量更高、污染少、能耗相較其他更低、更加節(jié)約原料，極大地節(jié)約了企業(yè)升本，提升了生產(chǎn)效率。

該系統(tǒng)選取的是ProfiBus-DP 總線集成TCP/IP 通訊協(xié)議技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)操作同時(shí)采取先進(jìn)的控制系統(tǒng)算法APC 對控制系統(tǒng)進(jìn)行全程監(jiān)控，使得生產(chǎn)過程控制在可控范圍內(nèi)，達(dá)到效率最大化。該系統(tǒng)同時(shí)集齊了DMS、CRM、SCM、Real-time信息傳輸?shù)雀鞣N工具，完成了企業(yè)資源管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及智能儀表設(shè)備三個(gè)系統(tǒng)之間的密切合作，達(dá)到了信息流之間的無縫傳遞，對實(shí)現(xiàn)化工廠的智能數(shù)字化與一體化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外，該系統(tǒng)邏輯順序的控制、反饋控制以及其他一系列的復(fù)雜的運(yùn)算與功法也對化工廠實(shí)現(xiàn)智能化控制以及企業(yè)管理非常有益。由產(chǎn)品的生產(chǎn)流程工藝可知，DeltaV 控制系統(tǒng)不但完成了次磷酸鈉溶液的進(jìn)料、補(bǔ)料、濃縮以及溶液的物質(zhì)的量濃度，密度的準(zhǔn)確測定以及結(jié)果分析和整理，而且還達(dá)到了全部操作過程的自動(dòng)化，各種操作過程的正確性以及完整性。

DCS 控制系統(tǒng)包括兩臺服務(wù)器、一臺工程師站、六臺操作員站、兩臺交換機(jī)、一臺報(bào)表打印機(jī)和一臺UPS 不間斷電源[1]。

3.3 功能及特點(diǎn)

這套系統(tǒng)有著分區(qū)域及分級的權(quán)限管理。工程師站和不同操作員站都有著各自的操作權(quán)限，這樣做是為了維護(hù)操作過程中的安全。每個(gè)操作站只能操作指定區(qū)域的設(shè)備，而系統(tǒng)只完成操作員發(fā)布的命令，例如啟停設(shè)備等。在指定人員輸入正確的密碼之后，把權(quán)限設(shè)置成工程師權(quán)限后，工程師才能對機(jī)器進(jìn)行操作，進(jìn)而維護(hù)系統(tǒng)安全性。

這個(gè)系統(tǒng)中針對工廠四班兩倒的生產(chǎn)狀況，在DeltaV 系統(tǒng)上定制設(shè)計(jì)了數(shù)字化交接班系系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)狀態(tài)，避免了交接班信息不暢導(dǎo)致的生產(chǎn)損失。

本系統(tǒng)中的一個(gè)非常大的亮點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。在操作臺上可以對操作過程進(jìn)行監(jiān)督和自動(dòng)參數(shù)修正。系統(tǒng)的軟件組態(tài)里不僅僅有著極其復(fù)雜的閉環(huán)控制操作，而且還能夠?qū)Σ僮鬟^程中的各種流程畫面進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯現(xiàn)、監(jiān)督以及對比檢測，這其中包含了一共二十五幅工藝流程圖，一幅總貌圖、十幅組控制畫面以及各種回路的報(bào)警等畫面，而且還包含處理報(bào)表的能力。

4 DCS 控制系統(tǒng)在應(yīng)用中的常見故障及應(yīng)對措施

4.1 常見故障

4.1.1 硬件故障

硬件故障主要指的是過程控制方面產(chǎn)生的故障，大部分是由于DCS 控制系統(tǒng)的模塊，尤其是I/O 模塊出現(xiàn)故障造成的。這種損害大多顯而易見，但是只會產(chǎn)生局部的損害。例如，大部分會表現(xiàn)在參數(shù)沒有發(fā)生變化，修好儀表的故障之后仍不能夠完成接下來的指令。這些都主要是由于機(jī)器實(shí)用的時(shí)間太久或者使用的操作及方法不當(dāng)，導(dǎo)致模塊老化。模塊所處的環(huán)境不好，例如環(huán)境中的灰塵顆粒嚴(yán)重超標(biāo)，溫度不適合，濕度太大都會嚴(yán)重地影響模塊的使用壽命，因此，DCS 控制系統(tǒng)對溫度、濕度等有著嚴(yán)格的要求。在安裝機(jī)器時(shí)，要嚴(yán)格按照機(jī)器的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，否則有可能造成嚴(yán)重的故障。

4.1.2 軟件故障

軟件故障一般是由軟件自身帶有的缺點(diǎn)導(dǎo)致的。這種故障大多存在于DCS 控制系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試階段。軟件的設(shè)定程序非常復(fù)雜，工作量特別龐大，因此，軟件出現(xiàn)故障在所難免。于是這就需要軟件調(diào)試階段的工作人員在工作時(shí)要非常認(rèn)真仔細(xì)，如果發(fā)現(xiàn)軟件問題，要及時(shí)向DCS 調(diào)試員反映并配合其一起解決軟件的故障。這種故障一般只存在于調(diào)試階段，系統(tǒng)運(yùn)行正常后一般很少出現(xiàn)。

4.1.3 人為故障

除了硬件故障和軟件故障，DCS 控制系統(tǒng)常出現(xiàn)的是人為故障。人為故障有著很多的不確定性，因?yàn)槿朔稿e(cuò)誤的原因多種多樣，有的是操作失誤，有的是缺乏專業(yè)能力，還有監(jiān)管不到位、管理不嚴(yán)格等原因。這就要求操作人員在以后的工作過程中，嚴(yán)格要求自己，熟練掌握DCS 控制系統(tǒng)操作，減少人為故障，為安全操作提供更好的保障。

4.2 應(yīng)對措施

4.2.1 DCS 系統(tǒng)運(yùn)行與管理

智能控制系統(tǒng)的運(yùn)行管理指的是對計(jì)算機(jī)進(jìn)行日常的巡視和監(jiān)察，每天檢查各種軟件，要加強(qiáng)軟件的管理與控制，必須按照有關(guān)規(guī)定才能對組態(tài)進(jìn)行管理，同時(shí)要對組態(tài)的各種信息進(jìn)行保留，以備查驗(yàn)。當(dāng)DCS 控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題需要更換零件時(shí)，需要對零件的備件采取功能的測試，以確保萬無一失。

DCS 控制系統(tǒng)的檢修管理是檢查與修理智能控制系統(tǒng)必要的流程，應(yīng)該注重DCS 控制系統(tǒng)每次檢修檢查的內(nèi)容、時(shí)間以及周期，指定詳細(xì)的檢維修計(jì)劃，檢查DCS 控制系統(tǒng)是否出現(xiàn)問題。工作人員應(yīng)時(shí)刻為系統(tǒng)檢修準(zhǔn)備，以防出現(xiàn)更大的故障。檢查項(xiàng)目大多注重細(xì)節(jié)，工作人員要多注意各種機(jī)器的細(xì)節(jié)問題，如電源、模塊、電子室溫度和濕度等，并設(shè)計(jì)詳細(xì)的數(shù)據(jù)記錄表記錄檢修過程并存檔。

4.2.2 UPS 電源防范措施

這要求工作人員按時(shí)間用紅外線測溫儀測量各種電線的溫度，做好數(shù)據(jù)記錄。用萬用表測量電源的電壓，注意電壓波動(dòng)范圍大小。電廠的電壓電流都非常大，磁場也非常強(qiáng)，必須要進(jìn)行電源接地的檢查，不然容易出現(xiàn)重大事故。

4.2.3 DCS 系統(tǒng)抗干擾措施

為防止強(qiáng)烈的磁場干擾，可以在中央控制室的墻壁粉刷之前在墻里釘上一層鋼絲網(wǎng)，然后再將其與電氣保護(hù)PE 接地系統(tǒng)相連。再或者可以將傳統(tǒng)的高壓輸電線改變?yōu)槁竦卦O(shè)置，這樣可以解決高壓電磁場對DCS 系統(tǒng)造成的影響。另外，各個(gè)操作臺的機(jī)柜也應(yīng)該與電氣保護(hù)系統(tǒng)相連，避免產(chǎn)生不必要的危害。

5 結(jié)語

智能一體化系統(tǒng)是目前化工廠發(fā)展的必然趨勢，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、模塊化、高性能、小型化，對狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測、信息處理、反饋綜合判斷、發(fā)出指令以及操作等，能夠有效提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，完善系統(tǒng)并使其更加靈活與簡便，強(qiáng)化兼容性，并便于操作，更加利于現(xiàn)場總線開放協(xié)議的兼容。