探討DCS化工廠一體化智能控制系統(tǒng)

段煉

【摘 要】論文講述了化工廠智能控制系統(tǒng)的基本理論以及結(jié)構(gòu)，對(duì)化工廠中DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了深層闡述。同時(shí)，提出了化工廠DCS系統(tǒng)操作過程中常有的故障以及應(yīng)對(duì)的措施，從而全面地介紹了DCS化工廠一體化智能控制系統(tǒng)。

【Abstract】This paper describes the basic theory and structure of intelligent control system in chemical plant， and deeply expounds the application of DCS control system in chemical plant. At the same time， this paper puts forward the common faults in the process of DCS operation in chemical plant and countermeasures， so as to comprehensively introduce the integrated intelligent control system of DCS chemical plant.

【關(guān)鍵詞】DCS系統(tǒng);智能;化工廠

【Keywords】DCS system; intelligent; chemical plant

【中圖分類號(hào)】TP27 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2019）07-0176-02

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(duì)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(jí)大多必須要有非常精準(zhǔn)的模型，以此來完成對(duì)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(duì)所有信息進(jìn)行全面的檢測、處理以及獲得，與此同時(shí)，對(duì)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(jí)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(jí)和執(zhí)行級(jí)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(jí)發(fā)來的語言符號(hào)和模糊的一些指令。組織級(jí)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(jí)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(jí)操作的任務(wù)。各個(gè)級(jí)別都有各自的識(shí)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(jí)的識(shí)別功能，而協(xié)調(diào)級(jí)的識(shí)別功能則是對(duì)執(zhí)行級(jí)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(jí)的識(shí)別功能是對(duì)上級(jí)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(tái)服務(wù)器、一臺(tái)工程師站、六臺(tái)操作員站、兩臺(tái)交換機(jī)、一臺(tái)報(bào)表打印機(jī)和一臺(tái)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(jí)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(duì)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(duì)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(tái)上可以對(duì)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(duì)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(duì)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(huì)產(chǎn)生局部的損害。例如，大部分會(huì)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(huì)嚴(yán)重地影響模塊的使用壽命，因此，DCS控制系統(tǒng)對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)組態(tài)進(jìn)行管理，同時(shí)要對(duì)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(duì)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(duì)DCS系統(tǒng)造成的影響。另外，各個(gè)操作臺(tái)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(duì)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。

【參考文獻(xiàn)】

【1】郝銳.探討DCS化工廠一體化智能控制系統(tǒng)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（13）：86.