DCS控制系統(tǒng)在化工行業(yè)中的應(yīng)用

溫成吉

摘 要：DCS控制系統(tǒng)采用控制分散、操作和管理集中的基本設(shè)計思想，采用多層分級、合作自治的結(jié)構(gòu)形式。目前DCS在電力、冶金、石化等各行各業(yè)都獲得了極其廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：DCS控制系統(tǒng);工業(yè)應(yīng)用;干擾因素

1前言

DCS控制系統(tǒng)在控制上的最大特點是依靠各種控制、運(yùn)算模塊的靈活組態(tài)，可實現(xiàn)多樣化的控制策略以滿足不同情況下的需要，使得在單元組合儀表實現(xiàn)起來相當(dāng)繁瑣與復(fù)雜的命題變得簡單。在化工行業(yè)中，由于工藝的特殊性，需要對流量、壓力、溫度檢測等裝置進(jìn)行動態(tài)的監(jiān)測，這時候就需要DCS控制系統(tǒng)的幫助，DCS控制系統(tǒng)的使用能有效的保證化工工藝在不同生產(chǎn)環(huán)境中的精準(zhǔn)運(yùn)轉(zhuǎn)，具有高度的靈敏性和可行性。

2DCS控制系統(tǒng)在化工行業(yè)中的具體運(yùn)用

2.1測量系統(tǒng)

需要對信號發(fā)生端進(jìn)行測試，輸入相應(yīng)的模擬信號，然后再顯示中心上就可以檢查出PV值或者對應(yīng)的顏色變化，就能夠證明運(yùn)行是否正常。

2.2調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

需要對壓力開關(guān)、溫度開關(guān)以及液位開關(guān)等報警控制進(jìn)行調(diào)試，設(shè)定出相應(yīng)的控制方案，保證化工生產(chǎn)安全、可靠的運(yùn)行。

2.3冗余系統(tǒng)

需要對網(wǎng)絡(luò)通訊電纜冗余進(jìn)行測試，包括現(xiàn)場和顯示兩部分，確定系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。

3DCS控制系統(tǒng)在化工行業(yè)中的優(yōu)勢

3.1實現(xiàn)多臺顯示中心的配置

從化工行業(yè)易燃、易爆、易中毒的實際出發(fā)，也為了更加精準(zhǔn)的觀察生產(chǎn)過程中所有參數(shù)的變化，就要實現(xiàn)對兩臺甚至兩臺以上顯示的控制，將生產(chǎn)的每一個環(huán)節(jié)都要有相對應(yīng)的監(jiān)控子系統(tǒng)和顯示控制，一旦發(fā)生生產(chǎn)過程中斷電或是電氣聯(lián)鎖失效等問題就能及時回饋到控制中心，以便工作人員做好相應(yīng)的控制措施。

3.2具有雙向傳遞信息的構(gòu)造

DCS控制系統(tǒng)中，需要在控制單元和現(xiàn)場總線上實現(xiàn)雙重化的構(gòu)造，這樣才能夠雙向的傳遞信息，通過監(jiān)控單元采集數(shù)據(jù)，由控制單元進(jìn)行運(yùn)算、處理，在雙重化的構(gòu)造上能夠?qū)崿F(xiàn)反饋控制和順序控制，同時在化工生產(chǎn)過程中對信號以及多種輸出和輸入進(jìn)行處理，給系統(tǒng)提供可靠的預(yù)測和監(jiān)測的保障。DCS監(jiān)控系統(tǒng)如果發(fā)生異常，就會在控制系統(tǒng)的作用下直接切換到備用的設(shè)備，保證對化工生產(chǎn)的實時監(jiān)控。

3.3 PID的調(diào)節(jié)穩(wěn)定性是根本

在實際過程控制系統(tǒng)中，基于PID控制技術(shù)的系統(tǒng)占80%以上，PID回路運(yùn)用優(yōu)劣在實現(xiàn)裝置平穩(wěn)、高效、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行中起到舉足輕重的作用，各DCS廠商都以此作為搶占市場的有力競爭砝碼，開發(fā)出各自的PID自整定軟件。根據(jù)DCS的控制功能，在基本的PID算法基礎(chǔ)上，可以開發(fā)各種改進(jìn)算法，以滿足實際工業(yè)控制現(xiàn)場的各種需要。與傳統(tǒng)的PID控制不同，基于非參數(shù)模型的預(yù)測控制算法是通過預(yù)測模型預(yù)估系統(tǒng)的未來輸出的狀態(tài)，采用滾動優(yōu)化策略計算當(dāng)前控制器的輸出。根據(jù)實施方案的不同，有各種算法，例如，內(nèi)?？刂?、模型算法控制、動態(tài)矩陣控制等。目前，實用預(yù)測控制算法已引入DCS，例如IDCOM控制算法軟件包已廣泛應(yīng)用于加氫裂化、催化裂化、常壓蒸餾、石腦油催化重整等實際工業(yè)過程。此外，還有橫河公司的PREDICTROL，霍尼韋爾公司在TDC-3000LCN系統(tǒng)中開發(fā)的基于卡爾曼濾波器的預(yù)測控制器等等。這類預(yù)測控制器不是單純把卡爾曼濾波器置于以往預(yù)測控制之前進(jìn)行噪聲濾波，而是把卡爾曼濾波器作為最優(yōu)狀態(tài)推測器，同時進(jìn)行最優(yōu)狀態(tài)推測和噪聲濾波。

4DCS控制系統(tǒng)使用過程中的干擾因素

4.1來自DCS控制系統(tǒng)內(nèi)部的干擾

DCS控制系統(tǒng)內(nèi)部的干擾主要是由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生的，主要體現(xiàn)在邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這一方面的干擾屬于DCS控制系統(tǒng)設(shè)計廠家對于產(chǎn)品設(shè)計中的內(nèi)容，對于應(yīng)用者來說是無法改變的，所以沒有必要過多考慮，只需在選購時主要選購那些優(yōu)質(zhì)廠家生產(chǎn)的系統(tǒng)即可。

4.2來自系統(tǒng)外引線的干擾

4.2.1來自電源的干擾

DCS控制系統(tǒng)的供電全部來源于電網(wǎng)供電，我們知道，電網(wǎng)覆蓋面積大，受到所有空間電磁干擾，而在線路上感應(yīng)的電壓和電路，尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源。而DCS控制系統(tǒng)電源的選擇一般都是選用隔離電源，這種電源在機(jī)構(gòu)及制造工藝因素上并不理想，在實際操作中，由于存在著分布電容，想要做到絕對隔離是不可能的。

4.2.2來自信號線引入的干擾

與DCS控制系統(tǒng)相連的各類信號傳輸線在實際運(yùn)行中會遭到外部干擾信號的侵入，這主要體現(xiàn)在兩個方面，一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，另外一個則是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，其中，后者會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴(yán)重時將引起元器件損傷，在實際操作中一定要注意。

4.2.3來自空間的輻射干擾

最后一種干擾就是空間的輻射電磁場引起的，主要包括電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生，分布極為復(fù)雜。如果DCS控制系統(tǒng)是置于所射頻場內(nèi)，就會受到這個干擾，輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小，特別是與頻率有關(guān)，一般通過設(shè)置屏蔽電纜和DCS局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護(hù)。

5應(yīng)該如何消除這些使用過程中的干擾

5.1正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)

正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)是DCS控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一，接地的目的主要在于安全以及抑制干擾，對于接地方式的選擇一般可以有浮地方式、直接接地方式和電容接地三種，對于DCS控制系統(tǒng)來說，因為他是屬于高速低電平控制裝置，所以應(yīng)選擇直接接地方式由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1MHz，所以DCS控制系統(tǒng)接地線采用一點接地和串聯(lián)一點接地方式。集中布置的DCS系統(tǒng)適于并聯(lián)一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極

5.2采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾

作為DCS控制系統(tǒng)十分重要的一個組成部分，電源的抗干擾是很重要的，我們對于DCS系統(tǒng)供電的電源的選擇應(yīng)該是采用隔離性能較好電源，而對于變送器供電的電源和DCS系統(tǒng)有直接電氣連接的儀表的供電電源，并沒受到足夠的重視，雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠，主要是使用的隔離變壓器分布參數(shù)大，抑制干擾能力差，經(jīng)電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。所以，對于變送器和共用信號儀表供電應(yīng)選擇分布電容孝抑制帶大（如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術(shù)）的配電器，以減少DCS控制系統(tǒng)的干擾。

5.3硬件濾波及軟件抗干擾措施

由于電磁干擾的復(fù)雜性，要根本消除迎接干擾影響是不可能的，因此在DCS控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計和組態(tài)時，還應(yīng)在軟件方面進(jìn)行抗干擾處理，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。常用的一些措施：數(shù)字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾;定時校正參考點電位，并采用動態(tài)零點，可有效防止電位漂移;采用信息冗余技術(shù)，設(shè)計相應(yīng)的軟件標(biāo)志位;采用間接跳轉(zhuǎn)，設(shè)置軟件陷阱等提高軟件結(jié)構(gòu)可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳積明，王智.工業(yè)以太網(wǎng)的研究現(xiàn)狀及展望?；ぷ詣踊皟x表，2001，28（6）：50-54.

[2] 趙瑾，申忠宇.網(wǎng)絡(luò)控制過程的最新進(jìn)展，電氣自動，2003，25（1）：8-12.

[3] 周雙.DCS集散控制系統(tǒng)及工業(yè)控制技術(shù)的最新進(jìn)展[J].化工生產(chǎn)與技術(shù)，2007（3）：120-128.

（中石化股份有限公司天津分公司聚醚部，天津 300270）