基于DCS的化工自動(dòng)化控制

霍明陽

（山東華魯恒升化工股份有限公司，山東德州 253000）

隨著信息化時(shí)代的發(fā)展，各行各業(yè)開始廣泛地應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，并取得了不俗的成績(jī)。對(duì)于化工領(lǐng)域來說，其自身的生產(chǎn)條件較為特殊，甚至有些苛刻，必須要嚴(yán)格把控原材料的使用。從本質(zhì)上來看，DCS 是以計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的[1]。在目前化工產(chǎn)業(yè)經(jīng)營(yíng)發(fā)展的環(huán)境當(dāng)中，DCS 補(bǔ)給能夠確?；どa(chǎn)的精準(zhǔn)度和高效性，而且還能切實(shí)提升化工生產(chǎn)的質(zhì)量和效率及其安全性。DCS 在化工自動(dòng)化控制領(lǐng)域的科學(xué)合理應(yīng)用，在提升化工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還能夠促進(jìn)化工領(lǐng)域的健康可持續(xù)發(fā)展。因此，必須要加強(qiáng)對(duì)于DCS 在化工自動(dòng)化控制領(lǐng)域應(yīng)用的重視程度。

1 DCS簡(jiǎn)述

1.1 DCS概念

DCS 也稱之為分散控制系統(tǒng)，其是一種新興的科學(xué)控制系統(tǒng)，是以互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的，主要涵蓋了遠(yuǎn)端儀表多種信號(hào)的收集、第三方系統(tǒng)的通信等多種先進(jìn)的現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，以此實(shí)現(xiàn)企業(yè)的精細(xì)化和高效化管理。對(duì)于我國(guó)來說，DCS 的應(yīng)用范圍越來越廣泛，其設(shè)計(jì)的原理是以集中控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)衍生而來的，并在其中綜合了多種先進(jìn)的現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行不斷更新和完善的一種新興的控制系統(tǒng)。DCS 應(yīng)用最為廣泛的行業(yè)主要是電氣領(lǐng)域和化工領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，DCS也會(huì)隨之不斷地更新?lián)Q代，勢(shì)必會(huì)進(jìn)一步拓展應(yīng)用的領(lǐng)域[1]。

1.2 DCS的主要功能

經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的DCS 的實(shí)際應(yīng)用，并結(jié)合其自身的技術(shù)架構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)，DCS 的主要功能包括四個(gè)方面，分別是實(shí)時(shí)性、調(diào)整性、報(bào)警以及監(jiān)督管控等。①DCS 的實(shí)時(shí)性功能主要表現(xiàn)在，該系統(tǒng)在收集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息時(shí)，只需要簡(jiǎn)單的自動(dòng)化輸入和輸出便可完成，并且能夠及時(shí)地向相關(guān)人員進(jìn)行反饋，以確保數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。②DCS 的調(diào)整性主要指的是參數(shù)的調(diào)整，該系統(tǒng)能夠基于化工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所表現(xiàn)出來的實(shí)際壓力、溫度等數(shù)據(jù)來調(diào)整化工生產(chǎn)中所設(shè)定的相關(guān)參數(shù)，且能夠確保參數(shù)的及時(shí)性和精確性，從而保證化工企業(yè)的安全。此外，DCS 還能夠?qū)どa(chǎn)所涉及到的原材料進(jìn)行把控和調(diào)整，以質(zhì)量和效率為前提，盡可能地節(jié)省原材料的使用量，以盡可能地降低化工企業(yè)運(yùn)行和生產(chǎn)所需要的成本投入，從而提升化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[2]。③DCS 的報(bào)警功能主要表現(xiàn)在，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控和管理化工企業(yè)生產(chǎn)過程中所涉及到的設(shè)備設(shè)施、系統(tǒng)以及原材料等，如果發(fā)現(xiàn)其中出現(xiàn)異常情況，能夠第一時(shí)間發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警，并顯示相應(yīng)的位置、時(shí)間等基本信息，以為后續(xù)技術(shù)人員的處理提供科學(xué)的參考，從而能夠降低化工企業(yè)發(fā)生安全生產(chǎn)事故的概率。④DCS 的監(jiān)督管控主要指該系統(tǒng)能夠?qū)⒒て髽I(yè)運(yùn)行的數(shù)據(jù)信息與正常的裝置設(shè)備及其系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對(duì)比分析，并形成相應(yīng)的日志形式，作為后續(xù)故障檢查、維修的重要參考依據(jù)。

2 DCS的特點(diǎn)與性能

2.1 人機(jī)共同協(xié)助

DCS 能夠?qū)崟r(shí)整合化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)功能，并對(duì)不同位置監(jiān)測(cè)點(diǎn)的具體檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，將其進(jìn)行整合，并顯示在管理員的界面當(dāng)中，方便相關(guān)技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行檢查和管理。而且當(dāng)技術(shù)人員需要操作和查閱相關(guān)的數(shù)據(jù)圖表時(shí)，DCS 還能夠提供更多的便捷性。除此之外，DCS 還能夠在遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)對(duì)實(shí)際化工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的相應(yīng)數(shù)據(jù)信息所關(guān)聯(lián)的設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)DCS 人機(jī)共同協(xié)助的特點(diǎn)，從而顯著地提升化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)的工作效率。

2.2 安全性

DCS 具備較強(qiáng)的安全性，其控制方式是以分散型為主的，以多冗余的控制方式控制化工生產(chǎn)過程中比較特殊和繁瑣的內(nèi)容，不僅能夠有效地減少出現(xiàn)故障問題的情況，而且還能夠?qū)⒉焕蛩乜刂圃诳煽胤秶畠?nèi)。DCS 在實(shí)際的化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，往往是在多臺(tái)不同類型的計(jì)算機(jī)當(dāng)中分配不同的控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)安全有效的控制，一般來說，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不是容錯(cuò)型的，所以即便是其中任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)各種問題和故障，也不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)完全喪失控制功能。除此之外，正是由于DCS 的分散控制特點(diǎn)，其每臺(tái)專用型計(jì)算機(jī)所負(fù)責(zé)的控制功能較為單一，能夠根據(jù)實(shí)際的要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，而且還不會(huì)對(duì)整體DCS 的控制功能造成不利影響，從而極大地提升了化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全性和可靠性，而且還能夠確?；どa(chǎn)的質(zhì)量和效率。

2.3 靈活性

DCS 在設(shè)計(jì)的過程中會(huì)涉及到相應(yīng)的模塊，而且模塊結(jié)構(gòu)彼此之間是沒有任何關(guān)系的，如果想要進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)的控制范圍，只需要優(yōu)化結(jié)合的模塊便可實(shí)現(xiàn)。而要想對(duì)控制的層次進(jìn)行改變，可以以組態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)，在其中應(yīng)用新式的控制回路。以組態(tài)的方式能夠?qū)⒉煌目刂茖?duì)象以其自身實(shí)際的不同控制算法分別進(jìn)行自動(dòng)化的硬件和軟件阻礙，能夠?qū)刂频牧鞒踢M(jìn)行自動(dòng)確定以及對(duì)控制流程對(duì)象的測(cè)量數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)判斷，并對(duì)信息點(diǎn)彼此之間連接的節(jié)點(diǎn)關(guān)系進(jìn)行相互控制，再自動(dòng)選用相適應(yīng)的控制算法流程設(shè)計(jì)，以及調(diào)用基本的控制算法等全部必要的流程質(zhì)量控制監(jiān)視及其進(jìn)度監(jiān)測(cè)自動(dòng)報(bào)警的控制畫面，從而更加靈活便捷地設(shè)計(jì)出包含全部化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)所必要的各種流程及其關(guān)聯(lián)設(shè)備的DCS，提升化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)的效率和質(zhì)量。

2.4 開放性

DCS 具有較強(qiáng)的開放性，其主要是以開放性、規(guī)范性和綜合性的各種系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)而成。其中各臺(tái)專用計(jì)算機(jī)能夠以無線局域網(wǎng)或者移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的形式實(shí)現(xiàn)無線通信，以促使化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)內(nèi)部各種數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)有效傳輸。如果想要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改變或者拓寬整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能時(shí)，可以在整個(gè)DCS 或者無線通信系統(tǒng)中直接添加新增的專用計(jì)算機(jī)即可，反之，可以直接卸載相應(yīng)的專用計(jì)算機(jī)，便可實(shí)現(xiàn)刪減和改變控制系統(tǒng)，而且此類操作不會(huì)對(duì)系統(tǒng)當(dāng)中的其他計(jì)算機(jī)的控制功能造成不利影響

2.5 便于維護(hù)

DCS 實(shí)現(xiàn)控制功能往往包含了多臺(tái)專用的計(jì)算機(jī)，其系統(tǒng)維護(hù)比較簡(jiǎn)單、便捷，其中某臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障或者問題時(shí)，可以在確保DCS 整體安全穩(wěn)定的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的快速、獨(dú)立處置，不會(huì)影響其他專用計(jì)算機(jī)的正?？刂七\(yùn)行。

3 基于DCS的化工自動(dòng)化控制的現(xiàn)狀

隨著科技的不斷發(fā)展，化工行業(yè)在各種新型科學(xué)技術(shù)的幫助下取得了不俗的成績(jī)。DCS 在化工自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，能夠更加便捷全面地控制整個(gè)化工生產(chǎn)的過程及其設(shè)備設(shè)施。但在實(shí)際的應(yīng)用過程中，仍然存在著很多的問題和不足。一般來說，化工企業(yè)的生產(chǎn)流程較為復(fù)雜和繁瑣，對(duì)于DCS 的要求較高。

3.1 未充分發(fā)揮DCS的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)

DCS 的網(wǎng)絡(luò)兼具傳輸距離較遠(yuǎn)、網(wǎng)絡(luò)速度較快等優(yōu)點(diǎn)，大部分是以以太網(wǎng)機(jī)構(gòu)和冗余光纖的形式實(shí)現(xiàn)的，而且能夠確保DCS 的安全性、及時(shí)性和可靠性。一旦將DCS 以集中控制的方式應(yīng)用于化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)中，將直接喪失了DCS 網(wǎng)絡(luò)的突出優(yōu)勢(shì)，無法將其優(yōu)勢(shì)和作用發(fā)揮到極致。

3.2 信號(hào)干擾

在實(shí)際的化工企業(yè)運(yùn)行生產(chǎn)過程中，電磁和靜電干擾的情況時(shí)有發(fā)生，致使DCS 的信號(hào)電纜與電氣電纜出現(xiàn)平行或者交叉的情況，直接干擾了系統(tǒng)的信號(hào)傳輸。而且隨著信號(hào)傳輸電纜的距離增加，電磁和靜電干擾的可能性也隨之上升。因此，必須要有效地控制化工企業(yè)的電纜傳輸距離及其敷設(shè)環(huán)境。

4 基于DCS的化工自動(dòng)化控制的具體應(yīng)用

相比于傳統(tǒng)的化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)，DCS 有著諸多突出的優(yōu)勢(shì)。DCS不僅能夠減少人力資源的投入，而且還能夠更加安全便捷地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)及其關(guān)聯(lián)設(shè)備的控制，換言之，只需要在專用計(jì)算機(jī)當(dāng)中輸入相應(yīng)的指令，DCS 便可操控設(shè)備。此外，DCS 還能夠在很大程度上降低化工行業(yè)自身所具有的風(fēng)險(xiǎn)性，從而確?；どa(chǎn)的安全性和高效性。

4.1 緊急制動(dòng)

化工企業(yè)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品不可避免地會(huì)出現(xiàn)損壞的情況，大部分是由于很多特殊原因和不確定因素導(dǎo)致的。如果在其中包括重大危險(xiǎn)的產(chǎn)品，不僅會(huì)對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和效率造成不利影響，而且還會(huì)危及到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。DCS具備緊急制動(dòng)的功能，一旦在系統(tǒng)所控制的范圍內(nèi)出現(xiàn)異常或者危險(xiǎn)，DCS能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)立即停止。換而言之，當(dāng)DCS 檢查到相應(yīng)的危險(xiǎn)點(diǎn)之后，就會(huì)停止運(yùn)行。DCS 的緊急制動(dòng)功能不僅能夠降低化工企業(yè)發(fā)生安全生產(chǎn)事故的概率，而且更重要的是在很大程度上保證了人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，從而促進(jìn)化工行業(yè)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和發(fā)展。

4.2 連鎖控制

一般來說，化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)往往控制了多個(gè)生產(chǎn)過程。對(duì)于傳統(tǒng)的控制模式來說，需要大量人力、物力的投入，而且還需要精確的計(jì)算，以及為了保證人員的生命財(cái)產(chǎn)安全需要配備各種勞動(dòng)防護(hù)用品。DCS 的自動(dòng)化程度較高，不僅能夠大幅降低人力資源的投入和使用，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)連鎖控制，也就是說在DCS 當(dāng)中輸入相關(guān)的指令，系統(tǒng)便可以自行控制相應(yīng)的設(shè)備，進(jìn)行自動(dòng)化的生產(chǎn)。除此之外，化工企業(yè)自身的危險(xiǎn)程度較高，所以，DCS 的自動(dòng)化生產(chǎn)，能夠大幅提升化工企業(yè)的安全性。目前很多的化工企業(yè)當(dāng)中，已經(jīng)開始在化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用DCS，基本實(shí)現(xiàn)了無人化生產(chǎn)。DCS 能夠?qū)崿F(xiàn)無人化的原材料精準(zhǔn)添加，而且還能夠根據(jù)既定的程序和質(zhì)量對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理地調(diào)整，并在連鎖控制的條件下，開展化工生產(chǎn)。而這一系列的生產(chǎn)操作僅僅需要相關(guān)的技術(shù)人員在DCS 當(dāng)中遠(yuǎn)程監(jiān)視相關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)即可，在實(shí)現(xiàn)化工無人化、自動(dòng)化生產(chǎn)目標(biāo)的同時(shí)，還能夠提升化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，從而促進(jìn)化工行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

4.3 PID控制

在實(shí)際的化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)中，會(huì)包括多種不同的控制回路，如單回路、串級(jí)回路等?；ぎa(chǎn)品質(zhì)量、成本、效率、能耗等在很大程度上取決于生產(chǎn)過程的參數(shù)控制。DCS 能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)PID 回路控制，對(duì)化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)中全部的溫度、液位、流量、壓力等多方面的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)節(jié)，以確保全部的參數(shù)都在生產(chǎn)所需要的范圍之內(nèi)，從而極大提升了化工自動(dòng)化控制的質(zhì)量和效率。

4.4 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理層與執(zhí)行層之間的信息溝通

化工企業(yè)生產(chǎn)和管理的水平在很大程度上取決于生產(chǎn)管理層與執(zhí)行層之間的信息溝通?；贒CS 的化工自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理層與執(zhí)行層之間的信息溝通、交流，實(shí)現(xiàn)了信息的實(shí)時(shí)共享，對(duì)于生產(chǎn)管理層所制定的一系列生產(chǎn)指令和決策，能夠方便執(zhí)行層人員及時(shí)調(diào)整化工生產(chǎn)的工藝、狀態(tài)以及各種影響因素等，提高了化工生產(chǎn)的效率。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，化工領(lǐng)域取得了令人矚目的成就，化工企業(yè)的規(guī)模和數(shù)量也與日俱增。在此背景下，化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)必須要實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化的發(fā)展。DCS 是時(shí)代和科技發(fā)展的新興產(chǎn)物，基于DCS 的化工自動(dòng)化控制，在提升化工產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和效率的同時(shí)，還能夠?qū)ζ溥M(jìn)行精細(xì)化和高效化的管理與控制，而且由于DCS 的統(tǒng)一性管理，在很大程度上降低了化工生產(chǎn)的成本投入。同時(shí)，基于DCS 的化工自動(dòng)化控制能夠在一定程度上增強(qiáng)化工企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在很大程度上顛覆了傳統(tǒng)的工業(yè)控制模式，也彌補(bǔ)傳統(tǒng)控制模式中所存在的一些缺陷和漏洞，從而切實(shí)提升化工產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

5 結(jié)束語

基于DCS 的化工自動(dòng)化控制對(duì)于化工企業(yè)的經(jīng)營(yíng)和發(fā)展是十分重要的，也是非常必要的。該系統(tǒng)不僅能夠切實(shí)提升化工企業(yè)的管理、監(jiān)控與操作等多方面的水平，而且還能夠以分散控制的方式實(shí)時(shí)控制化工生產(chǎn)的生產(chǎn)工藝和流程，極大減少了由于人為因素而導(dǎo)致的各種不安全事故，提升了化工企業(yè)生產(chǎn)的安全性和高效性，從而促進(jìn)化工行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。