基于DCS控制系統(tǒng)的化工自動(dòng)化控制

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，化工行業(yè)的生產(chǎn)效率也得到了顯著發(fā)展。DCS控制系統(tǒng)是一種基于計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化系統(tǒng)?；ば袠I(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)用DCS系統(tǒng)可以提高生產(chǎn)設(shè)備的精準(zhǔn)性，提高生產(chǎn)效率。所以，DCS控制系統(tǒng)在化工領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。DCS控制系統(tǒng)為化工行業(yè)的工作人員開展化工生產(chǎn)提供了良好的支撐作用，在促進(jìn)化工企業(yè)進(jìn)步的同時(shí)，也體現(xiàn)出了DCS系統(tǒng)的優(yōu)越性和先進(jìn)性。該文主要對(duì)于自動(dòng)化DCS系統(tǒng)應(yīng)用在化工行業(yè)的生產(chǎn)中的問題，提出自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，為化工行業(yè)的高效率生產(chǎn)提供更好的保障，以期為相關(guān)企業(yè)提供參考。

關(guān)鍵詞：DCS控制系統(tǒng)化工行業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)智能化

中圖分類號(hào)：P415.1 3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

Chemical Automation Control Based on DCS Control System

LIU Yuebo

（Guangxi Mnhua New Energy Technology Development Co.， Ltd.， Qinzhou， Guangxi? Zhuang Autonomous Region， 535008 China）

Abstract：With the development of society and the progress of science and technology， the production efficiency of the chemical industry has also developed significantly. DCS control system is an automatic system based on computer control. The application of DCS system in the production of chemical industry can improve the accuracy of production equipment and production efficiency. Therefore， DCS control system has been widely used in chemical industry. The DCS control system provides good support for chemical industry workers to carry out chemical production， and promotes the progress of chemical enterprises. At the same time， it also shows the superiority and advanced nature of DCS system. This paper mainly puts forward the design scheme of automation system for the application of automatic DCS system in the production of chemical industry， so as to provide a better guarantee for the high-efficiency production of chemical industry， in order to provide reference for relevant enterprises.

Key Words： DCS control system; Chemical industry;Automatic system;Intellectualization

隨著信息技術(shù)的逐漸普及，計(jì)算機(jī)控制越來越多地被使用在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域中。在化工行業(yè)中，由于特殊的生產(chǎn)條件，原料的投入和使用要求通常需要非常嚴(yán)格的條件控制。DCS是由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化系統(tǒng)。基于當(dāng)前的化工生產(chǎn)經(jīng)營的背景下，DCS系統(tǒng)不僅可以提供更準(zhǔn)確的原材料添加技術(shù)，還能夠顯著提高化工行業(yè)的生產(chǎn)效率。同時(shí)，DCS控制系統(tǒng)也可以保證化工行業(yè)的安全生產(chǎn)。DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)在化工行業(yè)的應(yīng)用，不僅在一定程度上提高了化工企業(yè)的利益，而且促進(jìn)了化工行業(yè)的發(fā)展[1]。該文對(duì)于DCS控制系統(tǒng)在化工自動(dòng)化控制中的應(yīng)用進(jìn)行分析，對(duì)化工行業(yè)的生產(chǎn)過程進(jìn)行更充分的控制，確?；どa(chǎn)的穩(wěn)定性和合理性。

1 DCS系統(tǒng)簡介

集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）簡稱為DCS系統(tǒng)。這一控制系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生的一種產(chǎn)品，包括第三方設(shè)備、遠(yuǎn)傳儀表的多重信號(hào)采集。綜合運(yùn)用這些技術(shù)，可以更加科學(xué)有效地管理化工企業(yè)生產(chǎn)。在我國，DCS 系統(tǒng)也稱為分布式集散控制系統(tǒng)，與集中控制系統(tǒng)相比，該控制系統(tǒng)可以認(rèn)為是一種新型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。DCS的設(shè)計(jì)是基于集中控制系統(tǒng)為原理上產(chǎn)生的，DCS控制系統(tǒng)通過不斷完善集中控制系統(tǒng)，從而獲得的一種控制系統(tǒng)。在當(dāng)前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電氣、化工等行業(yè)中。而隨著DCS控制系統(tǒng)的發(fā)展，將會(huì)更加完善，在其他的領(lǐng)域中也得到廣泛應(yīng)用[2]。

2化工企業(yè) DCS系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)于化工行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提高具有重要意義。在化工自動(dòng)化系統(tǒng)中，DCS控制系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)設(shè)施和生產(chǎn)過程的控制。它越來越多地用于化工生產(chǎn)中。但實(shí)際上來看，DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用在化工自動(dòng)化系統(tǒng)中，依舊還存在一定的問題?；どa(chǎn)工藝復(fù)雜度較高，所以對(duì)于DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用具有非常高的要求。編制科學(xué)合理的自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠解決許多化工生產(chǎn)問題。

2.1 無法發(fā)揮 DCS 的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)

DCS 的網(wǎng)絡(luò)是采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)和冗余光纖，具有傳輸距離遠(yuǎn)、網(wǎng)絡(luò)速率快等優(yōu)勢(shì)，并且關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、可擴(kuò)充性、實(shí)時(shí)性等眾多方面。如果將DCS控制系統(tǒng)全部放到中央控制室，采用集中控制的手段，那么DCS控制系統(tǒng)所具有的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離傳輸、分布式結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢(shì)將不復(fù)存在。

2.2限制了現(xiàn)場設(shè)備的測點(diǎn)增減，影響設(shè)備的可擴(kuò)展性

化工生產(chǎn)現(xiàn)場布設(shè)大量的管線、配備大量設(shè)備。如果對(duì)現(xiàn)場設(shè)備測點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)充，再補(bǔ)充施工難度較高，所以導(dǎo)致現(xiàn)場設(shè)備的可擴(kuò)展性有限。

2.3電纜遠(yuǎn)距離傳輸，信號(hào)干擾的幾率增加

化工生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境具有電磁干擾和靜電干擾，導(dǎo)致電氣電纜與信號(hào)電纜存在平行敷設(shè)傳輸問題。而信號(hào)電纜的傳輸距離越長，發(fā)生靜電干擾和電磁干擾的可能性越高。所以，化工生產(chǎn)場地之間的電纜傳輸距離必須要進(jìn)行有效控制。

3 化工自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)盡可能的簡單。在對(duì)于DCS控制設(shè)備來設(shè)計(jì)化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，需要考慮到實(shí)時(shí)采集和分析化工生產(chǎn)數(shù)據(jù)的相關(guān)信息，以確保數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性。在化工自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采集壓力信號(hào)、流量信號(hào)、溫度信號(hào)等信息，并進(jìn)行分析后的統(tǒng)一管理。系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則為有效、經(jīng)濟(jì)、適用。而自動(dòng)化控制系統(tǒng)的操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)，則必須要保證系統(tǒng)的可靠性、可擴(kuò)展性，避免化工自動(dòng)控制系統(tǒng)無法滿足未來化工擴(kuò)容的需求。除此之外，化工自動(dòng)控制系統(tǒng)必須要具有遠(yuǎn)距離傳輸?shù)墓δ?，保障自?dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性[3]。

3.2 焦化自動(dòng)化控制系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

化工自動(dòng)化控制平臺(tái)主要包括DCS控制系統(tǒng)、組態(tài)軟件控制系統(tǒng)。在DCS控制系統(tǒng)中，控制中心包括控制站、主控制卡等。DCS設(shè)備控制站能夠輔助化工生產(chǎn)的自動(dòng)控制、操作和信息采集。主控卡能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析工作，優(yōu)化化工生產(chǎn)現(xiàn)場的輸入信號(hào)與信息，使化工生產(chǎn)過程的控制具有更高的精準(zhǔn)化程度。DCS設(shè)備系統(tǒng)中的機(jī)柜采用內(nèi)置式結(jié)構(gòu)，采用拼裝形式組成，有利于自動(dòng)控制線的部署。輸入/輸出機(jī)籠使用20個(gè)卡件，通過一種相對(duì)簡單的控制方法，可以完全控制化工的復(fù)雜生產(chǎn)過程。在控制站，不同的卡構(gòu)成一個(gè)整體，可以采集和分析不同的信號(hào)信息，同時(shí)完成控制和計(jì)算。如圖1所示為操作站示意圖。自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和先進(jìn)的控制算法完成各種報(bào)警參數(shù)的設(shè)置，并將語言組態(tài)與圖形編程相結(jié)合。自動(dòng)控制軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)組態(tài)軟件、監(jiān)控軟件等。其中，實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件應(yīng)用在DCS監(jiān)控過程中，可建立標(biāo)準(zhǔn)用戶界面。而操作人員可以隨意切換所有的屏幕，實(shí)時(shí)監(jiān)控屏幕上的生產(chǎn)工藝參數(shù)，并在同一屏幕上采集不同的信息。整個(gè)過程不影響其他系統(tǒng)的功能，保證了系統(tǒng)良好地運(yùn)行[4]。

為了保證自動(dòng)控制系統(tǒng)更穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，應(yīng)根據(jù)化工生產(chǎn)情況，以此來建立不同的能力等級(jí)，如觀察員、操作員、工程師、技術(shù)人員和特權(quán)人員，建立不同的權(quán)限等級(jí)。在這些不同的許可證中，操作員不僅可以監(jiān)控化工系統(tǒng)的性能，還可以監(jiān)控系統(tǒng)的性能;而觀察員只能監(jiān)控化工生產(chǎn)系統(tǒng)的性能;工程技術(shù)人員可根據(jù)化工生產(chǎn)情況，以便可以實(shí)時(shí)調(diào)整化工生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，及時(shí)糾正發(fā)現(xiàn)的問題，確?；どa(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。特權(quán)人士可以更改某些特殊設(shè)置[5]。

4 DCS 系統(tǒng)在化工生產(chǎn)過程中的具體應(yīng)用

4.1 緊急制動(dòng)

在化工行業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)出的相關(guān)產(chǎn)品發(fā)生損壞往往是由于特殊情況或不可抗力造成的。如果這些損害涉及重大危險(xiǎn)品，不僅會(huì)影響化學(xué)品生產(chǎn)的效率，還會(huì)影響工人的生命財(cái)產(chǎn)安全。DCS系統(tǒng)是一種緊急制動(dòng)系統(tǒng)。如果在控制范圍內(nèi)存在風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)將自動(dòng)停止，也就是說，DCS系統(tǒng)在察覺到危險(xiǎn)之后，會(huì)立即停止運(yùn)行。該功能不僅可以確?；どa(chǎn)的安全，還可以將化工生產(chǎn)損失降至最低。此外，使用緊急制動(dòng)系統(tǒng)可以在一定程度上確保化工行業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)[6]。

4.2 PID 控制

生產(chǎn)過程中將有多個(gè)控制回路，如常見的串級(jí)控制、單回路控制等。過程參數(shù)的控制也會(huì)對(duì)化工生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本、能耗等眾多方面產(chǎn)生直接影響?；どa(chǎn)期間，溫度、液位、流量、壓力和分析儀器等相關(guān)的關(guān)鍵參數(shù)，可以通過變頻器、調(diào)節(jié)閥以及其他可調(diào)回路，實(shí)現(xiàn)PID回路的自動(dòng)控制。技術(shù)人員根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)整PID參數(shù)，保障化工生產(chǎn)過程中所需要的關(guān)鍵參數(shù)均控制在生產(chǎn)所需的設(shè)定值[7]。

4.3連鎖控制

化工行業(yè)在產(chǎn)品生產(chǎn)期間，并不是一個(gè)單純環(huán)節(jié)可以完成，牽扯到多個(gè)部門，生產(chǎn)環(huán)節(jié)十分繁瑣復(fù)雜。在傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)過程中，不僅需要大量的人力，而且對(duì)于計(jì)算的精確度要求非常高。為了保證生產(chǎn)工人的生命財(cái)產(chǎn)安全，傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)需要使用不同的防護(hù)工具，以此來保證生產(chǎn)過程中的安全。而DCS控制系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)化工生產(chǎn)過程來說，其是一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)。首先，這將在一定程度上減少勞動(dòng)力的使用。其次，系統(tǒng)還可以控制連接的打開，即在該系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中，輸入相關(guān)程序，DCS系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)程序來控制操作設(shè)備，以便根據(jù)程序自動(dòng)完成生產(chǎn)。而自動(dòng)化生產(chǎn)能夠有效地節(jié)省人力資源，并提高生產(chǎn)效率。此外，由于相關(guān)化學(xué)品生產(chǎn)過程中存在某些風(fēng)險(xiǎn)，使用DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)也可提高化學(xué)品生產(chǎn)的安全性[8]。

5結(jié)語

綜上所述，在化工生產(chǎn)行業(yè)中，其具有較強(qiáng)的特殊性。因?yàn)榛どa(chǎn)不僅需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕瘜W(xué)科學(xué)，對(duì)于操作規(guī)范也具有非常高的要求。DCS系統(tǒng)的出現(xiàn)，為化工行業(yè)發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)。在化工生產(chǎn)中應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)，減少了人力的使用，而且提高了生產(chǎn)過程的安全性。在基于DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用在化工自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，基于化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性的前提下，保證自動(dòng)化系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，提高系統(tǒng)硬件、軟件的科學(xué)性，促進(jìn)化工生產(chǎn)過程中的安全控制，提高生產(chǎn)安全性的同時(shí)，還可以提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，從而產(chǎn)生更高的經(jīng)濟(jì)效益。通過DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用，化工生產(chǎn)也取得了有效的進(jìn)展。然而，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，雖然減少了人力的使用，但確保生產(chǎn)產(chǎn)品的安全同樣重要。所以，在化工生產(chǎn)過程中，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控，避免自動(dòng)化生產(chǎn)過程中出現(xiàn)缺陷。

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作者簡介：劉月波（1983—），男，?？?，工程師，研究方向?yàn)殡姎鈨x表工程。