DCS自動控制系統(tǒng)在冶金制氧中的應用

陳志敏

1.工業(yè)儀表最早出現(xiàn)在20世紀30年代，最初只用于熱能動力和冶金等連續(xù)性的熱力生產(chǎn)過程，因此當時稱為熱工儀表。50年代我國出現(xiàn)DDZ-Ⅱ型儀表，就是當時四線制儀表；70年代我國出現(xiàn)DDZ-Ⅲ型儀表，這是儀表一個里程碑的發(fā)展，二線制儀表，就是既有電源又可以傳輸信號的工業(yè)儀表。80年代初期我國在冶金制氧出現(xiàn)了“集散控制系統(tǒng)”DCS系統(tǒng)。

2 集散控制系統(tǒng)

集散控制系統(tǒng)DCS可以解釋為在模擬量回路控制較多的行業(yè)中，盡量將控制所造成的危險性分散，而將管理和顯示功能集中的一種自動化高技術產(chǎn)品。

DCS系統(tǒng)一般由五部份組成：控制器、I/O板、操作站、通訊網(wǎng)絡和圖形及編程軟件。

控制器：控制站是DCS的核心，直接與生產(chǎn)過程相連接，對過程變量進行檢測和處理，并產(chǎn)生控制信號驅動現(xiàn)場的執(zhí)行機構，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制。

流量的閉環(huán)控制系統(tǒng)

DCS通常采用若干個控制器（過程站）對一個生產(chǎn)過程中的眾多控制點進行控制，各控制器間通過網(wǎng)絡連接并可進行數(shù)據(jù)交換。操作采用計算機操作站，通過網(wǎng)絡與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達操作指令。

3 冶金制氧用DCS控制系統(tǒng)

冶金制氧通常采用一個控制器的DCS控制系統(tǒng) ，I/O： I/O板根據(jù)儀表在控制系統(tǒng)中所起的不同作用，將電動儀表的八大單元，即變送、調(diào)節(jié)、執(zhí)行、運算、顯示、轉換、給定、輔助單元，直接進行檢測，集成。所有信號經(jīng)控制器處理，發(fā)出控制信號驅動現(xiàn)場的執(zhí)行機構，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制

（1）空分溫度、熱電阻、熱電偶等接觸式溫度檢測儀表的測溫元件，應安裝在能準確反映介質溫度的地方；安裝在工藝管道上的測溫元件應與管道中心線垂直或傾斜45°，插入深度應大于250mm或處在管道中心，插入方向宜與被測介質逆向或垂直。管道公稱直徑小于80mm時可安裝在彎頭處或加擴大管；雙金屬溫度計安裝時，刻度盤面應便于觀察；測溫元件用連接頭的螺紋應與測溫元件螺紋相匹配；當水平安裝時其插入深度大于1m或被測溫度大于700℃時，應采取防彎曲措施。

（2）制氧安裝在高壓設備和管道上的壓力儀表，如在操作崗位附近，安裝高度宜距地面1.8m以上，否則應在儀表正面加保護罩；測量低壓的壓力表或變送器的安裝高度，宜與取壓點的高度一致；壓力儀表不宜安裝在有強勁振動的設備或管線上；被測介質壓力波動大時，壓力儀表應采取緩沖措施；

（3） 制氧變送器安裝及試驗

由于是制氧使用儀器，變送器在安裝前應調(diào)試好并擦拭干凈不含油。

變送器的安裝：選擇變送器的安裝位置時，應盡量滿足儀表安裝的要求，靠近所連接的儀表，并盡可能依托建筑物或工業(yè)管架安裝。差壓計或差壓變送器正負壓室與測量管道的連接必須正確，引壓管傾斜方向和坡度及輔助容器的安裝均應符合設計要求。

（4） 工藝管道直接安裝的儀表

調(diào)節(jié)閥、電磁流量計、孔板法蘭等由工藝專業(yè)安裝的儀表設備，應先行檢查調(diào)試好，交給安裝隊，以免影響工藝配管

（5） 冷箱內(nèi)電纜安裝：連接鉑電阻的YHD型6*1mm2低溫電纜，經(jīng)專用的引出裝置（由設備帶）穿出冷箱壁；從鉑電阻到冷箱之間敷設的電纜，必須離開低溫設備或管道一定的距離，并采用穿管或角鋼支架保護方式，使之不受外力影響。電纜與鉑熱電阻的連接處必須緊密、牢固、以保證接觸良好，并留出約300mm長的電纜繞成環(huán)形，再予以固定，確保連接處不會受到拉力，且便于拆卸；

（6） 冷箱內(nèi)引壓管路安裝，冷箱內(nèi)儀表管儀表組件都必須禁油，引壓管路在安裝前都要進行去油處理。一般的鋁管可用10﹪的鈉氧化鈉水溶液清洗，然后用濃度為15﹪的稀硝酸中和，最后用熱水洗凈并吹干；對紫銅管可用三氯乙烯去油，然后用蒸汽吹凈。為防止引壓管路內(nèi)氣相介質冷凝，引壓管路必須離開低溫設備或管道500mm，若實施有困難時，可以在引壓管道外部包扎絕熱材料。為補償引壓管路在低溫下的冷縮變形，與設備或管道、閥門剛性連接的引壓管路應有足夠的伸縮能力。一般要在引壓管路與裝在冷箱壁上的取壓閥接頭前彎一個弧形，但該段彎管必須是水平配置或彎頭向上，距冷箱壁至少80mm，彎曲半徑必須大于管徑的10倍。低溫液位測量，液相導壓管應以1：10的斜度向上傾斜，盡可能貼近冷箱壁2米以上。當引壓管由于管徑需要變更或需要拼接加長時，對同一種材料，只允許采用套接的方法。套管的材料及壁厚應與引壓管相同，長度至少大于引壓管的二倍，被連接的兩段引壓管插入套管部分的長度大致相等。鋁管、不銹鋼管應采用氬氣保護焊，紫銅管銀焊滲透焊。

制氧站二線制變送器接入I/O板的接線圖

制氧站I/O板輸出4—20mA到調(diào)節(jié)閥的接線圖

操作站：操作站主要完成人機界面的功能。現(xiàn)在普遍用PC 機加專用網(wǎng)卡和專用監(jiān)控軟件組成。操作站實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的集中監(jiān)視、操作和管理。

操作站監(jiān)示器畫面總體分三個區(qū)，監(jiān)視器上部的區(qū)間是屏幕標題，監(jiān)視器中部區(qū)間是基本顯示區(qū)，監(jiān)視器下部的區(qū)間是屏幕注腳。

上部的屏幕標題一般包括：時間，制氧流程，報警順序，棒圖/曲線，系統(tǒng)按鈕。

中部區(qū)間是基本顯示區(qū)：顯示區(qū)為制氧站流程顯示，分為空氣壓縮系統(tǒng)，空冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)，分子篩純化系統(tǒng)，增壓膨脹機系統(tǒng)，精餾塔系統(tǒng)，氧壓機系統(tǒng)，氮壓機系統(tǒng)，調(diào)壓站系統(tǒng)、動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。

下部的區(qū)間是屏幕注腳區(qū)包括：先前顯示，左向基本顯示，右向基本顯示，上一級基本顯示。

通訊網(wǎng)絡：通訊網(wǎng)絡是DCS的重要支柱，執(zhí)行分散控制各單元以及人機接口要靠通訊系統(tǒng)連成一體，這種在局部區(qū)域內(nèi)使用各種數(shù)據(jù)通訊的設備互聯(lián)的通訊網(wǎng)絡稱為局域網(wǎng)。 它是高通訊率，低誤碼率，快速響應的局部網(wǎng)絡，響應時間0.01-0.5s，具有組織靈活，易于擴展，資源共享的特點. 制氧用的是以太網(wǎng)的局域網(wǎng)，制氧的DCS系統(tǒng)有四級，分別是I∕O總線、現(xiàn)場總線、控制總線、和DCS網(wǎng)絡。如圖

圖形及編程軟件：DCS的軟件分為控制層軟件、監(jiān)控軟件和組態(tài)軟件。

控制層軟件是直接針對現(xiàn)場I/O設備，完成DCS的控制功能。包括PID回路控制、邏輯控制、順序控制、混合控制等。

監(jiān)控軟件的主要功能是人機界面。包括圖形畫面、操作命令、曲線顯示、報警信息、歷史數(shù)據(jù)、運行狀態(tài)的診斷和監(jiān)視。

組態(tài)軟件：組態(tài)軟件針對具體應用進行定義。硬件配置、數(shù)據(jù)庫定義、控制算法程序的組態(tài)、監(jiān)控、報警的組態(tài)。

DCS系統(tǒng)做到了數(shù)據(jù)集中運算，參數(shù)集中管理，儀表設備和執(zhí)行機構分散控制。因此DCS控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)代制氧機工程中自動化控制系統(tǒng)的首選方案。