化工生產(chǎn)操作控制中DCS的應(yīng)用

王 哲

（陜西延長石油延安能源化工有限責(zé)任公司，陜西延安 727500）

DCS其實就是指分布式控制系統(tǒng)，在平時也一般稱之為集散控制中心。通過對運作過程的控制和監(jiān)管，結(jié)合通信網(wǎng)絡(luò)，其中包含了計算機(jī)、通訊、顯示以及控制四個方面，組建為一個整體的多級計算機(jī)系統(tǒng)[1]。通過分散進(jìn)行控制，然后在操作過程中集中管理，并且每一級別分制度進(jìn)行管理，在實際的日常管理中靈活調(diào)動，以便達(dá)到日常運作所需。隨著時間地推進(jìn)，DCS分散控制系統(tǒng)在電力、冶金以及石化等各個方面都得到了廣泛的應(yīng)用[2]。

1 DCS分散控制系統(tǒng)的概念

DCS分布式控制系統(tǒng)主要用于把地理上很分散的設(shè)備集中監(jiān)控并自動控制起來，特別是在大型流程工業(yè)當(dāng)中，用于集中反映當(dāng)前生產(chǎn)狀況，它靠一個中樞系統(tǒng)來集中處理[3]，多個操作站來監(jiān)視控制，數(shù)據(jù)更新速度比PLC系統(tǒng)慢，大概0.5s輪詢一次設(shè)備，與現(xiàn)場總線技術(shù)相比它控制中樞過于集中，出現(xiàn)故障則容易癱瘓，布線配線量大[4]。DCS服務(wù)器是個很“寬泛”的概念，一般情況和IT系統(tǒng)所說的 服務(wù)器（SERVER）的含義是相同的[5]。多數(shù)情況下，服務(wù)器是SCADA網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和提供查詢響應(yīng)服務(wù)的，例如記錄歷史趨勢和操作記錄，并向各操作站（此時即為客戶端）提供查詢服務(wù)，一般認(rèn)為服務(wù)器位于控制系統(tǒng)的“控制網(wǎng)”這一層[6]。

2 DCS分散控制系統(tǒng)的特點和優(yōu)勢

簡單來說DCS系統(tǒng)在化工生產(chǎn)操作控制當(dāng)中，不但能夠安全保障生產(chǎn)鏈，而且成本較低，是一項經(jīng)濟(jì)實用性的控制系統(tǒng)。通過先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)行構(gòu)造，由監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)及控制網(wǎng)絡(luò)所組建，對化工生產(chǎn)操作的每1個步驟的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合及分析。還具有高可靠性、開放性、靈活性、易于維護(hù)、協(xié)調(diào)性等各方面的優(yōu)勢，為化工生產(chǎn)操作保駕護(hù)航，下面就詳細(xì)進(jìn)行描述。

2.1 高可靠性

因為DCS系統(tǒng)在管理運作當(dāng)中，還需要分散在不同計算機(jī)才能夠達(dá)到效果，所以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般選擇容錯設(shè)計。這種工作模式在日常的管理運作當(dāng)中，不會因為其中一臺計算機(jī)出現(xiàn)問題而導(dǎo)致其他系統(tǒng)也出現(xiàn)問題，后續(xù)維護(hù)和管理更加方便。而且，在系統(tǒng)中不同計算機(jī)所負(fù)責(zé)的任務(wù)都是單一的，所以在選擇計算機(jī)時可以按照運作過程中所需要的功能進(jìn)行采購，提高計算機(jī)的準(zhǔn)確性。

2.2 開放性

如今，DCS系統(tǒng)一般都是屬于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化以及開放式運作，統(tǒng)一系統(tǒng)中不同計算機(jī)之間，也可以通過局域網(wǎng)的方式產(chǎn)生連接，滿足日常簡單的通信和信息傳送功能。如果需要變更或者增多系統(tǒng)功能，只需要把新增的計算機(jī)接入到系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，并不會影響其他計算機(jī)的正常運作。

2.3 靈活性

DCS系統(tǒng)還能夠通過組態(tài)軟件的運作，對各個流程應(yīng)用對象展開硬件組態(tài)，在明確測量與控制信號之間保持聯(lián)系的狀況下，從控制算法數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，匹配相應(yīng)的控制規(guī)律，并且在圖形數(shù)據(jù)庫當(dāng)中調(diào)取基本圖形，組合成各種的監(jiān)控和報警畫面，由此就能組建成一個整體的控制系統(tǒng)。

2.4 易于維護(hù)

DCS系統(tǒng)在某一程度來說，其實就是屬于一臺功能單一的專用計算機(jī)，在后續(xù)維護(hù)過程中，具有簡單方便等優(yōu)勢。比如說在某一局部位置或者單個計算機(jī)發(fā)生問題時，能夠快速簡單地排除故障，而且不會對其他運行的計算機(jī)造成任何的影響。

2.5 協(xié)調(diào)性

DCS分散控制系統(tǒng)還能有規(guī)律有秩序地協(xié)調(diào)不同工作站之間的日常運作，比如說各種數(shù)據(jù)的傳遞和管理等，而且各個步驟和環(huán)節(jié)之間的系統(tǒng)屬于信息共享狀態(tài)，都是為了能夠更好地協(xié)調(diào)工作，推進(jìn)工作進(jìn)度的持續(xù)開展。并且還需要完成控制系統(tǒng)的其他工作內(nèi)容，整合分布資源，以及不斷優(yōu)化和升級等措施。

2.6 功能性廣泛

DCS分散控制系統(tǒng)雖然屬于單一功能，但是在日常運作管理中也相對靈活，簡單的專用型計算機(jī)，其實由工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站以及記錄站等各個環(huán)節(jié)構(gòu)成[7]。而且可以通過分散的現(xiàn)場控制，實施數(shù)據(jù)的采集和控制，然后由通信網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一傳遞到生產(chǎn)監(jiān)控及計算機(jī)之中[8]。通過收集的數(shù)據(jù)，對日常的運作和安排有序進(jìn)行協(xié)調(diào)，維持日常運作所需，推動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)度。隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，在未來科學(xué)發(fā)展和計算機(jī)水平還會更上一層樓，DCS分散控制系統(tǒng)在不斷的實踐操作當(dāng)中，也能夠持續(xù)發(fā)展和優(yōu)化。逐步實踐計劃協(xié)調(diào)、倉儲管理、能源管理等，為化工生產(chǎn)操作提供更為安全便利的一體化系統(tǒng)[9]。

3 DCS分散控制系統(tǒng)的作用

DCS分散控制系統(tǒng)作用還需要從四個角度出發(fā)進(jìn)行講述：第一，及時呈現(xiàn)出系統(tǒng)的運作狀況；第二，調(diào)整工作參數(shù)；第三，對生產(chǎn)操作緩解進(jìn)行監(jiān)督；第四，在發(fā)生工作故障的時候及時地進(jìn)行報警。

3.1 控制液位的串級

DCS分散控制系統(tǒng)在開展化工生產(chǎn)的道路當(dāng)中，反應(yīng)塔的液體位置高低狀態(tài)決定整體的化學(xué)反應(yīng)。只有通過串級系統(tǒng)，才能夠讓液體位置保持平穩(wěn)狀態(tài)，并且也是準(zhǔn)確衡量進(jìn)料量的重要指標(biāo)。而液體位置控制系統(tǒng)以及控制器的輸出指標(biāo)應(yīng)該保持相同，才能夠精準(zhǔn)分辨液體位置，為日常的運作管理決策提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)。而DCS分散控制系統(tǒng)就是將工業(yè)控制系統(tǒng)的控制任務(wù)用少數(shù)上位機(jī)（服務(wù)器）和大量下位機(jī)（子控制器）連接在一起，采取聯(lián)合控制的模式[10]。遵循一對一的原則，實現(xiàn)風(fēng)險控制，當(dāng)其中一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時，還能夠保障其他控制器的正常操作。而且子控制器不能是單個出現(xiàn)的，因為在其中一個出現(xiàn)問題的時候，需要另外一個控制器進(jìn)行切換，來維持正常的運作。

3.2 連鎖控制應(yīng)用

在實際的生產(chǎn)操作當(dāng)中，所使用的機(jī)械設(shè)備都需要通過連鎖控制進(jìn)行保護(hù)，以免在發(fā)生意外狀況的時候損壞機(jī)器，造成重大損失。從組成部分上來看，DCS分散控制系統(tǒng)當(dāng)中包含過程極、操作級以及管理級三個級別，組成了一套完整的運作系統(tǒng)。其中過程極當(dāng)中包含運作過程的控制，還有就是I/O 單元和現(xiàn)場儀表互相搭配，也是這一步驟當(dāng)中的主要實施環(huán)節(jié)。操作級就是負(fù)責(zé)日常的操作，配合工程師的相互協(xié)調(diào)，完成各個系統(tǒng)之間的相互連接，形成一個完成的組態(tài)。管理級則是指工廠管理信息的含義，也就是大家熟悉的MIS 系統(tǒng)，在DCS分散控制系統(tǒng)當(dāng)中屬于高層次的級別，也是這個系統(tǒng)當(dāng)中的核心內(nèi)容?，F(xiàn)如今，在日常的操作過程中，所使用的機(jī)械設(shè)備還需要通過連鎖的方式環(huán)環(huán)相扣進(jìn)行保護(hù)，用電腦控制機(jī)器的運作狀態(tài)。然而在運作管理當(dāng)中，還需要加強(qiáng)監(jiān)管的力度，對于可能發(fā)生的緊急事件做出預(yù)判，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施和應(yīng)對方案，最大化地保障工作的正常運作和安全運行。

3.3 反應(yīng)器溫度的DCS分散控制系統(tǒng)控制

在整個的DCS分散控制系統(tǒng)當(dāng)中反應(yīng)器屬于核心原因，生產(chǎn)水平直接和生產(chǎn)安全產(chǎn)品質(zhì)量息息相關(guān)，壓力控制及工藝參數(shù)則需要看產(chǎn)品質(zhì)量。而且在化工生操作當(dāng)中，對于溫度的控制有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，因為化學(xué)反應(yīng)的速度和頻率之間會產(chǎn)生變化，和液體的溫度變化也有著較大的影響，直接關(guān)系到化工產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，所以反應(yīng)溫度的調(diào)節(jié)和控制在化工生產(chǎn)操作當(dāng)中有著嚴(yán)格的要求。

3.4 液位串級控制應(yīng)用

在化工生產(chǎn)操作過程中，如果想要同時達(dá)到液位穩(wěn)定且控制進(jìn)料量，這就需要一系列的操作和鏈接互相配合，只有在保障前塔液位穩(wěn)定的狀況下，后塔的進(jìn)料量才不會出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。如果前塔在進(jìn)料過程中表現(xiàn)出不穩(wěn)定的現(xiàn)象，那么一定是因為后塔的進(jìn)料量所導(dǎo)致的。因此，怎么樣才能將前塔和后塔同時實現(xiàn)一個穩(wěn)定的狀態(tài)，這就涉及液位串級控制系統(tǒng)，只有這樣才能讓兩者同時保持穩(wěn)定狀態(tài)。

4 DCS分散控制系統(tǒng)未來的發(fā)展和趨勢

DCS分散控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用當(dāng)中通過不斷的改良和升級，各能級及系統(tǒng)都得到了較大的改善和提升。現(xiàn)在，DCS分散控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用當(dāng)中已經(jīng)發(fā)展為集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體的生產(chǎn)操作管理系統(tǒng)。各項控制功能以及算法更加豐富，能夠完美的實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進(jìn)控制。

5 結(jié)束語

隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，人們的生活質(zhì)量也水平也在不斷提升，也在不斷追求經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和進(jìn)步。在科學(xué)飛速發(fā)展的同時，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋到各個層面和領(lǐng)域當(dāng)中，而DCS分散控制系統(tǒng)與化工行業(yè)的鏈接，在降低企業(yè)生產(chǎn)的成本的同時，還能給企業(yè)帶來更大的利潤，促使化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。