化工生產(chǎn)中DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究

＊李美玉 聶國(guó)亮

（浙江慧園科技有限公司 浙江 312000）

在目前發(fā)展中，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)DCS控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)的冶金、化工、機(jī)械、電力以及石油等多領(lǐng)域的企業(yè)中。DCS控制系統(tǒng)集控制、顯示、計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)于一身，實(shí)現(xiàn)了對(duì)化工生產(chǎn)的嚴(yán)密保護(hù)與控制。如今，DCS控制系統(tǒng)形成了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，提高其在該領(lǐng)域的應(yīng)用適應(yīng)性、簡(jiǎn)便性，提升其智能化的發(fā)展程度，在化工生產(chǎn)中有著不可替代的價(jià)值。

1.DCS控制系統(tǒng)功能特點(diǎn)

DCS是Distributed Control System的縮寫，是一種結(jié)合了通信、視頻采集等多項(xiàng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的技術(shù)。它可以合理有效地對(duì)公司的生產(chǎn)進(jìn)行控制，其功能非常強(qiáng)大，由多功能卡件或模塊組成，這樣的配置使得系統(tǒng)具有極好的擴(kuò)展性，對(duì)于后續(xù)的擴(kuò)容、優(yōu)化、升級(jí)都提供具大便利。

DCS控制系統(tǒng)大致分為監(jiān)督、參數(shù)調(diào)整、實(shí)時(shí)性以及預(yù)警等四大功能。其中，監(jiān)督功能就是在設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，監(jiān)督當(dāng)前的狀態(tài)，如果超出了正常的狀態(tài)極限，就會(huì)分析正常記錄的問題，進(jìn)而降低損失。參數(shù)調(diào)整是能夠通過DCS系統(tǒng)準(zhǔn)確地自行調(diào)整生產(chǎn)過程的各參數(shù)，使企業(yè)的整體生產(chǎn)保持在一個(gè)安全且高效的環(huán)境中。這一特點(diǎn)極大地保證了公司的化工生產(chǎn)，節(jié)省了公司的運(yùn)營(yíng)成本，極大地提高公司的收益。實(shí)時(shí)性是在控制站進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集時(shí)，操作人員可以利用參考數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)了解并調(diào)整生產(chǎn)狀態(tài)。預(yù)警是DCS控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行警示的功能，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備的故障報(bào)警并發(fā)出預(yù)警。該功能可以幫助維護(hù)人員快速查看故障設(shè)備并查找原因，節(jié)省維護(hù)時(shí)間，確保生產(chǎn)效率。

2.化工生產(chǎn)中應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

(1)保護(hù)化工設(shè)備，便于設(shè)備維護(hù)

化工生產(chǎn)企業(yè)具有很強(qiáng)的特殊性，例如有些原料、產(chǎn)成品自身具有有毒有害以及腐蝕性，對(duì)人體和設(shè)備都有損害，所以在生產(chǎn)當(dāng)中，有些設(shè)備經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障。我們通過查找DCS系統(tǒng)記錄的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過工藝參數(shù)的異常，進(jìn)而快速判斷故障原因進(jìn)而對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整或者對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)維修，使其正常運(yùn)行。同時(shí)，DCS系統(tǒng)高度靈活，可以對(duì)關(guān)鍵模塊進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，便于在線插拔，對(duì)故障模塊維護(hù)，使化工生產(chǎn)的效率大幅提高。

(2)系統(tǒng)傳輸速度高、可靠性強(qiáng)

傳統(tǒng)系統(tǒng)控制是將電信號(hào)向數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變，DCS控制系統(tǒng)對(duì)傳輸信號(hào)環(huán)節(jié)進(jìn)行徹底的改進(jìn)，改進(jìn)后的信號(hào)有很多優(yōu)點(diǎn)。DCS控制方式的優(yōu)點(diǎn)是提高了傳輸質(zhì)量，提高了傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。另外，采用DCS方式，在一定程度上降低數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，簡(jiǎn)便整體配置，顯著提高化工廠的傳輸效率與可靠性。

(3)系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)的開放性強(qiáng)

由于DCS控制系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)和其他方法集成到一個(gè)系統(tǒng)中，因此在設(shè)計(jì)中也采用計(jì)算機(jī)模式，整個(gè)系統(tǒng)在化工公司的局域網(wǎng)形成信號(hào)通信，在控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的開放性更高，更方便在控制系統(tǒng)中嵌入模塊，同時(shí)更容易去除模塊，增強(qiáng)系統(tǒng)的整體靈活性，這使得DCS系統(tǒng)更加適用于整個(gè)化工行業(yè)。

3.化工生產(chǎn)中DCS控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用

(1)在緊急切斷系統(tǒng)中的應(yīng)用

DCS控制系統(tǒng)在化工制造中最常見的應(yīng)用是緊急切斷系統(tǒng)。緊急切斷系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中起著不可替代的作用，化工生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的設(shè)備，都需要保持安全、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)特殊情況需要處于安全狀態(tài)，而安全狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)很大一部分依靠緊急切斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。對(duì)此，DCS控制系統(tǒng)可以即時(shí)激活緊急切斷系統(tǒng)，以確保生產(chǎn)化學(xué)品的安全性。在化工企業(yè)的DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用中，緊急切斷系統(tǒng)可以提高整個(gè)化工制造過程的穩(wěn)定性與安全性，盡可能地減少設(shè)備發(fā)生故障造成的損失。

(2)在聯(lián)鎖控制中的應(yīng)用

DCS控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制大體是指通過自動(dòng)計(jì)算保護(hù)運(yùn)行中的設(shè)備。在聯(lián)鎖控制中，設(shè)置鎖定的上限和下限，當(dāng)液壓超過其上限時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出信號(hào)，關(guān)閉開關(guān)并停止電機(jī)運(yùn)行。當(dāng)液壓降到下限以下時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出信號(hào)并激活控制開關(guān)，因此必須滿足聯(lián)鎖條件，系統(tǒng)才能自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)操作。聯(lián)鎖控制也可以替代操作員有效處理緊急情況和其他相關(guān)操作，在操作員進(jìn)行手動(dòng)操作時(shí)，可以指揮DCS控制系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)以及停止信號(hào)。

(3)在反應(yīng)器溫度控制上的應(yīng)用

在化工企業(yè)的生產(chǎn)當(dāng)中，控制反應(yīng)器是其中一個(gè)關(guān)鍵的組成，對(duì)其的控制與生產(chǎn)能力，對(duì)整個(gè)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)安全與生產(chǎn)質(zhì)量造成很大影響，壓力控制狀態(tài)以及參數(shù)溫度影響著生產(chǎn)化工產(chǎn)品的質(zhì)量。從這一工藝的特征來看，控制方面可分為恒壓恒溫、溫度升壓以及過渡等部分。最重要的是，在實(shí)際操作過程中，恒壓恒溫要求的精度最高，也是反應(yīng)整個(gè)過程的重點(diǎn)。應(yīng)使用A級(jí)WZPK進(jìn)行溫度測(cè)量可以減少由溫度位置引起的誤差。這一方法具有反應(yīng)快、質(zhì)量穩(wěn)定以及周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。Pt100主要用于蒸汽控制閥，4mA到20mA主要用于循環(huán)水的控制閥。

圖1 反應(yīng)器的控制系統(tǒng)流程圖

4.化工生產(chǎn)中應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)的問題與改善措施

(1)化工生產(chǎn)中應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)的問題分析

①系統(tǒng)應(yīng)用的安全性問題

DCS控制系統(tǒng)在化工企業(yè)中具有不可替代的價(jià)值，因此應(yīng)用廣泛。此系統(tǒng)雖然比較完善，然而由于DCS控制系統(tǒng)的不當(dāng)安裝，具有較差的抗干擾能力等問題，導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的安全問題。這也需要化工公司的操作人員大規(guī)模采用特定的解決方案，定期檢修相關(guān)零件以及系統(tǒng)，及時(shí)更換老化以及落后的處理器，但是很多情況下卻不能做到這一點(diǎn)。在實(shí)際開發(fā)環(huán)節(jié)中，也應(yīng)力求有效避免干擾問題。為有效預(yù)防發(fā)生安全事故，公司需要在盡可能加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)連接與接地系統(tǒng)的同時(shí)，加強(qiáng)系統(tǒng)的檢修與維護(hù)。

②系統(tǒng)應(yīng)用的通訊問題

在目前的生產(chǎn)過程中，化工企業(yè)應(yīng)用的DCS控制系統(tǒng)與企業(yè)內(nèi)部其他控制系統(tǒng)的聯(lián)系更加緊密，是通過其他控制軟件進(jìn)行鏈接，而不是在實(shí)際運(yùn)行中直接鏈接到外部網(wǎng)絡(luò)，這樣可以更好地方便企業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)以及不同部門之間的溝通與交流，然而DCS控制系統(tǒng)在實(shí)際化工生產(chǎn)中會(huì)被多種因素影響，對(duì)系統(tǒng)傳輸信息的及時(shí)性、準(zhǔn)確性以及穩(wěn)定性造成影響，致使系統(tǒng)工作環(huán)節(jié)發(fā)生各種問題。因此，為了使DCS系統(tǒng)可以穩(wěn)定地向某一地方傳輸信息，提高系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性，關(guān)聯(lián)企業(yè)應(yīng)記錄DCS控制系統(tǒng)中標(biāo)簽名稱以及信息，改進(jìn)DCS控制系統(tǒng)在通信方面的穩(wěn)定性。

(2)化工生產(chǎn)中應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)的改善策略

①加強(qiáng)日常中DCS控制系統(tǒng)的維護(hù)，提高系統(tǒng)應(yīng)用的安全性

DCS控制系統(tǒng)雖然適用性很強(qiáng)，但系統(tǒng)對(duì)工作環(huán)境的要求也很高，例如DCS控制系統(tǒng)在環(huán)境的潔凈度方面有非常嚴(yán)格的要求。在日常工作中，切勿靠近大功率控制系統(tǒng)，禁止使用電動(dòng)工具，并需要采取防靜電以及屏蔽等主動(dòng)措施?；て髽I(yè)的生產(chǎn)中，應(yīng)安排專業(yè)衛(wèi)生清潔人員，確保環(huán)境整潔、干凈，同時(shí)利用大修的機(jī)會(huì)對(duì)機(jī)柜間端子板、卡件等以及操作站控制站電腦進(jìn)行徹底清理。另外，正常運(yùn)行DCS管理系統(tǒng)過程中不應(yīng)該使用盜版軟件，因?yàn)楸I版軟件存在未知問題的可能性很大，利益相關(guān)方應(yīng)盡量避免這類問題發(fā)生。定期巡檢UPS的情況，保證UPS處于正常運(yùn)行狀態(tài)，保證無故障報(bào)警等。

②加強(qiáng)DCS控制系統(tǒng)的故障維修，確保通訊暢通

DCS控制系統(tǒng)在化工企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)中最大的優(yōu)點(diǎn)之一，就是具有強(qiáng)大的故障自診斷功能。如果在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)DCS控制系統(tǒng)的某個(gè)部分存在故障，立即會(huì)通過聲光等手段進(jìn)行顯示，有利于我們確定故障的具體位置，并根據(jù)相應(yīng)的故障生成錯(cuò)誤代碼，進(jìn)行方便快捷的維護(hù)，確保通訊暢通，這就要求技術(shù)人員具有較高的專業(yè)素養(yǎng)。他們必須熟悉DCS控制系統(tǒng)中報(bào)警的含義及對(duì)應(yīng)的技術(shù)知識(shí)，在企業(yè)運(yùn)行中定期進(jìn)行相關(guān)人員的專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)，有效提高技術(shù)人員的綜合素質(zhì)與技術(shù)能力，提高其對(duì)DCS控制系統(tǒng)的操作能力，從而提高系統(tǒng)的安全性。

5.結(jié)語

簡(jiǎn)而言之，DCS系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中各項(xiàng)功能的合理應(yīng)用，對(duì)企業(yè)的管理和安全生產(chǎn)都有積極的影響，企業(yè)應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)對(duì)化工生產(chǎn)造成很大方便性的同時(shí)，也可以降低成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。這使公司能夠更精確地控制其產(chǎn)品，顯著降低工藝難度，提高生產(chǎn)安全性，提高其在該領(lǐng)域市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，加速化學(xué)工業(yè)的發(fā)展。