探討DCS化工廠一體化智能控制系統①

郝銳

摘 要:本文首先闡釋了智能控制系統的基本結構及其理論,再次重點分析了化工廠生產中的MCC系統智能化控制,最后就化工廠DCS系統運行中常見的故障及其應對措施進行了分析,以此來探討DCS化工廠一體化智能控制系統。

關鍵詞:智能控制系統DCS系統化工廠

中圖分類號:TP2 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(a)-0086-01

分散控制系統簡稱DCS系統,被用于集中監視操作與分散控制。在各個行業的大中型控制方案中也有廣泛應用。化工廠的控制系統具有網絡多、點數多、穩定性要求高和控制方案復雜等特點。而DCS系統組態方便,通用性強,有良好的擴展能力,因此DCS系統被廣泛應用于化工領域。本文首先闡釋了智能控制系統的基本結構及其理論,再次重點分析了化工廠生產中的DCS系統智能化控制,最后就化工廠DCS系統運行中常見的故障及其應對措施進行了分析,以此來探討DCS化工廠一體化智能控制系統。

1 智能控制系統的基本結構及其理論

在智能控制系統中,通常執行級需要較為精確的模型,來實現對精度要求較高的控制任務,其主要工作是完成所有信息進行檢測、處理及獲取,同時采用智能控制的方式對復雜的過程直接進行控制。核心的協調級主要用作協調執行級之間的動作,并不要求準確的模型,但要求有學習能力,便于在控制環境中提高性能,同時更有效地接收上一級發出的語言符號及模糊指令。組織級把操作員發出的口令翻譯變成機器語言,規劃任務、組織決策,并直接指導底層操作。執行級中的識別功能是監督系統參數發生的變化或是獲取不能確定的參數值。協調級的識別功能是分析執行級傳送的測量數據加之組織傳送的指令產生適合的協調作用。組織級的識別功能是對定性的命令或其他輸入進行翻譯。此類分層梯階式結構形式已被順利應用在交通管理系統、交通控制系統和計算機的集成制造系統等。

2 和利時DCS控制系統在化工廠中應用

2.1 對象

HPA(次磷酸)裝置中的主裝置所用原料是次磷酸鈉,其生產工藝由離子之間的交換法所生成的,具體流程是:濃縮次磷酸鈉的稀溶液、溶液的兩次調整、離子充分進行交換、蒸發濃縮稀成品等。

2.2 方案

和利時公司的DCS系統在關于實現化工廠綜合車間HPA裝置的生產過程控制上,有著更具備成品高質量、高產量、污染少排放、能耗更低、原料損失更少、車間工藝自動化程度更高、管理更方便等特點。

該系統采用的是世界領先的ProfiBus-DP總線(現場總線技術),利用先進控制算法通過計算機對控制系統實施即時監控,系統中集成了DMS、CRM、SCM、實時信息等系統的優點,成功實現了企業資源管理系統、控制系統和智能儀表設備,這三者之間無縫信息流的傳送,真正實現了化工廠的管控一體化和智能化,同時其強大的邏輯順序控制、反饋控制以及各種復雜運算功能也有利于促進化工廠實現更高效的自動控制和企業管理。根據工藝的要求,系統的HPA裝置中不僅實現了在線分析次磷酸鈉溶液的進料、補料、濃縮及溶液密度,還實現了兩次調整釜時在冷卻、升溫、保溫及出料上的自動化,板框壓濾機也能夠自動沖水和吹掃。

系統主要包括:2臺互控制站(互為冗余)、1臺工程師站、1臺操作員站、2臺交換機(互為冗余)、1臺報表打印機、1臺UPS不間斷電源。

2.3 功能及特點

此套系統具備分區和分級別的控制功能,為保證操作的安全性,工程師站及操作員站都設置了操作員權限,即只能實現操作員權限中的命令,例如啟停電機和各氣動閥門等。只有經過專業人員輸入密碼后把權限設置更改成工程師權限之后才能實現系統的維護及相應的操作。

系統中的所有工作站均實現了100M以太網通信,使得通信速度更快、距離覆蓋更遠、連接更方便、兼容行更好。

人機對話是本套系統中的另一亮點,操作站上可對操作進行監視,軟件組態中不但有復雜的回路控制,還能綜合了顯示、監測以及過程控制中的各幅畫面,包含5幅工藝流程圖,2幅總貌畫面,10幅組控制畫面,及單回路的調整、趨勢、報警等畫面,還具批報表和備班報表的功能。

3 DCS化工廠一體化智能控制系統運行中的常見故障

在日常運行中,化工廠的DCS系統一旦出現故障,特別是監控無效或使系統失控的故障,而化工廠生產具有連續性,有些化工燃料具備有毒易爆易燃的特性,嚴重威脅生產安全,因此了解DCS系統運行中常見故障很有必要。

3.1 各種供電系統的故障

容易發生故障的供電系統包括為端子排、控制單元、散熱風扇以及卡件提供電源的直接回路,以及為UPS提供電源的220V供電器。這類故障不同于其他只影響某個或者幾個單元的故障,而往往會使整個系統斷電而無法工作,所以也是最為嚴重的。

3.2 操作員站、卡件、控制器等硬件故障

此類故障會導致某些控制監視功能喪失,更甚者導致聯鎖觸發,造成整個系統停止,危害性極大。也有可能卡件故障不是因為整個卡件徹底失效,而只是卡件中某一通道的故障,甚至會引起數值紊亂,導致系統誤判。

3.3 軟件故障

此類故障通常發生在新修改或者下次組態,或是在新系統剛投運不久。當然,也有發生在運行較長時間的系統中。軟件故障會引起一些操作員站或工程師站失效,但通常并不會造成控制站失靈。發生此類故障的原因可能是DCS系統的故障,或是組態錯誤,或者操作系統的故障。

3.4 通訊故障此類故障包括交換機故障、電纜故障和通訊卡件故障

如果通訊系統有光纖參與,則還有收發器故障和光纖故障等。最容易判別的是通訊故障,由于大多數是冗余配置,因此不會導致太大的危害。而閥門、儀表等執行器或信號源的信號通路中故障則不太常見。閥門和儀表可以看成是DCS系統里的手和眼睛。其信號通路包含電纜及兩端線鼻子和其有效連接。

4 DCS化工廠一體化智能控制系統的故障應對措施

為了最大限度減少各類故障發生,在日常的巡檢維護中要做到如下幾點。

(1)加強日常巡檢,重點關注系統中各類報警信息和溫度監控器。巡檢中應注意檢查220V配電柜和開關狀態,查看供電的電壓電流;在轉成應急電之前或將應急電轉出之后轉換開關的狀態;UPS電壓、溫度、負載、及報警信息等。

(2)更換電源適配器、線路、開關時要計算好容量,在更換網卡、卡件和現場儀表安裝以及做接頭時更要注意施工質量,防止發生電源線路燒斷,線頭掉落、毛刺短路及空開越級跳閘等故障。同時嚴格監控材料質量,不得有粗放型維 修及馬虎了事的思想,不用非正規廠家生產、非全新的劣質材料。

(3)將UPS系統進行串聯或并聯熱備份。并聯熱備份用于新建成的UPS系統中,即用2臺UPS做并聯供電,即使一臺發生故障,剩下一臺可以自動供電來避免失電。串聯熱備份用于非新建成的UPS系統中,即第二臺UPS輸出接工作在第一臺UPS旁路。

5 結語

近年來微電子技術發展迅速,大規模集成電路的制造工藝也日趨成熟,我們有理由相信,DCS化工廠一體化智能控制系統也將被更廣泛的應用,使工廠成本更低,生產更安全,產品質量進一步提高,最終增加整個產業的經濟效益及社會效益。