DCS在精細化工中的應用

王長鎮，戴榮華，張金儒，李金江

（京博農化科技股份有限公司，山東濱州市 256505）

DCS在精細化工中的應用

王長鎮，戴榮華，張金儒，李金江

（京博農化科技股份有限公司，山東濱州市 256505）

對精細化工的特點進行了分析，介紹了DCS系統的配置、算法設計以及在安全控制方面的應用。

DCS集散控制系統；精細化工；算法設計

1 精細化工的特點

精細化工行業中市場需求快速多變，而且產品更新換代快使得精細化工生產過程中一般采取小批量，多品種生產，生產多為間歇或半連續過程，生產過程的工藝流程復雜，操作步驟繁雜，而且勞動強度大。生產工藝介質多為有毒、腐蝕性和易燃易爆的化學品，生產過程危險性大。這些特點更使得精細化工生產過程難以控制，一直以來綜合自動化水品較低，基本處于現場人工操作的狀態。但是人工操作有很多的不利因素，產品個人因素影響非常的大，不同的操作工最后生產出來的產品收率差別很大，而且體力勞動量非常的大；現場環境惡劣，對操作工造成很大的危害。

隨著市場競爭更加激烈，客戶對產品質量要求更加嚴格，國家對安全環保的重視，迫切需要提高精細化工的自動化水平，但是它又不同于石油化工，工藝已經相當的成熟，不能生搬硬套。我公司較早使用了DCS集散控制系統，在精細化工行業它有著其它控制系統所不具有的優點，并且逐漸的摸索出了適合精細化工的一套控制方式。

2 裝置采用的是浙江中控WebField JX-300XP系統

SUPCON WebField系列集散控制系統（DCS）吸收了近年來快速發展的通信技術、微電子技術，充分利用了最新信號處理技術、高速網絡通訊技術，可靠的軟件平臺和軟件設計技術及現場總線技術，采用了高性能的微處理器和成熟的先進控制算法，全面提高了控制系統的功能和性能，實現了多種總線兼容和異構系統綜合集成，可以接入各種國內外DCS、PLC及現場智能設備實現企業內過程控制設備信息的共享。

控制系統由控制節點（控制節點是控制站、通訊接口的統稱）、操作節點（包括工程師站、操作員站、數據服務器、數據管理站等）及系統網絡（管理信息網、過程信息網、過程控制網、I／O總線操）等構成，系統結構如下JX－300XP系統具有數據采集、控制運算、控制輸入輸出、設備和狀態監視、遠程通訊，實時數據處理和顯示、歷史數據管理、日志記錄、事故順序識別、事故追憶、圖形顯示、控制調節、報表打印、高級計算，以及這些信息的組態、調試、打印、下載、診斷等功能。

采用1∶1的工業以太網，可靠性高，糾錯能力強，通訊效率高?？刂普倦娫?、主控制卡、數據轉發卡等都可冗余配置，充分保障了設備的穩定性，而且出現故障，監控畫面會顯示報警，告知操作人員及時處理。

3 裝置DCS的系統配置

市電和UPS雙路供電。為了保證系統的安全穩定，采用市電和UPS雙路供電，UPS按控制系統總容量的1.5倍計算，選擇15 kVA的容量。而且市電和UPS的電源不在同一個配電柜內，降低市電和UPS的供電電源同時出現故障的概率。

四個控制站。裝置內測點較多，系統龐大，包括數字量輸入（DI），數字量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO），共有3000多個測點。裝置共有四個工段，各個工段的數據關聯不是很密切，工段與工段之間的測點分布有相對比較均勻。這樣設計四個控制站，一個控制站負責一個工段，這樣可以減少站間的通訊，減輕通訊網絡的負擔，系統運行更加的穩定。同時為每個控制站留有15%余量，因裝置改動比較頻繁，方便后期增加測點。

模擬量輸入、輸出，開量輸入、輸出和自定義變量都可組入歷史趨勢，在監控畫面上可隨時都查詢歷史曲線。查詢操作記錄的各種趨勢，進行異常分析，對生產的進行優化等。

三個操作站。控制室與控制柜距離較遠500多米，為了增加信號的抗干擾性和穩定性，采用光纖傳輸。兩條光纖，雙網互為冗余?？刂剖覂仍O一個操作員站和一個工程師站，工程師站平時也可作為操作員站使用。控制柜機房內設置一個操作員站，方便維修人員進行維護使用。

操作小組內設置了一個小組。根據裝置工藝流程，設計出了13頁操作畫面，各個畫面設有翻頁按鈕，可以方便互相切換畫面。而且更多的使用了彈出式流程圖，點擊即可彈出相應的畫面，這樣可以節省畫面空間，是畫面顯得簡潔美觀。

4 算法設計

1）圖形編程軟件具有許多優點。作為集成的圖形編程工具，是針對集散控制系統所開發的全中文界面的DCS組態與控制工具，是SUPCON系列DCS的控制方案組態工具，依據IEC61131－3標準，為用戶提供高效的組態環境，與系統組態軟件聯合完成對系統的組態，是SUPCON集散控制系統軟件的重要組成部分之一。圖形編程軟件基于Windows操作系統設計，充分利用Windows系統的優點，具有良好的用戶界面。圖形編程的編程語言包括功能塊圖（FBD）、梯形圖（LD）、順控圖（SFC）及ST語言。圖形化編程中四種編程語言可以靈活使用，可以很方便的編寫自定義控制方案，可以設計復雜的控制回路，各種連鎖等。

2）系統設計161個自定義控制回路，軟件可以很方便的使調節閥與壓力、溫度、流量相關聯，自動調節壓力、溫度和流量大小，PID可以參數自調整，也可以切換到手動狀態，進行手動調節。

3）控制功能塊的設計。程序使用更多的功能塊，使用的時候對其進行調用，使程序更加簡單、清晰、易懂。下面為一些控制程序。

閥門控制。裝置使用的開關閥非常的多，設計自閥門控制模塊，用于檢測閥門的開關狀態。添加閥門后，調用閥門控制模塊即可。

泵的控制。設計遠程和就地兩種操作方式，遠程采用兩個數字量輸出點啟動和停止。一個數字量輸入狀態反饋點。狀態反饋點來自控制電機的接觸器，無論是處在遠程控制還是處在就地控制均可觀察到泵所處的狀態。遠程啟動和停止兩點控制，并采用脈沖控制方式，這種控制方式的好處是，在泵出現過載斷電導致停止運行，故障復位后，必須從新啟動，才能運行。避免了采用單點控制方式，故障復位后，有可能出現誤操作使電機運行。

對溶劑輸送的控制。許多溶劑都是從罐區通過泵輸送到反應釜，DCS通過兩種方式來控制溶劑的定量輸送。第一中是通過流量計計量，在DCS上做累計程序，到達設定值后，將泵停止，相應的閥門關閉。第二種通過遠傳液位計來控制。溶劑罐是規則的形狀，一定的液位對應一定量的溶劑。當到達液位設定值，DCS自動下達指令，關閉泵和相應的閥門。

通LQ控制，反應釜需要通一定量的氣體。采用稱重計量模塊，然后設計程序計算每分鐘通的LQ量，通過速率自動調節閥門的大小，控制在一定的范圍內。

降溫的控制。設計成一鍵式操作。降溫有的是采用冷鹽降溫，有的是采用循環水降溫。但控制方式都是一樣的，點擊降溫按鈕降溫，自動打開冷卻介質進夾套閥門和出夾套閥門，降溫到達溫度設定值后，關閉進和出閥門。打開掃出閥門，風線調節閥，自動調節夾套壓力，將冷卻介質掃出夾套，彈出報警提示，提醒操作人員降溫完畢，可以進行下一步操作。

DCS的優點更多的體現在安全連鎖方面的設計。它可以很方便的實現很多的復雜連鎖。簡單的有閥門之間的互鎖，幾個閥門之間只能開一個或只能關一個，其它的幾個閥門就不能打開或關閉。攪拌蒸汽閥門的連鎖，在升溫的過程中攪拌突然停止，蒸汽閥也會緊急切斷，保證了反應釜的安全。反應釜壓力連鎖，當反應釜壓力超過一定的值緊急放空打開，將壓力及時釋放，保證安全。泵的連鎖。包括泵與液位的連鎖，不上量連鎖，與運行超時連鎖等。每個模擬量均有幾個等級的高限和低限報警，當數值超出設定值，會彈出報警，及時提醒操作人員。

酸化安全連鎖，由于反應釜酸化是會釋放出硫化氫有毒氣體，必須三個吸收釜最少有兩個攪拌在開啟狀態，而且風機必須處在開啟狀態，只要有一個條件不滿足，就不能酸化，充分保證安全。離心機是車間的重點危險設備。高速運轉，在放料的過程中容易產生靜電，造成起火或者閃爆。必須進行氮氣隔離，將其設備內的氧氣置換掉。當氮氣壓力低時，離心機不能啟動，和在運行過程中將其停止。

氮封安全系統。裝置設計了一套氮封系統，它是一個密閉的系統，只在總的氮封罐上有一個對外的放空，它的壓力設定在500 Pa的壓力，并且自動調節。反應釜只要投入氮封系統，反應釜上的氮封閥就會自動調節。當壓力p＜100Pa時，氮封閥打開；當壓力450 Pa＜p＜550 Pa時，氮封閥關閉；當p＞900 Pa時，氮封閥打開。充分保證反應釜內充滿氮氣，減少火災和爆炸的幾率。

5 總結

通過對DCS的應用，逐漸的發現了它的優勢。自動化設備代替人工，減少了勞動力；更多的安全連鎖，使生產裝置更加安全。對生產各種參數控制更加精確，而且能夠調取各種歷史記錄，對生產進行總結，使生產更加的穩定。本論文只是提出的一些簡單的應用，隨著社會的發展，國家對精細化工在安全、環境危害方面要求更加嚴格，各種先進的儀表會不斷的應到當來，使用DCS等先進控制系統更是個大趨勢，DCS會發揮更大的優勢。

［1］曹霞.淺談DCS在氯堿行業中的應用現狀［J］.科技風. 2011，（2）：12－13.

［2］王樹清，趙鵬程.集散型計算機控制系統（DCS）［M］.杭州：浙江大學出版社，1994.

Application of DCS in Fine Chemical Industry

Wang Cahngzhen，Dai Ronghua，Zhang Jinru，Li Jinjiang
（Jingbo Argochemicals technology Co.，Ltd，Bingzhou，256505）

This article analyzes the feature of fine chemical industry.It describes the configuration，algorithm design and application in safety control.

DCS，fine chemicals，algorithm design

TM621.6

B

1003-6490（2015）02-0028-03

2015－03－15

王長鎮（1985－），男，山東菏澤人，本科，助理工程師，研究方向：自動化儀表。