基于化工生產(chǎn)操作控制中應(yīng)用DCS的研究

摘 要：DCS系統(tǒng)是分散控制系統(tǒng)的簡稱，它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計算機(jī)、通訊、顯示（CRT）和控制等4C技術(shù)，它的基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。文章通過對DCS系統(tǒng)在化工生產(chǎn)操作控制中應(yīng)用的深入了解，詳細(xì)講解其系統(tǒng)的主要功能，對DCS在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng)；功能優(yōu)勢；化工生產(chǎn)

前言

在我國市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展下，使得化工企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，化工生產(chǎn)中所有的生產(chǎn)裝置和設(shè)備都得到了較大的改變，在信息化時代下，化工產(chǎn)業(yè)必須引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備采用先進(jìn)的技術(shù)才能更好地提高自身的市場競爭力，縮小人工成本和勞動力，化工生產(chǎn)規(guī)模之大僅僅靠人工來進(jìn)行生產(chǎn)控制是無法滿足化工企業(yè)的生產(chǎn)量，因此，在信息技術(shù)發(fā)達(dá)的情況下，更多領(lǐng)域的應(yīng)用會使得化工生產(chǎn)自動化越來越普及，讓化工生產(chǎn)的產(chǎn)品走向智能化、自動化的發(fā)展方向。DCS系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用在化工生產(chǎn)控制中取得了非常大的成果，有著不可替代的重要作用，DCS可以對化工生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行智能化的自動化生產(chǎn)管理和控制，不僅有效提高化工生產(chǎn)效率，降低運營成本，環(huán)保節(jié)約，還能夠為化工企業(yè)的未來發(fā)展提供無限動力。因此DCS系統(tǒng)是現(xiàn)代化化工企業(yè)生產(chǎn)控制的有效方式之一。

1 DCS系統(tǒng)的概述

DCS系統(tǒng)是一個經(jīng)濟(jì)實惠又可靠的控制系統(tǒng)，它采用了當(dāng)代世界最先進(jìn)的ProfiBus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)，由控制網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)所組成，它直接用于對化工生產(chǎn)產(chǎn)品及對象進(jìn)行數(shù)據(jù)歸納和分析控制。DCS的分散過程控制級在于整個DCS系統(tǒng)的最基層，通過生產(chǎn)設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息收集歸納后遞交至上一級，再進(jìn)行分析和控制，接收到上一級的控制指令后會對具體對象進(jìn)行產(chǎn)業(yè)控制。而位于DCS系統(tǒng)中間層的是集中操作監(jiān)控系統(tǒng)，它面向于化工生產(chǎn)控制人員，主要是將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后以簡單易懂直接通過下一級呈現(xiàn)給操作管理人員，方便操作管理人員利用曲線圖等各類相關(guān)圖像對其中的各類參數(shù)和過程的執(zhí)行狀態(tài)進(jìn)行實時分析，并根據(jù)分析出來的結(jié)果制定相關(guān)的具體執(zhí)行內(nèi)容。DCS系統(tǒng)對每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的監(jiān)控和對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析及保存，加強(qiáng)了化工企業(yè)的自動化管理辦公水平[1]。

2 DCS系統(tǒng)主要功能

DCS系統(tǒng)功能主要有以下四種：（1）實效性；DCS系統(tǒng)可以通過總控制站創(chuàng)建出一個針對性系統(tǒng)服務(wù)，對化工生產(chǎn)現(xiàn)場的控制點數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集歸納，操作管理人員則通過單回路控制流程畫面以及流程畫面對生產(chǎn)系統(tǒng)的整體運行情況以數(shù)據(jù)和聲音的變化形象表現(xiàn)出來。（2）參數(shù)的調(diào)整；化工生產(chǎn)的參數(shù)眾多，操作管理人員在操作員站上會仔細(xì)對生產(chǎn)所運行的參數(shù)做出一個及時準(zhǔn)確的調(diào)整，例如：生產(chǎn)上的壓力、溫度、液位參數(shù)的具體調(diào)整。（3）自動報警功能；DCS本身創(chuàng)建了報警服務(wù)系統(tǒng)，主要對生產(chǎn)中模擬量、開關(guān)量、硬件設(shè)施和系統(tǒng)正常運行狀態(tài)進(jìn)行警報監(jiān)視，出現(xiàn)任何故障時系統(tǒng)會自動連接報警功能進(jìn)行報警，同時在系統(tǒng)運行上還能夠顯示出報警當(dāng)時的事故原因、時間和起點，例如：某機(jī)器電動機(jī)出現(xiàn)故障，屏幕會自動由綠色跳成紅色并閃爍，從而引起報警模式開啟，體現(xiàn)操作員迅速對突發(fā)狀況進(jìn)行有效處理，保障設(shè)備的運行安全。（4）監(jiān)督功能；在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和信息的查閱瀏覽等記錄數(shù)量龐大，監(jiān)督操作人員會對這些歷史參數(shù)和歷史瀏覽記錄進(jìn)行及時的處理和分析，按時按量地完成職責(zé)操作和準(zhǔn)確性操作，若故障發(fā)生，可利用歷史參數(shù)對故障進(jìn)行及時處理，找到導(dǎo)致故障的原因所在，有效避免故障的再次發(fā)生，減少不必要的損失。

3 DCS系統(tǒng)在化工生產(chǎn)控制中的具體應(yīng)用

3.1 液位串級控制

例如：化工生產(chǎn)中P2塔的液位穩(wěn)定和進(jìn)料量的過程需要通過控制塔來實現(xiàn)，保證前塔液位穩(wěn)定后，后塔的進(jìn)料量卻不穩(wěn)定，相反，前塔液位不穩(wěn)定是后塔進(jìn)料量的穩(wěn)定而導(dǎo)致，如何將前塔和后塔各自的需求都進(jìn)行在一個穩(wěn)定的狀態(tài)，這就運用到了液位串級控制系統(tǒng)，液位串級控制系統(tǒng)是將流量控制器的給定值以流量控制的輸出來進(jìn)行操作，系統(tǒng)中所加入的副回路能夠壓制塔內(nèi)排出端壓力改變所產(chǎn)生出的流量變化，較大能力提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，并且有效解決了因為過大的系統(tǒng)波動所造成的不必要的損失，極大地節(jié)約了人力資源。

3.2 聯(lián)鎖控制

現(xiàn)場設(shè)備要通過聯(lián)鎖控制來進(jìn)行保護(hù)，是一種維護(hù)設(shè)備的有效手段，計算機(jī)自動化的運用是當(dāng)聯(lián)鎖條件達(dá)到一定的狀態(tài)時所采取一些的保護(hù)動作，例如：電磁閥動作是否打開或者關(guān)閉等等。計算機(jī)軟件本身具有較為有效的準(zhǔn)確性、可靠性和安全性，也是系統(tǒng)的組態(tài)完成主體 ，它本身有著對歷史數(shù)據(jù)的邏輯性判斷和記憶的功能，以其智能化部分能夠替代操作人員對化工生產(chǎn)過程產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行操作分析以及對緊急事故的處理，防止期間的擾亂和失誤。在生產(chǎn)項目27套聯(lián)鎖控制中，主要是由密度聯(lián)鎖、流量聯(lián)鎖以及液位聯(lián)鎖所構(gòu)成的，其中：當(dāng)液位處于設(shè)定的下限時，DCS所發(fā)出的啟動型號能夠自動控制，觸點閉合的開關(guān)控制，投入并運行電動機(jī)啟動設(shè)備，而當(dāng)液位處于設(shè)定的上限時，DCS會發(fā)出停止的信號，電動機(jī)會自動停止運行，觸點斷合開關(guān)控制，同時，手動控制是通過DCS發(fā)出停止信號將現(xiàn)場操作柱的旋轉(zhuǎn)開關(guān)進(jìn)行控制電動機(jī)的起停，以上都是液位聯(lián)鎖電動機(jī)的控制原理[2]。

3.3 反應(yīng)器反應(yīng)溫度的DCS控制

反應(yīng)器作為化工生產(chǎn)的關(guān)鍵控制，它的反應(yīng)溫度直接影響生產(chǎn)產(chǎn)品和化工反應(yīng)的效果?；ぎa(chǎn)品質(zhì)量的因素有很多種，其中，溫度在實際生產(chǎn)經(jīng)驗中體現(xiàn)出是最為關(guān)鍵的因素之一。要有效控制住化工材料在反應(yīng)器里所出現(xiàn)的反應(yīng)狀況，有效防止因溫度過高而導(dǎo)致的連鎖反應(yīng)或無法控制的現(xiàn)象，就要對溫度這一關(guān)鍵因素的信息進(jìn)行收集和分析，再依據(jù)分析結(jié)果判定出是否對反應(yīng)生成的反應(yīng)熱進(jìn)行合理的解決。例如：某反應(yīng)器里的反應(yīng)原料為A、B、C三種，三者的流速和比例會在進(jìn)入反應(yīng)器時產(chǎn)生相對的溫度影響，為了方便測量結(jié)果，要在反應(yīng)器配置好橢圓齒輪流量計、流量定值控制儀、質(zhì)量流量計等測量設(shè)備，保證在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)沒有絲毫的投料誤差。反應(yīng)器中有三個典型的反應(yīng)階段的過程，它們分別為：恒溫恒壓階段、過渡階段、升溫升壓階段。DCS系統(tǒng)將升溫參數(shù)和升溫速度自動控制好，并且在升溫過程中設(shè)定好具體的執(zhí)行方式進(jìn)行升溫，倘若在升溫過程中溫度上升的速度太慢或者太快，就要立即對控制狀態(tài)由控制系統(tǒng)進(jìn)行自動刪除且要通過手工對蒸汽調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)整，讓升溫速度重新步入正常狀態(tài)的軌道之中。同樣的，DCS系統(tǒng)還能調(diào)節(jié)恒溫恒壓狀態(tài)的溫度。溫度的測試具體過程為：在反應(yīng)過程中對反應(yīng)器設(shè)置4個溫度關(guān)鍵點，它們分別為a點，b點，c點，d點。若溫度處于a點之下，DCS系統(tǒng)會通過單回路PID控制系統(tǒng)對電路的蒸汽閥進(jìn)行調(diào)整，從而實現(xiàn)溫度的調(diào)整；若溫度處于a與b之間，DCS系統(tǒng)就會自動斷開對控制蒸汽閥的閥位調(diào)整；若溫度處于b與c之間，通過對某部分的溫度執(zhí)行調(diào)整以及壓力串級控制相關(guān)程序，對溫度的變化進(jìn)行進(jìn)一步的有效控制；若溫度處于c之上，則表明此時的溫度過高，要對相關(guān)部分進(jìn)行緊急性切除，啟動循環(huán)水調(diào)節(jié)閥來重新調(diào)整溫度[3]。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著化工生產(chǎn)規(guī)模的壯大以及控制的自動化水平的提高，表明了應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)備是提高生產(chǎn)質(zhì)量和水準(zhǔn)的關(guān)鍵，DCS系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用能夠?qū)⒒て髽I(yè)迅速提高生產(chǎn)產(chǎn)量以及完善生產(chǎn)過程的缺血，促進(jìn)化工企業(yè)的良好發(fā)展形勢，在降低生產(chǎn)成本和環(huán)保節(jié)約的同時大大了提高化工企業(yè)的市場競爭力。

參考文獻(xiàn)

[1]葉宛麗.化工生產(chǎn)操作控制中DCS的應(yīng)用[J].電子測試，2013（10）：86-87.

[2]侯元英.自動化控制在化工安全生產(chǎn)中的運用[J].化工管理，2015（2）：240.

[3]劉芬.化工生產(chǎn)中DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].化工管理，2014（6）：60-61.

作者簡介：馮曉明（1983，3-），男，漢族，籍貫：江蘇無錫，工程師，本科學(xué)歷，（安全評價），工作單位：無錫恒信安全技術(shù)有限公司。