DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)在冶金制氧中的應(yīng)用

陳志敏

1.工業(yè)儀表最早出現(xiàn)在20世紀(jì)30年代，最初只用于熱能動(dòng)力和冶金等連續(xù)性的熱力生產(chǎn)過程，因此當(dāng)時(shí)稱為熱工儀表。50年代我國出現(xiàn)DDZ-Ⅱ型儀表，就是當(dāng)時(shí)四線制儀表；70年代我國出現(xiàn)DDZ-Ⅲ型儀表，這是儀表一個(gè)里程碑的發(fā)展，二線制儀表，就是既有電源又可以傳輸信號(hào)的工業(yè)儀表。80年代初期我國在冶金制氧出現(xiàn)了“集散控制系統(tǒng)”DCS系統(tǒng)。

2 集散控制系統(tǒng)

集散控制系統(tǒng)DCS可以解釋為在模擬量回路控制較多的行業(yè)中，盡量將控制所造成的危險(xiǎn)性分散，而將管理和顯示功能集中的一種自動(dòng)化高技術(shù)產(chǎn)品。

DCS系統(tǒng)一般由五部份組成：控制器、I/O板、操作站、通訊網(wǎng)絡(luò)和圖形及編程軟件。

控制器：控制站是DCS的核心，直接與生產(chǎn)過程相連接，對(duì)過程變量進(jìn)行檢測(cè)和處理，并產(chǎn)生控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制。

流量的閉環(huán)控制系統(tǒng)

DCS通常采用若干個(gè)控制器（過程站）對(duì)一個(gè)生產(chǎn)過程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制，各控制器間通過網(wǎng)絡(luò)連接并可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。操作采用計(jì)算機(jī)操作站，通過網(wǎng)絡(luò)與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達(dá)操作指令。

3 冶金制氧用DCS控制系統(tǒng)

冶金制氧通常采用一個(gè)控制器的DCS控制系統(tǒng) ，I/O： I/O板根據(jù)儀表在控制系統(tǒng)中所起的不同作用，將電動(dòng)儀表的八大單元，即變送、調(diào)節(jié)、執(zhí)行、運(yùn)算、顯示、轉(zhuǎn)換、給定、輔助單元，直接進(jìn)行檢測(cè)，集成。所有信號(hào)經(jīng)控制器處理，發(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制

（1）空分溫度、熱電阻、熱電偶等接觸式溫度檢測(cè)儀表的測(cè)溫元件，應(yīng)安裝在能準(zhǔn)確反映介質(zhì)溫度的地方；安裝在工藝管道上的測(cè)溫元件應(yīng)與管道中心線垂直或傾斜45°，插入深度應(yīng)大于250mm或處在管道中心，插入方向宜與被測(cè)介質(zhì)逆向或垂直。管道公稱直徑小于80mm時(shí)可安裝在彎頭處或加擴(kuò)大管；雙金屬溫度計(jì)安裝時(shí)，刻度盤面應(yīng)便于觀察；測(cè)溫元件用連接頭的螺紋應(yīng)與測(cè)溫元件螺紋相匹配；當(dāng)水平安裝時(shí)其插入深度大于1m或被測(cè)溫度大于700℃時(shí)，應(yīng)采取防彎曲措施。

（2）制氧安裝在高壓設(shè)備和管道上的壓力儀表，如在操作崗位附近，安裝高度宜距地面1.8m以上，否則應(yīng)在儀表正面加保護(hù)罩；測(cè)量低壓的壓力表或變送器的安裝高度，宜與取壓點(diǎn)的高度一致；壓力儀表不宜安裝在有強(qiáng)勁振動(dòng)的設(shè)備或管線上；被測(cè)介質(zhì)壓力波動(dòng)大時(shí)，壓力儀表應(yīng)采取緩沖措施；

（3） 制氧變送器安裝及試驗(yàn)

由于是制氧使用儀器，變送器在安裝前應(yīng)調(diào)試好并擦拭干凈不含油。

變送器的安裝：選擇變送器的安裝位置時(shí)，應(yīng)盡量滿足儀表安裝的要求，靠近所連接的儀表，并盡可能依托建筑物或工業(yè)管架安裝。差壓計(jì)或差壓變送器正負(fù)壓室與測(cè)量管道的連接必須正確，引壓管傾斜方向和坡度及輔助容器的安裝均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

（4） 工藝管道直接安裝的儀表

調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)、孔板法蘭等由工藝專業(yè)安裝的儀表設(shè)備，應(yīng)先行檢查調(diào)試好，交給安裝隊(duì)，以免影響工藝配管

（5） 冷箱內(nèi)電纜安裝：連接鉑電阻的YHD型6*1mm2低溫電纜，經(jīng)專用的引出裝置（由設(shè)備帶）穿出冷箱壁；從鉑電阻到冷箱之間敷設(shè)的電纜，必須離開低溫設(shè)備或管道一定的距離，并采用穿管或角鋼支架保護(hù)方式，使之不受外力影響。電纜與鉑熱電阻的連接處必須緊密、牢固、以保證接觸良好，并留出約300mm長的電纜繞成環(huán)形，再予以固定，確保連接處不會(huì)受到拉力，且便于拆卸；

（6） 冷箱內(nèi)引壓管路安裝，冷箱內(nèi)儀表管儀表組件都必須禁油，引壓管路在安裝前都要進(jìn)行去油處理。一般的鋁管可用10﹪的鈉氧化鈉水溶液清洗，然后用濃度為15﹪的稀硝酸中和，最后用熱水洗凈并吹干；對(duì)紫銅管可用三氯乙烯去油，然后用蒸汽吹凈。為防止引壓管路內(nèi)氣相介質(zhì)冷凝，引壓管路必須離開低溫設(shè)備或管道500mm，若實(shí)施有困難時(shí)，可以在引壓管道外部包扎絕熱材料。為補(bǔ)償引壓管路在低溫下的冷縮變形，與設(shè)備或管道、閥門剛性連接的引壓管路應(yīng)有足夠的伸縮能力。一般要在引壓管路與裝在冷箱壁上的取壓閥接頭前彎一個(gè)弧形，但該段彎管必須是水平配置或彎頭向上，距冷箱壁至少80mm，彎曲半徑必須大于管徑的10倍。低溫液位測(cè)量，液相導(dǎo)壓管應(yīng)以1：10的斜度向上傾斜，盡可能貼近冷箱壁2米以上。當(dāng)引壓管由于管徑需要變更或需要拼接加長時(shí)，對(duì)同一種材料，只允許采用套接的方法。套管的材料及壁厚應(yīng)與引壓管相同，長度至少大于引壓管的二倍，被連接的兩段引壓管插入套管部分的長度大致相等。鋁管、不銹鋼管應(yīng)采用氬氣保護(hù)焊，紫銅管銀焊滲透焊。

制氧站二線制變送器接入I/O板的接線圖

制氧站I/O板輸出4—20mA到調(diào)節(jié)閥的接線圖

操作站：操作站主要完成人機(jī)界面的功能。現(xiàn)在普遍用PC 機(jī)加專用網(wǎng)卡和專用監(jiān)控軟件組成。操作站實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的集中監(jiān)視、操作和管理。

操作站監(jiān)示器畫面總體分三個(gè)區(qū)，監(jiān)視器上部的區(qū)間是屏幕標(biāo)題，監(jiān)視器中部區(qū)間是基本顯示區(qū)，監(jiān)視器下部的區(qū)間是屏幕注腳。

上部的屏幕標(biāo)題一般包括：時(shí)間，制氧流程，報(bào)警順序，棒圖/曲線，系統(tǒng)按鈕。

中部區(qū)間是基本顯示區(qū)：顯示區(qū)為制氧站流程顯示，分為空氣壓縮系統(tǒng)，空冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)，分子篩純化系統(tǒng)，增壓膨脹機(jī)系統(tǒng)，精餾塔系統(tǒng)，氧壓機(jī)系統(tǒng)，氮壓機(jī)系統(tǒng)，調(diào)壓站系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。

下部的區(qū)間是屏幕注腳區(qū)包括：先前顯示，左向基本顯示，右向基本顯示，上一級(jí)基本顯示。

通訊網(wǎng)絡(luò)：通訊網(wǎng)絡(luò)是DCS的重要支柱，執(zhí)行分散控制各單元以及人機(jī)接口要靠通訊系統(tǒng)連成一體，這種在局部區(qū)域內(nèi)使用各種數(shù)據(jù)通訊的設(shè)備互聯(lián)的通訊網(wǎng)絡(luò)稱為局域網(wǎng)。 它是高通訊率，低誤碼率，快速響應(yīng)的局部網(wǎng)絡(luò)，響應(yīng)時(shí)間0.01-0.5s，具有組織靈活，易于擴(kuò)展，資源共享的特點(diǎn). 制氧用的是以太網(wǎng)的局域網(wǎng)，制氧的DCS系統(tǒng)有四級(jí)，分別是I∕O總線、現(xiàn)場總線、控制總線、和DCS網(wǎng)絡(luò)。如圖

圖形及編程軟件：DCS的軟件分為控制層軟件、監(jiān)控軟件和組態(tài)軟件。

控制層軟件是直接針對(duì)現(xiàn)場I/O設(shè)備，完成DCS的控制功能。包括PID回路控制、邏輯控制、順序控制、混合控制等。

監(jiān)控軟件的主要功能是人機(jī)界面。包括圖形畫面、操作命令、曲線顯示、報(bào)警信息、歷史數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)的診斷和監(jiān)視。

組態(tài)軟件：組態(tài)軟件針對(duì)具體應(yīng)用進(jìn)行定義。硬件配置、數(shù)據(jù)庫定義、控制算法程序的組態(tài)、監(jiān)控、報(bào)警的組態(tài)。

DCS系統(tǒng)做到了數(shù)據(jù)集中運(yùn)算，參數(shù)集中管理，儀表設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)分散控制。因此DCS控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)代制氧機(jī)工程中自動(dòng)化控制系統(tǒng)的首選方案。