DCS控制系統在化工行業中的應用

溫成吉

摘 要：DCS控制系統采用控制分散、操作和管理集中的基本設計思想，采用多層分級、合作自治的結構形式。目前DCS在電力、冶金、石化等各行各業都獲得了極其廣泛的應用。

關鍵詞：DCS控制系統;工業應用;干擾因素

1前言

DCS控制系統在控制上的最大特點是依靠各種控制、運算模塊的靈活組態，可實現多樣化的控制策略以滿足不同情況下的需要，使得在單元組合儀表實現起來相當繁瑣與復雜的命題變得簡單。在化工行業中，由于工藝的特殊性，需要對流量、壓力、溫度檢測等裝置進行動態的監測，這時候就需要DCS控制系統的幫助，DCS控制系統的使用能有效的保證化工工藝在不同生產環境中的精準運轉，具有高度的靈敏性和可行性。

2DCS控制系統在化工行業中的具體運用

2.1測量系統

需要對信號發生端進行測試，輸入相應的模擬信號，然后再顯示中心上就可以檢查出PV值或者對應的顏色變化，就能夠證明運行是否正常。

2.2調節控制系統

需要對壓力開關、溫度開關以及液位開關等報警控制進行調試，設定出相應的控制方案，保證化工生產安全、可靠的運行。

2.3冗余系統

需要對網絡通訊電纜冗余進行測試，包括現場和顯示兩部分，確定系統是否正常運行。

3DCS控制系統在化工行業中的優勢

3.1實現多臺顯示中心的配置

從化工行業易燃、易爆、易中毒的實際出發，也為了更加精準的觀察生產過程中所有參數的變化，就要實現對兩臺甚至兩臺以上顯示的控制，將生產的每一個環節都要有相對應的監控子系統和顯示控制，一旦發生生產過程中斷電或是電氣聯鎖失效等問題就能及時回饋到控制中心，以便工作人員做好相應的控制措施。

3.2具有雙向傳遞信息的構造

DCS控制系統中，需要在控制單元和現場總線上實現雙重化的構造，這樣才能夠雙向的傳遞信息，通過監控單元采集數據，由控制單元進行運算、處理，在雙重化的構造上能夠實現反饋控制和順序控制，同時在化工生產過程中對信號以及多種輸出和輸入進行處理，給系統提供可靠的預測和監測的保障。DCS監控系統如果發生異常，就會在控制系統的作用下直接切換到備用的設備，保證對化工生產的實時監控。

3.3 PID的調節穩定性是根本

在實際過程控制系統中，基于PID控制技術的系統占80%以上，PID回路運用優劣在實現裝置平穩、高效、優質運行中起到舉足輕重的作用，各DCS廠商都以此作為搶占市場的有力競爭砝碼，開發出各自的PID自整定軟件。根據DCS的控制功能，在基本的PID算法基礎上，可以開發各種改進算法，以滿足實際工業控制現場的各種需要。與傳統的PID控制不同，基于非參數模型的預測控制算法是通過預測模型預估系統的未來輸出的狀態，采用滾動優化策略計算當前控制器的輸出。根據實施方案的不同，有各種算法，例如，內模控制、模型算法控制、動態矩陣控制等。目前，實用預測控制算法已引入DCS，例如IDCOM控制算法軟件包已廣泛應用于加氫裂化、催化裂化、常壓蒸餾、石腦油催化重整等實際工業過程。此外，還有橫河公司的PREDICTROL，霍尼韋爾公司在TDC-3000LCN系統中開發的基于卡爾曼濾波器的預測控制器等等。這類預測控制器不是單純把卡爾曼濾波器置于以往預測控制之前進行噪聲濾波，而是把卡爾曼濾波器作為最優狀態推測器，同時進行最優狀態推測和噪聲濾波。

4DCS控制系統使用過程中的干擾因素

4.1來自DCS控制系統內部的干擾

DCS控制系統內部的干擾主要是由系統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生的，主要體現在邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這一方面的干擾屬于DCS控制系統設計廠家對于產品設計中的內容，對于應用者來說是無法改變的，所以沒有必要過多考慮，只需在選購時主要選購那些優質廠家生產的系統即可。

4.2來自系統外引線的干擾

4.2.1來自電源的干擾

DCS控制系統的供電全部來源于電網供電，我們知道，電網覆蓋面積大，受到所有空間電磁干擾，而在線路上感應的電壓和電路，尤其是電網內部的變化，開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網短路暫態沖擊等，都通過輸電線路傳到電源。而DCS控制系統電源的選擇一般都是選用隔離電源，這種電源在機構及制造工藝因素上并不理想，在實際操作中，由于存在著分布電容，想要做到絕對隔離是不可能的。

4.2.2來自信號線引入的干擾

與DCS控制系統相連的各類信號傳輸線在實際運行中會遭到外部干擾信號的侵入，這主要體現在兩個方面，一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾，另外一個則是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，其中，后者會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷，在實際操作中一定要注意。

4.2.3來自空間的輻射干擾

最后一種干擾就是空間的輻射電磁場引起的，主要包括電力網絡、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產生，分布極為復雜。如果DCS控制系統是置于所射頻場內，就會受到這個干擾，輻射干擾與現場設備布置及設備所產生的電磁場大小，特別是與頻率有關，一般通過設置屏蔽電纜和DCS局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。

5應該如何消除這些使用過程中的干擾

5.1正確選擇接地點，完善接地系統

正確選擇接地點，完善接地系統是DCS控制系統抗電磁干擾的重要措施之一，接地的目的主要在于安全以及抑制干擾，對于接地方式的選擇一般可以有浮地方式、直接接地方式和電容接地三種，對于DCS控制系統來說，因為他是屬于高速低電平控制裝置，所以應選擇直接接地方式由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1MHz，所以DCS控制系統接地線采用一點接地和串聯一點接地方式。集中布置的DCS系統適于并聯一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極

5.2采用性能優良的電源，抑制電網引入的干擾

作為DCS控制系統十分重要的一個組成部分，電源的抗干擾是很重要的，我們對于DCS系統供電的電源的選擇應該是采用隔離性能較好電源，而對于變送器供電的電源和DCS系統有直接電氣連接的儀表的供電電源，并沒受到足夠的重視，雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠，主要是使用的隔離變壓器分布參數大，抑制干擾能力差，經電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。所以，對于變送器和共用信號儀表供電應選擇分布電容孝抑制帶大（如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術）的配電器，以減少DCS控制系統的干擾。

5.3硬件濾波及軟件抗干擾措施

由于電磁干擾的復雜性，要根本消除迎接干擾影響是不可能的，因此在DCS控制系統的軟件設計和組態時，還應在軟件方面進行抗干擾處理，進一步提高系統的可靠性。常用的一些措施：數字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾;定時校正參考點電位，并采用動態零點，可有效防止電位漂移;采用信息冗余技術，設計相應的軟件標志位;采用間接跳轉，設置軟件陷阱等提高軟件結構可靠性。

參考文獻：

[1] 陳積明，王智.工業以太網的研究現狀及展望。化工自動化及儀表，2001，28（6）：50-54.

[2] 趙瑾，申忠宇.網絡控制過程的最新進展，電氣自動，2003，25（1）：8-12.

[3] 周雙.DCS集散控制系統及工業控制技術的最新進展[J].化工生產與技術，2007（3）：120-128.

（中石化股份有限公司天津分公司聚醚部，天津 300270）