DCS控制系統在化工生產和消防應急處理系統中的應用

孫稀楠(常州市武進區消防救援大隊，江蘇 常州 213000)

0 引言

近年來，計算機技術發展迅速，DCS控制系統實現了更新換代，在包括化工企業在內的產業經濟發展中發揮了積極作用。在化工產業中，DCS系統的應用可以減少化工企業成本、增加產品收益、擴大生產規模，化工企業通過采用DCS控制系統可以優化產品設備功能，實現化工生產的智能化和便捷化。另外，在化工生產中，DCS控制系統的應用，通過自動化功能啟動消防系統，能夠幫助化工企業更高效地做好消防應急處理工作，提高化工企業消防安全和火災事故撲救能力，快速控制火情，爭取消防救援時間，避免火災事故擴大，有力地保障了化工企業生產安全。

1 DCS控制系統概述

DCS，即集散控制系統，亦稱“分散控制系統”或“分布式計算機控制系統”，是一種功能十分強大的計算機網絡集成技術，它依據控制分散、操作和管理集中的基本設計理念，主要由控制體系、運行體系、計劃體系、管理體系幾部分構成，有著集中管理和分散控制的典型特征，具備監督功能、參數調整功能、實時性功能和預警調整功能。可靠性是DCS系統得以高質量發展和廣泛應用的重要保障，提高DCS系統可靠性，應采用可靠性更高的硬件設備和生產工藝，同時在軟件設計上采用冗余技術，并實現系統的容錯技術、故障自診斷、自動處理技術。DCS控制系統應用范圍廣，可以廣泛應用于生產現場、工作車間以及生產設施和服務器等方面。

目前，DCS系統呈現出以下發展趨勢：第一，系統功能向開放式方向發展，賦予用戶更大的系統集成自主權，系統之間實現了高度兼容，達到最佳的系統集成；第二，儀表技術向數字化、智能化、網絡化方向發展，過程控制的功能實現了真正意義上的“全數字”、“全分散”控制，整個系統的安裝、使用和維護工作更加方便快捷；第三，工控軟件正向先進控制方向發展。廣泛應用各種先進控制與優化技術，確保DCS系統更加高效、直接，向標準化、網絡化、智能化和開放性方向發展。

1.1 可控網絡

可控網絡結構主要分為三層，其中：上層是綜合信息處理并做出控制反應；中層主要監控化工生產和操作，并基于上層操作處理信息數據，以實現有效監控的目的；下層包括收集信息、調節閉環、執行程序，主要用于控制生產對象、收集數據信息，下層所采集的數據信息將會及時報告到上層[1]。

1.2 通信結構

該結構是DCS控制系統重要組成部分，主要包括系統內部、過程控制和信息數據管理三個層面。其中，系統內部，主要是指通信結構整體的內部結構；過程控制可以控制調節生產系數，以保障生產質量和生產要求，也能夠為設施提供輔助，監管生產設施和生產過程[2]；信息數據管理包括個人網絡和計算機，可以直接用于系統信息和參數運行，同時也可以調度生產指令。在化工生產中應用該系統不僅可以提高生產能力，能夠及時發現并解決設備故障。

1.3 反應器

在DCS控制系統中，反應器是關鍵的設施，應用于化工生產中用來反映生產溫度、質量和效果。溫度反應對化工生產控制十分重要，反應器可以收集生產溫度數據，但是會出現熱反應現象。因此，在使用反應器時需要使其處于低溫環境中，避免出現連鎖反應。另外，反應器的進入端口有3個，進入時其流速和流量也會影響反應溫度。

2 DCS控制系統在化工生產中的應用

在化工生產中應用DCS控制系統，極大地提高了化工生產的智能化水平，促進了化工企業的穩步發展，為國民經濟社會進步作出了一定貢獻。該系統在化工企業生產中的應用表達如下。

2.1 平衡反應器

反應器是監控化工生產過程的關鍵器件，在化工生產中占據重要地位，甚至直接關系到化工生產安全和生產質量。在產品生產的實際過程中要密切關注平衡反應器的狀態，確保生產過程中的溫度保持相對平穩。若是生產溫度超過警戒標志卻無法及時做出應對，甚至受內部一些因素的影響，生產溫度不斷上升直至無法控制，就會導致整個生產陷入困境。目前，依據化工企業產品生產的具體實際可知，恒溫控制可以分為三個階段：1～2為恒溫分成溫度過渡，2～3為分層溫度自動升壓，3～4為分成恒定溫度恒溫[3]。在實際的化工企業生產管理中，恒定溫度恒溫控制對于化工精確度控制要求比較高，這也是使用反應器時應關注的重點所在。而目前在使用高溫反應器進行測溫時，主要采用a和b級WWWZPK模式，該測溫形式既能有效減少因溫度電場變化而導致的測溫誤差，同時也能夠確保測溫更加穩定、精確和靈敏。另外，在化工生產過程中，反應器會影響傳熱效果，常規控制形式無法滿足要求，因此需要使用DCS控制系統提高控制的精確性。

2.2 聯鎖控制

化工生產中，DCS控制系統憑借聯鎖控制功能，利用計算機技術和運算技術保護生產設備，這樣既能夠滿足連鎖條件，也能夠自動開關調節閥。該系統主要由計算機軟件組成，系統之間彼此關聯，穩定性和精確性較好，具有記憶和自動開關等多項功能，能夠取代人工操作，自動處理問題，并較好地整合信息，降低因人為因素而導致的故障概率[4]。自動控制連鎖功能包括27套自動連鎖控制系統，主要涉及了設定、流量和液位三個要素，能夠通過調節連鎖控制系統來實現完全自動化控制，即若設定液位低于流量下限時，DCS液位控制器會自動發出警告并關閉液位調節制動閥，若是液位高于流量上限時則系統會發出終端信號，使開關觸點斷合，此時設備會暫定運行[5]。

2.3 穩定液位

DCS利用塔底自動控制系統使整個t1205液位實現自動穩定，而為保證t1205液位能夠穩定出料，需要利用塔底t1407進行控制。若是塔底無法保證t1205液位穩定，會導致后臺穩定器量無法滿足需求量，進而t1205液位無法保持穩定[6]。因此，為穩定控制液位流動，在滿足額定進料量的基礎上，需要在設備生產時采用串接均勻自動控制液位法，即通過定值設置液位以控制流量。DCS過程控制管理系統在化工生產應用之所以較為普遍，就是因為該系統可以保證化工產品質量和生產過程穩定，應急人員在實際用時只需要按照所制定的方案進行操作即可。同時，應急人員還可以利用該系統整合數據信息，實現遠程操作并實時調整功率參數，確保生產過程的穩定性。

2.4 緊急停車

化工生產過程中，DCS控制系統具備良好的緊急停車功能，能夠較好地保證化工生產安全。在實際生產過程中，由于環境因素影響，應急人員不可避免會遇到各種安全隱患，甚至可能引發嚴重事故，為避免人為因素導致的損失，應引入DCS控制系統，并聯合緊急停車系統，一旦發生險情可以做緊急制動，以有效降低化工企業意外事故發生率，保證化工生產安全。

3 DCS控制系統在消防應急系統中應用

在化工企業消防應急系統中應用DCS控制系統可以提高滅火撲救效率，幫助化工企業做好消防應急管理工作。

3.1 控制程序

DCS控制程序是依據企業火災爆炸事故狀態下的滅火撲救流程來編制的。該系統對企業消防系統進行實時監控，將所采集到的消防系統相關設施控制、回訊信號、系統設備運行等參數統一傳輸至DCS系統中并運行。具體的操作程序如下：若是某區域發生爆炸，人員發現應立即上報火警并啟動應急預案，消防應急人員在確認火情后及時開啟相關閥門，之后啟動泡沫混合設施用于滅火，最后啟動增壓水泵。上述消防設施開啟后立即通過監控系統觀察現場情況，并對相關設施運行情況進行監控，一旦發現異常需及時調整方案，確保消防系統順利運行[7]。上述滅火流程是通過自動控制程序實現的一系列控制程序，根據現場實際操作方式，可以將消防系統程序控制的組態邏輯分為控制閥、泡沫泵和辦理泵三種。其中泡沫泵和噴淋泵適用于大部分場景，應用比較靈活。在組態編程時既可以單獨執行某一邏輯塊，也可以同時啟動三個邏輯塊，要想終止控制程序邏輯需要手動操作，但只能夠終止邏輯控制，無法自動關閉機泵和卡巴門等設施，需要根據現場消防滅火強度來遠程手工操作停止消防設施運行，直到整個滅火操作完成[8]。

3.2 邏輯設定

根據化工企業現場消防設施設計布局，DCS組態編程的邏輯設定可以分為三類：在消防控制閥邏輯中，對閥門控制程序組態主要根據順序自動開啟閥門信號進行編程。在消防泡沫泵邏輯中，如果泡沫系統供水使用了穩高壓供水，則邏輯編程時先要開啟泡沫液泵入口閥，在泵啟動后20 s泵出口壓力低于0.65 MPa時將泡沫液入口閥自動打開；若是泡沫系統供水使用了泡沫給水泵，則邏輯編程是先開啟泡沫給水泵5 s后在壓力達到0.65 MPa時將出口閥緩緩打開。之后在泡沫給水泵發生故障跳機時，將信息數據反饋到計算機端口并自動關閉出口閥。最后，運行泵啟動30 s后的出口壓力低于0.65 MPa，但是又滿足了回訊開泵條件，則表示泵出現故障需要重新啟動。在消防噴淋泵邏輯中，先要打開噴淋泵和出口閥，在壓力處于0.7～1.0 MPa時運行正常，如果符合消防水管網壓力要求且能夠持續20 s則自動啟動噴淋泵，打開出口閥，之后同時啟動兩個噴淋泵的情況下滿足要求壓力超過1 MPa 20 s后，將其中一個關閉并關閉出口閥。最后，同時啟動三個噴淋泵的情況下，若是消防水系統管網壓力能夠超過1 MPa，則其中一個將自動關閉。

3.3 程序操作

DCS程序控制在遠程控制時可以實行一鍵式啟動，這是消防應急系統中的關鍵技術。應急人員確認火情后按下按鈕即可啟動系統聯動控制程序，幾秒鐘之內就可以操控消防滅火流程啟動機泵和閥門。消防應急系統采用了三級操作控制系統，操作簡單快捷，可以防止誤操作，也能夠保證消防應急人員安全[9]。若是化工企業發生火災爆炸等事故，發現者需立即啟動自動報警系統并及時報火警，消防人員即可使用工業電視監控系統。在啟動系統后若是消防設施在運行時出現故障可以停用并自動啟動備用設施，應急人員無需刻意調整。崗位位于控制室內，應急人員可以實時了解現場消防滅火情況，無需就近啟動消防設施，可以利用工業電視監控系統掌握事故現場情況。應急人員確認火情后可以采用DCS一鍵式控制功能自動開啟消防系統，有效處理應急事件，整個過程只需要10～20 s即可完成，大大提高了滅火救援速度，避免滅火操作時出現混亂而導致的消防救援不及時。若是DCS控制系統失靈，可以在室內通過輔助面板遠程啟動消防設施，實現快速滅火救援，真正做到消防系統遠程自動化控制。

4 結語

隨著化工產業機械自動化水平持續提高，化工企業規模逐漸擴大，智能化系統在化工安全生產經營中發揮著重要作用，不僅提高了化工生產效率，也能夠有效應對消防應急工作。DCS控制系統作為一個具有柔性、高度自動化的管控一體化綜合系統，目前在各行各業都獲得了極其廣泛的應用，尤其是在化工生產和消防應急處理中，應用DCS控制系統更有力地保障了化工生產安全穩定，有效地降低了火災爆炸事故發生率，提高了事故救援效率，維護了化工企業和廣大職工的生命財產安全。文章針對DCS控制系統的實際應用進行了全面介紹，為化工企業更好地發揮該控制系統的優勢提供了借鑒作用。