论文部分内容阅读
摘 要：随着我国社会主义现代化发展水平的不断提高，自动控制技术被广泛应用到各行各业中，尤其是在化工行业的生产和开发中大量应用DCS自动控制技术，保证了安全稳定的生产。本文将对DCS技术的基本结构以及特点进行阐述，并分析了DCS技术在化工行业的应用。
关键词：DCS；化工行业；生产应用
中图分类号：G353.11文献标识码：A文章编号：
引言
随着科学技术和化工工业的迅猛发展，生产装置规模越来越大，自动化程度不断提高，生产控制逐渐由手动、简单控制发展为自动、复杂控制。一般来讲，大型化工生产装置有着十分严格的工艺控制指标，生产过程中如果不准确把握原料进料量、反应温度、反应压力时就会出现因压力高等原因而产生爆炸等危险，因此对自动化控制程度有较高的要求，其控制系统的设计也十分复杂。DCS 是结合控制技术、计算机技术、通讯技术以及图形显示技术等为一体的多功能技术。具有强大的控制功能。管理集中，人机界面好、能及时进行危险性分散。且组态十分灵活，与传统的仪表比较，其优越性十分明显。DCS控制系统在化工、电力、冶金等自动化领域的应用十分普遍。从DCS技术问世至今，其功能越来越完善，管理能力不断增强、可靠性也在不断提高，随着其不断应用到化工行业中，应用水平随着不断提升。
1 .DCS 特点
DCS是社会发展、科学进步的成果，是现代化工行业生产自动化水平的不断提高以及对控制要求日益严格的特殊条件下形成和发展的综合性控制系统。虽然DCS与集中式控制系统的系统功能区别较小，但是在系统功能实现方式上却各有差异。首先，系统网络是DCS的骨架，基础和核心，它在DCS系统中起着关键性的重要作用。整个DCS系统的可靠性、实时性以及可扩充性等的都是通过系统网络实现的。此外，系统网络同时还能对在线网络进行重构。其次，DCS技术对现场的I/O实施全面处理，同时通过网络节点实现对数字的直接控制。现场I/O 控制站的设置主要是为了帮助整个系统分担一定的 I/O 以及控制功能。采取这种方式有效的避免了一个站点故障导致整个系统无法正常运行的情况，让系统的可靠性进一步提高，同时还能分担一部分数据采集以及控制功能，促进整个系统的性能的提升。最后，在 DCS系统中，设置了工程师站，其主要功能是实现对DCS进行组态工作、离线配置以及在线监督、维护、控制各个网络节点。
2.DCS 控制系统的主要功能
2.1 实时性
通过控制站，创建系统的 O/I 服务，完成对现场控制点的数据采集，对生产系统的整体运行状况在操作员站上通过流程画面、单回路控制画面、数据、报警声音的变化体现出来。
2.2 参数调整
在操作员站上，操作员根据生产需要对运行参数做出及时、准确的调整，如压力、温度、流量、液位等参数的调整。
2.3 报警功能
通过创建报警服务，对模拟量、开关量、硬件设备和系统运行状态进行报警监视，提供报警发生时间、报警点、报警说明等报警信息的列表显示。如当空压机、搅拌电动机出现故障时，屏幕画面会由绿色变成红色，并伴随灯光闪烁、声音提示的方式进行报警，从而提醒操作员及时处理，保证设备运行安全。
2.4 监督功能
通过对历史参数的浏览、查阅操作记录及报警信息的处理和分析，监督操作人员是否按时完成职责操作及有无误操作。当发生故障时，可利用实时和历史的数据，对故障进行及时分析，明确故障发生的原因，以避免故障再次发生，减少损失。
3.DCS 在化工生产中的应用
3.1 反应器温度的控制
反应器的控制是化工生产工艺的关键过程，其各种工艺参数的控制水平对产品质量和生产安全有至关重要的影响。产品的质量在很大程度上取决于工艺参数温度、压力等的控制。长期生产实践证明，控制化工反应中温度的平稳是过程控制的一个重点。假如在运行过程中不及时有效地移去反应热，则由于反应器内部的正反馈，将使反应温度不断上升，以致达到无法控制的地步。
针对化工工艺特点，反应过程从控制角度分为升温升压阶段、过渡阶段、恒温恒压阶段，其中，恒温恒压阶段对控制精度要求较高，因此这一阶段是整个反应过程控制的重点。为了减少由于温场不同引起的測量误差，测温单元采用精度等级为 A 级的 W Z P K 铠装双芯铂电阻，其具有精确、灵敏、热响应时间快、质量稳定、使用寿命长等优点。
采用 DCS 进行程序控制，从而克服反应器反应滞后特性，提高对其反应温度的控制精度。升温时，DCS 自动执行“反应温度(蒸汽)程控投入”程序，按设计程序以设定的速率升温，如升温过快或过慢，自动执行“反应温度(蒸汽)程控切除”程序，在手动状态下调节蒸汽调节阀阀位开度，使升温进入正常。在化工反应中采用DCS 控制系统后，可实现全过程的自动控制，合理调节夹套蒸汽和循环水的流量，可使温度稳定在设定值±0.5℃范围之内，温度变化符合理想的工艺曲线，大大提高了产品质量，达到优质、稳定、可靠和节能降耗的目的，从而提高生产效率，增加企业的经济效益。
3.2 液位串级控制
例如某塔的液位稳定是通过控制塔底出料量来实现的，而某塔的出料量正好是萃取工段某塔的进料量。因此在保证前塔液位稳定时，后塔进料量不可能稳定；反之，如果保证了后塔进料量的稳定，势必造成前塔的液位不稳定。为了保证前塔液位和后塔进料量的稳定而采用串级均匀控制系统，即将液位控制器的输出作为流量控制器的给定值，用流量控制的输出来操作执行器。由于在这个系统中加入了副回路，可以及时克服由于塔内或排出端压力改变所引起的流量变化，使系统的稳定性有了极大的提高，有效的解决了由于系统波动过大带来的不必要的损失，而且更好地节约了人力资源。
3.3 联锁控制
联锁控制是通过计算机的逻辑运算自动对现场设备进行保护的手段。即当联锁条件满足时，自动采取一系列动作，如电磁阀动作、调节阀自动打开或关闭、电动设备的自动动作等。系统全部由计算机软件组态完成，具有较强的可靠性、准确性和关联性，带有事故记忆和逻辑判断、智能化功能，它能取代操作人员要进行的大量操作和紧急事故处理，避免了误停车及停车时的扩大化和停车的扰乱与失误。
联锁控制主要是液位联锁、流量联锁和密度联锁，其中液位联锁电动机的控制原理为：自动控制，当液位低于设定下限时，由 D C S 发出启动信号，控制开关触点闭合，电动机启动投入运行，当液位高于设定上限时，由DCS 发出停止信号，控制开关触点断合，电动机停止运行；手动控制，可以通过 DCS 直接发出启动停止信号，也可通过安装在现场操作柱上的旋转开关，人工操作控制电动机的起停。
4.DCS发展前景
自改革开放以来，随着我国高新科技的发展，微电子学也取得了重要的进步，引发了多种微处理器比如控制器、智能变送器以及DCS 的广泛应用。这些智能化设备能够对众多功能进行直接控制。随着现场设备与自动化控制设备传出信息量的不断增加，需要一种更为先进的多变量、双向的通信规程。作为目前先进的控制系统，DCS灵活的组态方式、丰富的功能被化工行业广泛应用。实现了控制回路品质的提高，生产更加稳定安全，同时也使生产管理更加完善。DCS技术的应用，是化工行业提高国产控制以及管理水平，实现高效益的重要手段。但是，就目前DCS应用情况来看，常规控制仍然为DCS系统主要的功能完成内容，其参数综合控制优化能力、应用高级控制策略以及特殊需求的控制等的优化还有待于提高，没有充分发挥其硬件、软件资源，浪费了大量的DCS资源，需要进一步改进。
5.结语
随着 DCS技术的不断改进和发展，其在我国化工行业的普遍应用，对我国化工企业的健康发展起着重要的作用。随着市场竞争力的不断增强，需要对DCS存在的不足与缺陷进行进一步改善，提高企业的市场竞争力，实现企业可持续发展。
参考文献：
[1] 吴永忠,全集成 DCS 大中控控制系统在氯碱化工行业的应用[J].自动化技术与应用,2009.
[2] 曹霞.浅谈 DCS 在氯碱行业中的应用现状[J].科技风,2011.
[3] 陈宏升.DCS 控制系统在 PA6 锦纶 6 切片化工行业中的应用[J].中国科技财富,2011.
关键词：DCS；化工行业；生产应用
中图分类号：G353.11文献标识码：A文章编号：
引言
随着科学技术和化工工业的迅猛发展，生产装置规模越来越大，自动化程度不断提高，生产控制逐渐由手动、简单控制发展为自动、复杂控制。一般来讲，大型化工生产装置有着十分严格的工艺控制指标，生产过程中如果不准确把握原料进料量、反应温度、反应压力时就会出现因压力高等原因而产生爆炸等危险，因此对自动化控制程度有较高的要求，其控制系统的设计也十分复杂。DCS 是结合控制技术、计算机技术、通讯技术以及图形显示技术等为一体的多功能技术。具有强大的控制功能。管理集中，人机界面好、能及时进行危险性分散。且组态十分灵活，与传统的仪表比较，其优越性十分明显。DCS控制系统在化工、电力、冶金等自动化领域的应用十分普遍。从DCS技术问世至今，其功能越来越完善，管理能力不断增强、可靠性也在不断提高，随着其不断应用到化工行业中，应用水平随着不断提升。
1 .DCS 特点
DCS是社会发展、科学进步的成果，是现代化工行业生产自动化水平的不断提高以及对控制要求日益严格的特殊条件下形成和发展的综合性控制系统。虽然DCS与集中式控制系统的系统功能区别较小，但是在系统功能实现方式上却各有差异。首先，系统网络是DCS的骨架，基础和核心，它在DCS系统中起着关键性的重要作用。整个DCS系统的可靠性、实时性以及可扩充性等的都是通过系统网络实现的。此外，系统网络同时还能对在线网络进行重构。其次，DCS技术对现场的I/O实施全面处理，同时通过网络节点实现对数字的直接控制。现场I/O 控制站的设置主要是为了帮助整个系统分担一定的 I/O 以及控制功能。采取这种方式有效的避免了一个站点故障导致整个系统无法正常运行的情况，让系统的可靠性进一步提高，同时还能分担一部分数据采集以及控制功能，促进整个系统的性能的提升。最后，在 DCS系统中，设置了工程师站，其主要功能是实现对DCS进行组态工作、离线配置以及在线监督、维护、控制各个网络节点。
2.DCS 控制系统的主要功能
2.1 实时性
通过控制站，创建系统的 O/I 服务，完成对现场控制点的数据采集，对生产系统的整体运行状况在操作员站上通过流程画面、单回路控制画面、数据、报警声音的变化体现出来。
2.2 参数调整
在操作员站上，操作员根据生产需要对运行参数做出及时、准确的调整，如压力、温度、流量、液位等参数的调整。
2.3 报警功能
通过创建报警服务，对模拟量、开关量、硬件设备和系统运行状态进行报警监视，提供报警发生时间、报警点、报警说明等报警信息的列表显示。如当空压机、搅拌电动机出现故障时，屏幕画面会由绿色变成红色，并伴随灯光闪烁、声音提示的方式进行报警，从而提醒操作员及时处理，保证设备运行安全。
2.4 监督功能
通过对历史参数的浏览、查阅操作记录及报警信息的处理和分析，监督操作人员是否按时完成职责操作及有无误操作。当发生故障时，可利用实时和历史的数据，对故障进行及时分析，明确故障发生的原因，以避免故障再次发生，减少损失。
3.DCS 在化工生产中的应用
3.1 反应器温度的控制
反应器的控制是化工生产工艺的关键过程，其各种工艺参数的控制水平对产品质量和生产安全有至关重要的影响。产品的质量在很大程度上取决于工艺参数温度、压力等的控制。长期生产实践证明，控制化工反应中温度的平稳是过程控制的一个重点。假如在运行过程中不及时有效地移去反应热，则由于反应器内部的正反馈，将使反应温度不断上升，以致达到无法控制的地步。
针对化工工艺特点，反应过程从控制角度分为升温升压阶段、过渡阶段、恒温恒压阶段，其中，恒温恒压阶段对控制精度要求较高，因此这一阶段是整个反应过程控制的重点。为了减少由于温场不同引起的測量误差，测温单元采用精度等级为 A 级的 W Z P K 铠装双芯铂电阻，其具有精确、灵敏、热响应时间快、质量稳定、使用寿命长等优点。
采用 DCS 进行程序控制，从而克服反应器反应滞后特性，提高对其反应温度的控制精度。升温时，DCS 自动执行“反应温度(蒸汽)程控投入”程序，按设计程序以设定的速率升温，如升温过快或过慢，自动执行“反应温度(蒸汽)程控切除”程序，在手动状态下调节蒸汽调节阀阀位开度，使升温进入正常。在化工反应中采用DCS 控制系统后，可实现全过程的自动控制，合理调节夹套蒸汽和循环水的流量，可使温度稳定在设定值±0.5℃范围之内，温度变化符合理想的工艺曲线，大大提高了产品质量，达到优质、稳定、可靠和节能降耗的目的，从而提高生产效率，增加企业的经济效益。
3.2 液位串级控制
例如某塔的液位稳定是通过控制塔底出料量来实现的，而某塔的出料量正好是萃取工段某塔的进料量。因此在保证前塔液位稳定时，后塔进料量不可能稳定；反之，如果保证了后塔进料量的稳定，势必造成前塔的液位不稳定。为了保证前塔液位和后塔进料量的稳定而采用串级均匀控制系统，即将液位控制器的输出作为流量控制器的给定值，用流量控制的输出来操作执行器。由于在这个系统中加入了副回路，可以及时克服由于塔内或排出端压力改变所引起的流量变化，使系统的稳定性有了极大的提高，有效的解决了由于系统波动过大带来的不必要的损失，而且更好地节约了人力资源。
3.3 联锁控制
联锁控制是通过计算机的逻辑运算自动对现场设备进行保护的手段。即当联锁条件满足时，自动采取一系列动作，如电磁阀动作、调节阀自动打开或关闭、电动设备的自动动作等。系统全部由计算机软件组态完成，具有较强的可靠性、准确性和关联性，带有事故记忆和逻辑判断、智能化功能，它能取代操作人员要进行的大量操作和紧急事故处理，避免了误停车及停车时的扩大化和停车的扰乱与失误。
联锁控制主要是液位联锁、流量联锁和密度联锁，其中液位联锁电动机的控制原理为：自动控制，当液位低于设定下限时，由 D C S 发出启动信号，控制开关触点闭合，电动机启动投入运行，当液位高于设定上限时，由DCS 发出停止信号，控制开关触点断合，电动机停止运行；手动控制，可以通过 DCS 直接发出启动停止信号，也可通过安装在现场操作柱上的旋转开关，人工操作控制电动机的起停。
4.DCS发展前景
自改革开放以来，随着我国高新科技的发展，微电子学也取得了重要的进步，引发了多种微处理器比如控制器、智能变送器以及DCS 的广泛应用。这些智能化设备能够对众多功能进行直接控制。随着现场设备与自动化控制设备传出信息量的不断增加，需要一种更为先进的多变量、双向的通信规程。作为目前先进的控制系统，DCS灵活的组态方式、丰富的功能被化工行业广泛应用。实现了控制回路品质的提高，生产更加稳定安全，同时也使生产管理更加完善。DCS技术的应用，是化工行业提高国产控制以及管理水平，实现高效益的重要手段。但是，就目前DCS应用情况来看，常规控制仍然为DCS系统主要的功能完成内容，其参数综合控制优化能力、应用高级控制策略以及特殊需求的控制等的优化还有待于提高，没有充分发挥其硬件、软件资源，浪费了大量的DCS资源，需要进一步改进。
5.结语
随着 DCS技术的不断改进和发展，其在我国化工行业的普遍应用，对我国化工企业的健康发展起着重要的作用。随着市场竞争力的不断增强，需要对DCS存在的不足与缺陷进行进一步改善，提高企业的市场竞争力，实现企业可持续发展。
参考文献：
[1] 吴永忠,全集成 DCS 大中控控制系统在氯碱化工行业的应用[J].自动化技术与应用,2009.
[2] 曹霞.浅谈 DCS 在氯碱行业中的应用现状[J].科技风,2011.
[3] 陈宏升.DCS 控制系统在 PA6 锦纶 6 切片化工行业中的应用[J].中国科技财富,2011.