探讨DCS化工厂一体化智能控制系统①

郝锐

摘 要:本文首先阐释了智能控制系统的基本结构及其理论,再次重点分析了化工厂生产中的MCC系统智能化控制,最后就化工厂DCS系统运行中常见的故障及其应对措施进行了分析,以此来探讨DCS化工厂一体化智能控制系统。

关键词:智能控制系统DCS系统化工厂

中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(a)-0086-01

分散控制系统简称DCS系统,被用于集中监视操作与分散控制。在各个行业的大中型控制方案中也有广泛应用。化工厂的控制系统具有网络多、点数多、稳定性要求高和控制方案复杂等特点。而DCS系统组态方便,通用性强,有良好的扩展能力,因此DCS系统被广泛应用于化工领域。本文首先阐释了智能控制系统的基本结构及其理论,再次重点分析了化工厂生产中的DCS系统智能化控制,最后就化工厂DCS系统运行中常见的故障及其应对措施进行了分析,以此来探讨DCS化工厂一体化智能控制系统。

1 智能控制系统的基本结构及其理论

在智能控制系统中,通常执行级需要较为精确的模型,来实现对精度要求较高的控制任务,其主要工作是完成所有信息进行检测、处理及获取,同时采用智能控制的方式对复杂的过程直接进行控制。核心的协调级主要用作协调执行级之间的动作,并不要求准确的模型,但要求有学习能力,便于在控制环境中提高性能,同时更有效地接收上一级发出的语言符号及模糊指令。组织级把操作员发出的口令翻译变成机器语言,规划任务、组织决策,并直接指导底层操作。执行级中的识别功能是监督系统参数发生的变化或是获取不能确定的参数值。协调级的识别功能是分析执行级传送的测量数据加之组织传送的指令产生适合的协调作用。组织级的识别功能是对定性的命令或其他输入进行翻译。此类分层梯阶式结构形式已被顺利应用在交通管理系统、交通控制系统和计算机的集成制造系统等。

2 和利时DCS控制系统在化工厂中应用

2.1 对象

HPA(次磷酸)装置中的主装置所用原料是次磷酸钠,其生产工艺由离子之间的交换法所生成的,具体流程是:浓缩次磷酸钠的稀溶液、溶液的两次调整、离子充分进行交换、蒸发浓缩稀成品等。

2.2 方案

和利时公司的DCS系统在关于实现化工厂综合车间HPA装置的生产过程控制上,有着更具备成品高质量、高产量、污染少排放、能耗更低、原料损失更少、车间工艺自动化程度更高、管理更方便等特点。

该系统采用的是世界领先的ProfiBus-DP总线(现场总线技术),利用先进控制算法通过计算机对控制系统实施即时监控,系统中集成了DMS、CRM、SCM、实时信息等系统的优点,成功实现了企业资源管理系统、控制系统和智能仪表设备,这三者之间无缝信息流的传送,真正实现了化工厂的管控一体化和智能化,同时其强大的逻辑顺序控制、反馈控制以及各种复杂运算功能也有利于促进化工厂实现更高效的自动控制和企业管理。根据工艺的要求,系统的HPA装置中不仅实现了在线分析次磷酸钠溶液的进料、补料、浓缩及溶液密度,还实现了两次调整釜时在冷却、升温、保温及出料上的自动化,板框压滤机也能够自动冲水和吹扫。

系统主要包括:2台互控制站(互为冗余)、1台工程师站、1台操作员站、2台交换机(互为冗余)、1台报表打印机、1台UPS不间断电源。

2.3 功能及特点

此套系统具备分区和分级别的控制功能,为保证操作的安全性,工程师站及操作员站都设置了操作员权限,即只能实现操作员权限中的命令,例如启停电机和各气动阀门等。只有经过专业人员输入密码后把权限设置更改成工程师权限之后才能实现系统的维护及相应的操作。

系统中的所有工作站均实现了100M以太网通信,使得通信速度更快、距离覆盖更远、连接更方便、兼容行更好。

人机对话是本套系统中的另一亮点,操作站上可对操作进行监视,软件组态中不但有复杂的回路控制,还能综合了显示、监测以及过程控制中的各幅画面,包含5幅工艺流程图,2幅总貌画面,10幅组控制画面,及单回路的调整、趋势、报警等画面,还具批报表和备班报表的功能。

3 DCS化工厂一体化智能控制系统运行中的常见故障

在日常运行中,化工厂的DCS系统一旦出现故障,特别是监控无效或使系统失控的故障,而化工厂生产具有连续性,有些化工燃料具备有毒易爆易燃的特性,严重威胁生产安全,因此了解DCS系统运行中常见故障很有必要。

3.1 各种供电系统的故障

容易发生故障的供电系统包括为端子排、控制单元、散热风扇以及卡件提供电源的直接回路,以及为UPS提供电源的220V供电器。这类故障不同于其他只影响某个或者几个单元的故障,而往往会使整个系统断电而无法工作,所以也是最为严重的。

3.2 操作员站、卡件、控制器等硬件故障

此类故障会导致某些控制监视功能丧失,更甚者导致联锁触发,造成整个系统停止,危害性极大。也有可能卡件故障不是因为整个卡件彻底失效,而只是卡件中某一通道的故障,甚至会引起数值紊乱,导致系统误判。

3.3 软件故障

此类故障通常发生在新修改或者下次组态,或是在新系统刚投运不久。当然,也有发生在运行较长时间的系统中。软件故障会引起一些操作员站或工程师站失效,但通常并不会造成控制站失灵。发生此类故障的原因可能是DCS系统的故障,或是组态错误,或者操作系统的故障。

3.4 通讯故障此类故障包括交换机故障、电缆故障和通讯卡件故障

如果通讯系统有光纤参与,则还有收发器故障和光纤故障等。最容易判别的是通讯故障,由于大多数是冗余配置,因此不会导致太大的危害。而阀门、仪表等执行器或信号源的信号通路中故障则不太常见。阀门和仪表可以看成是DCS系统里的手和眼睛。其信号通路包含电缆及两端线鼻子和其有效连接。

4 DCS化工厂一体化智能控制系统的故障应对措施

为了最大限度减少各类故障发生,在日常的巡检维护中要做到如下几点。

(1)加强日常巡检,重点关注系统中各类报警信息和温度监控器。巡检中应注意检查220V配电柜和开关状态,查看供电的电压电流;在转成应急电之前或将应急电转出之后转换开关的状态;UPS电压、温度、负载、及报警信息等。

(2)更换电源适配器、线路、开关时要计算好容量,在更换网卡、卡件和现场仪表安装以及做接头时更要注意施工质量,防止发生电源线路烧断,线头掉落、毛刺短路及空开越级跳闸等故障。同时严格监控材料质量,不得有粗放型维 修及马虎了事的思想,不用非正规厂家生产、非全新的劣质材料。

(3)将UPS系统进行串联或并联热备份。并联热备份用于新建成的UPS系统中,即用2台UPS做并联供电,即使一台发生故障,剩下一台可以自动供电来避免失电。串联热备份用于非新建成的UPS系统中,即第二台UPS输出接工作在第一台UPS旁路。

5 结语

近年来微电子技术发展迅速,大规模集成电路的制造工艺也日趋成熟,我们有理由相信,DCS化工厂一体化智能控制系统也将被更广泛的应用,使工厂成本更低,生产更安全,产品质量进一步提高,最终增加整个产业的经济效益及社会效益。