DCS在精细化工中的应用

王长镇，戴荣华，张金儒，李金江

（京博农化科技股份有限公司，山东滨州市 256505）

DCS在精细化工中的应用

王长镇，戴荣华，张金儒，李金江

（京博农化科技股份有限公司，山东滨州市 256505）

对精细化工的特点进行了分析，介绍了DCS系统的配置、算法设计以及在安全控制方面的应用。

DCS集散控制系统；精细化工；算法设计

1 精细化工的特点

精细化工行业中市场需求快速多变，而且产品更新换代快使得精细化工生产过程中一般采取小批量，多品种生产，生产多为间歇或半连续过程，生产过程的工艺流程复杂，操作步骤繁杂，而且劳动强度大。生产工艺介质多为有毒、腐蚀性和易燃易爆的化学品，生产过程危险性大。这些特点更使得精细化工生产过程难以控制，一直以来综合自动化水品较低，基本处于现场人工操作的状态。但是人工操作有很多的不利因素，产品个人因素影响非常的大，不同的操作工最后生产出来的产品收率差别很大，而且体力劳动量非常的大；现场环境恶劣，对操作工造成很大的危害。

随着市场竞争更加激烈，客户对产品质量要求更加严格，国家对安全环保的重视，迫切需要提高精细化工的自动化水平，但是它又不同于石油化工，工艺已经相当的成熟，不能生搬硬套。我公司较早使用了DCS集散控制系统，在精细化工行业它有着其它控制系统所不具有的优点，并且逐渐的摸索出了适合精细化工的一套控制方式。

2 装置采用的是浙江中控WebField JX-300XP系统

SUPCON WebField系列集散控制系统（DCS）吸收了近年来快速发展的通信技术、微电子技术，充分利用了最新信号处理技术、高速网络通讯技术，可靠的软件平台和软件设计技术及现场总线技术，采用了高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，全面提高了控制系统的功能和性能，实现了多种总线兼容和异构系统综合集成，可以接入各种国内外DCS、PLC及现场智能设备实现企业内过程控制设备信息的共享。

控制系统由控制节点（控制节点是控制站、通讯接口的统称）、操作节点（包括工程师站、操作员站、数据服务器、数据管理站等）及系统网络（管理信息网、过程信息网、过程控制网、I／O总线操）等构成，系统结构如下JX－300XP系统具有数据采集、控制运算、控制输入输出、设备和状态监视、远程通讯，实时数据处理和显示、历史数据管理、日志记录、事故顺序识别、事故追忆、图形显示、控制调节、报表打印、高级计算，以及这些信息的组态、调试、打印、下载、诊断等功能。

采用1∶1的工业以太网，可靠性高，纠错能力强，通讯效率高。控制站电源、主控制卡、数据转发卡等都可冗余配置，充分保障了设备的稳定性，而且出现故障，监控画面会显示报警，告知操作人员及时处理。

3 装置DCS的系统配置

市电和UPS双路供电。为了保证系统的安全稳定，采用市电和UPS双路供电，UPS按控制系统总容量的1.5倍计算，选择15 kVA的容量。而且市电和UPS的电源不在同一个配电柜内，降低市电和UPS的供电电源同时出现故障的概率。

四个控制站。装置内测点较多，系统庞大，包括数字量输入（DI），数字量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO），共有3000多个测点。装置共有四个工段，各个工段的数据关联不是很密切，工段与工段之间的测点分布有相对比较均匀。这样设计四个控制站，一个控制站负责一个工段，这样可以减少站间的通讯，减轻通讯网络的负担，系统运行更加的稳定。同时为每个控制站留有15%余量，因装置改动比较频繁，方便后期增加测点。

模拟量输入、输出，开量输入、输出和自定义变量都可组入历史趋势，在监控画面上可随时都查询历史曲线。查询操作记录的各种趋势，进行异常分析，对生产的进行优化等。

三个操作站。控制室与控制柜距离较远500多米，为了增加信号的抗干扰性和稳定性，采用光纤传输。两条光纤，双网互为冗余。控制室内设一个操作员站和一个工程师站，工程师站平时也可作为操作员站使用。控制柜机房内设置一个操作员站，方便维修人员进行维护使用。

操作小组内设置了一个小组。根据装置工艺流程，设计出了13页操作画面，各个画面设有翻页按钮，可以方便互相切换画面。而且更多的使用了弹出式流程图，点击即可弹出相应的画面，这样可以节省画面空间，是画面显得简洁美观。

4 算法设计

1）图形编程软件具有许多优点。作为集成的图形编程工具，是针对集散控制系统所开发的全中文界面的DCS组态与控制工具，是SUPCON系列DCS的控制方案组态工具，依据IEC61131－3标准，为用户提供高效的组态环境，与系统组态软件联合完成对系统的组态，是SUPCON集散控制系统软件的重要组成部分之一。图形编程软件基于Windows操作系统设计，充分利用Windows系统的优点，具有良好的用户界面。图形编程的编程语言包括功能块图（FBD）、梯形图（LD）、顺控图（SFC）及ST语言。图形化编程中四种编程语言可以灵活使用，可以很方便的编写自定义控制方案，可以设计复杂的控制回路，各种连锁等。

2）系统设计161个自定义控制回路，软件可以很方便的使调节阀与压力、温度、流量相关联，自动调节压力、温度和流量大小，PID可以参数自调整，也可以切换到手动状态，进行手动调节。

3）控制功能块的设计。程序使用更多的功能块，使用的时候对其进行调用，使程序更加简单、清晰、易懂。下面为一些控制程序。

阀门控制。装置使用的开关阀非常的多，设计自阀门控制模块，用于检测阀门的开关状态。添加阀门后，调用阀门控制模块即可。

泵的控制。设计远程和就地两种操作方式，远程采用两个数字量输出点启动和停止。一个数字量输入状态反馈点。状态反馈点来自控制电机的接触器，无论是处在远程控制还是处在就地控制均可观察到泵所处的状态。远程启动和停止两点控制，并采用脉冲控制方式，这种控制方式的好处是，在泵出现过载断电导致停止运行，故障复位后，必须从新启动，才能运行。避免了采用单点控制方式，故障复位后，有可能出现误操作使电机运行。

对溶剂输送的控制。许多溶剂都是从罐区通过泵输送到反应釜，DCS通过两种方式来控制溶剂的定量输送。第一中是通过流量计计量，在DCS上做累计程序，到达设定值后，将泵停止，相应的阀门关闭。第二种通过远传液位计来控制。溶剂罐是规则的形状，一定的液位对应一定量的溶剂。当到达液位设定值，DCS自动下达指令，关闭泵和相应的阀门。

通LQ控制，反应釜需要通一定量的气体。采用称重计量模块，然后设计程序计算每分钟通的LQ量，通过速率自动调节阀门的大小，控制在一定的范围内。

降温的控制。设计成一键式操作。降温有的是采用冷盐降温，有的是采用循环水降温。但控制方式都是一样的，点击降温按钮降温，自动打开冷却介质进夹套阀门和出夹套阀门，降温到达温度设定值后，关闭进和出阀门。打开扫出阀门，风线调节阀，自动调节夹套压力，将冷却介质扫出夹套，弹出报警提示，提醒操作人员降温完毕，可以进行下一步操作。

DCS的优点更多的体现在安全连锁方面的设计。它可以很方便的实现很多的复杂连锁。简单的有阀门之间的互锁，几个阀门之间只能开一个或只能关一个，其它的几个阀门就不能打开或关闭。搅拌蒸汽阀门的连锁，在升温的过程中搅拌突然停止，蒸汽阀也会紧急切断，保证了反应釜的安全。反应釜压力连锁，当反应釜压力超过一定的值紧急放空打开，将压力及时释放，保证安全。泵的连锁。包括泵与液位的连锁，不上量连锁，与运行超时连锁等。每个模拟量均有几个等级的高限和低限报警，当数值超出设定值，会弹出报警，及时提醒操作人员。

酸化安全连锁，由于反应釜酸化是会释放出硫化氢有毒气体，必须三个吸收釜最少有两个搅拌在开启状态，而且风机必须处在开启状态，只要有一个条件不满足，就不能酸化，充分保证安全。离心机是车间的重点危险设备。高速运转，在放料的过程中容易产生静电，造成起火或者闪爆。必须进行氮气隔离，将其设备内的氧气置换掉。当氮气压力低时，离心机不能启动，和在运行过程中将其停止。

氮封安全系统。装置设计了一套氮封系统，它是一个密闭的系统，只在总的氮封罐上有一个对外的放空，它的压力设定在500 Pa的压力，并且自动调节。反应釜只要投入氮封系统，反应釜上的氮封阀就会自动调节。当压力p＜100Pa时，氮封阀打开；当压力450 Pa＜p＜550 Pa时，氮封阀关闭；当p＞900 Pa时，氮封阀打开。充分保证反应釜内充满氮气，减少火灾和爆炸的几率。

5 总结

通过对DCS的应用，逐渐的发现了它的优势。自动化设备代替人工，减少了劳动力；更多的安全连锁，使生产装置更加安全。对生产各种参数控制更加精确，而且能够调取各种历史记录，对生产进行总结，使生产更加的稳定。本论文只是提出的一些简单的应用，随着社会的发展，国家对精细化工在安全、环境危害方面要求更加严格，各种先进的仪表会不断的应到当来，使用DCS等先进控制系统更是个大趋势，DCS会发挥更大的优势。

［1］曹霞.浅谈DCS在氯碱行业中的应用现状［J］.科技风. 2011，（2）：12－13.

［2］王树清，赵鹏程.集散型计算机控制系统（DCS）［M］.杭州：浙江大学出版社，1994.

Application of DCS in Fine Chemical Industry

Wang Cahngzhen，Dai Ronghua，Zhang Jinru，Li Jinjiang
（Jingbo Argochemicals technology Co.，Ltd，Bingzhou，256505）

This article analyzes the feature of fine chemical industry.It describes the configuration，algorithm design and application in safety control.

DCS，fine chemicals，algorithm design

TM621.6

B

1003-6490（2015）02-0028-03

2015－03－15

王长镇（1985－），男，山东菏泽人，本科，助理工程师，研究方向：自动化仪表。