DCS控制系统在化工行业中的应用

温成吉

摘 要：DCS控制系统采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式。目前DCS在电力、冶金、石化等各行各业都获得了极其广泛的应用。

关键词：DCS控制系统;工业应用;干扰因素

1前言

DCS控制系统在控制上的最大特点是依靠各种控制、运算模块的灵活组态，可实现多样化的控制策略以满足不同情况下的需要，使得在单元组合仪表实现起来相当繁琐与复杂的命题变得简单。在化工行业中，由于工艺的特殊性，需要对流量、压力、温度检测等装置进行动态的监测，这时候就需要DCS控制系统的帮助，DCS控制系统的使用能有效的保证化工工艺在不同生产环境中的精准运转，具有高度的灵敏性和可行性。

2DCS控制系统在化工行业中的具体运用

2.1测量系统

需要对信号发生端进行测试，输入相应的模拟信号，然后再显示中心上就可以检查出PV值或者对应的颜色变化，就能够证明运行是否正常。

2.2调节控制系统

需要对压力开关、温度开关以及液位开关等报警控制进行调试，设定出相应的控制方案，保证化工生产安全、可靠的运行。

2.3冗余系统

需要对网络通讯电缆冗余进行测试，包括现场和显示两部分，确定系统是否正常运行。

3DCS控制系统在化工行业中的优势

3.1实现多台显示中心的配置

从化工行业易燃、易爆、易中毒的实际出发，也为了更加精准的观察生产过程中所有参数的变化，就要实现对两台甚至两台以上显示的控制，将生产的每一个环节都要有相对应的监控子系统和显示控制，一旦发生生产过程中断电或是电气联锁失效等问题就能及时回馈到控制中心，以便工作人员做好相应的控制措施。

3.2具有双向传递信息的构造

DCS控制系统中，需要在控制单元和现场总线上实现双重化的构造，这样才能够双向的传递信息，通过监控单元采集数据，由控制单元进行运算、处理，在双重化的构造上能够实现反馈控制和顺序控制，同时在化工生产过程中对信号以及多种输出和输入进行处理，给系统提供可靠的预测和监测的保障。DCS监控系统如果发生异常，就会在控制系统的作用下直接切换到备用的设备，保证对化工生产的实时监控。

3.3 PID的调节稳定性是根本

在实际过程控制系统中，基于PID控制技术的系统占80%以上，PID回路运用优劣在实现装置平稳、高效、优质运行中起到举足轻重的作用，各DCS厂商都以此作为抢占市场的有力竞争砝码，开发出各自的PID自整定软件。根据DCS的控制功能，在基本的PID算法基础上，可以开发各种改进算法，以满足实际工业控制现场的各种需要。与传统的PID控制不同，基于非参数模型的预测控制算法是通过预测模型预估系统的未来输出的状态，采用滚动优化策略计算当前控制器的输出。根据实施方案的不同，有各种算法，例如，内模控制、模型算法控制、动态矩阵控制等。目前，实用预测控制算法已引入DCS，例如IDCOM控制算法软件包已广泛应用于加氢裂化、催化裂化、常压蒸馏、石脑油催化重整等实际工业过程。此外，还有横河公司的PREDICTROL，霍尼韦尔公司在TDC-3000LCN系统中开发的基于卡尔曼滤波器的预测控制器等等。这类预测控制器不是单纯把卡尔曼滤波器置于以往预测控制之前进行噪声滤波，而是把卡尔曼滤波器作为最优状态推测器，同时进行最优状态推测和噪声滤波。

4DCS控制系统使用过程中的干扰因素

4.1来自DCS控制系统内部的干扰

DCS控制系统内部的干擾主要是由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生的，主要体现在逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这一方面的干扰属于DCS控制系统设计厂家对于产品设计中的内容，对于应用者来说是无法改变的，所以没有必要过多考虑，只需在选购时主要选购那些优质厂家生产的系统即可。

4.2来自系统外引线的干扰

4.2.1来自电源的干扰

DCS控制系统的供电全部来源于电网供电，我们知道，电网覆盖面积大，受到所有空间电磁干扰，而在线路上感应的电压和电路，尤其是电网内部的变化，开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源。而DCS控制系统电源的选择一般都是选用隔离电源，这种电源在机构及制造工艺因素上并不理想，在实际操作中，由于存在着分布电容，想要做到绝对隔离是不可能的。

4.2.2来自信号线引入的干扰

与DCS控制系统相连的各类信号传输线在实际运行中会遭到外部干扰信号的侵入，这主要体现在两个方面，一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，另外一个则是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，其中，后者会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤，在实际操作中一定要注意。

4.2.3来自空间的辐射干扰

最后一种干扰就是空间的辐射电磁场引起的，主要包括电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生，分布极为复杂。如果DCS控制系统是置于所射频场内，就会受到这个干扰，辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是与频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和DCS局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。

5应该如何消除这些使用过程中的干扰

5.1正确选择接地点，完善接地系统

正确选择接地点，完善接地系统是DCS控制系统抗电磁干扰的重要措施之一，接地的目的主要在于安全以及抑制干扰，对于接地方式的选择一般可以有浮地方式、直接接地方式和电容接地三种，对于DCS控制系统来说，因为他是属于高速低电平控制装置，所以应选择直接接地方式由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等的影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz，所以DCS控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的DCS系统适于并联一点接地方式，各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极

5.2采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰

作为DCS控制系统十分重要的一个组成部分，电源的抗干扰是很重要的，我们对于DCS系统供电的电源的选择应该是采用隔离性能较好电源，而对于变送器供电的电源和DCS系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容孝抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少DCS控制系统的干扰。

5.3硬件滤波及软件抗干扰措施

由于电磁干扰的复杂性，要根本消除迎接干扰影响是不可能的，因此在DCS控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效消除周期性干扰;定时校正参考点电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移;采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位;采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构可靠性。

参考文献：

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[2] 赵瑾，申忠宇.网络控制过程的最新进展，电气自动，2003，25（1）：8-12.

[3] 周双.DCS集散控制系统及工业控制技术的最新进展[J].化工生产与技术，2007（3）：120-128.

（中石化股份有限公司天津分公司聚醚部，天津 300270）