化工生产中DCS控制系统的应用研究

＊孙慧博

（大庆金桥信息技术工程有限公司 黑龙江 163714）

引言

DCS控制系统的另一种名称是集散控制系统。过程控制级、过程监控级都是DCS控制系统的一种，DCS控制系统也是一种多级计算机系统，是以网络通信为纽带进行操作，DCS控制系统是综合了各方面内容的最新科研成果，其中包括：计算机技术、通讯技术、控制技术等。该系统的安全性较高、控制功能较强、具有灵动的扩展性、定期能够升级换代等特点受到了现代人们的喜欢，各大石油化工企业都在采用该系统，DCS控制系统的应用前景非常广阔[1]。

1.DCS控制系统的结构与性能

DCS控制系统的结构与其他系统不同，设计过程也相对复杂，具体表现有以下几点：

(1)可控网络

DCS控制系统是一种可控性网络，该系统应用区域较广，其中包括：生产现场、工作区间、生产设施、服务器等。可控网络是由三层结构组成，能够在分散环境的同时监管生产设施。分散控制系统一般在DCS控制系统的下端，主要工作内容就是对生产对象进行控制与数据收集，在DCS下层中，采集信息完成后，应将数据及时上报给上级领导。DCS下层主要包含采集信息、调节闭环、执行程序。DCS中层主要对化工生产与操作方面进行监控，在上级的基础上对数据信息进行处理，最终呈现良好的监控效果。其次，DCS控制系统具有综合管理信息的性能，这也是DCS控制系统的上层[2]。

(2)DCS系统的结构

通信结构也是DCS控制系统中的一部分，该结构主要有三个层面，一是过程控制，二是控制系统内部，三是信息数据管理。其中信息数据，管理层面主要由各种网络与计算机组成。信息管理层面会直接参与到系统信息与参数运行当中，并且可以对一些生产指令进行调度。而控制站的主要内容就是对生产参数的控制与调节，确保生产质量，满足生产要求，此外，该层面还会有辅助设施，主要是对生产设施与生产过程进行监管。因此在各大工业中应用到该系统都能够快速提高生产能力与解决能力，能够及时发现设施故障，并进行处理[3]。

DCS分散控制管理系统基本装置结构主要装置包括四类生产分散加工过程操作控制管理装置、操作控制管理装置、数据库和通信控制装置。分散生产过程操作控制管理装置工作是生产集散过程控制管理系统与其他生产操作过程间的直接界面，生产操作过程的各种控制变量通过分散控制管理装置进行转化而成为生产操作控制监视的变量数据，而生产操作的各种变量信息也通过分散控制管理装置被传送到生产执行控制机构。在一个分散生产控制站系统装置内，进行数字模拟量与其他数字模拟量的相互运算转换，完成控制算法的各种处理运算，对控制输入量与输出量转换进行各种有关的控制软件信号滤波及其他的一些处理运算；而在操作生产管理系统装置内它是一个操作管理人员与其他集散生产控制管理系统间的连接界面，操作管理人员通过这些操作生产管理系统装置可以了解分散生产管理过程的整体运行状况，并通过它们转发出各种操作管理指令给分散生产管理系统。生产操作过程的所有各种信息参数在工厂操作人员管理信息装置上实时显示，以此更便于工厂操作管理人员随时监视和执行操作。

(3)反应器

反应器在DCS控制系统中是一项重要的控制设施，反应器能在化工生产过程中充分反映出生产温度、生产质量与生产效果之间的关系，在化工生产过程中生产工艺、压力、生产温度都会影响到生产质量。从时间结果表明，反应器的温度反应是化工生产控制的重中之重。如果利用反应器对生产温度数据进行采集，时常出现的就是热反应情况，使用反应器过程中，应在低温环境下进行，尽量避免出现连锁反应情况。反应器有三个进入端口，在进入反应器过程中，反应器的流速与流量会对反应温度造成不同情况的影响。

2.DCS控制系统的特征与性能

(1)人机共同协助

DCS等微控制器将系统的功能实时整合计算出不同一个检测点在其中的各项检测数据，将这些各项数据实时集中整合到一起，并实时呈现在一个管理员的界面中，以便一个工作人员随时进行数据查阅与管理应用。而在一个工作人员进行使用数据流程图与数据趋势图操作过程中，监控系统能提供更多的便利。其次，在实际调整工厂生产图表设备参数过程中通常可以通过远程监控控制中心的远程关联设备参数设置进行自动调整。在实际进行生产操作过程中，工作人员为了有效控制好现代化工厂的生产，在调整生产设备过程中通常可以通过远程监控操作对生产图表与设备参数关联进行自动调整[4]。

(2)DCS具有较高的安全性

DCS控制系统的安全性能较高，该系统主要采用分散型控制方式，而对于比较特别的生产内容与流程会采用多冗余控制方式，该方式会大幅度降低故障问题出现的概率，将影响因素控制在最小范围内。其次，DCS控制系统还具备自动恢复功能与诊断功能。

(3)DCS具有控制功能

DCS控制系统能够通过计算机技术与数据信息等内容实现多种控制，可以通过调整DCS相关参数来控制多变量、PID运算等方面。

(4)DCS具有灵活的扩展性功能

在设计DCS控制系统时会使用到模块结构，并且要求采用的模块结构相互是无关联的，如果想要达到控制范围的扩充，只需将结合的模块进行优化就可达到扩充效果。如果想要更改控制层次，可以通过组态方式进行改变，在DCS控制系统中引进新型控制回路[5]。

(5)DCS控制系统的特点

高可靠性。由于DCS控制系统将整个操作系统控制过程中的各种功能分散在各台不同专用类型计算机上可以进行控制实现，系统结构一般不会采用容错式的结构设计，因此某一台不同专用类型计算机所有可能出现的各种系统故障不会直接影响各种控制系统功能的完全化丧失。此外，由于整个操作系统中各台不同专用类型计算机所实际需要同时承担的各种系统控制任务比较单一，可以针对自己实际需要进行系统控制实现的各种控制功能分别选择采用一台一个具有特定系统结构和一套专用控制软件的系统控制专用操作平台进行计算机，从而不仅可以直接使整个操作系统中每台不同专用类型计算机的系统工作可靠性也同样可以同时得到极大化的提高。

开放性。DCS本系统结构采用开放式、标准化、模块化和综合功能化的系列化系统结构设计，系统中各台无线专用网络计算机之间均可直接采用无线网或局域网移动通信网络方式直接进行无线通信，实现系统网络内部信息实时无线传输，当通信系统发现需要及时进行功能改变或系统急需重新扩充整个通信系统全部网络功能时，可将系统中的新增单台专用计算机方便地直接安装连入整个系统或其中的无线通信系统管理网络或从新的通信管理网络中直接安装卸下，几乎不会因需要直接影响系统其他单台专用计算机的正常运行工作。

灵活性。通过组态控制软件根据不同的应用控制算法流程对象可将不同应用中的控制流程对象分别自动进行软硬件组态，即可以通过自动确定控制流程组态测量与自动判断应用控制对象流程测量信号及相互控制信息点之间连接的节点的相互关系、从控制算法流程图形库库中自动选择适用的各种类型控制算法流程设计规律以及从控制图形库中自动调用基本型的控制算法图形库软件等来组成所有控制必需的各种控制流程质量监控和进度检测自动报警流程控制系统画面，从而方便地自动设计出和构成所有控制必需的各种流程检测控制系统管理软件系统。

易于日常维护。一种功能单一的小型或微型单个专用局部计算机，具有系统维护简单、方便的三大特点，当某一小型局部或某个专用计算机系统出现重大故障时，可以在不需要影响整个电脑系统正常运行的任何情况下在线进行更换，迅速准确排除故障。

3.DCS在化工生产中的应用

(1)确保反应器温度的平稳性

反应器在化工生产中是主要环节，也是最关键的一部分，它在化工生产肿的作用不可替代，能够对化工生产的安全性与水平会对生产质量直接造成影响，而产品质量直接决定着工艺参数与压力。根据实际产品生产反应情况分析来看，要做到想有效确保提高产品质量必须同时保障生产反应温度的相对平稳性，生产反应过程中，若不能及时进行反应则超出生产线的温度，很可能因为一些内部因素，让生产温度持续上升，直至无法控制温度，影响整个生产流程。对于它在化工产品生产中的特点我们可以从恒温控制度的角度可以分为三个方面：一至二是恒压分成温度过渡；二至三是分成温度自动升压；三至四是分成恒压温度恒温。生产管理过程中，恒压温度恒温控制是对化工精准度控制要求最高的一部分，也是反应器中最关键的一部分。在目前使用高温反应器的测温过程中，人们采用的主要方式是基于a和b级别的WWWZPK模式测温，这种新的测温设计形式不仅能够有效率地降低因温度电场所变而带来的测温误差，且该测温方式具有稳定性较高、测温结果精准、反应灵敏、周期长等优势。

化工生产中的反应器具有容量大、热效应强、反应灵敏等特点，对传热效果会造成一定程度的影响，利用普通的控制形式很难满足要求，如果采用DCS控制系统就能够很好的解决该问题，有效提高结果的精准度。

根据反应器在物料过程中的液体相态温度变化它又分为两种主要操作原理类型：均相、非均相。该反应物料综合分类器的操作原理方式主要操作目的也就是根据一个液体反应器内各种液体反应物和各种混合物的反应物料及其相态温度变化大的情况对其相态进行物料综合统计分类。均式液液固相反相传热回应器主要目的是将一个液体反应器内各种物料均匀性地进行加热混合或充分加热溶解后混合形成单一的一种液体气相或液相，又同样可以类别分为均式两种气固相和液液水相反应器和液液固液水相传热反应器。非均式液液固相反相传热回应器物料可以以类别分为液固相和气液相、气固相和液液油水相、液液相、液固相和气液固液水相等五种反应器；根据均式液液固相反应器具体物料结构工作原理及其特点，可以细分为釜式、管式、塔式、固定液相流化床和塔式固定流化床五种液相反应器；根据操作方法需要进行物料分类，反应器进行分类它又可以细分为间歇式、半连续式和完全或半连续式；根据各种反应物料温度相态变化大的条件，反应器进行分类它又可以细分为均式绝热等温液相反应器和非均式绝热等温液相反应器。根据低温气体液相传热器的操作原理方式进行分类它又可以细分为低温气体中的绝热型、外热型和自然型。

(2)DCS联锁控制系统

在化工生产过程中，DCS控制系统中的联锁控制会通过计算机技术与运算对生产过程的相关设备进行保护。在生产过程不仅能满足了连锁条件，又能对调节阀进行自动关开，而该系统的结构都是由计算机软件构成，具有较好的稳定性、精准性，系统之间相互关联，并且都具备记忆功能、自动关开功能等，能够自动处理一些问题及整合信息，可以有效代替一些人力，避免因人工失误所造成的故障问题。该自动控制联锁系统主要是由27套自动联锁控制系统共同设计进行，其中主要包括：设定、流量、液位等三个方面，液位调节联锁系统是完全能够进行自动控制的，当设定液位比流量下限更低时，DCS液位控制器在系统中就会自动发出信号对液位调节制动阀联锁进行自动关闭；当液位比上限更高时，DCS控制系统会终端信号发出，开关触点断合，此时设备会处于暂定阶段。

(3)确保液位稳定

该控制系统一般会通过塔底自动控制系统来自动稳定整个t1205液位，t1205液位的稳定出料需求量主要部分是通过塔底t1407来控制进行的。如果塔底确保不了t1205液位稳定，那么整个后塔的稳定进料需求量就难以达到规定要求；反之，如果不能满足了整个后塔的稳定进料需求量，T1205液位就难以达到稳定。为了有效确保控制液位的流动稳定性，满足进料后塔的额定进料使用量，在设备生产使用过程中就必须严格采用串级均匀自动控制液位方法，也就是把液位给定值设置好，控制流量来达到目的[6]。

在我国化工企业生产应用过程中经常应用到的DCS过程控制管理系统，能够有效确保化工生产品的质量与过程稳定性。在实际化工生产应用过程中，必须按照设计图纸、方案进行操作，与此同时，在生产过程中，必须满足设计方案中的稳定性要求。其次，操作人员可以通过DCS控制系统，来对数据信息进行整合，可以通过远程操作对工艺参数进行调整，从而确保生产稳定性与安全性。

4.结语

随着我国经济不断发展，化工企业自动化技术水平逐渐上升，生产规模不断扩大。这就要求化工生产方面有自动化控制系统和智能化控制系统。随着DCS控制系统的出现，各大化工企业都将该系统应用在生产过程中，该系统不仅能提高化工生产产品的质量，还能对生产过程进行精度控制，同时也采用了统一管理形式来对化工过程进行监测管理，更为化工企业降低了生产成本。在化工企业实际生产过程中，该系统的融入也为企业增加了市场竞争力。在化工生产过程加入DCS控制系统也改变了以前传统的工业形势，也填补了以往化工企业存在的一些漏洞，该系统通过计算机体系与网络体系对生产工序进行监督与管理，从而有效提高化工生产产品的质量与效率。总而言之，在化工生产过程中，DCS控制系统是必不可缺的，将DCS控制系统融入到生产工艺中能够有效提升管理方面、监控方面与操作方面。同时在化工生产过程中，通过分散式控制方法对生产工艺进行了实时控制，这样也降低了因员工失误所出现的故障问题，也降低了人工操作难度，与此同时，也提高了化工生产的安全性与可靠性。