DCS控制系统在化工生产和消防应急处理系统中的应用

孙稀楠(常州市武进区消防救援大队，江苏 常州 213000)

0 引言

近年来，计算机技术发展迅速，DCS控制系统实现了更新换代，在包括化工企业在内的产业经济发展中发挥了积极作用。在化工产业中，DCS系统的应用可以减少化工企业成本、增加产品收益、扩大生产规模，化工企业通过采用DCS控制系统可以优化产品设备功能，实现化工生产的智能化和便捷化。另外，在化工生产中，DCS控制系统的应用，通过自动化功能启动消防系统，能够帮助化工企业更高效地做好消防应急处理工作，提高化工企业消防安全和火灾事故扑救能力，快速控制火情，争取消防救援时间，避免火灾事故扩大，有力地保障了化工企业生产安全。

1 DCS控制系统概述

DCS，即集散控制系统，亦称“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”，是一种功能十分强大的计算机网络集成技术，它依据控制分散、操作和管理集中的基本设计理念，主要由控制体系、运行体系、计划体系、管理体系几部分构成，有着集中管理和分散控制的典型特征，具备监督功能、参数调整功能、实时性功能和预警调整功能。可靠性是DCS系统得以高质量发展和广泛应用的重要保障，提高DCS系统可靠性，应采用可靠性更高的硬件设备和生产工艺，同时在软件设计上采用冗余技术，并实现系统的容错技术、故障自诊断、自动处理技术。DCS控制系统应用范围广，可以广泛应用于生产现场、工作车间以及生产设施和服务器等方面。

目前，DCS系统呈现出以下发展趋势：第一，系统功能向开放式方向发展，赋予用户更大的系统集成自主权，系统之间实现了高度兼容，达到最佳的系统集成；第二，仪表技术向数字化、智能化、网络化方向发展，过程控制的功能实现了真正意义上的“全数字”、“全分散”控制，整个系统的安装、使用和维护工作更加方便快捷；第三，工控软件正向先进控制方向发展。广泛应用各种先进控制与优化技术，确保DCS系统更加高效、直接，向标准化、网络化、智能化和开放性方向发展。

1.1 可控网络

可控网络结构主要分为三层，其中：上层是综合信息处理并做出控制反应；中层主要监控化工生产和操作，并基于上层操作处理信息数据，以实现有效监控的目的；下层包括收集信息、调节闭环、执行程序，主要用于控制生产对象、收集数据信息，下层所采集的数据信息将会及时报告到上层[1]。

1.2 通信结构

该结构是DCS控制系统重要组成部分，主要包括系统内部、过程控制和信息数据管理三个层面。其中，系统内部，主要是指通信结构整体的内部结构；过程控制可以控制调节生产系数，以保障生产质量和生产要求，也能够为设施提供辅助，监管生产设施和生产过程[2]；信息数据管理包括个人网络和计算机，可以直接用于系统信息和参数运行，同时也可以调度生产指令。在化工生产中应用该系统不仅可以提高生产能力，能够及时发现并解决设备故障。

1.3 反应器

在DCS控制系统中，反应器是关键的设施，应用于化工生产中用来反映生产温度、质量和效果。温度反应对化工生产控制十分重要，反应器可以收集生产温度数据，但是会出现热反应现象。因此，在使用反应器时需要使其处于低温环境中，避免出现连锁反应。另外，反应器的进入端口有3个，进入时其流速和流量也会影响反应温度。

2 DCS控制系统在化工生产中的应用

在化工生产中应用DCS控制系统，极大地提高了化工生产的智能化水平，促进了化工企业的稳步发展，为国民经济社会进步作出了一定贡献。该系统在化工企业生产中的应用表达如下。

2.1 平衡反应器

反应器是监控化工生产过程的关键器件，在化工生产中占据重要地位，甚至直接关系到化工生产安全和生产质量。在产品生产的实际过程中要密切关注平衡反应器的状态，确保生产过程中的温度保持相对平稳。若是生产温度超过警戒标志却无法及时做出应对，甚至受内部一些因素的影响，生产温度不断上升直至无法控制，就会导致整个生产陷入困境。目前，依据化工企业产品生产的具体实际可知，恒温控制可以分为三个阶段：1～2为恒温分成温度过渡，2～3为分层温度自动升压，3～4为分成恒定温度恒温[3]。在实际的化工企业生产管理中，恒定温度恒温控制对于化工精确度控制要求比较高，这也是使用反应器时应关注的重点所在。而目前在使用高温反应器进行测温时，主要采用a和b级WWWZPK模式，该测温形式既能有效减少因温度电场变化而导致的测温误差，同时也能够确保测温更加稳定、精确和灵敏。另外，在化工生产过程中，反应器会影响传热效果，常规控制形式无法满足要求，因此需要使用DCS控制系统提高控制的精确性。

2.2 联锁控制

化工生产中，DCS控制系统凭借联锁控制功能，利用计算机技术和运算技术保护生产设备，这样既能够满足连锁条件，也能够自动开关调节阀。该系统主要由计算机软件组成，系统之间彼此关联，稳定性和精确性较好，具有记忆和自动开关等多项功能，能够取代人工操作，自动处理问题，并较好地整合信息，降低因人为因素而导致的故障概率[4]。自动控制连锁功能包括27套自动连锁控制系统，主要涉及了设定、流量和液位三个要素，能够通过调节连锁控制系统来实现完全自动化控制，即若设定液位低于流量下限时，DCS液位控制器会自动发出警告并关闭液位调节制动阀，若是液位高于流量上限时则系统会发出终端信号，使开关触点断合，此时设备会暂定运行[5]。

2.3 稳定液位

DCS利用塔底自动控制系统使整个t1205液位实现自动稳定，而为保证t1205液位能够稳定出料，需要利用塔底t1407进行控制。若是塔底无法保证t1205液位稳定，会导致后台稳定器量无法满足需求量，进而t1205液位无法保持稳定[6]。因此，为稳定控制液位流动，在满足额定进料量的基础上，需要在设备生产时采用串接均匀自动控制液位法，即通过定值设置液位以控制流量。DCS过程控制管理系统在化工生产应用之所以较为普遍，就是因为该系统可以保证化工产品质量和生产过程稳定，应急人员在实际用时只需要按照所制定的方案进行操作即可。同时，应急人员还可以利用该系统整合数据信息，实现远程操作并实时调整功率参数，确保生产过程的稳定性。

2.4 紧急停车

化工生产过程中，DCS控制系统具备良好的紧急停车功能，能够较好地保证化工生产安全。在实际生产过程中，由于环境因素影响，应急人员不可避免会遇到各种安全隐患，甚至可能引发严重事故，为避免人为因素导致的损失，应引入DCS控制系统，并联合紧急停车系统，一旦发生险情可以做紧急制动，以有效降低化工企业意外事故发生率，保证化工生产安全。

3 DCS控制系统在消防应急系统中应用

在化工企业消防应急系统中应用DCS控制系统可以提高灭火扑救效率，帮助化工企业做好消防应急管理工作。

3.1 控制程序

DCS控制程序是依据企业火灾爆炸事故状态下的灭火扑救流程来编制的。该系统对企业消防系统进行实时监控，将所采集到的消防系统相关设施控制、回讯信号、系统设备运行等参数统一传输至DCS系统中并运行。具体的操作程序如下：若是某区域发生爆炸，人员发现应立即上报火警并启动应急预案，消防应急人员在确认火情后及时开启相关阀门，之后启动泡沫混合设施用于灭火，最后启动增压水泵。上述消防设施开启后立即通过监控系统观察现场情况，并对相关设施运行情况进行监控，一旦发现异常需及时调整方案，确保消防系统顺利运行[7]。上述灭火流程是通过自动控制程序实现的一系列控制程序，根据现场实际操作方式，可以将消防系统程序控制的组态逻辑分为控制阀、泡沫泵和办理泵三种。其中泡沫泵和喷淋泵适用于大部分场景，应用比较灵活。在组态编程时既可以单独执行某一逻辑块，也可以同时启动三个逻辑块，要想终止控制程序逻辑需要手动操作，但只能够终止逻辑控制，无法自动关闭机泵和卡巴门等设施，需要根据现场消防灭火强度来远程手工操作停止消防设施运行，直到整个灭火操作完成[8]。

3.2 逻辑设定

根据化工企业现场消防设施设计布局，DCS组态编程的逻辑设定可以分为三类：在消防控制阀逻辑中，对阀门控制程序组态主要根据顺序自动开启阀门信号进行编程。在消防泡沫泵逻辑中，如果泡沫系统供水使用了稳高压供水，则逻辑编程时先要开启泡沫液泵入口阀，在泵启动后20 s泵出口压力低于0.65 MPa时将泡沫液入口阀自动打开；若是泡沫系统供水使用了泡沫给水泵，则逻辑编程是先开启泡沫给水泵5 s后在压力达到0.65 MPa时将出口阀缓缓打开。之后在泡沫给水泵发生故障跳机时，将信息数据反馈到计算机端口并自动关闭出口阀。最后，运行泵启动30 s后的出口压力低于0.65 MPa，但是又满足了回讯开泵条件，则表示泵出现故障需要重新启动。在消防喷淋泵逻辑中，先要打开喷淋泵和出口阀，在压力处于0.7～1.0 MPa时运行正常，如果符合消防水管网压力要求且能够持续20 s则自动启动喷淋泵，打开出口阀，之后同时启动两个喷淋泵的情况下满足要求压力超过1 MPa 20 s后，将其中一个关闭并关闭出口阀。最后，同时启动三个喷淋泵的情况下，若是消防水系统管网压力能够超过1 MPa，则其中一个将自动关闭。

3.3 程序操作

DCS程序控制在远程控制时可以实行一键式启动，这是消防应急系统中的关键技术。应急人员确认火情后按下按钮即可启动系统联动控制程序，几秒钟之内就可以操控消防灭火流程启动机泵和阀门。消防应急系统采用了三级操作控制系统，操作简单快捷，可以防止误操作，也能够保证消防应急人员安全[9]。若是化工企业发生火灾爆炸等事故，发现者需立即启动自动报警系统并及时报火警，消防人员即可使用工业电视监控系统。在启动系统后若是消防设施在运行时出现故障可以停用并自动启动备用设施，应急人员无需刻意调整。岗位位于控制室内，应急人员可以实时了解现场消防灭火情况，无需就近启动消防设施，可以利用工业电视监控系统掌握事故现场情况。应急人员确认火情后可以采用DCS一键式控制功能自动开启消防系统，有效处理应急事件，整个过程只需要10～20 s即可完成，大大提高了灭火救援速度，避免灭火操作时出现混乱而导致的消防救援不及时。若是DCS控制系统失灵，可以在室内通过辅助面板远程启动消防设施，实现快速灭火救援，真正做到消防系统远程自动化控制。

4 结语

随着化工产业机械自动化水平持续提高，化工企业规模逐渐扩大，智能化系统在化工安全生产经营中发挥着重要作用，不仅提高了化工生产效率，也能够有效应对消防应急工作。DCS控制系统作为一个具有柔性、高度自动化的管控一体化综合系统，目前在各行各业都获得了极其广泛的应用，尤其是在化工生产和消防应急处理中，应用DCS控制系统更有力地保障了化工生产安全稳定，有效地降低了火灾爆炸事故发生率，提高了事故救援效率，维护了化工企业和广大职工的生命财产安全。文章针对DCS控制系统的实际应用进行了全面介绍，为化工企业更好地发挥该控制系统的优势提供了借鉴作用。