化工生产中DCS控制系统的应用研究

化工生产中DCS控制系统的应用研究

张滨鑫

浙江巍华新材料股份有限公司 ，浙江省绍兴市312000

摘要：随着我国化工企业生产规模不断扩大。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。现如今化工生产过程中DCS控制系统的应用极其广泛，DCS控制系统主要有两种结构形式，一是网络结构，二是体系结构。本文主要从DCS控制系统应用的角度出发，分析DCS控制系统的结构与功能，并对DCS控制系统的应用效果进行阐述。

关键词：DCS控制系统；化工生产；特征；应用

引言

在当前的工厂之中，DCS控制系统已经逐渐得到了普及，渐渐已经可以代替常规的仪表在化工生产之中的位置，渐渐成为一种主流的控制方式。不过由于DCS控制系统在实际的应用过程之中，往往很容易受到来自各个层面的干扰，从而导致不能够正常的运行。针对上述存在的问题，本文首先分析了在DCS控制系统之中存在的干扰因素有哪些，之后还针对这些因素提出了一系列的解决措施，以此希望能够不断地提升优化DCS控制系统，提高其抗干扰的能力。同时希望谨以此文能够为读者提供一些参考。

1DCS控制系统功能与结构研究

DCS控制系统已经被广泛地应用在化工行业，DCS控制系统的作用较大，相比较与其他的控制系统，该控制系统更加的具有科学性和合理性，在机构原理方面与其它控制系统有所不同，其主要的结构原理包含如下方面的内容：

1.1DCS控制系统功能是可控的

DCS控制是一个可控网络。主要的核心技术与计算机相联系，主要的操作途径是使用现场的仪器、设备、工作和服务器等等，在这个可控网中主要分为三个层次，在分散环境的过程中，能够管理与控制监测过程与监测设备。首先是控制系统的下层，这一层的主要是对数据进行采集之后，将信息传达给上一层，也就是监控的过程中很集中，这种主要就是包含了闭环调节、执行顺序与采集方式等方面。其次就是中间层，中间层主要负责数据的处理，中间层包含了集中监控级，这一层需要人工进行服务，需要工作人员进行操作。最后就是DCS控制系统的最高层，也是最高的管理层，具有的作用就是综合信息管理，此层的重要目的就是详细、严格地把控每个细节，对细节进行控制。

1.2DCS控制系统的层次与主要功能

DCS控制系统比较复杂，主要分为三个层次，主要包括：过程控制层、控制站内部以及信息管理层。这里需要注意的是信息管理层是需要与计算机相连接的，与计算机完整组成共同作业，信息管理层的主要作用就是能够将信息进行汇总，同时记录保存运行参数，该层还可以能够进行生产调度指令，我们知道该层的数据信息较多，包括整个企业的数据核心信息。DCS控制系统实现了一些其他控制系统无法实现的功能，DCS控制系统对信息采集之后可以将信息转换为图形信息，这样方便操作者观看。操作站主要把控就是生产的参数问题，对生产过程中的参数进行控制与调节，通过DCS控制系统控制输入的材料的各种指标，这里的指标主要指流量、产品温度、设备压力等等，最终达到产品质量与要求相匹配的目的，DCS控制系统中还可以使用一些辅助性的设备，通过辅助设备对其他设备进行监控，通过辅助设备可以提高故障的处理效率，提高生产过程中的安全性，提升解决故障的能力，帮助操作人员更好地了解故障产生的原因，判断故障的位置，同时也可以快速地找出故障产生的原因。

2DCS控制系统的特征与性能

2.1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。

2.2DCS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。

2.3DCS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。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。

3DCS在化工生产中的应用

3.1紧急停车系统中得到广泛应用

化工企业在生产中经常需要用到紧急停车系统，其中最为常见的就是DCS控制系统，在化工安全生产中紧急停车系统应用比较广泛，极大提高了安全保障，是安全生产的基础。紧急停车系统可以保障化工生产的稳定和安全。在化工生产中操作人员因为环境或者外在因素的影响会出现失误从而产生安全隐患，为了减少因为失误带来的损失，需要把DCS控制系统单独设置出来与紧急停车系统共同使用，可以使化工生产有效地提高稳定性有效性和安全性，让化工企业减少意外隐患带来的损失。

3.2控制反应器反应温度

我们知道对反应器反应温度的控制非常重要，反应器的反应温度会影响化工生产的许多方面，例如：产品的质量、化工反应的效果等等，对这些方面都有直接的影响。通过长期的实践可知：化工生产中的关键因素就是反应器的反应温度，对反应温度的有效把控可以从根本上把控反应器中材料的反应状态，如果可以对反应器的反应温度进行实时的监测，就可以根据数据的变化分析处理，避免因为温度过高或者过低造成影响。

3.3联锁控制的应用

在二氯苯基异氰酸酯生产过程中涉及反应釜、真空泵、机械搅拌电机、加料阀等设备，通过联锁控制来进行保护。DCS控制系统实时监控反应釜、机械搅拌电机、真空泵等设备的运行情况，保障生产中各设备能够处于正常和稳定的运行状态。DCS控制系统的数据分析功能，可将二氯苯基异氰酸酯生产设备或某个生产环节中的信息和运行参数，对技术革新提供数据支撑。在生产工艺中多套设备进行联锁控制，由流量联锁和液位联锁所构成的，如：当反应釜或高位罐液位处于设定值的下限时，DCS发出启动信号并自动触点启动开关控制，投入并运行电动机启动设备；当液位处于设定值的上限时，DCS会发出停止信号并自动触点断开开关，停止电机的运行。

3.4冗余配置设计

为了保证系统的稳定工作，所有用于系统功能实现的处理器模件应冗余配置，当使用带有处理器功能的I/O或其它专用模件完成所需控制功能时，相关模件也应采用冗余设计。冗余配置的处理器模件中，一旦某个工作的处理器模件发生故障，系统就能自动快速切换至与其冗余的处理器模件，并在操作员站报警。当故障处理器修复并插入系统后，系统自动进行状态拷贝并使其处于冗余运行方式。为了保证系统切换的稳定可靠和无扰性，要求冗余处理器模件的冗余原理为“事件驱动”的冗余机制，应在其投标书中说明冗余处理器模件的切换时间和数据更新周期，并阐述实际的切换机制。系统的控制和保护功能不会因为冗余切换而丢失或者延迟。

3.5控制化学反应中反应的流速

对于化工生产系统而言，化学反应是影响化学工业生产效率的关键因素。在DCS控制系统的智能控制下，可以对化学反应对应的流速进行调控，从而优化调节反应物的配比，以利于该反应进行。从化工生产控制过程而言，DCS控制系统的控制内容涵盖温度条件变化、压力转变、温度稳态调控和压力动态平衡等基本环节。对于化学反应而言，温度、压力等条件的恒定精确控制是关键，这对整个反应周期有着重要影响。对此，在使用DCS控制系统过程中，有一定概率出现高热效率，高容量和传热效果不足等问题。当然，在DCS控制系统调控下，这些问题在短时间内将会被改变，并通过一定的精确调控机制来对温度进行控制，并确保系统处于温度微动态恒定状态。这个过程中，当对应的温度提升时，该DCS控制系统功能则会自动进行温度调节，以降低温度到正常范围；而当温度断崖式下降时，则将切断系统，停止生产，以实现生产设备系统的安全管控。

3.6故障诊断方面

DCS控制系统本身在工业自动化环节的重要作用比较明显，因此需要对运行的整个过程中的重点故障进行科学合理的分析和诊断，了解故障的情况，对故障进行排除，避免因安全隐患问题对企业整体发展产生不良影响。在此基础上，首先需要对故障进行识别，如果了解系统内存在故障，首先需要判断故障的成因，包括人为操作的失误，或者是系统性的故障问题，如果发现是由于人为因素而导致产生的系统故障，则需要对其采取有效的措施来减少损失问题，同时需要对人为因素进行科学合理的管控，如果发现系统自身存在故障问题，则应当安排专业的系统故障维修人员来对其进行检视，更好地解决故障，为后续的工业发展奠定良好的基础，使系统能够实现有效的运行，另外还需要适当应用DCS控制系统的分布式控制系统自动诊断功能，如果发现系统内的故障问题，可以对其进行自主的检测和诊断，使系统的功能最大化体现，减少故障的诊断问题，并且能够快速了解故障的成因，对故障进行全面的排查，寻找科学合理的处理方式，保证控制系统安全稳定运行。

结束语

本文针对DCS系统对化工生产的促进与局限，重点分析其对化学工业生产中的设备实时监控、化学反应流速控制、化学工业生产连锁安全控制等方面的促进作用，并进一步分析了其局限性，如DCS自动化控制体系自身缺陷、DCS运行维护和故障修复难度大等，从而为该DCS系统在化学工业生产中的优化使用提供建设性思路。

参考文献

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