浅谈DCS自动化控制系统及运用

浅谈DCS自动化控制系统及运用

杨勇

身份证：210211199404146533

摘要：案例化工单位运行的DCS系统时间较长，出现各类系统问题，需进行系统整改，消除系统故障。首先，确定了DCS系统组成，明确硬件、软件的功能；其次，从连锁、自动控制两个方面，进行逻辑控制。最后，试运行DCS系统，观察生产控制效果。案例单位优化逻辑控制方案后，在负荷变动为3.2MW（标准±4.8MW）、主汽压力+0.25MPa（标准±0.3）等7项指标方面，均符合DCS控制验收要求，循环水泵调控、喷氨调节的效果较好。

关键词：DCS；逻辑；模拟量

引言：研究工作以DCS控制技术为出发点，此种分散控制系统具有技术的成熟性，是利用计算机程序进行生产调控，具体包括分散控制、集中管控等多个功能，在火电行业获得了多重应用。

1 DCS系统需求分析

1.1系统组成

案例电力单位运行的DCS系统，含有机柜、控制程序、I/O单元等各类组成，具有功能完整、控制流程清晰的技术特点。每个控制器支持连接4组IO总线，每组IO总线可连接12个IO单元。

（1）机柜。DCS系统添加的机柜类型较多，具体包括控制类、I/0扩展类等。机柜尺寸具有较强的适用性，可用于各类DCS系统。为此，系统改造期间，继续使用原系统的机柜，以此节省系统改造成本。各组机柜均采取单独供电形式。

（2）iDPU控制器。DCS系统内设计的控制器类型为“iDPU”，是一种单板工业设备终端，含有处理器、内存、串口等多个组成。

（3）I/O单元。DCS系统内设立的I/O单元，表现出较强的智能性，能够自主采集信号、进行“模”与“数”的相互转换、调控算法、与iDPU相互传送信息等。

1.2硬件分析

（1）控制器。DCS系统内的控制器共有三种类型，具体包括：基础型、通讯型、先进型。此次系统改造，以通讯型控制器为例。改造的控制程序含有两个网络接口、3个通讯控制接口等。

（2）扩展程序。DCS系统内的扩展程序，主要提供I/O单元、电源等。

（3）模拟量输入单元。添加模拟量的单元，作为DCS系统内智能采集信息的关键程序。此单元内设有处理器，支持实时处理16路信号，处理的信号类型包括热电偶、热电阻两种。在现场传送添加的输入信号，会在电磁兼容接口、I/O转换等多个流程处理后，运行处理器，进行数据分析。分析完成，经处理器向总线传输信号。现场内含有较多的温度元件，此次系统改造会利用一定数量的处理程序。

（4）模拟量传输单元。优化DCS系统时，模拟量传输单元具有一定智能性，支持同步传输8路模拟量信息[1]。

1.3软件分析

人机接口具体含有操作人员、工程师等多个站点，是各个站点人员运行的终端设备，更是DCS系统较为关键部分。人机接口运行的控制程序，对于系统改造效果具有一定决定性作用。案例电力单位进行DCS系统改造时，运行的控制程序为“MPC总控应用”。

（1）“MPC总控”应用软件的组成。运行总控程序后，系统界面展示的功能有：用户注册、生成图形、测点检查、数据总览、警报日志等。

（2）“MPC总控”的操作画面。操作主界面的“图形”，可进入系统的“主菜单”，系统功能具体有：01号热网系统、11号系统总图、12号协调主控、14号汽水系统、16号炉膛系统、21号风烟系统、22号送风系统等。例如，查看51号循环水泵，总控系统内会展示循环水泵的技术组成：排污泵×2台、循环水泵×2台、液控蝶阀×2台等。

2 DCS逻辑设计

2.1连锁逻辑

（1）循环水泵的运行要求。在运行循环水泵时，应尽可能地减少水中气泡带来的冲击，保证叶片完好性。尝试将叶轮全部放入水中，叶轮所处位置不高。当系统内水位一侧高度发生变化时，冷却水循环运转，会引起叶轮、电动机转子发生同步运行，致使泵体发生损坏。对此问题，在循环水泵出口点位，设计一组蝶阀，增强隔离性。调整油压，可控制蝶阀的启闭状态[2]。

循环水泵逻辑调控设计。连锁时，40号循环水泵不再运行，连锁运行39号循环水泵。工况一，39号循环水泵运行1min时，蝶阀开启角度较小，关闭39号循环水泵。工况二，39号循环水泵未见异常，运行中蝶阀处于75°角度，暂停39号循环水泵。工况三，39号循环水泵平稳运行，蝶阀处于关闭状态，关闭39号循环水泵。对上述逻辑描述，进行优化改进，改进的逻辑控制方案中，综合考虑循环水泵、蝶阀启闭的次序。添加SR触发器，逻辑控制方案见表1。

表 1 改进的逻辑控制方案

2.2自动逻辑

案例化工单位以脱销系统为例，对供氨调门进行自动逻辑调控。

脱销系统中，在氨蒸发程序传输的氨气，会从快关、调节两个阀门位置，有序到达氨-空气混合程序内。在气体混合期间，利用稀释风机导入空气，促使氨气与空气相互混合。充分混合完成，利用氨注射格栅吸收气体，将气体传入脱销反应程序中。案例化工单位尝试使用催化还原技术，有效处理氮氧化物。

在脱销系统PID控制程序中，设立前馈扰动信号。在控制程序中，脱销系统传出的氮氧化物含量，是系统的目标控制值。在进行自动逻辑控制时，设有两个回路。主干路线的偏差信息，反馈传出烟气中氮氧化物含量与目标值的差值。分支回路的偏差信息，反馈SCR反应器传入氨气流量与主控程序传出值的差值。燃料量总值、SCR程序入口处的氮氧化物含量，两个数据相加后，会表现在主控制器上。分支线路的控制器，传输的信号会反馈给“喷氨调门”。在调门传输位置，装设一个流量变送器，反馈氨气流量，进行分支回路的误差计算。在SCR反应程序的传输位置，装设氮氧化物含量的变送程序，获取的信号传送至主回路，脱硝系统A面的穿入口气氨调节装置，采取的自动控制方案为：双线串级PID控制程序，中间的PID设为主控，外围的PID作为备用。前馈与主控程序相互连接。在此自动逻辑控制的基础上，增加警报模块，建立全面的逻辑判断方案。

3系统试运行

3.1热控调试

（1）DAS调试。DCS系统安装成功后，进行热控调试。从流量、压力等各个方面，进行多点调试，判断接线的规范性。有效核实测点名称、量程等各类信息。查看水位、流量等各点补偿方法的正确性。DAS系统运行时，组态、通讯、画面展示、实时数据反馈各项功能，均应达到系统需求。

（2）ECS调试。从各个ECS测点的名称、量程、警报各个方面，校对参数设计的准确性。

（3）控制系统调试。从阀门、电机各个节点，进行启闭调试，判断接线正确性，记录阀门启闭所需的时间。利用《连锁保护试验卡》，参照卡内规范，逐一测定连锁保护效果。测定结果应有人员签字确认。

（4）锅炉安全监测调试。判断MFT、锅炉各处功能的完好性。检查油枪、点火枪功能是否处于正常运行状态。查看火检信号显示的有序性。测定热工测量设备读数的正确性。

（5）模拟量控制程序的调试。判断设备连接的规范性，查看系统各处参数设计的准确性。测定热电阻、热电偶各项参数设计的适用性[3]。

3.2应用效果

新改造完成的DCS系统，表现出较好的控制效果，具体表现如下：

（1）将连锁控制添加在循环水泵控制程序中，能够保证水泵调控的安全性。

（2）使用PID控制程序，调控脱硝系统，使喷氨调节门处于较好的控制状态。在自动控制技术的支持下，脱销系统运行平稳，契合机组环保运行的技术要求[4]。

结论

（1）案例单位从循环水泵、脱销生产两个方面，进行DCS控制程序的优化设计。循环水泵调控方案更具安全性、喷氨调节门的控制方法更具智能性，可保证系统运行效果，符合案例单位环保生产的技术目标。

（2）DCS系统经实践逻辑控制改进设计后，从负荷变动为+3.2MW、主汽压力+0.25MPa、主汽温+5℃等7项指标，逐一进行偏差值检测，均达到验收要求。

参考文献：

[1]王世侠.煤矿变电站自动化控制系统[J].工矿自动化,2023,49(S2):150-151.

[2]马亮.选煤厂集散控制DCS系统的设计与实现[J].微型电脑应用,2023,39(11):160-163.

[3]陈静云.基于DCS控制系统的化工自动化控制[J].中国石油和化工标准与质量,2023,43(02):124-126.

[4]孙云飞.工业自动化控制DCS系统维护技术分析[J].新型工业化,2022,12(08):84-87.