DCS控制系统在化工企业中的应用探析

DCS控制系统在化工企业中的应用探析

戴永利

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摘要：DCS是一种分布式控制系统，在化工企业中发挥着至关重要的作用。本文深入探讨了DCS系统的结构与特点，分析了DCS系统在化工企业中选型的相关策略，并提出了相应建议。此外，文章还对DCS系统的常见故障进行了全面梳理，并就其日常维护提供了一些建议。通过本文的探讨，希望能为化工企业更好地应用DCS系统提供参考，帮助其优化生产流程，提高自动化水平。

关键词：DCS控制系统；自动化系统；工业自动化

引言

DCS控制系统作为第四代工业控制系统，结合了计算机、通信、显示和控制技术，拥有多级控制能力。DCS系统自上世纪70年代问世以来，在工业领域取得了迅速的发展，并广泛应用于包括化工企业在内的各个行业。本文旨在深入探讨DCS系统在化工企业中的应用，从结构特点到选型策略进行全面分析，为化工企业DCS系统的选择、实施及维护提供指导与建议，以帮助其优化流程，提升自动化水平。通过深入了解DCS系统在化工领域中的应用，我们可以更好地挖掘DCS系统在化工企业中的潜力，为企业的自动化生产提供支持。

一、DCS控制系统的结构与特点

1、DCS控制系统的结构

DCS控制系统主要由过程级、操作级与管理级三个部分组成。过程级是系统的核心部分，包括过程控制站、I/O单元和各种现场仪表，这些要素确保了生产流程的实时控制与监测。过程控制站负责数据处理并发出指令；I/O单元负责数据输入输出与现场仪表之间的交互，为系统提供实时生产数据[1]。操作级由操作员站与工程师站组成。操作员站负责系统操作和人机界面，操作者可以对系统进行参数调整、数据监测等操作；工程师站负责系统离线配置、组态，并进行在线监督与维护。管理级则是系统的综合管理部分，包括生产控制与信息管理的集成，提供从生产流程到企业管理的信息闭环。化工企业中，DCS系统通常由过程级与操作级组成，以实现对生产流程的有效控制与监控。这种结构设计确保了系统各部分功能明确，相互配合，实现全面控制与管理[2]。

2、DCS控制系统的特点

DCS控制系统的设计体现了分散控制、集中操作与分组管理的基本思想，使其具备高可靠性、开放性、维护简单和灵活多样等特点。其分布式结构使各计算机分担特定任务，即使其中一台出现故障也不会影响整体运行，这种设计还允许使用专用计算机实现特定功能，提高系统性能。系统的开放性得益于标准化、模块化设计，使各子系统通过工业以太网通讯，方便接入、卸载与扩展。DCS系统由小型或微型计算机组成，各机间相互独立，局部故障可在不影响系统运行的情况下检测与排除。系统灵活多样，支持多种控制方式与组成方式，为不同生产与管理需求提供灵活的选择[3]。

二、化工企业DCS控制系统的选型

1、选型中应考虑的问题

（1）项目规模与性质

DCS控制系统的选型需考虑项目的规模与性质。对于大型项目，无论是新建还是改扩建，通常应建立独立的DCS网络，以确保新系统与原有网络顺利接口，能够支持后续扩展需求。而对于中小型项目，为了提高效率，可将其集成到现有DCS系统中，将数据集成到原有网络。这种集成方式既可节省成本，也可有效利用现有系统资源，提高数据管理与分析的效率。这样的安排可以确保DCS系统在不同规模与性质的项目中都能灵活运用，满足化工企业的实际需求。

（2）项目总体规划要求

DCS控制系统的选型需基于项目的总体规划要求。规划内容可能包括对生产运行系统的控制，或集成自动控制与信息管理系统。前者通常包含过程级与操作级，以实现生产流程的有效控制与监控。后者则需综合集成企业资源管理系统、生产运行管理与过程控制，从而为生产与管理提供信息闭环。这样的系统具备三层结构，包括企业资源计划、生产运行管理与过程控制，可以全面涵盖企业的生产与管理需求。这种三层结构设计不仅确保了生产与管理系统的顺利集成，还为企业提供了从生产流程到信息管理的全面支持，使其能够更有效地运营与发展。这样的规划可确保DCS控制系统能够适应企业的多样化需求，助力其在化工企业中的应用。

（3）技术先进性与适用性

DCS控制系统选型时应确保技术的先进性与适用性。先进性要求系统技术紧跟DCS发展的趋势，能够在一定时间内保持领先地位。系统应结合最新的技术发展，确保其设计既符合当前需求，又具备前瞻性，为未来发展提供保障。适用性则要求系统设计具有针对性，根据企业的实际情况与需求进行设计，以确保技术的合理性与企业需求的匹配。这样才能确保DCS系统在选型后能够满足企业的具体要求，为其生产与管理提供稳定、有效的支持。

2、选型建议

考虑到上述选型中的各项因素，建议化工企业选用基于工业以太网的开放式DCS控制系统，这样既能满足企业信息管理系统的整体需求，为后续扩展提供基础与空间，又能确保系统的稳定与兼容。此外，为确保系统的稳定性，可采用现场总线结合常规智能仪表的混合模式，因为现场总线技术仍处于发展阶段，DCS系统尚无法完全依赖FF总线仪表。混合模式的设计确保了系统功能与技术的有效结合，满足企业当前及未来的发展需求。通过这种方式，DCS系统可以为化工企业的自动化生产与管理提供坚实的技术支撑。

三、DCS控制系统的常见故障与日常维护

1、电源相关故障

DCS控制系统中较为常见的电源故障，可能由多种原因引起，例如保险配置不合理、保护误动作或备用电源未能及时切换等。虽然电源故障频繁发生，但通常处理起来较为简单。为预防此类故障，应对保险配置的容量进行仿真核对，以确保其匹配系统需求并发挥保护作用。同时，为确保系统稳定供电，应配备冗余UPS电源，当主电源出现问题时，可以及时切换至备用电源，从而保障系统稳定运行。此外，还应定期检查与维护电源系统，以确保其性能稳定和正常运作，对于DCS系统的稳定性至关重要。在日常维护中，应特别关注电源相关部件的磨损情况，及时更换存在问题的零部件，确保系统持续可靠地运行。定期对电源系统进行全面测试，以检测潜在问题，防止其在运行过程中出现故障，影响系统整体稳定性。通过这些预防与维护措施，可以有效减少电源故障的发生率，为DCS系统提供坚实的运行基础。

2、接地与干扰故障

DCS控制系统中的干扰故障通常由接地问题引发，干扰源包括大功率的通信设备、大功率设备启停等。为预防此类故障，需严格执行屏蔽与接地要求，确保系统信号线远离干扰源，以防止干扰信号影响系统运行。在电子设备间、工程师站等重点部位，应避免使用大功率的无线通讯设备，以降低系统受到的干扰，保障其稳定运行。此外，应定期检查系统的接地状态，以确保其稳定性，防止电磁干扰影响系统运行。系统设计应充分考虑可能出现的干扰因素，采用合理的布局与线路安排，使信号线远离干扰源，从而降低干扰对系统的影响。在维护中，对重点部位的干扰防护措施进行检查与优化，确保系统运行的稳定与安全。通过这些措施，可以有效减少接地与干扰故障，为DCS控制系统提供稳定的运行环境。

3、I/O卡件故障

I/O卡故障在DCS系统调试阶段较多发生，通常由卡件本身的问题引起。随着系统运行的稳定，此类故障的发生概率逐渐降低。由于当前很多I/O卡件生产企业采用一体化制造，因此在出现此类故障时，可以通过系统诊断进行检查。通常的处理方式是更换备件，由厂家负责检修，以确保卡件的稳定与正常运行。此外，在日常维护中应注意卡件的磨损与老化，及时更换问题卡件，确保其性能持续稳定。通过定期检测与维护，可有效减少I/O卡件故障的发生率，保障DCS系统的稳定性与可靠性。这些措施有助于确保DCS系统在化工企业中持续稳定地运行，为生产与管理提供有力支持。系统应为卡件维护提供完整的流程与指导，确保在故障发生时能够迅速处理。通过这样的管理与维护方式，DCS系统可在长时间运行中保持稳定，并在化工企业中发挥应有的作用。

结语

DCS控制系统以其高可靠性、开放性以及灵活的组态与维护方式，在化工企业中得到广泛应用。通过合理设计DCS系统方案，并确保选型与维护的合理性，化工企业可以充分发挥DCS系统的优势，提高自动化生产水平，优化生产流程。持续监测与维护DCS系统，及时处理故障，可以确保系统在长期运行中保持稳定，从而更好地为企业的生产与管理提供有力支持。

参考文献

[1]史果. 化工生产中DCS控制系统的运用分析[J]. 化工管理, 2023, (7): 112-114.

[2]韩佳委. 化工生产中DCS控制系统的运用[J]. 当代化工研究, 2023, (4): 89-91.

[3]秦利军. 化工生产中DCS控制系统的运用分析[J]. 山东工业技术, 2022, (5): 76-78.