王長(zhǎng)鎮(zhèn)，戴榮華，張金儒，李金江

（京博農(nóng)化科技股份有限公司，山東濱州市 256505）

DCS在精細(xì)化工中的應(yīng)用

王長(zhǎng)鎮(zhèn)，戴榮華，張金儒，李金江

（京博農(nóng)化科技股份有限公司，山東濱州市 256505）

對(duì)精細(xì)化工的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，介紹了DCS系統(tǒng)的配置、算法設(shè)計(jì)以及在安全控制方面的應(yīng)用。

DCS集散控制系統(tǒng)；精細(xì)化工；算法設(shè)計(jì)

1 精細(xì)化工的特點(diǎn)

精細(xì)化工行業(yè)中市場(chǎng)需求快速多變，而且產(chǎn)品更新?lián)Q代快使得精細(xì)化工生產(chǎn)過(guò)程中一般采取小批量，多品種生產(chǎn)，生產(chǎn)多為間歇或半連續(xù)過(guò)程，生產(chǎn)過(guò)程的工藝流程復(fù)雜，操作步驟繁雜，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大。生產(chǎn)工藝介質(zhì)多為有毒、腐蝕性和易燃易爆的化學(xué)品，生產(chǎn)過(guò)程危險(xiǎn)性大。這些特點(diǎn)更使得精細(xì)化工生產(chǎn)過(guò)程難以控制，一直以來(lái)綜合自動(dòng)化水品較低，基本處于現(xiàn)場(chǎng)人工操作的狀態(tài)。但是人工操作有很多的不利因素，產(chǎn)品個(gè)人因素影響非常的大，不同的操作工最后生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品收率差別很大，而且體力勞動(dòng)量非常的大；現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，對(duì)操作工造成很大的危害。

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求更加嚴(yán)格，國(guó)家對(duì)安全環(huán)保的重視，迫切需要提高精細(xì)化工的自動(dòng)化水平，但是它又不同于石油化工，工藝已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒?，不能生搬硬套。我公司較早使用了DCS集散控制系統(tǒng)，在精細(xì)化工行業(yè)它有著其它控制系統(tǒng)所不具有的優(yōu)點(diǎn)，并且逐漸的摸索出了適合精細(xì)化工的一套控制方式。

2 裝置采用的是浙江中控WebField JX-300XP系統(tǒng)

SUPCON WebField系列集散控制系統(tǒng)（DCS）吸收了近年來(lái)快速發(fā)展的通信技術(shù)、微電子技術(shù)，充分利用了最新信號(hào)處理技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，可靠的軟件平臺(tái)和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，采用了高性能的微處理器和成熟的先進(jìn)控制算法，全面提高了控制系統(tǒng)的功能和性能，實(shí)現(xiàn)了多種總線兼容和異構(gòu)系統(tǒng)綜合集成，可以接入各種國(guó)內(nèi)外DCS、PLC及現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)過(guò)程控制設(shè)備信息的共享。

控制系統(tǒng)由控制節(jié)點(diǎn)（控制節(jié)點(diǎn)是控制站、通訊接口的統(tǒng)稱(chēng)）、操作節(jié)點(diǎn)（包括工程師站、操作員站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)管理站等）及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（管理信息網(wǎng)、過(guò)程信息網(wǎng)、過(guò)程控制網(wǎng)、I／O總線操）等構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下JX－300XP系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、控制運(yùn)算、控制輸入輸出、設(shè)備和狀態(tài)監(jiān)視、遠(yuǎn)程通訊，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和顯示、歷史數(shù)據(jù)管理、日志記錄、事故順序識(shí)別、事故追憶、圖形顯示、控制調(diào)節(jié)、報(bào)表打印、高級(jí)計(jì)算，以及這些信息的組態(tài)、調(diào)試、打印、下載、診斷等功能。

采用1∶1的工業(yè)以太網(wǎng)，可靠性高，糾錯(cuò)能力強(qiáng)，通訊效率高?？刂普倦娫?、主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡等都可冗余配置，充分保障了設(shè)備的穩(wěn)定性，而且出現(xiàn)故障，監(jiān)控畫(huà)面會(huì)顯示報(bào)警，告知操作人員及時(shí)處理。

3 裝置DCS的系統(tǒng)配置

市電和UPS雙路供電。為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，采用市電和UPS雙路供電，UPS按控制系統(tǒng)總?cè)萘康?.5倍計(jì)算，選擇15 kVA的容量。而且市電和UPS的電源不在同一個(gè)配電柜內(nèi)，降低市電和UPS的供電電源同時(shí)出現(xiàn)故障的概率。

四個(gè)控制站。裝置內(nèi)測(cè)點(diǎn)較多，系統(tǒng)龐大，包括數(shù)字量輸入（DI），數(shù)字量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO），共有3000多個(gè)測(cè)點(diǎn)。裝置共有四個(gè)工段，各個(gè)工段的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)不是很密切，工段與工段之間的測(cè)點(diǎn)分布有相對(duì)比較均勻。這樣設(shè)計(jì)四個(gè)控制站，一個(gè)控制站負(fù)責(zé)一個(gè)工段，這樣可以減少站間的通訊，減輕通訊網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，系統(tǒng)運(yùn)行更加的穩(wěn)定。同時(shí)為每個(gè)控制站留有15%余量，因裝置改動(dòng)比較頻繁，方便后期增加測(cè)點(diǎn)。

模擬量輸入、輸出，開(kāi)量輸入、輸出和自定義變量都可組入歷史趨勢(shì)，在監(jiān)控畫(huà)面上可隨時(shí)都查詢(xún)歷史曲線。查詢(xún)操作記錄的各種趨勢(shì)，進(jìn)行異常分析，對(duì)生產(chǎn)的進(jìn)行優(yōu)化等。

三個(gè)操作站。控制室與控制柜距離較遠(yuǎn)500多米，為了增加信號(hào)的抗干擾性和穩(wěn)定性，采用光纖傳輸。兩條光纖，雙網(wǎng)互為冗余?？刂剖覂?nèi)設(shè)一個(gè)操作員站和一個(gè)工程師站，工程師站平時(shí)也可作為操作員站使用?？刂乒駲C(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置一個(gè)操作員站，方便維修人員進(jìn)行維護(hù)使用。

操作小組內(nèi)設(shè)置了一個(gè)小組。根據(jù)裝置工藝流程，設(shè)計(jì)出了13頁(yè)操作畫(huà)面，各個(gè)畫(huà)面設(shè)有翻頁(yè)按鈕，可以方便互相切換畫(huà)面。而且更多的使用了彈出式流程圖，點(diǎn)擊即可彈出相應(yīng)的畫(huà)面，這樣可以節(jié)省畫(huà)面空間，是畫(huà)面顯得簡(jiǎn)潔美觀。

4 算法設(shè)計(jì)

1）圖形編程軟件具有許多優(yōu)點(diǎn)。作為集成的圖形編程工具，是針對(duì)集散控制系統(tǒng)所開(kāi)發(fā)的全中文界面的DCS組態(tài)與控制工具，是SUPCON系列DCS的控制方案組態(tài)工具，依據(jù)IEC61131－3標(biāo)準(zhǔn)，為用戶(hù)提供高效的組態(tài)環(huán)境，與系統(tǒng)組態(tài)軟件聯(lián)合完成對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)，是SUPCON集散控制系統(tǒng)軟件的重要組成部分之一。圖形編程軟件基于Windows操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)，充分利用Windows系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的用戶(hù)界面。圖形編程的編程語(yǔ)言包括功能塊圖（FBD）、梯形圖（LD）、順控圖（SFC）及ST語(yǔ)言。圖形化編程中四種編程語(yǔ)言可以靈活使用，可以很方便的編寫(xiě)自定義控制方案，可以設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制回路，各種連鎖等。

2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)161個(gè)自定義控制回路，軟件可以很方便的使調(diào)節(jié)閥與壓力、溫度、流量相關(guān)聯(lián)，自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力、溫度和流量大小，PID可以參數(shù)自調(diào)整，也可以切換到手動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。

3）控制功能塊的設(shè)計(jì)。程序使用更多的功能塊，使用的時(shí)候?qū)ζ溥M(jìn)行調(diào)用，使程序更加簡(jiǎn)單、清晰、易懂。下面為一些控制程序。

閥門(mén)控制。裝置使用的開(kāi)關(guān)閥非常的多，設(shè)計(jì)自閥門(mén)控制模塊，用于檢測(cè)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。添加閥門(mén)后，調(diào)用閥門(mén)控制模塊即可。

泵的控制。設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程和就地兩種操作方式，遠(yuǎn)程采用兩個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)啟動(dòng)和停止。一個(gè)數(shù)字量輸入狀態(tài)反饋點(diǎn)。狀態(tài)反饋點(diǎn)來(lái)自控制電機(jī)的接觸器，無(wú)論是處在遠(yuǎn)程控制還是處在就地控制均可觀察到泵所處的狀態(tài)。遠(yuǎn)程啟動(dòng)和停止兩點(diǎn)控制，并采用脈沖控制方式，這種控制方式的好處是，在泵出現(xiàn)過(guò)載斷電導(dǎo)致停止運(yùn)行，故障復(fù)位后，必須從新啟動(dòng)，才能運(yùn)行。避免了采用單點(diǎn)控制方式，故障復(fù)位后，有可能出現(xiàn)誤操作使電機(jī)運(yùn)行。

對(duì)溶劑輸送的控制。許多溶劑都是從罐區(qū)通過(guò)泵輸送到反應(yīng)釜，DCS通過(guò)兩種方式來(lái)控制溶劑的定量輸送。第一中是通過(guò)流量計(jì)計(jì)量，在DCS上做累計(jì)程序，到達(dá)設(shè)定值后，將泵停止，相應(yīng)的閥門(mén)關(guān)閉。第二種通過(guò)遠(yuǎn)傳液位計(jì)來(lái)控制。溶劑罐是規(guī)則的形狀，一定的液位對(duì)應(yīng)一定量的溶劑。當(dāng)?shù)竭_(dá)液位設(shè)定值，DCS自動(dòng)下達(dá)指令，關(guān)閉泵和相應(yīng)的閥門(mén)。

通LQ控制，反應(yīng)釜需要通一定量的氣體。采用稱(chēng)重計(jì)量模塊，然后設(shè)計(jì)程序計(jì)算每分鐘通的LQ量，通過(guò)速率自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)的大小，控制在一定的范圍內(nèi)。

降溫的控制。設(shè)計(jì)成一鍵式操作。降溫有的是采用冷鹽降溫，有的是采用循環(huán)水降溫。但控制方式都是一樣的，點(diǎn)擊降溫按鈕降溫，自動(dòng)打開(kāi)冷卻介質(zhì)進(jìn)夾套閥門(mén)和出夾套閥門(mén)，降溫到達(dá)溫度設(shè)定值后，關(guān)閉進(jìn)和出閥門(mén)。打開(kāi)掃出閥門(mén)，風(fēng)線調(diào)節(jié)閥，自動(dòng)調(diào)節(jié)夾套壓力，將冷卻介質(zhì)掃出夾套，彈出報(bào)警提示，提醒操作人員降溫完畢，可以進(jìn)行下一步操作。

DCS的優(yōu)點(diǎn)更多的體現(xiàn)在安全連鎖方面的設(shè)計(jì)。它可以很方便的實(shí)現(xiàn)很多的復(fù)雜連鎖。簡(jiǎn)單的有閥門(mén)之間的互鎖，幾個(gè)閥門(mén)之間只能開(kāi)一個(gè)或只能關(guān)一個(gè)，其它的幾個(gè)閥門(mén)就不能打開(kāi)或關(guān)閉。攪拌蒸汽閥門(mén)的連鎖，在升溫的過(guò)程中攪拌突然停止，蒸汽閥也會(huì)緊急切斷，保證了反應(yīng)釜的安全。反應(yīng)釜壓力連鎖，當(dāng)反應(yīng)釜壓力超過(guò)一定的值緊急放空打開(kāi)，將壓力及時(shí)釋放，保證安全。泵的連鎖。包括泵與液位的連鎖，不上量連鎖，與運(yùn)行超時(shí)連鎖等。每個(gè)模擬量均有幾個(gè)等級(jí)的高限和低限報(bào)警，當(dāng)數(shù)值超出設(shè)定值，會(huì)彈出報(bào)警，及時(shí)提醒操作人員。

酸化安全連鎖，由于反應(yīng)釜酸化是會(huì)釋放出硫化氫有毒氣體，必須三個(gè)吸收釜最少有兩個(gè)攪拌在開(kāi)啟狀態(tài)，而且風(fēng)機(jī)必須處在開(kāi)啟狀態(tài)，只要有一個(gè)條件不滿足，就不能酸化，充分保證安全。離心機(jī)是車(chē)間的重點(diǎn)危險(xiǎn)設(shè)備。高速運(yùn)轉(zhuǎn)，在放料的過(guò)程中容易產(chǎn)生靜電，造成起火或者閃爆。必須進(jìn)行氮?dú)飧綦x，將其設(shè)備內(nèi)的氧氣置換掉。當(dāng)?shù)獨(dú)鈮毫Φ蜁r(shí)，離心機(jī)不能啟動(dòng)，和在運(yùn)行過(guò)程中將其停止。

氮封安全系統(tǒng)。裝置設(shè)計(jì)了一套氮封系統(tǒng)，它是一個(gè)密閉的系統(tǒng)，只在總的氮封罐上有一個(gè)對(duì)外的放空，它的壓力設(shè)定在500 Pa的壓力，并且自動(dòng)調(diào)節(jié)。反應(yīng)釜只要投入氮封系統(tǒng)，反應(yīng)釜上的氮封閥就會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)壓力p＜100Pa時(shí)，氮封閥打開(kāi)；當(dāng)壓力450 Pa＜p＜550 Pa時(shí)，氮封閥關(guān)閉；當(dāng)p＞900 Pa時(shí)，氮封閥打開(kāi)。充分保證反應(yīng)釜內(nèi)充滿氮?dú)?，減少火災(zāi)和爆炸的幾率。

5 總結(jié)

通過(guò)對(duì)DCS的應(yīng)用，逐漸的發(fā)現(xiàn)了它的優(yōu)勢(shì)。自動(dòng)化設(shè)備代替人工，減少了勞動(dòng)力；更多的安全連鎖，使生產(chǎn)裝置更加安全。對(duì)生產(chǎn)各種參數(shù)控制更加精確，而且能夠調(diào)取各種歷史記錄，對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行總結(jié)，使生產(chǎn)更加的穩(wěn)定。本論文只是提出的一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用，隨著社會(huì)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)精細(xì)化工在安全、環(huán)境危害方面要求更加嚴(yán)格，各種先進(jìn)的儀表會(huì)不斷的應(yīng)到當(dāng)來(lái)，使用DCS等先進(jìn)控制系統(tǒng)更是個(gè)大趨勢(shì)，DCS會(huì)發(fā)揮更大的優(yōu)勢(shì)。

［1］曹霞.淺談DCS在氯堿行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.科技風(fēng). 2011，（2）：12－13.

［2］王樹(shù)清，趙鵬程.集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS）［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，1994.

Application of DCS in Fine Chemical Industry

Wang Cahngzhen，Dai Ronghua，Zhang Jinru，Li Jinjiang
（Jingbo Argochemicals technology Co.，Ltd，Bingzhou，256505）

This article analyzes the feature of fine chemical industry.It describes the configuration，algorithm design and application in safety control.

DCS，fine chemicals，algorithm design

TM621.6

B

1003-6490（2015）02-0028-03

2015－03－15

王長(zhǎng)鎮(zhèn)（1985－），男，山東菏澤人，本科，助理工程師，研究方向：自動(dòng)化儀表。