王長鎮(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）

對精細(xì)化工的特點進(jìn)行了分析，介紹了DCS系統(tǒng)的配置、算法設(shè)計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

1 精細(xì)化工的特點

精細(xì)化工行業(yè)中市場需求快速多變，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)過程，生產(chǎn)過程的工藝流程復(fù)雜，操作步驟繁雜，而且勞動強(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)過程危險性大。這些特點更使得精細(xì)化工生產(chǎn)過程難以控制，一直以來綜合自動化水品較低，基本處于現(xiàn)場人工操作的狀態(tài)。但是人工操作有很多的不利因素，產(chǎn)品個人因素影響非常的大，不同的操作工最后生產(chǎn)出來的產(chǎn)品收率差別很大，而且體力勞動量非常的大；現(xiàn)場環(huán)境惡劣，對操作工造成很大的危害。

隨著市場競爭更加激烈，客戶對產(chǎn)品質(zhì)量要求更加嚴(yán)格，國家對安全環(huán)保的重視，迫切需要提高精細(xì)化工的自動化水平，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，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處理技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，可靠的軟件平臺和軟件設(shè)計技術(shù)及現(xiàn)場總線技術(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，可以接入各種國內(nèi)外DCS、PLC及現(xiàn)場智能設(shè)備實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)過程控制設(shè)備信息的共享。

控制系統(tǒng)由控制節(jié)點（控制節(jié)點是控制站、通訊接口的統(tǒng)稱）、操作節(jié)點（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)、過程信息網(wǎng)、過程控制網(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、控制運算、控制輸入輸出、設(shè)備和狀態(tài)監(jiān)視、遠(yuǎn)程通訊，實時數(shù)據(jù)處理和顯示、歷史數(shù)據(jù)管理、日志記錄、事故順序識別、事故追憶、圖形顯示、控制調(diào)節(jié)、報表打印、高級計算，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，糾錯能力強(qiáng)，通訊效率高。控制站電源、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)控畫面會顯示報警，告知操作人員及時處理。

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倍計算，選擇15 kVA的容量。而且市電和UPS的電源不在同一個配電柜內(nèi)，降低市電和UPS的供電電源同時出現(xiàn)故障的概率。

四個控制站。裝置內(nèi)測點較多，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多個測點。裝置共有四個工段，各個工段的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)不是很密切，工段與工段之間的測點分布有相對比較均勻。這樣設(shè)計四個控制站，一個控制站負(fù)責(zé)一個工段，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)運行更加的穩(wěn)定。同時為每個控制站留有15%余量，因裝置改動比較頻繁，方便后期增加測點。

模擬量輸入、輸出，開量輸入、輸出和自定義變量都可組入歷史趨勢，在監(jiān)控畫面上可隨時都查詢歷史曲線。查詢操作記錄的各種趨勢，進(jìn)行異常分析，對生產(chǎn)的進(jìn)行優(yōu)化等。

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

操作小組內(nèi)設(shè)置了一個小組。根據(jù)裝置工藝流程，設(shè)計出了13頁操作畫面，各個畫面設(shè)有翻頁按鈕，可以方便互相切換畫面。而且更多的使用了彈出式流程圖，點擊即可彈出相應(yīng)的畫面，這樣可以節(jié)省畫面空間，是畫面顯得簡潔美觀。

4 算法設(shè)計

1）圖形編程軟件具有許多優(yōu)點。作為集成的圖形編程工具，是針對集散控制系統(tǒng)所開發(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，充分利用Windows系統(tǒng)的優(yōu)點，具有良好的用戶界面。圖形編程的編程語言包括功能塊圖（FBD）、梯形圖（LD）、順控圖（SFC）及ST語言。圖形化編程中四種編程語言可以靈活使用，可以很方便的編寫自定義控制方案，可以設(shè)計復(fù)雜的控制回路，各種連鎖等。

2）系統(tǒng)設(shè)計161個自定義控制回路，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，也可以切換到手動狀態(tài)，進(jìn)行手動調(diào)節(jié)。

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

閥門控制。裝置使用的開關(guān)閥非常的多，設(shè)計自閥門控制模塊，用于檢測閥門的開關(guān)狀態(tài)。添加閥門后，調(diào)用閥門控制模塊即可。

泵的控制。設(shè)計遠(yuǎn)程和就地兩種操作方式，遠(yuǎn)程采用兩個數(shù)字量輸出點啟動和停止。一個數(shù)字量輸入狀態(tài)反饋點。狀態(tài)反饋點來自控制電機(jī)的接觸器，無論是處在遠(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)程啟動和停止兩點控制，并采用脈沖控制方式，這種控制方式的好處是，在泵出現(xiàn)過載斷電導(dǎo)致停止運行，故障復(fù)位后，必須從新啟動，才能運行。避免了采用單點控制方式，故障復(fù)位后，有可能出現(xiàn)誤操作使電機(jī)運行。

對溶劑輸送的控制。許多溶劑都是從罐區(qū)通過泵輸送到反應(yīng)釜，DCS通過兩種方式來控制溶劑的定量輸送。第一中是通過流量計計量，在DCS上做累計程序，到達(dá)設(shè)定值后，將泵停止，相應(yīng)的閥門關(guān)閉。第二種通過遠(yuǎn)傳液位計來控制。溶劑罐是規(guī)則的形狀，一定的液位對應(yīng)一定量的溶劑。當(dāng)?shù)竭_(dá)液位設(shè)定值，DCS自動下達(dá)指令，關(guān)閉泵和相應(yīng)的閥門。

通LQ控制，反應(yīng)釜需要通一定量的氣體。采用稱重計量模塊，然后設(shè)計程序計算每分鐘通的LQ量，通過速率自動調(diào)節(jié)閥門的大小，控制在一定的范圍內(nèi)。

降溫的控制。設(shè)計成一鍵式操作。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，點擊降溫按鈕降溫，自動打開冷卻介質(zhì)進(jìn)夾套閥門和出夾套閥門，降溫到達(dá)溫度設(shè)定值后，關(guān)閉進(jìn)和出閥門。打開掃出閥門，風(fēng)線調(diào)節(jié)閥，自動調(diào)節(jié)夾套壓力，將冷卻介質(zhì)掃出夾套，彈出報警提示，提醒操作人員降溫完畢，可以進(jìn)行下一步操作。

DCS的優(yōu)點更多的體現(xiàn)在安全連鎖方面的設(shè)計。它可以很方便的實現(xiàn)很多的復(fù)雜連鎖。簡單的有閥門之間的互鎖，幾個閥門之間只能開一個或只能關(guān)一個，其它的幾個閥門就不能打開或關(guān)閉。攪拌蒸汽閥門的連鎖，在升溫的過程中攪拌突然停止，蒸汽閥也會緊急切斷，保證了反應(yīng)釜的安全。反應(yīng)釜壓力連鎖，當(dāng)反應(yīng)釜壓力超過一定的值緊急放空打開，將壓力及時釋放，保證安全。泵的連鎖。包括泵與液位的連鎖，不上量連鎖，與運行超時連鎖等。每個模擬量均有幾個等級的高限和低限報警，當(dāng)數(shù)值超出設(shè)定值，會彈出報警，及時提醒操作人員。

酸化安全連鎖，由于反應(yīng)釜酸化是會釋放出硫化氫有毒氣體，必須三個吸收釜最少有兩個攪拌在開啟狀態(tài)，而且風(fēng)機(jī)必須處在開啟狀態(tài)，只要有一個條件不滿足，就不能酸化，充分保證安全。離心機(jī)是車間的重點危險設(shè)備。高速運轉(zhuǎn)，在放料的過程中容易產(chǎn)生靜電，造成起火或者閃爆。必須進(jìn)行氮氣隔離，將其設(shè)備內(nèi)的氧氣置換掉。當(dāng)?shù)獨鈮毫Φ蜁r，離心機(jī)不能啟動，和在運行過程中將其停止。

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

5 總結(jié)

通過對DCS的應(yīng)用，逐漸的發(fā)現(xiàn)了它的優(yōu)勢。自動化設(shè)備代替人工，減少了勞動力；更多的安全連鎖，使生產(chǎn)裝置更加安全。對生產(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單的應(yīng)用，隨著社會的發(fā)展，國家對精細(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)的儀表會不斷的應(yīng)到當(dāng)來，使用DCS等先進(jìn)控制系統(tǒng)更是個大趨勢，DCS會發(fā)揮更大的優(yōu)勢。

［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］王樹清，趙鵬程.集散型計算機(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

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