浅谈DCS控制系统

汪盛红

摘 要：DCS是分布式控制系统的英文缩写，在国内自控行业又称之为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。

关键词：DCS;控制系统

1 DCS的特点

①控制功能强。可实现复杂的控制规律，如串级、前馈、解耦、自适应、最优和非线性控制等。也可实现顺序控制;②系统可靠性高;③采用CRT操作站有良好的人机界面;④软硬件采用模块化积木式结构;⑤系统容易开发;⑥用组态软件，编程简单，操作方便;⑦有良好的性价比。

2 设计

2.1 硬件设计

DCS硬件设备由管理操作应用工作站、现场控制站和通信网络组成。管理操作应用工作站包括工程师站、操作员站、历史数据站等各种功能服务站。

2.2 软件设计

DCS软件系统是DCS系统的关键组成部分之一。与常规模拟仪表控制系统不同，数字化的控制系统主要依靠软件实现各种控制功能，可以说，DCS的硬件只提供了软件运行的平台，而DCS要实现什么功能，完成什么控制，完全靠软件才能实现。①DCS的直接控制软件。直接控制软件主要是指运行在主控制器，即MCU上的软件，这是DCS软件的核心，整个DCS的功能、性能完全取决于直接控制软件的质量。经典的直接控制软件主要包括三个主模块：输入模块、运算模块、输出模块;②DCS的监督控制软件。如果说直接控制软件是面向控制，面向现场的，那么监督控制软件则是面向监视、面向操作员的。

2.3 通信协议

PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。

2.4 发展方向

趋势一：集成自动化系统水平不断提高-世界级规模的工厂需要集成自动化的系统。趋势二：MAV成为一种新的模式-MAV策略，是近年来在石油化工行业新兴的一种自动化系统建设模式。趋势三：网络架构信息安全问题。当前的现代石油化工企业在网络架构上通常采用ERP/MES/PCS三层网络结构。一体化的网络结构，促使我们从规划伊始就要从硬件、软件以及维护等方面统筹考虑。趋势四：现场总线技术的应用在向前推进。随着现场总线技术、产品的不断发展以及应用经验的不断丰富，现场总线技术在流程工业、制造工业的应用也在不断地开拓。趋势五：自动化技术未来增长点-我国二氧化碳排放量、工业能耗普遍偏高。其中，原油加工、乙烯加工、大型合成氨平均能耗水平均高于国际领先水平。

3 应用

在磺化工序中加入精萘，给釜套内通蒸汽升温至100℃，精萘熔化后开启搅拌，继续升温至135℃时，将磺化釜的升气管道阀门打开，缓慢添加浓硫酸，反应生成α萘磺酸，因为是放热反应，温度继续上升，155℃生成β萘磺酸，恒温半小时后，将环己烷加進磺化釜带水。缩合工序中通过泵向缩合釜滴加甲醛，添加磺化釜的产物β萘磺酸，开电机搅拌，同样是放热反应，温度继续上升至115℃，反应生成亚甲基二萘二磺酸，恒温3h，给在中和工序中提前将碱液加入碱液储罐和计量罐，然后加入中和釜内，加脱盐水稀释，接着加来自缩合釜的产物亚甲基二萘二磺酸，开电机搅拌，1h后反应基本完成，生成亚甲基二萘二磺酸钠（NNO/Nβ），加入硅藻土搅拌均匀，进行过滤。釜套内加冷却水降温至70-80℃，加脱盐水水解，在缩合釜工作结束。

4 批量控制

工艺中的一些物料添加是定量的，这就需要对物料的流量做累积，当累积值达到需要的量时，自动进行相应的关阀/停泵动作，当然有时也需要手动进行操作，也做了相应的手动按钮。在工艺中需要批量控制的有：各反应釜加脱盐水、缩合釜加甲醛、中和釜加碱液以及成品输送。

5 联锁控制

出于安全考虑，为磺化釜和缩合釜做了联锁保护。DCS控制系统具有可靠性、易用性、先进性等特点。生产过程实现人机对话，主操作站上进行操作、监视，软件组态中复杂回路控制外，还编制了能够集中显示、监测和过程控制各种画面;每个控制站、工程师和操作员站都用两根以太网线进行通信，其中任何一根网线出现故障都不影响整套系统正常运行，同时会系统中产生声光报警，系统状态图也会由绿色变成红色，以提示维护人员排除故障。联锁系统全部由计算机软件高级语言编程实现，具有较强可靠性、敏捷性、准确性和关联性。它能取代操作人员要进行大量操作以赢时间。

6 结束语

①C4属于易燃易爆化学品，存储具有一定的危险性，当温度过高时应采取降温措施，因此可实现联锁控制，集成自动化程度;②在乳化剂装置中地融槽作业存在一定的危险性，如果氮气泄露会引起人员伤亡，或者因温度过高引起氧含量降低，因此加装氧含量检测报警仪，从而很直观的显示当前氧含量值，从而保障人身安全;③在扩散剂装置中，磺化缩合工序是一个放热的过程，反应剧烈程度不同，因此升温速率也不相同，而且对温度要求过高，在这过程当中有时会出现失控的情况，所以冷却水加分成调节阀，系统连锁，根据升温速率，调节调节阀的开度。

参考文献：

[1]金以慧，郭仲伟.过程系统控制与原理[M].北京：中国石化出版社，1998.

[2]黄天戎.DCS通讯网络的研究与分析[J].计算机工程，2003 （5）：25-28.