探讨DCS 化工厂一体化智能控制系统

段炼

（赢创特种化学（上海）有限公司，上海201507）

1 引言

DCS 系统又称为分散控制系统。它有着网络复杂、点数多、稳定性要求高以及控制方案复杂等特点。而且智能控制系统使用非常方便，有着很好的通用性，有着优良的拓展能力，从而DCS 系统被应用到化工厂对工业发展有着很大的益处。

2 智能控制系统的结构和理论

智能控制系统的执行级大多必须要有非常精准的模型，以此来完成对精确度要求非常高的控制任务，它的主要工作内容是对所有信息进行全面的检测、处理以及获得，与此同时，对于一些复杂的历程采取智能控制的方式进行操作。协调级是智能控制系统的核心部分。它的功能主要是调和执行级和执行级之间的互动，但它并不十分要求模型的准确性，而是需要具有一定的学习能力，因此，它能够提高控制环境中各种性能和优点,且可以更好地接受与获取上一级发来的语言符号和模糊的一些指令。组织级则具有更具体的组织能力。操作员发来的口令则能由组织级工作翻译成另一种机器语言，从而更准确地策划任务和组织决策，因此完成指导最低级操作的任务。各个级别都有各自的识别功能。监督系统的数据发生的改变和截取不太正常的数据是执行级的识别功能，而协调级的识别功能则是对执行级发出的测量数据进行系统的分析与整理，同时协调组织之间的指令。组织级的识别功能是对上级发来的指令进行解释和翻译。此类阶梯式已被应用到生活的各个方面，如交通管理系统、计算机控制系统等。

3 DCS 控制系统在化工厂中的应用

3.1 对象

次磷酸（HPA）装置的主装置所采用的原料为次磷酸钠，它的生产流程工艺是由化学的离子交换法所组成的，其主要的操作流程是：次磷酸钠稀溶液的浓缩、调整溶液（两次）、离子交换、蒸发浓缩出成品等。

3.2 方案

该装置采用的是Emerson 公司的DCS 控制系统DeltaV，该系统在化工厂综合车间生产流程的控制上有着很好的成就，车间的自动化更完善，可以节约人力，便于管理。通过DeltaV 系统控制生产的产品质量好、产量更高、污染少、能耗相较其他更低、更加节约原料，极大地节约了企业升本，提升了生产效率。

该系统选取的是ProfiBus-DP 总线集成TCP/IP 通讯协议技术，通过计算机操作同时采取先进的控制系统算法APC 对控制系统进行全程监控，使得生产过程控制在可控范围内，达到效率最大化。该系统同时集齐了DMS、CRM、SCM、Real-time信息传输等各种工具，完成了企业资源管理系统、控制系统以及智能仪表设备三个系统之间的密切合作，达到了信息流之间的无缝传递，对实现化工厂的智能数字化与一体化打下了坚实的基础。另外，该系统逻辑顺序的控制、反馈控制以及其他一系列的复杂的运算与功法也对化工厂实现智能化控制以及企业管理非常有益。由产品的生产流程工艺可知，DeltaV 控制系统不但完成了次磷酸钠溶液的进料、补料、浓缩以及溶液的物质的量浓度，密度的准确测定以及结果分析和整理，而且还达到了全部操作过程的自动化，各种操作过程的正确性以及完整性。

DCS 控制系统包括两台服务器、一台工程师站、六台操作员站、两台交换机、一台报表打印机和一台UPS 不间断电源[1]。

3.3 功能及特点

这套系统有着分区域及分级的权限管理。工程师站和不同操作员站都有着各自的操作权限，这样做是为了维护操作过程中的安全。每个操作站只能操作指定区域的设备，而系统只完成操作员发布的命令，例如启停设备等。在指定人员输入正确的密码之后，把权限设置成工程师权限后，工程师才能对机器进行操作，进而维护系统安全性。

这个系统中针对工厂四班两倒的生产状况，在DeltaV 系统上定制设计了数字化交接班系系统，实时采集生产状态，避免了交接班信息不畅导致的生产损失。

本系统中的一个非常大的亮点是能够实现动态监控。在操作台上可以对操作过程进行监督和自动参数修正。系统的软件组态里不仅仅有着极其复杂的闭环控制操作，而且还能够对操作过程中的各种流程画面进行动态显现、监督以及对比检测，这其中包含了一共二十五幅工艺流程图，一幅总貌图、十幅组控制画面以及各种回路的报警等画面，而且还包含处理报表的能力。

4 DCS 控制系统在应用中的常见故障及应对措施

4.1 常见故障

4.1.1 硬件故障

硬件故障主要指的是过程控制方面产生的故障，大部分是由于DCS 控制系统的模块，尤其是I/O 模块出现故障造成的。这种损害大多显而易见，但是只会产生局部的损害。例如，大部分会表现在参数没有发生变化，修好仪表的故障之后仍不能够完成接下来的指令。这些都主要是由于机器实用的时间太久或者使用的操作及方法不当，导致模块老化。模块所处的环境不好，例如环境中的灰尘颗粒严重超标，温度不适合，湿度太大都会严重地影响模块的使用寿命，因此，DCS 控制系统对温度、湿度等有着严格的要求。在安装机器时，要严格按照机器的环境标准进行操作，否则有可能造成严重的故障。

4.1.2 软件故障

软件故障一般是由软件自身带有的缺点导致的。这种故障大多存在于DCS 控制系统的运行调试阶段。软件的设定程序非常复杂，工作量特别庞大，因此，软件出现故障在所难免。于是这就需要软件调试阶段的工作人员在工作时要非常认真仔细，如果发现软件问题，要及时向DCS 调试员反映并配合其一起解决软件的故障。这种故障一般只存在于调试阶段，系统运行正常后一般很少出现。

4.1.3 人为故障

除了硬件故障和软件故障，DCS 控制系统常出现的是人为故障。人为故障有着很多的不确定性，因为人犯错误的原因多种多样，有的是操作失误，有的是缺乏专业能力，还有监管不到位、管理不严格等原因。这就要求操作人员在以后的工作过程中，严格要求自己，熟练掌握DCS 控制系统操作，减少人为故障，为安全操作提供更好的保障。

4.2 应对措施

4.2.1 DCS 系统运行与管理

智能控制系统的运行管理指的是对计算机进行日常的巡视和监察，每天检查各种软件，要加强软件的管理与控制，必须按照有关规定才能对组态进行管理，同时要对组态的各种信息进行保留，以备查验。当DCS 控制系统出现问题需要更换零件时，需要对零件的备件采取功能的测试，以确保万无一失。

DCS 控制系统的检修管理是检查与修理智能控制系统必要的流程，应该注重DCS 控制系统每次检修检查的内容、时间以及周期，指定详细的检维修计划，检查DCS 控制系统是否出现问题。工作人员应时刻为系统检修准备，以防出现更大的故障。检查项目大多注重细节，工作人员要多注意各种机器的细节问题，如电源、模块、电子室温度和湿度等，并设计详细的数据记录表记录检修过程并存档。

4.2.2 UPS 电源防范措施

这要求工作人员按时间用红外线测温仪测量各种电线的温度，做好数据记录。用万用表测量电源的电压，注意电压波动范围大小。电厂的电压电流都非常大，磁场也非常强，必须要进行电源接地的检查，不然容易出现重大事故。

4.2.3 DCS 系统抗干扰措施

为防止强烈的磁场干扰，可以在中央控制室的墙壁粉刷之前在墙里钉上一层钢丝网，然后再将其与电气保护PE 接地系统相连。再或者可以将传统的高压输电线改变为埋地设置，这样可以解决高压电磁场对DCS 系统造成的影响。另外，各个操作台的机柜也应该与电气保护系统相连，避免产生不必要的危害。

5 结语

智能一体化系统是目前化工厂发展的必然趋势，实现系统的网络化、模块化、高性能、小型化，对状态进行监测、信息处理、反馈综合判断、发出指令以及操作等，能够有效提高整个系统的可靠性，完善系统并使其更加灵活与简便，强化兼容性，并便于操作，更加利于现场总线开放协议的兼容。