基于DCS的石油化工仪表控制系统设计

2023-01-03任玉超

化工设计通讯 2022年1期

任玉超

（山东华鲁恒升集团德化设计研究有限公司，山东德州 253000）

当前社会发展的趋势以及主题就是朝着信息化的方向发展，在这样的社会背景之下，各行各业都需要将自身的技术与此类技术内容进行结合和应用，从而提高自身技术水平。在石油化工行业之中同样也需要利用到此类技术，在当前的行业背景之下需要充分地利用此类信息化技术来对石油化工的仪表控制系统进行设计和分析，从而提高行业整体的发展速度和质量。目前可以充分利用DCS技术来开展系统的设计，但是在实际的设计过程中相关人员所需要注意的内容较为复杂，若是在设计过程中没能对此类内容进行提前分析和观察，那么最终得到的系统的精准度无法得到保障，从而会降低系统的质量。本文主要对当前基于DCS的石油化工仪表控制系统设计进行分析和探讨。

1 性能设计要求

对于石油化工行业所应用的仪表控制系统来说，在设计对应的系统之前首先需要对其具体的性能需求进行了解和掌握，若是在缺少了对应要求的情况之下开展设计工作，那么自然无法保障系统的质量以及实用性，因此相关人员在开展设计之前首先需要对其具体的要求进行掌握，之后对其展开全方面地分析以及计算，从而确定设计过程中各个部分内容的要点，以此来切实提高整体系统的质量以及实用性。为了达到这样的效果，在设计的过程中首先需要对数据采集、模拟量控制以及顺序控制等一系列功能进行了解和掌握，在实际设计的过程中，相关人员首先需要对其进行掌握和了解，并且还需要考虑在实际使用的过程中此类功能可能会产生的变化以及调整策略，在设计时就需要针对不同情况之下可能产生的变化提前进行分析和设计[1]。同时还需要对后续运行过程中可能产生的一系列问题以及缺陷进行提前的思考和分析，以此来制定一系列对应的解决方法，在后续实际运行的过程中若是碰到此类问题也可以更加有效地进行解决，以此来保障整体系统运行的效率以及质量。其次就是需要对系统中包含的分散处理单元、数据通信系统以及人机接口方面的要点进行设计和分析。在该环节的设计过程中，相关人员应当对其工作的实际运行状态进行了解，并且同时还需要保障当前的基础状态，在了解以及掌握基础状态的情况之下来对其进行不断优化和完善，以此来保证系统能够在高效运行的基础之上做到良好的创新和优化，确保系统能够有效落实。除此之外，针对系统之中所包含的中英文操作界面以及模块式结构，也都需要根据实际的情况进行分析，注重拓展和优化，以此来确保系统自身具备了非常高的可靠性以及稳定性，保障系统在运行的过程中若是部分环节产生故障也不会影响到整体的正常运行，在这样的情况之下才能够真正确保石油化工仪表DCS系统的运行效率以及运行质量。

2 软件与硬件设计

在石油化工仪表控制DCS系统之中包含了大量的软件以及硬件部分的内容，在实际的运行过程中，相关人员需要对其软、硬件方面进行分析和计划，以此来确保其能够正常运行。

2.1 硬件设计

关于硬件方面的设计，在实际开展硬件设计的过程中，其所包含的内容较为广泛且烦琐，但是其中最为主要的内容就是对应的仪表分布式控制器，并且在当前的社会科技水平之下，此类仪表分布式控制器所具备的型号以及种类也非常多样化，因此在实际的应用过程中相关人员需要根据系统的实际情况来选择对应的型号以及种类，从而确保系统的正常运行。而在实际的选择过程中，相关人员需要考虑到可能会对其所产生的一系列因素影响，为了能够避免此类因素的影响，相关人员应当在当前的设计过程中对各个设计流程都进行充分的考虑以及关注，以此来确保此类硬件设备的硬件性能[2]。并且同时还需要考虑到各个分布式控制器自身的性能以及功能，以此来确保在无线通信的环节之中能够有效地将其应用于实际的各个环节之中，确保分布式控制器自身的精确性和精准性，使其能够在当前的系统运行之中稳定地发挥自身的作用和效果。同时在开展对应的分布式控制器的设计过程之中，相关人员需要采用低功耗的方式来进行设计，将对应的306不锈钢接头融入对应的设计之中，通过此类材料的应用能够有效地防止出现爆炸等一系列事故，从而达到了良好的防爆效果。除此之外，利用仪表分布式控制器同样也能够有效地发挥其自身的优势以及性能，通过此类控制器的方法能够对一系列较为基础的数据进行自我调节和优化，在运行的过程中吸收更多的数据，从而提高信号的高效性。但是需要注意的就是在实际的设计过程中会存在一系列影响因素，相关人员需要对此类影响因素进行额外的重视和控制，以此来切实提高控制器的控制效果。

2.2 软件设计

关于软件设计方面，在当前的软件设计环节之中，其主要的一个内容就是对应的采集端收集终端数据，并且针对此类数据利用对应的DCS系统来进行控制和处理，通过这样的方法不仅能够保证仪表所收集到的数据具备良好的准确性，同时也能够有效地提高整体控制效果以及稳定性，那么在传统的运行过程中所存在的一系列问题以及难点就能够得到有效的处理和治理，从而提高整体系统运行的效率。除此之外，DCS系统在当前的仪表控制系统中也是一种较为新型的软件，因此在当前的系统设计之中将此类DCS系统融入实际的设计之中也是一件非常有必要的措施和手段。将DCS系统融入实际的设计中，相关人员就能够将石油化工的仪表数据进行分散控制，并且充分地利用DCS核心技术来对此类仪表数据进行直接的操控和处理，也就能够充分地利用此类特性以及特点来对数据进行处理，从而达到数据的可视化，提高数据的准确性和精确性。但是由于在系统实际运行的过程中通常会产生一系列的数据，并且此类数据内容通常较为复杂以及烦琐，因此想要通过传统记录的方法来对其进行存储显然是一件较为困难的事情，因此相关人员也需要为其建立对应的数据信息库，系统在运行的过程中能够将此类信息存储到对应的数据库之中，数据库也能够对信息进行整理以及归纳，从而达到一个良好的存储效果。对于系统来说，采取这样的方法能够有效提高系统运行的效率，从而确保数据的准确性。

3 具体分析

3.1 检测执行仪表方面

在当前的石油化工行业中，现场的设备以及管道内部的介质温度一般来说都会控制在-200～1800℃，在这样的背景就需要对以往的水银玻璃温度计进行替换，可以利用双金属温度计进行工作，在这样的一个过程中所产生的一系列热电阻以及热电偶信号都会直接进入DCS系统之中。在众多的仪表之中，压力仪表是整体中最为重要以及人们最为关心的一个仪表，因为其自身的安全性会与人们的人身安全有非常紧密的联系。在压力仪表运行的过程中其所使用的原理基本上与其他压力传感器以及特殊压力仪表等都相同，因此其在运行过程中能够抵御高温，并且同时也能够在一系列不同的介质之中对其自身的压力进行测量。从物位仪表来进行分析，在物位仪表之中其主要都是以液位测量为主要的目的，并且同时除了当前较为常见的浮力式仪表之外，物料仪表基本上都不具备能够通用的产品。但是从测量的方法来进行分析可以将其分为浮力式、静电式以及超声波式等，不同的方法在不同的需求上进行使用。除此之外，仪表之中还包含了一系列流量仪表、分析仪表以及在线过程分析仪等，温度、压力以及流量等都是考验仪表性能以及质量的重要参数，因此在整体的生产过程中，相关人员必须要对其自身的物料成分进行分析，同时也需要对最终的产品开展对应的分析工作。

3.2 控制策略

根据当前DCS的发展以及优化可以发现，目前我国的石化工业在自动化连续控制、批量控制以及顺序控制的环节中所采取的控制策略基本上没有明显的变化，大部分还是采用了以往的控制策略来开展实际的控制工作。在这样的背景之下也衍生出了一系列智能化算法，例如智能PID控制器以及多变量控制等都开始得到了有效推广和应用。

在传统的生产过程中基本上都是采用一个装置一个控制室的方法来进行分配，但是现在基本上都是多个装置一个控制室或者是全厂的装置都直接分配到同一个控制室之中进行控制，工作人员对其的控制基本上都可以在LCD屏幕或者CRT显示中进行控制。

石化装置对应的工艺过程相对来说较为复杂，若是在操作的过程中存在失误，那么容易造成火灾以及爆炸等一系列问题，因此相关人员针对安全性方面的问题始终也在不断优化和完善，若是在当前的生产过程中还是交由对应的DCS技术进行操作，那么已经无法达到对应的要求和标准，例如ESD系统就会在DCS系统之外单独进行运行。智能化和自动化控制仪表若是能够得到有效落实，不仅能够达到安全生产的要求，同时也能够推出一系列更加新型的系统，例如SIS系统，该系统也是将人性化以及安全性放在了第一位来开展对应的生产工作。

4 自动化系统的优化

4.1 DCS系统应用与优化

DCS系统是目前我国一种较为常见的集散控制系统，得到了广泛应用以及认可，在这样的背景之下，越来越多的行业开始使用此类系统来提高自身的生产质量以及技术水平。石油化工产业也广泛地使用了此类系统来提高自身的生产效率。但是在实际的应用过程中，部分企业以及单位所采取的使用方法存在一定的缺陷和问题，这也就导致了系统的性能无法得到最大程度的发挥，究其原因主要是因为其未能够将生产过程进行分散，从而采取了集中的方式来进行控制，而针对此类问题想要有效处理和解决就需要将当前石油化工生产的环节进行分散化控制，以此来有效提高生产质量和效率。在这样的一个过程中，工作人员应当注重分析以及掌握各项工作开展可能会面临的一系列问题，提前将其提出和分析，从而采取对应的手段来预防，通过这样的方式就能够从一定程度上实现了自动监控及管理，节省出更多的劳动力，促使生产效率进一步提升。除此之外，在化工进行生产的过程中也需要使用到各项设计内容，若是无法对此类设计过程中存在的问题进行处理和解决那么也无法切实提高生产效率，因此工作人员也应当及时地对此类设计中面临的问题进行收集和研究，以此来得到设备运行的实际状况，通过不断的研究以及探讨来采取一系列针对性的手段和措施进行优化和调整，以此来确保设备运行的效率。对于系统自身来说，若是能够采取对应的手段和措施来对其进行优化和调整，那么其自身也能够对装备的运行参数进行优化和控制，整体生产过程所花费的成本能够得到有效控制，从而在确保生产效率的基础之上还能够对生产过程进行优化和调整，以此来切实提高企业的经济效益。

4.2 自动化的实现

当前社会中的各项科学技术水平都在不断提升和进步之中，而在这样的背景之下石油化工生产过程中想要确保各个参数的准确性，掌握各项参数运行的现状以及对温度、流量以及压力等各项参数都进行准确的掌握和控制，就需要实现系统的自动化功能。自动化的实现对于行业来说是一种非常良好的发展趋势，因为其能够节省出更多的人力资源以及精力，同时系统自身的运行拥有绝对的准确性，相比较于以往人工的方式来说可以减少一系列误操以及失误的情况。而想要在当前的背景之下实现此类系统的自动化，就需要对当前开展各项工作过程中所面临的一系列问题进行分析和探讨，并且采取一定的算法技术来进行处理和解决，从而实现对仪表科学合理的控制。通过此类措施不仅能够有效地对一系列仪表维护成本进行控制和节约，同时也能够促进我国石油化工行业能够朝着智能化以及自动化的方向良好发展和进步。

4.3 未来发展趋势

当前社会发展的趋势以及潮流就是朝着信息化以及互联网的方向发展，因此大部分行业都将自身以往的技术与此类先进的计算机技术相互结合和应用，从而在提高工作效率的同时也推动了自身技术的发展。目前互联网的技术已经深入各个行业之中，对于我国非常重要的石油化工行业来说同样也是如此，其对石油化工仪表的自动化技术进行优化和完善，以此来确保在实际的运行过程中此类仪表设备能够更加有效的检测到系统的实际运行状态，从而在现有的基础之上来进行更为全面优化以及提升，促进整体行业以及技术水平能够朝着智能化的方向发展。随着DCS系统方式的创新，化工生产控制系统也将会变得越来越网络化以及智能化，相比较于以往所使用的控制系统，此类得到发展的控制系统不仅可以为后期系统安装以及维护提供相应的工作支持，同时也能够确保相关石油化工企业的经济效益得到提升和维护。但是此类技术在当前的环境中进行应用显然还是存在一定的缺陷和问题，为了防止受到其他一系列多元化因素的影响和限制，在未来的发展过程中应当进行创新，以此来确保技术应用效果有效发挥，从而最大化地发挥技术应用的效果和作用。