化工業(yè)DCS的運(yùn)用研究范文
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1前言
計(jì)算機(jī)用于工業(yè)控制是近年來發(fā)展非常廣泛，非常活躍的領(lǐng)域之一。最初是采用小型機(jī)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行控制，或者對(duì)模擬系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。由于當(dāng)時(shí)小型機(jī)系統(tǒng)價(jià)格昂貴，所以多采用集中控制。目前在各煉油石化企業(yè)普遍采用dcs進(jìn)行先進(jìn)的工業(yè)控制。現(xiàn)在，當(dāng)你走進(jìn)一個(gè)自動(dòng)化的生產(chǎn)車間，將會(huì)看到許多常規(guī)的控制儀表和調(diào)節(jié)器已經(jīng)為計(jì)算機(jī)所取代，計(jì)算機(jī)正在不斷地監(jiān)視整個(gè)生產(chǎn)過程，對(duì)生產(chǎn)中的各種參數(shù)，如溫度，壓力、流量、液位，轉(zhuǎn)速和成分等進(jìn)行采樣，迅速進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，打印和顯示生產(chǎn)工藝過程的統(tǒng)計(jì)數(shù)字和參數(shù)，并發(fā)出各種控制命令，它具有邦助操作人員選擇最優(yōu)工藝和最佳操作參數(shù);實(shí)現(xiàn)用傳統(tǒng)方法難以完成的控制規(guī)律，降低原料和能源的消耗，減少成本;提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量等控制特點(diǎn)。
2發(fā)展史
回顧化工工業(yè)生產(chǎn)過程控制的歷史，從基地式調(diào)節(jié)器開始，經(jīng)歷了氣動(dòng)，電動(dòng)單無組合儀表到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，直至今日的分散控制系統(tǒng)DCS，DCS也已走過了十多年的里程，而今無疑已成為控制儀表的方向并得以迅速發(fā)展。早期的控制，以現(xiàn)場(chǎng)或泵房?jī)?nèi)的手動(dòng)操作為中心，操作員邊看溫度、壓力表、邊隨時(shí)手操調(diào)節(jié)閥的開度，以達(dá)到控制的目的，到40一50年代，引入了控制室集中操作的概念，以氣動(dòng)液動(dòng)和電動(dòng)模擬儀表為工具，把操作人員從嚴(yán)酷的現(xiàn)場(chǎng)操作中解放出來，為滿足復(fù)雜工業(yè)過程對(duì)控制的要求，采用了多回路系統(tǒng)，應(yīng)該說這類控制系統(tǒng)解決了當(dāng)時(shí)大約80%以上的工業(yè)控制問題，這期間，雖然操作人員在控制室內(nèi)獲得的信息增加了，但是這些信息是有限的，且是崗位分散，根本無法對(duì)整體生產(chǎn)裝置進(jìn)行信息處理和優(yōu)化控制，工藝參數(shù)、管理信息還是要靠值班人員每天跑現(xiàn)場(chǎng)、打電話來獲得，工作量大、上報(bào)數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確及時(shí)，因而對(duì)預(yù)防和處理事故缺乏可靠的依據(jù)，其控制功能和規(guī)模都十分有限。60年代以后，隨著生產(chǎn)過程大型化和復(fù)雜化，誕生了機(jī)集中監(jiān)視和控制系統(tǒng)。集中控制方便了監(jiān)視、操作和管理，同時(shí)也使得危險(xiǎn)性高度集中，系統(tǒng)一旦故障，對(duì)裝置造成的影響及危險(xiǎn)性都是非常大的。1975年11月，隨著計(jì)算機(jī)(偽mputer)通訊(Communieation)控制(Control)和(CRT)顯示技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，美國霍尼韋爾(Honeywell)公司首次向全世界推出了DCS集散控制系統(tǒng)TDC一2000，DCS(玖3tributedControlSystem)系統(tǒng)，中文譯作“集散型”或“分布式”控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用“管理集中，控制分散”的設(shè)計(jì)方法，所謂分散是指功能，危險(xiǎn)和地域的分散。從第l套DCS系統(tǒng)誕生至今，DCS系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷了4個(gè)發(fā)展階段。1975一1980年為初創(chuàng)階段，系統(tǒng)軟硬件技術(shù)還不成熟;1981一1987年為第二階段;1987一1993年為第三階段，系統(tǒng)性能及可靠性提高。1994年至今為第四階段，軟硬件更先進(jìn)，特別是軟件上采用通用操作系統(tǒng)。圖1為控制儀表發(fā)展過程。
3DCS對(duì)生產(chǎn)過程控制DCS系統(tǒng)把徽型計(jì)算機(jī)，工業(yè)控制機(jī)，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，顯示操作裝里，過程通過和模擬儀表有機(jī)的結(jié)合起來，采用組合積木式構(gòu)成不同規(guī)模的控制管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工程大系統(tǒng)的不同水平的綜合控制和管控一體化。采統(tǒng)采用中央計(jì)算機(jī)指揮若千臺(tái)面向控制的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控計(jì)算機(jī)和智能控制單元，這些現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控計(jì)算機(jī)智能控制單元可直接對(duì)被控裝里進(jìn)行測(cè)控，負(fù)責(zé)對(duì)過程進(jìn)行監(jiān)控并向中央計(jì)算機(jī)報(bào)告過程情況，中央計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)全局的綜合控制、管理、調(diào)度，計(jì)劃及執(zhí)行情況報(bào)告等任務(wù)。DCS系統(tǒng)在發(fā)展過程中采用了各種高新技術(shù)，諸如高速，高質(zhì)量的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，光纖通信技術(shù)，磁泡存儲(chǔ)器，分布式數(shù)據(jù)庫在線珍斷和容錯(cuò)技術(shù)等。DCS系統(tǒng)主要由軟件和硬件構(gòu)成，如圖2、圖3所示。操作站用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示、打印報(bào)表;控制站用于2/0接口，控制過程;監(jiān)控站的主要功能是把過程送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過簡(jiǎn)單的健盤操作就可在CRT畫面上顯示各工段的生產(chǎn)流程模擬圖和管網(wǎng)圖，
3.1各工段生產(chǎn)模擬流程圖監(jiān)視實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，操作處理和調(diào)整工段的各個(gè)量、參數(shù)。彩色棒圖動(dòng)態(tài)模擬，不同物料用不同顏色表示，物料流向用箭頭表示，使各個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)一目了然，非常直觀。
3.2歷史趨勢(shì)曲線為便于操作管理，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際安裝情況和生產(chǎn)工藝流程，按比例畫成圖形，并在主要洲控點(diǎn)處顯示瞬時(shí)采集數(shù)據(jù)。隨時(shí)對(duì)各部位進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，側(cè)t值如溫度、壓力、流t、液位等實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示.閥位開度以百分比表示，液位用為監(jiān)控生產(chǎn)，便于查找故障和優(yōu)化工藝條件，對(duì)重要的參數(shù)用歷史趨勢(shì)曲線表示。各個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)定時(shí)存盤，得到各重要參數(shù)的歷史變化曲線，調(diào)取任意參數(shù)顯示塊，畫面即顯示相應(yīng)參數(shù)的趨勢(shì)圖，這些參數(shù)曲線便于研究和分析工藝過程的狀況，使操作者根據(jù)該曲線很容易者出生產(chǎn)工況如何，以采取相應(yīng)措施。
3.3控制回路操作界面各控制回路采用軟件控制算法，其操作界面完全與常規(guī)調(diào)節(jié)器控制相同，手動(dòng)、自動(dòng)操作在畫面上直接進(jìn)行，遇到緊急情況，可利用手動(dòng)操作在畫面上直接快速調(diào)節(jié)閥門開度。
3.4智能閃光報(bào)替將出現(xiàn)故障的設(shè)備工位，超過上、下限值的參數(shù)立即同步顯示在CRT畫面上，令操作者引起注意，將其消滅在萌芽狀態(tài)。
3.5聯(lián)鎖保護(hù)為減輕人工操作強(qiáng)度，提高自動(dòng)化程度，由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)安全聯(lián)鎖保護(hù)功能。以避免引起重大事故。圖4為DCS通信網(wǎng)絡(luò)圖，該圖進(jìn)一步說明了D歸S的操作應(yīng)用，對(duì)生產(chǎn)中的各種參數(shù)，如握度、流扭、成分等進(jìn)行采樣，迅速進(jìn)行各類數(shù)據(jù)處理后.發(fā)出各種控制命令給調(diào)節(jié)閥、泵等設(shè)備。
3.6控制應(yīng)用軟化水流量由流量計(jì)FT一6051進(jìn)行測(cè)量并且由反作用調(diào)節(jié)器FC一6051進(jìn)行控制，該調(diào)節(jié)器操縱軟化水閥FCv一6051，苛性堿流t由FT一6055進(jìn)行測(cè)量，并且由反作用調(diào)節(jié)器FC一6055進(jìn)行控制，該調(diào)節(jié)器操縱苛性堿閥FCv一6055，苛性堿受流量比值控制，(如圖6)所示。下面舉一實(shí)例來簡(jiǎn)單說明其過程控制。(圖5)為貯雄Fl一2621利用DCS將濃堿稀釋的流程。工藝用的苛性堿從散裝庫送到稀釋苛性堿貯雄Fl一2621，濃苛性堿通過加進(jìn)軟化水進(jìn)行稀釋，軟化水首先由低壓噴射蒸氣加熱然后進(jìn)入輸水線到達(dá)FI一2621。苛性堿的流量受到比值控制，該控制由軟化水流量重新設(shè)定，苛性堿從50%濃度稀釋到5%的濃度。
4DCS的化工應(yīng)用及在我區(qū)現(xiàn)狀
80年代末，信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)石油化工生產(chǎn)提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)全廠的生產(chǎn)，管理的優(yōu)化，增加效益，適應(yīng)市場(chǎng)，提高企業(yè)生命力，是大型企業(yè)的迫切要求。因此，石油化工廠的控制系統(tǒng)已不僅僅是過程控制和生產(chǎn)單元的簡(jiǎn)單化，是從現(xiàn)場(chǎng)檢側(cè)儀表，過程控制到單元優(yōu)化控制，系統(tǒng)優(yōu)化控制，直至全廠的管理及優(yōu)化控制的信息管理控制系統(tǒng)。DCS作為一種集成了高新技術(shù)的先進(jìn)控制系統(tǒng)，已廣泛用于多種大型工廠，特別是自動(dòng)化程度要求較高的大型石油化工廠、發(fā)電廠等，我國從80年代逐漸開始引進(jìn)國外先進(jìn)的DCS系統(tǒng)，目前，大型的DCS系統(tǒng)大都由國外進(jìn)口，常見的有美國霍尼韋爾(枷nev鉀ell)的TDC-3000，F(xiàn)Oxbro的I/A•S，Bailev的N一90，ROSe-mount的Rs，westing卜[o理蛇的wDPF，日本橫河(YOKOGAWA)的CENTUM，PERM等。由于DCS技術(shù)發(fā)展很快，各廠家也不斷推出更加完善或適應(yīng)對(duì)象更廣泛的產(chǎn)品，國內(nèi)也有一些廠家開始生產(chǎn)DCS，主要是一些小系統(tǒng)。我區(qū)從90年代開始逐漸引進(jìn)國外先進(jìn)的DCS系統(tǒng)，主要是應(yīng)用在石化企業(yè)，如烏石化化纖廠、煉油廠、化肥廠和電廠，為新上裝置配套或改造控制系統(tǒng)先后引進(jìn)了日本橫河，美國粗尼韋爾公司的DCS系統(tǒng)，克拉瑪依煉油廠、獨(dú)山子石化等這些大企業(yè)的生產(chǎn)車間墓本上都采用了國內(nèi)外，DCS系統(tǒng)，采用這些DCS系統(tǒng)后，許多復(fù)雜的生產(chǎn)工藝都可以實(shí)施，促進(jìn)我區(qū)石油化工的發(fā)展，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
5結(jié)語
DCS的問世，迎來了DCS的時(shí)代，掌握DCS應(yīng)用技術(shù)人員，必然會(huì)成為既懂得儀表、控制、信息處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)等基本要素，又懂得過程集中系統(tǒng)的系統(tǒng)工程學(xué)工程師。總之，DCS系統(tǒng)是目前技術(shù)最先進(jìn)、最成熟的控制系統(tǒng)，它具有功能齊全、可靠性高、操作維護(hù)方便、使用擴(kuò)展靈活、兼容性好，具有良好的性能/價(jià)格比等許多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，DCS在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中正日益發(fā)揮巨大作用。