探讨DCS在化工生产控制中的应用
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摘要：本文首先分析了DCS控制系统的优越性，针对DCS在化工生产控制中的应用进行详细探讨。
关键词：化工生产；dcs控制系统；优越性；应用
中图分类号：TH165文献标识码： A
引言
随着化工企业生产规模的逐步扩大，化工生产所配置的生产装置规模得到了大幅度的提升，而信息技术的发展及其在多领域的应用使得化工生产自动化越来越普及，依托计算机相关技术配合使用多种网络技术、通信技术以及控制技术和显示技术等多种综合性技术而发展起来的分布式控制系统（DCS），在化工生产控制中得到了广泛的应用。该控制系统可以有效提高企业的生产效率，能够为企业的持续发展提供不竭动力，是现代化化工生产控制的核心手段之一。
一、DCS控制系统的优越性分析
1、灵活的人机交互功能
DCS系统可以将多监测点的多监测数据全部集中在一起，并且呈现在管理界面中，为方便相关工作人员的使用。DCS系统在应用流程图、趋势图等直观呈现方式时，所呈现出的监控状态具有非常独特的优势。此外，可以通过监控中心来完成关联设备和关联参数的关系分布以及参数的调整。在实际的运用中，操作人员为了对整个化工生产的过程进行控制，可以观察监控屏幕中各图表和参数的状态来进行控制，如果要调整某一参数或修改某一回路组态，只需要进行远程操作就可以完成，真正实现对化工生产的集中控制与管理[1]。
2、安全性能高
DCS控制系统在安全控制方面，也是采用分散控制结构，对于非常重要的生产流程和生产内容，DCS控制系统采用了多冗余设置，将安全故障的影响范围以及安全故障的影响时间控制在最低限度范围内。DCS控制系统还存在恢复功能和自我诊断，对于能力范围内的故障处理，DCS控制系统可以通过调整控制回路，重新启动等操作恢复到正常工作状态。
3、强大的控制功能
DCS控制系统可以实现多种控制内容和方式，都是通过借助计算机硬件和专业数据处理与控制电路系统等硬件设备，不管是单回路控制还是多变量优化控制，以及是常规PID运算还是其他复杂运算和补偿，只需要对DCS控制系统的相关参数或程序进行调节和选取即可完成。
4、扩展性灵活
采用模块化结构对DCS控制系统进行设计，其中每一模块都是相互独立，如果要对系统进行监控范围扩展或者功能的扩展，只需要按照规定的接口进行功能设计或模块设计。如果要改变系统的控制级别，只需要按照组态的方法将新的控制回路添加到DCS控制系统中。从以上的分析可以看得出，DCS控制系统具有非常高的扩展灵活性，便于化工生产企业按照资金状况、生产进度等分批次完善DCS控制系统[2]。
1、反应器反应温度的控制
图1反应器控制系统
反应器控制是工艺的关键过程，其生产控制水平对产品质量和生产安全有着直接的联系和影响。压力的控制和工艺参数温度在很大的程度上决定了产品的质量。根据相关生产实践证明分析，控制反应温度平稳是过程控制的一个重点。在运行的过程中，如果不及时有效地移去反应热，则由于反应器内部的正反馈，将使反应温度不断上升，导致会出现无法控制的地步。图1中反应器进料系统物料A、B、C流量控制的平稳与否，对反应温度控制有着直接影响。因此配套使用椭圆齿轮流量计、质量流量计、流量定值控制仪，自动控制3种反应物料进入反应器的流量，使其投料误差＜1%。通过保证稳定的物料配比，从而保证反应温度的相对稳定。针对工艺的特点，该反应过程从控制角度分为升温升压阶段、过渡阶段、恒温恒压阶段，其中，对控制精度要求较高的阶段是恒温恒压阶段，因为此阶段是整个反应过程控制的重点。为了减少由于温场不同引起的测量误差，测温单元采用精度等级为A级的WZPK铠装双芯铂电阻，其具有灵敏、精确、质量稳定、热响应时间快、使用寿命长等优点。双芯铂电阻其中一芯是Pt100电阻信号，另一芯是通过智能温度变送器，并根据不同的工艺要求，输出代表不同温度范围的4~20mA信号。Pt100信号用于控制蒸汽的调节阀，4~20mA信号用于控制循环水的调节阀。
对于该项目中所用反应器，由于热效应强，容量大，导致传热效果不太理想，以往采用一般的单回路控制或内温-夹套温度的串级控制难于满足工艺要求，因此采用DCS进行程序控制，从而克服反应器反应滞后特性，提高对其反应温度的控制精度。升温时，DCS自动执行“反应温度(蒸汽)程控投入”程序，按设计程序以设定的速率升温，如升温过快或过慢，自动执行“反应温度(蒸汽)程控切除”程序，在手动状态下调节蒸汽调节阀阀位开度，使升温进入正常。恒温恒压时同此原理。DCS具体温度控制过程为：
1.1 当T2＜a时，同时打开蒸汽调节阀V1、V2，采用一般的单回路PID控制；
1.2 当a≤T2＜b时，自动执行DCS程控1，自动切换蒸汽调节阀V1，切除蒸汽调节阀V2；
1.3 当b≤T1＜c时，自动执行DCS程控2，采用温度与压力串级控制系统；
1.4 当c≤T1＜d时，自动执行DCS程控3，自动切除蒸汽调节阀V1、V2，启动循环水调节阀V3。其中：a、b、c、d为反应器不同阶段反应温度。采用该DCS控制系统后，可实现全过程的自动控制，合理调节夹套蒸汽和蛇管循环水的流量，可使温度稳定在设定值±0.5℃范围之内。温度变化符合理想的工艺曲线，这样可以有效提高产品的质量，达到稳定、优质、可靠和节能降耗的目的，从而提高生产效率，增加企业的经济效益[3]。
2、联锁控制
联锁控制是通过计算机的逻辑运算自动对现场设备进行保护的手段。即当联锁条件满足时，自动采取调节阀自动打开或关闭、电磁阀动作、电动设备的自动动作等一系列的动作，系统全部由计算机软件组态完成，具有较强的准确性、可靠性和关联性，带有事故记忆和逻辑判断、智能化功能，它能取代操作人员要进行的大量操作和紧急事故处理，避免了误停车及停车时的扩大化和停车的扰乱与失误。该项目共有27套联锁控制，主要是液位联锁、流量联锁和密度联锁，其中液位联锁电动机的控制是根据自动控制原理来设置的，当液位低于设定下限时，由DCS发出启动信号，控制开关触点闭合，电动机启动投入运行，当液位高于设定上限时，由DCS发出停止信号，控制开关触点断合，电动机停止运行；手动控制，可以通过DCS直接发出启动停止信号，也可通过安装在现场操作柱上的旋转开关，人工操作控制电动机的起停。
3、液位串级控制
图2液位串级控制系统
T1205塔的液位稳定是通过控制塔底出料量来实现的，而T1205塔的出料量正好是萃取工段T1407塔的进料量。因此在保证前塔液位稳定时，后塔进料量不可能稳定；反之，如果保证了后塔进料量的稳定，就会造成前塔的液位不稳定。为了保证前塔液位和后塔进料量的稳定而采用串级均匀控制系统，即将液位控制器的输出作为流量控制器的给定值，用流量控制的输出来操作执行器。由于在这个系统中加入了副回路，可以及时克服由于塔内或排出端压力改变所引起的流量变化，使系统的稳定性有了极大的提高，有效的解决了由于系统波动过大带来的不必要的损失，而且更好地节约了人力资源。
结束语
综上所述，DCS控制系统是一种广泛应用于化工生产的控制系统，该系统可以通过适当的网络体系结构将分散的被监测设备进行统一集中管理，极大的促进了新世纪工业生产的生产效率和产量，保证了安全生产，是促进工业强有力的系统。
参考文献：
[1]李凤霞,,阮晓飞.DCS在化工生产控制中的应用[J].化学推进剂与高分子材料,2009（04）:61-63.
[2]叶宛丽.化工生产操作控制中DCS的应用[J].电子测试,2013(10):86-87.
[3]刘永文.PLC、DCS及FCS在化工生产过程中的应用[J].可编程控制器与工厂自动化,2006(03):136-138.