探討DCS化工廠一體化智能控制系統(tǒng)①

郝銳

摘 要:本文首先闡釋了智能控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其理論,再次重點分析了化工廠生產(chǎn)中的MCC系統(tǒng)智能化控制,最后就化工廠DCS系統(tǒng)運行中常見的故障及其應(yīng)對措施進行了分析,以此來探討DCS化工廠一體化智能控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞:智能控制系統(tǒng)DCS系統(tǒng)化工廠

中圖分類號:TP2 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(a)-0086-01

分散控制系統(tǒng)簡稱DCS系統(tǒng),被用于集中監(jiān)視操作與分散控制。在各個行業(yè)的大中型控制方案中也有廣泛應(yīng)用。化工廠的控制系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)多、點數(shù)多、穩(wěn)定性要求高和控制方案復(fù)雜等特點。而DCS系統(tǒng)組態(tài)方便,通用性強,有良好的擴展能力,因此DCS系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域。本文首先闡釋了智能控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其理論,再次重點分析了化工廠生產(chǎn)中的DCS系統(tǒng)智能化控制,最后就化工廠DCS系統(tǒng)運行中常見的故障及其應(yīng)對措施進行了分析,以此來探討DCS化工廠一體化智能控制系統(tǒng)。

1 智能控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其理論

在智能控制系統(tǒng)中,通常執(zhí)行級需要較為精確的模型,來實現(xiàn)對精度要求較高的控制任務(wù),其主要工作是完成所有信息進行檢測、處理及獲取,同時采用智能控制的方式對復(fù)雜的過程直接進行控制。核心的協(xié)調(diào)級主要用作協(xié)調(diào)執(zhí)行級之間的動作,并不要求準確的模型,但要求有學(xué)習(xí)能力,便于在控制環(huán)境中提高性能,同時更有效地接收上一級發(fā)出的語言符號及模糊指令。組織級把操作員發(fā)出的口令翻譯變成機器語言,規(guī)劃任務(wù)、組織決策,并直接指導(dǎo)底層操作。執(zhí)行級中的識別功能是監(jiān)督系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生的變化或是獲取不能確定的參數(shù)值。協(xié)調(diào)級的識別功能是分析執(zhí)行級傳送的測量數(shù)據(jù)加之組織傳送的指令產(chǎn)生適合的協(xié)調(diào)作用。組織級的識別功能是對定性的命令或其他輸入進行翻譯。此類分層梯階式結(jié)構(gòu)形式已被順利應(yīng)用在交通管理系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)和計算機的集成制造系統(tǒng)等。

2 和利時DCS控制系統(tǒng)在化工廠中應(yīng)用

2.1 對象

HPA(次磷酸)裝置中的主裝置所用原料是次磷酸鈉,其生產(chǎn)工藝由離子之間的交換法所生成的,具體流程是:濃縮次磷酸鈉的稀溶液、溶液的兩次調(diào)整、離子充分進行交換、蒸發(fā)濃縮稀成品等。

2.2 方案

和利時公司的DCS系統(tǒng)在關(guān)于實現(xiàn)化工廠綜合車間HPA裝置的生產(chǎn)過程控制上,有著更具備成品高質(zhì)量、高產(chǎn)量、污染少排放、能耗更低、原料損失更少、車間工藝自動化程度更高、管理更方便等特點。

該系統(tǒng)采用的是世界領(lǐng)先的ProfiBus-DP總線(現(xiàn)場總線技術(shù)),利用先進控制算法通過計算機對控制系統(tǒng)實施即時監(jiān)控,系統(tǒng)中集成了DMS、CRM、SCM、實時信息等系統(tǒng)的優(yōu)點,成功實現(xiàn)了企業(yè)資源管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和智能儀表設(shè)備,這三者之間無縫信息流的傳送,真正實現(xiàn)了化工廠的管控一體化和智能化,同時其強大的邏輯順序控制、反饋控制以及各種復(fù)雜運算功能也有利于促進化工廠實現(xiàn)更高效的自動控制和企業(yè)管理。根據(jù)工藝的要求,系統(tǒng)的HPA裝置中不僅實現(xiàn)了在線分析次磷酸鈉溶液的進料、補料、濃縮及溶液密度,還實現(xiàn)了兩次調(diào)整釜時在冷卻、升溫、保溫及出料上的自動化,板框壓濾機也能夠自動沖水和吹掃。

系統(tǒng)主要包括:2臺互控制站(互為冗余)、1臺工程師站、1臺操作員站、2臺交換機(互為冗余)、1臺報表打印機、1臺UPS不間斷電源。

2.3 功能及特點

此套系統(tǒng)具備分區(qū)和分級別的控制功能,為保證操作的安全性,工程師站及操作員站都設(shè)置了操作員權(quán)限,即只能實現(xiàn)操作員權(quán)限中的命令,例如啟停電機和各氣動閥門等。只有經(jīng)過專業(yè)人員輸入密碼后把權(quán)限設(shè)置更改成工程師權(quán)限之后才能實現(xiàn)系統(tǒng)的維護及相應(yīng)的操作。

系統(tǒng)中的所有工作站均實現(xiàn)了100M以太網(wǎng)通信,使得通信速度更快、距離覆蓋更遠、連接更方便、兼容行更好。

人機對話是本套系統(tǒng)中的另一亮點,操作站上可對操作進行監(jiān)視,軟件組態(tài)中不但有復(fù)雜的回路控制,還能綜合了顯示、監(jiān)測以及過程控制中的各幅畫面,包含5幅工藝流程圖,2幅總貌畫面,10幅組控制畫面,及單回路的調(diào)整、趨勢、報警等畫面,還具批報表和備班報表的功能。

3 DCS化工廠一體化智能控制系統(tǒng)運行中的常見故障

在日常運行中,化工廠的DCS系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障,特別是監(jiān)控無效或使系統(tǒng)失控的故障,而化工廠生產(chǎn)具有連續(xù)性,有些化工燃料具備有毒易爆易燃的特性,嚴重威脅生產(chǎn)安全,因此了解DCS系統(tǒng)運行中常見故障很有必要。

3.1 各種供電系統(tǒng)的故障

容易發(fā)生故障的供電系統(tǒng)包括為端子排、控制單元、散熱風扇以及卡件提供電源的直接回路,以及為UPS提供電源的220V供電器。這類故障不同于其他只影響某個或者幾個單元的故障,而往往會使整個系統(tǒng)斷電而無法工作,所以也是最為嚴重的。

3.2 操作員站、卡件、控制器等硬件故障

此類故障會導(dǎo)致某些控制監(jiān)視功能喪失,更甚者導(dǎo)致聯(lián)鎖觸發(fā),造成整個系統(tǒng)停止,危害性極大。也有可能卡件故障不是因為整個卡件徹底失效,而只是卡件中某一通道的故障,甚至?xí)饠?shù)值紊亂,導(dǎo)致系統(tǒng)誤判。

3.3 軟件故障

此類故障通常發(fā)生在新修改或者下次組態(tài),或是在新系統(tǒng)剛投運不久。當然,也有發(fā)生在運行較長時間的系統(tǒng)中。軟件故障會引起一些操作員站或工程師站失效,但通常并不會造成控制站失靈。發(fā)生此類故障的原因可能是DCS系統(tǒng)的故障,或是組態(tài)錯誤,或者操作系統(tǒng)的故障。

3.4 通訊故障此類故障包括交換機故障、電纜故障和通訊卡件故障

如果通訊系統(tǒng)有光纖參與,則還有收發(fā)器故障和光纖故障等。最容易判別的是通訊故障,由于大多數(shù)是冗余配置,因此不會導(dǎo)致太大的危害。而閥門、儀表等執(zhí)行器或信號源的信號通路中故障則不太常見。閥門和儀表可以看成是DCS系統(tǒng)里的手和眼睛。其信號通路包含電纜及兩端線鼻子和其有效連接。

4 DCS化工廠一體化智能控制系統(tǒng)的故障應(yīng)對措施

為了最大限度減少各類故障發(fā)生,在日常的巡檢維護中要做到如下幾點。

(1)加強日常巡檢,重點關(guān)注系統(tǒng)中各類報警信息和溫度監(jiān)控器。巡檢中應(yīng)注意檢查220V配電柜和開關(guān)狀態(tài),查看供電的電壓電流;在轉(zhuǎn)成應(yīng)急電之前或?qū)?yīng)急電轉(zhuǎn)出之后轉(zhuǎn)換開關(guān)的狀態(tài);UPS電壓、溫度、負載、及報警信息等。

(2)更換電源適配器、線路、開關(guān)時要計算好容量,在更換網(wǎng)卡、卡件和現(xiàn)場儀表安裝以及做接頭時更要注意施工質(zhì)量,防止發(fā)生電源線路燒斷,線頭掉落、毛刺短路及空開越級跳閘等故障。同時嚴格監(jiān)控材料質(zhì)量,不得有粗放型維 修及馬虎了事的思想,不用非正規(guī)廠家生產(chǎn)、非全新的劣質(zhì)材料。

(3)將UPS系統(tǒng)進行串聯(lián)或并聯(lián)熱備份。并聯(lián)熱備份用于新建成的UPS系統(tǒng)中,即用2臺UPS做并聯(lián)供電,即使一臺發(fā)生故障,剩下一臺可以自動供電來避免失電。串聯(lián)熱備份用于非新建成的UPS系統(tǒng)中,即第二臺UPS輸出接工作在第一臺UPS旁路。

5 結(jié)語

近年來微電子技術(shù)發(fā)展迅速,大規(guī)模集成電路的制造工藝也日趨成熟,我們有理由相信,DCS化工廠一體化智能控制系統(tǒng)也將被更廣泛的應(yīng)用,使工廠成本更低,生產(chǎn)更安全,產(chǎn)品質(zhì)量進一步提高,最終增加整個產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益及社會效益。