【摘要】闡述DCS控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，分析目前化工行業(yè)工程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀以及存在問(wèn)題和不足。結(jié)合中平能化集團(tuán)的PA66氮?dú)飧稍锵到y(tǒng)的工程實(shí)例，探討系統(tǒng)改進(jìn)方法，介紹改進(jìn)后的現(xiàn)場(chǎng)總線和遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。通過(guò)合理的DCS方案設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮DCS的優(yōu)越性，有效降低生產(chǎn)和施工成本，提高了控制系統(tǒng)的安全可靠性。中平能化集團(tuán)的PA66氮?dú)飧稍锵到y(tǒng)采用西門(mén)子DCS控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)干燥工藝設(shè)備控制和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，使用簡(jiǎn)易，干燥效果好，有效降低系統(tǒng)運(yùn)行人工費(fèi)和維護(hù)費(fèi)用。

【關(guān)鍵詞】DCS；遠(yuǎn)程I/O；PA66干燥；應(yīng)用

前言

DCS（Distributed Control System）控制系統(tǒng)是以PLC為基礎(chǔ)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)控、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將若干臺(tái)PLC分散應(yīng)用與過(guò)程控制，全部信息通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)由上位管理計(jì)算機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制，整個(gè)系統(tǒng)繼承了常規(guī)儀表分散控制和計(jì)算機(jī)集中控制的優(yōu)點(diǎn)。克服了常規(guī)儀表功能單一的缺點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面的集中，又實(shí)現(xiàn)了在功能、負(fù)荷和穩(wěn)定性三方面的分散[1]。DCS系統(tǒng)在PA66干燥系統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程控制中起著重要的作用。

PA66（聚酰胺66或尼龍66）切片廣泛用于機(jī)械制造、汽車(chē)工業(yè)、化學(xué)以及其它需要抗沖擊性和高強(qiáng)度要求的產(chǎn)品。如齒輪、泵體葉輪、高壓密封、電線包內(nèi)層等[1]。目前國(guó)內(nèi)的尼龍66行業(yè)受到汽車(chē)工業(yè)的需求帶動(dòng)，生產(chǎn)勢(shì)頭較好，為提高PA66的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)能力，降低成本，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性和安全性，很多化工企業(yè)對(duì)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度提出了更高的要求。

1、DCS的特點(diǎn)

DCS是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的不斷興起應(yīng)運(yùn)而生的綜合控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)功能方面，DCS和集中式控制系統(tǒng)區(qū)別不大，但在系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)方法上完全不同。首先DCS的骨架—系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，它是DCS的基礎(chǔ)和核心。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于整個(gè)DCS的實(shí)時(shí)性、可靠性和可擴(kuò)充性，起著決定性作用，而且DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的在線網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)功能。其次，這是一種完全對(duì)現(xiàn)場(chǎng)I/O處理并實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。一般一套DCS要設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站，用以分擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的I/O和控制功能。這樣既可以避免由于一個(gè)站點(diǎn)失效造成整個(gè)系統(tǒng)失效，提高了系統(tǒng)的可靠性，也可以使各個(gè)站點(diǎn)分擔(dān)數(shù)據(jù)采集和控制功能，有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[2]。

2、PA66干燥系統(tǒng)的工藝流程

中平能化集團(tuán)的PA66干燥系統(tǒng)采用氮?dú)飧稍锵到y(tǒng)。首先切片通過(guò)輸送系統(tǒng)送到濕料倉(cāng)，經(jīng)過(guò)氮?dú)獾闹脫Q系統(tǒng)，把倉(cāng)內(nèi)氧氣置換出去。然后通過(guò)一個(gè)回轉(zhuǎn)閥使切片落入干燥塔內(nèi)。干燥加熱系統(tǒng)通過(guò)除氧罐（內(nèi)部裝有催化劑），在催化劑的作用下把管道內(nèi)氧氣除去，然后經(jīng)過(guò)加熱器對(duì)PA66切片進(jìn)行溫度加熱（200-220℃）。通過(guò)5個(gè)小時(shí)左右的氮?dú)饧訜岢デ衅瑑?nèi)部的水分和增加粘度，加熱過(guò)的氮?dú)饨?jīng)過(guò)管道除塵器和除濕機(jī)，對(duì)氮?dú)膺M(jìn)行除水和除塵，然后進(jìn)行循環(huán)使用，既環(huán)保又節(jié)能。根據(jù)PA66的干燥工藝流程和廠方要求，中平能化集團(tuán)的PA66干燥系統(tǒng)采用了德國(guó)西門(mén)子全套的DCS控制系統(tǒng)，PLC采用西門(mén)子S7-300，組態(tài)軟件采用WINCC對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。該系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制站（I/O）、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、人機(jī)接口單元把控制任務(wù)分配到現(xiàn)場(chǎng)，便于分散控制，降低了事故發(fā)生對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。

3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該DCS硬件包括控制站硬件、操作站硬件和網(wǎng)絡(luò)硬件3部分?？刂茖?duì)象主要有干燥塔溫度、干燥加熱溫度、干燥加熱流量、料位探測(cè)儀、氧含量分析儀及調(diào)節(jié)閥等。監(jiān)控系統(tǒng)硬件由電源單元、CPU單元、輸入輸出單元、通訊單元、操作站單元和網(wǎng)絡(luò)部件構(gòu)成。

3.1控制站硬件

控制站硬件包括機(jī)柜、機(jī)籠及系統(tǒng)供電、主控制卡CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡和I/O卡件[3]。其中機(jī)籠分為電源機(jī)籠和卡件機(jī)籠。電源機(jī)籠可以配置4個(gè)電源模塊，卡件機(jī)籠主要放置各類卡件，一個(gè)卡件機(jī)籠有20個(gè)槽位，用來(lái)放置2塊主控制卡，兩塊數(shù)據(jù)儲(chǔ)存卡和16塊I/O卡件。機(jī)籠背面有4個(gè)SBUS-S2網(wǎng)絡(luò)接口、一組電源接線端子和16個(gè)I/O端子接口插座。

3.2操作站硬件

操作站硬件負(fù)責(zé)顯示控制站采集的信號(hào)點(diǎn)，并下達(dá)操作員的命令到控制站，同時(shí)對(duì)一些實(shí)時(shí)或歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，它是DCS中不可缺少的硬件組成部分。操作站的硬件是由工控機(jī)PC機(jī)（包括計(jì)算機(jī)主機(jī)、顯示器及鍵盤(pán)鼠標(biāo)等）、操作臺(tái)、打印機(jī)和操作員軟件狗等組成。

3.3網(wǎng)絡(luò)硬件

網(wǎng)絡(luò)硬件包括網(wǎng)卡、通訊線纜以及其它網(wǎng)絡(luò)輔助配件等，它負(fù)責(zé)控制站和操作站之間或操作站與操作站之間不同設(shè)備的信息傳輸，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展。

4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及組態(tài)監(jiān)控

為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定和設(shè)備安全運(yùn)行，干燥加熱系統(tǒng)的溫度必須控制在規(guī)定的范圍內(nèi)[4]。如果溫度超過(guò)允許的范圍，就會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)高而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。為了有效監(jiān)視該干燥氣體的溫度，并以直觀的方式顯示出來(lái)，同時(shí)給出報(bào)警指示信息，以指導(dǎo)生產(chǎn)操作人員進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟僮?，需要?duì)DCS的軟件和硬件進(jìn)行組態(tài)配置即組態(tài)設(shè)計(jì)。包括控制站、操作站等硬件設(shè)備在軟件中的配置，操作站的畫(huà)面設(shè)計(jì)，流程圖的繪制、控制方案的編寫(xiě)及報(bào)告制作等。操作人員操作臺(tái)的計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)和鍵盤(pán)，通過(guò)軟件對(duì)象列表中相關(guān)對(duì)象的調(diào)用即可對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)備儀表進(jìn)行查看、調(diào)節(jié)和控制。主要實(shí)現(xiàn)的操作功能有實(shí)時(shí)和歷史報(bào)警操作，控制設(shè)備畫(huà)面操作，實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)操作，報(bào)表畫(huà)面操作等。

5、結(jié)束語(yǔ)

DCS控制系統(tǒng)已經(jīng)在中平能化集團(tuán)PA66干燥系統(tǒng)生產(chǎn)線上得以成功應(yīng)用，該系統(tǒng)自投運(yùn)以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，各項(xiàng)功能如數(shù)據(jù)采集、模擬量控制、順序控制和連鎖以及人機(jī)操作界面等功能都得以實(shí)現(xiàn)，保證了生產(chǎn)線的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)，使得操作人員能夠方便快捷地控制各個(gè)參數(shù)，確保生產(chǎn)工藝流程的穩(wěn)定性，同時(shí)降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了系統(tǒng)的安全性及工作效率，得到了用戶的好評(píng)。

參考文獻(xiàn)

[1]高俊剛，李源勛.高分子材料.化學(xué)工業(yè)出版社出版社，2009.06.01.

[2]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社，2003.09.01.

[3]吳錫祺，何鎮(zhèn)湖.多級(jí)分布式控制與集散系統(tǒng)[M].中國(guó)計(jì)量出版社，2001.07.

[4]張則軍，陳永明，羅麟.淺析DCS溫度調(diào)節(jié)回路故障對(duì)生產(chǎn)影響的改進(jìn)思路[J].化工自動(dòng)化與儀表，2008，35（4）：84-86

作者簡(jiǎn)介

閆紅偉，男，1981年11月，河南許昌人，初級(jí)職稱，05年畢業(yè)于鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)工作于鄭州中遠(yuǎn)干燥技術(shù)有限公司。

孫偉光，男，1984年8月，河南開(kāi)封人，初級(jí)職稱，09年畢業(yè)于鄭州輕工業(yè)學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)，現(xiàn)工作于鄭州中遠(yuǎn)干燥技術(shù)有限公司。