石丹丹 朱富軍 鄭亞州

（江蘇斯?fàn)柊钍邢薰?江蘇連云港 222000）

1 DCS控制系統(tǒng)簡(jiǎn)述

化工裝置連續(xù)化生產(chǎn)過(guò)程中，DCS控制系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，通過(guò)DCS控制系統(tǒng)主要控制化工裝置的四大參數(shù)：溫度、壓力、流量、液位，從而實(shí)現(xiàn)裝置自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)。

DCS控制系統(tǒng)相當(dāng)于大腦，對(duì)眼睛看到的情況（即現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)，如溫度升高）做出反應(yīng)（即發(fā)出指令，如降低加熱蒸汽流量），現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行設(shè)備接受到指令做出相應(yīng)的動(dòng)作（如降低加熱蒸汽流量，保證溫度在一定范圍內(nèi)）。

2 DCS控制回路分類

2.1 單回路控制

目標(biāo)：控制塔釜溫度穩(wěn)定。

方案1：

優(yōu)點(diǎn)：將所有對(duì)溫度的干擾都概括在控制回路內(nèi)。

缺點(diǎn)：蒸汽壓力波動(dòng)較大時(shí)，由于溫度對(duì)象滯后較大，控制質(zhì)量不理想。

圖1 方案1：控制塔釜溫度恒定

方案2：

優(yōu)點(diǎn)：能及時(shí)克服蒸汽壓力的干擾對(duì)溫度的影響。

缺點(diǎn)：不能克服進(jìn)料流量、物料溫度等其他因素對(duì)溫度的影響。

圖2 方案2：控制蒸汽流量恒定

2.2 串級(jí)調(diào)節(jié)控制回路

為了克服干擾，使操作參數(shù)穩(wěn)定，生產(chǎn)過(guò)程中使用了大量的串級(jí)回路進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，串級(jí)調(diào)節(jié)回路（例如：急冷吸收塔底部液位控制回路）示意圖如圖3。

圖4

2.3 切換控制回路（選擇控制）

根據(jù)裝置處于不同的狀況例如開(kāi)車(chē)、正常生產(chǎn)等，有一些參數(shù)要求有不同的控制方案，這些控制方案由不同的控制回路組成，例如急冷吸收塔可以由塔底冷卻器循環(huán)水的流量來(lái)控制返塔溫度或塔頂溫度，DCS操作人員可以根據(jù)生產(chǎn)工況的不同進(jìn)行切換控制回路。

2.4 分程控制

就是由一只調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)控制兩只或更多的調(diào)節(jié)閥，每只調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)的某段范圍中工作。例如蒸汽系統(tǒng)的進(jìn)汽和放空就是采用分程控制：蒸汽壓力低時(shí)，進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥打開(kāi)向系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)蒸汽，隨著壓力逐漸升高，進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)閉，完全關(guān)閉后，壓力仍然較高，此時(shí)放空閥打開(kāi)對(duì)蒸汽進(jìn)行放空來(lái)降低系統(tǒng)管網(wǎng)壓力。

圖3 串級(jí)調(diào)節(jié)回路示意圖

2.5 順序控制

順序控制就是針對(duì)順序控制系統(tǒng)，按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，在生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地有秩序地進(jìn)行操作。如果一個(gè)控制系統(tǒng)可以分解成幾個(gè)獨(dú)立的控制動(dòng)作，且這些動(dòng)作必須嚴(yán)格按照一定的先后次序執(zhí)行才能保證生產(chǎn)過(guò)程的正常運(yùn)行。冰晶級(jí)丙烯酸生產(chǎn)中采用為順序控制系統(tǒng)，按照工藝預(yù)先規(guī)定順序進(jìn)行自動(dòng)生產(chǎn)：丙烯酸進(jìn)料→降低溫度，丙烯酸結(jié)晶→發(fā)汗→自動(dòng)啟動(dòng)輸送泵，移除未結(jié)晶及發(fā)汗液→升高溫度，丙烯酸全部融化→打開(kāi)閥門(mén)，將提純后的冰晶級(jí)丙烯酸放入儲(chǔ)罐。一批次順序控制完成后自動(dòng)轉(zhuǎn)入下一批次順序控制。

2.6 DCS操作控制技巧

（1）多關(guān)注流量，在幾種參數(shù)中一般流量波動(dòng)影響較及時(shí)；注意總量，多條管線進(jìn)料或外送時(shí)計(jì)算總量保證物料平衡；觀察流量波動(dòng)，小幅波動(dòng)屬于正常，如數(shù)值長(zhǎng)時(shí)間不波動(dòng)則可能是儀表故障。

（2）流量大幅波動(dòng)，自動(dòng)串級(jí)可能調(diào)節(jié)不及時(shí)，此時(shí)需手動(dòng)調(diào)節(jié)。

（3）調(diào)節(jié)流量時(shí)注意閥門(mén)開(kāi)度，不應(yīng)使閥門(mén)開(kāi)幅過(guò)大，盡量以流量的1～3%緩慢多次調(diào)節(jié)。

（4）溫度調(diào)節(jié)器滯后性較大，一般為20min左右，根據(jù)滯后性及時(shí)調(diào)整。

（5）PID控制參數(shù)根據(jù)控制不同參數(shù)以及不同工況進(jìn)行相對(duì)應(yīng)調(diào)整。

（6）調(diào)節(jié)復(fù)雜控制時(shí)要參考主回路趨勢(shì)，調(diào)整一次后要有足夠時(shí)間等待反饋再進(jìn)行下一次調(diào)節(jié)。

3 DCS控制系統(tǒng)異常失靈及處置措施

3.1 原則、目的及要求

（1）制定DCS控制系統(tǒng)異常失靈應(yīng)急處理措施的目的：為及時(shí)、有效、迅速地處理DCS控制系統(tǒng)異常、失靈事件，避免因DCS控制系統(tǒng)異常失靈，導(dǎo)致化工生產(chǎn)裝置機(jī)泵跳閘或可能造成重大的事故，必須制定DCS控制系統(tǒng)異常失靈應(yīng)急處理措施。

（2）制定DCS控制系統(tǒng)異常失靈應(yīng)急處理措施的原則：按照“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的方針，堅(jiān)持預(yù)防與治理相結(jié)合的原則，以危急事件的預(yù)測(cè)、預(yù)防為基礎(chǔ)，以對(duì)危急事件過(guò)程處理的快捷、準(zhǔn)確為核心，以全力保證人身、設(shè)備安全為目標(biāo)，以建立危急事件的長(zhǎng)效管理的應(yīng)急處理機(jī)制為根本，提高快速反應(yīng)和應(yīng)急處理能力，將危急事件造成的損失和影響降低到最低程度。

（3）應(yīng)急處理措施重點(diǎn)在于：DCS控制系統(tǒng)藍(lán)屏、死機(jī)、異常失靈后的處理措施。

（4）異常應(yīng)急處理要求：

應(yīng)急人員應(yīng)服從統(tǒng)一指揮，在保證自身安全的前提下進(jìn)行對(duì)應(yīng)急處理。

對(duì)由于DCS故障造成事故和災(zāi)害要及時(shí)報(bào)警，減少事故造成的損失。

對(duì)由于DCS故障造成物料泄露，在處理化學(xué)物質(zhì)泄漏事故時(shí)，尤其在進(jìn)入有毒有害場(chǎng)所作業(yè)前，必須采取可行的防備措施、同時(shí)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況佩戴相應(yīng)的防護(hù)用具。

3.2 應(yīng)急處理措施

3.2.1 DCS服務(wù)器故障應(yīng)急處理

當(dāng)運(yùn)行正常的系統(tǒng)主服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，備用服務(wù)器將切換為主服務(wù)器進(jìn)行工作，操作站操作及顯示不受影響。

當(dāng)備用服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，主服務(wù)器正常工作。操作站操作及顯示不受影響。

當(dāng)主備服務(wù)器同時(shí)發(fā)生故障時(shí)，服務(wù)器不能繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，操作站無(wú)法從服務(wù)器讀取歷史數(shù)據(jù)。相應(yīng)的操作站（C站）無(wú)法讀取歷史數(shù)據(jù)及不能調(diào)用系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)。操作站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)由控制器直接讀取，操作站實(shí)時(shí)操作不受影響。

外圍成套設(shè)備數(shù)據(jù)通訊經(jīng)TERMINAL SERVER傳到DCS系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，因此，服務(wù)器故障時(shí)相應(yīng)成套設(shè)備通訊點(diǎn)將無(wú)法顯示，如電氣通訊機(jī)泵電流值、運(yùn)行狀態(tài)等均無(wú)法正常顯示。出現(xiàn)這種故障時(shí)內(nèi)外操作人員應(yīng)沉著應(yīng)對(duì)，這僅為上位層面故障，不會(huì)對(duì)下位操作造成影響，可通過(guò)工藝過(guò)程參數(shù)判斷機(jī)泵狀態(tài)，或現(xiàn)場(chǎng)外操進(jìn)行實(shí)際確認(rèn)。

重要的第三方設(shè)備均已經(jīng)在設(shè)計(jì)階段采用DIGI_ONE的方式與下位直接進(jìn)行通訊，不受服務(wù)器的影響。特別重要的信號(hào)均通過(guò)硬線實(shí)現(xiàn)。

3.2.2 DCS系統(tǒng)操作站故障應(yīng)急處理

當(dāng)一臺(tái)操作站C站故障時(shí)，不影響其他C站使用，其他操作站C站可以正常控制，讀取歷史數(shù)據(jù)歷史趨勢(shì)等。

C站的故障不會(huì)影響F站及服務(wù)器的正常運(yùn)行。

各裝置機(jī)柜間至控制室光纖網(wǎng)絡(luò)采用一天一地兩種路由敷設(shè)，當(dāng)兩路光纖全部中斷時(shí)，中央控制室內(nèi)C站無(wú)法操作；出現(xiàn)這種故障可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間內(nèi)C站釋放授權(quán)的方式進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控及操作。

3.2.3 DCS系統(tǒng)控制器故障應(yīng)急處理

當(dāng)一對(duì)冗余配置的控制器其中一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)自動(dòng)切換為主控制器運(yùn)行，對(duì)工藝的操作不產(chǎn)生影響。

當(dāng)一對(duì)冗余控制器同時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)，這對(duì)控制器將不能正常工作，與其相連接的C系列I/O卡件上對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)將不會(huì)被采集及傳送，即該控制器所控制的所有I/O號(hào)將不再受控制。DCS輸出均保持安全閥位。

DCS系統(tǒng)設(shè)置控制器防火墻，采用區(qū)域于以太網(wǎng)絡(luò)的軟件及硬件方案避免以太網(wǎng)絡(luò)對(duì)下位控制器的運(yùn)行影響。

3.2.4 DCS系統(tǒng)FTE網(wǎng)絡(luò)故障應(yīng)急處理

每臺(tái)操作站、服務(wù)器均通過(guò)一個(gè)A網(wǎng)、一個(gè)B網(wǎng)接入FTE網(wǎng)的交換機(jī)上，其中一條網(wǎng)線中斷，另一個(gè)可正常工作。兩條均中斷，該操作站離線，不影響其他操作站使用。

當(dāng)A/B網(wǎng)均處于中斷狀態(tài)（由于網(wǎng)絡(luò)阻塞或物理?yè)p傷），內(nèi)操將無(wú)法進(jìn)行監(jiān)控及操作，出現(xiàn)這樣故障班長(zhǎng)及外操及時(shí)去現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)裝置狀況，手動(dòng)將聚合系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)停止運(yùn)行。

3.2.5 總結(jié)

當(dāng)DCS系統(tǒng)電氣通訊機(jī)泵電流值、運(yùn)行狀態(tài)等無(wú)法正常顯示。出現(xiàn)這種故障時(shí)內(nèi)外操作人員應(yīng)沉著應(yīng)對(duì)，這僅為上位層面故障，不會(huì)對(duì)下位操作造成影響，外操及時(shí)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)機(jī)泵運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)通知DCS控制系統(tǒng)維護(hù)人員進(jìn)行查找原因及維修。

DCS操作站無(wú)法調(diào)取歷史趨勢(shì)時(shí)，此時(shí)不會(huì)影響其他正常操作，嚴(yán)禁私自斷電或者重啟系統(tǒng)。

DCS系統(tǒng)出現(xiàn)故障，電腦不能進(jìn)行操作，應(yīng)立即聯(lián)系DCS控制系統(tǒng)維護(hù)人員。嚴(yán)禁私自斷電或者重啟系統(tǒng)。

如出現(xiàn)DCS系統(tǒng)全部癱瘓、藍(lán)屏或者死機(jī)現(xiàn)象，內(nèi)操無(wú)法進(jìn)行監(jiān)控和操作，及時(shí)對(duì)裝置進(jìn)行停工處理，防止裝置不能正常監(jiān)控造成事故發(fā)生。并及時(shí)聯(lián)系儀表系統(tǒng)班組進(jìn)行維修處理。

DCS操作站電腦嚴(yán)禁私自插入U(xiǎn)盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)等外置設(shè)備，嚴(yán)禁用DCS操作站電腦進(jìn)行手機(jī)充電。

4 結(jié)束語(yǔ)

化工生產(chǎn)裝置為易燃易爆場(chǎng)所，危險(xiǎn)性大，就要求DCS控制系統(tǒng)有高可靠性，對(duì)化工生產(chǎn)操作、工藝進(jìn)行有效管理。在DCS控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障及異常失靈時(shí)，操作人員要冷靜處理，積極應(yīng)對(duì)，確保裝置不發(fā)生安全事故。