孫稀楠(常州市武進(jìn)區(qū)消防救援大隊(duì)，江蘇 常州 213000)

0 引言

近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，DCS控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了更新?lián)Q代，在包括化工企業(yè)在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了積極作用。在化工產(chǎn)業(yè)中，DCS系統(tǒng)的應(yīng)用可以減少化工企業(yè)成本、增加產(chǎn)品收益、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，化工企業(yè)通過采用DCS控制系統(tǒng)可以優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)備功能，實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)的智能化和便捷化。另外，在化工生產(chǎn)中，DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用，通過自動(dòng)化功能啟動(dòng)消防系統(tǒng)，能夠幫助化工企業(yè)更高效地做好消防應(yīng)急處理工作，提高化工企業(yè)消防安全和火災(zāi)事故撲救能力，快速控制火情，爭取消防救援時(shí)間，避免火災(zāi)事故擴(kuò)大，有力地保障了化工企業(yè)生產(chǎn)安全。

1 DCS控制系統(tǒng)概述

DCS，即集散控制系統(tǒng)，亦稱“分散控制系統(tǒng)”或“分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”，是一種功能十分強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)，它依據(jù)控制分散、操作和管理集中的基本設(shè)計(jì)理念，主要由控制體系、運(yùn)行體系、計(jì)劃體系、管理體系幾部分構(gòu)成，有著集中管理和分散控制的典型特征，具備監(jiān)督功能、參數(shù)調(diào)整功能、實(shí)時(shí)性功能和預(yù)警調(diào)整功能?？煽啃允荄CS系統(tǒng)得以高質(zhì)量發(fā)展和廣泛應(yīng)用的重要保障，提高DCS系統(tǒng)可靠性，應(yīng)采用可靠性更高的硬件設(shè)備和生產(chǎn)工藝，同時(shí)在軟件設(shè)計(jì)上采用冗余技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)、故障自診斷、自動(dòng)處理技術(shù)。DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣，可以廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場、工作車間以及生產(chǎn)設(shè)施和服務(wù)器等方面。

目前，DCS系統(tǒng)呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢：第一，系統(tǒng)功能向開放式方向發(fā)展，賦予用戶更大的系統(tǒng)集成自主權(quán)，系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)了高度兼容，達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成；第二，儀表技術(shù)向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，過程控制的功能實(shí)現(xiàn)了真正意義上的“全數(shù)字”、“全分散”控制，整個(gè)系統(tǒng)的安裝、使用和維護(hù)工作更加方便快捷；第三，工控軟件正向先進(jìn)控制方向發(fā)展。廣泛應(yīng)用各種先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)，確保DCS系統(tǒng)更加高效、直接，向標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和開放性方向發(fā)展。

1.1 可控網(wǎng)絡(luò)

可控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要分為三層，其中：上層是綜合信息處理并做出控制反應(yīng)；中層主要監(jiān)控化工生產(chǎn)和操作，并基于上層操作處理信息數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)控的目的；下層包括收集信息、調(diào)節(jié)閉環(huán)、執(zhí)行程序，主要用于控制生產(chǎn)對象、收集數(shù)據(jù)信息，下層所采集的數(shù)據(jù)信息將會(huì)及時(shí)報(bào)告到上層[1]。

1.2 通信結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)是DCS控制系統(tǒng)重要組成部分，主要包括系統(tǒng)內(nèi)部、過程控制和信息數(shù)據(jù)管理三個(gè)層面。其中，系統(tǒng)內(nèi)部，主要是指通信結(jié)構(gòu)整體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；過程控制可以控制調(diào)節(jié)生產(chǎn)系數(shù)，以保障生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)要求，也能夠?yàn)樵O(shè)施提供輔助，監(jiān)管生產(chǎn)設(shè)施和生產(chǎn)過程[2]；信息數(shù)據(jù)管理包括個(gè)人網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)，可以直接用于系統(tǒng)信息和參數(shù)運(yùn)行，同時(shí)也可以調(diào)度生產(chǎn)指令。在化工生產(chǎn)中應(yīng)用該系統(tǒng)不僅可以提高生產(chǎn)能力，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備故障。

1.3 反應(yīng)器

在DCS控制系統(tǒng)中，反應(yīng)器是關(guān)鍵的設(shè)施，應(yīng)用于化工生產(chǎn)中用來反映生產(chǎn)溫度、質(zhì)量和效果。溫度反應(yīng)對化工生產(chǎn)控制十分重要，反應(yīng)器可以收集生產(chǎn)溫度數(shù)據(jù)，但是會(huì)出現(xiàn)熱反應(yīng)現(xiàn)象。因此，在使用反應(yīng)器時(shí)需要使其處于低溫環(huán)境中，避免出現(xiàn)連鎖反應(yīng)。另外，反應(yīng)器的進(jìn)入端口有3個(gè)，進(jìn)入時(shí)其流速和流量也會(huì)影響反應(yīng)溫度。

2 DCS控制系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

在化工生產(chǎn)中應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)，極大地提高了化工生產(chǎn)的智能化水平，促進(jìn)了化工企業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，為國民經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)步作出了一定貢獻(xiàn)。該系統(tǒng)在化工企業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用表達(dá)如下。

2.1 平衡反應(yīng)器

反應(yīng)器是監(jiān)控化工生產(chǎn)過程的關(guān)鍵器件，在化工生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，甚至直接關(guān)系到化工生產(chǎn)安全和生產(chǎn)質(zhì)量。在產(chǎn)品生產(chǎn)的實(shí)際過程中要密切關(guān)注平衡反應(yīng)器的狀態(tài)，確保生產(chǎn)過程中的溫度保持相對平穩(wěn)。若是生產(chǎn)溫度超過警戒標(biāo)志卻無法及時(shí)做出應(yīng)對，甚至受內(nèi)部一些因素的影響，生產(chǎn)溫度不斷上升直至無法控制，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)陷入困境。目前，依據(jù)化工企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的具體實(shí)際可知，恒溫控制可以分為三個(gè)階段：1～2為恒溫分成溫度過渡，2～3為分層溫度自動(dòng)升壓，3～4為分成恒定溫度恒溫[3]。在實(shí)際的化工企業(yè)生產(chǎn)管理中，恒定溫度恒溫控制對于化工精確度控制要求比較高，這也是使用反應(yīng)器時(shí)應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)所在。而目前在使用高溫反應(yīng)器進(jìn)行測溫時(shí)，主要采用a和b級WWWZPK模式，該測溫形式既能有效減少因溫度電場變化而導(dǎo)致的測溫誤差，同時(shí)也能夠確保測溫更加穩(wěn)定、精確和靈敏。另外，在化工生產(chǎn)過程中，反應(yīng)器會(huì)影響傳熱效果，常規(guī)控制形式無法滿足要求，因此需要使用DCS控制系統(tǒng)提高控制的精確性。

2.2 聯(lián)鎖控制

化工生產(chǎn)中，DCS控制系統(tǒng)憑借聯(lián)鎖控制功能，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和運(yùn)算技術(shù)保護(hù)生產(chǎn)設(shè)備，這樣既能夠滿足連鎖條件，也能夠自動(dòng)開關(guān)調(diào)節(jié)閥。該系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)軟件組成，系統(tǒng)之間彼此關(guān)聯(lián)，穩(wěn)定性和精確性較好，具有記憶和自動(dòng)開關(guān)等多項(xiàng)功能，能夠取代人工操作，自動(dòng)處理問題，并較好地整合信息，降低因人為因素而導(dǎo)致的故障概率[4]。自動(dòng)控制連鎖功能包括27套自動(dòng)連鎖控制系統(tǒng)，主要涉及了設(shè)定、流量和液位三個(gè)要素，能夠通過調(diào)節(jié)連鎖控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化控制，即若設(shè)定液位低于流量下限時(shí)，DCS液位控制器會(huì)自動(dòng)發(fā)出警告并關(guān)閉液位調(diào)節(jié)制動(dòng)閥，若是液位高于流量上限時(shí)則系統(tǒng)會(huì)發(fā)出終端信號，使開關(guān)觸點(diǎn)斷合，此時(shí)設(shè)備會(huì)暫定運(yùn)行[5]。

2.3 穩(wěn)定液位

DCS利用塔底自動(dòng)控制系統(tǒng)使整個(gè)t1205液位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)定，而為保證t1205液位能夠穩(wěn)定出料，需要利用塔底t1407進(jìn)行控制。若是塔底無法保證t1205液位穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致后臺穩(wěn)定器量無法滿足需求量，進(jìn)而t1205液位無法保持穩(wěn)定[6]。因此，為穩(wěn)定控制液位流動(dòng)，在滿足額定進(jìn)料量的基礎(chǔ)上，需要在設(shè)備生產(chǎn)時(shí)采用串接均勻自動(dòng)控制液位法，即通過定值設(shè)置液位以控制流量。DCS過程控制管理系統(tǒng)在化工生產(chǎn)應(yīng)用之所以較為普遍，就是因?yàn)樵撓到y(tǒng)可以保證化工產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過程穩(wěn)定，應(yīng)急人員在實(shí)際用時(shí)只需要按照所制定的方案進(jìn)行操作即可。同時(shí)，應(yīng)急人員還可以利用該系統(tǒng)整合數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作并實(shí)時(shí)調(diào)整功率參數(shù)，確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。

2.4 緊急停車

化工生產(chǎn)過程中，DCS控制系統(tǒng)具備良好的緊急停車功能，能夠較好地保證化工生產(chǎn)安全。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于環(huán)境因素影響，應(yīng)急人員不可避免會(huì)遇到各種安全隱患，甚至可能引發(fā)嚴(yán)重事故，為避免人為因素導(dǎo)致的損失，應(yīng)引入DCS控制系統(tǒng)，并聯(lián)合緊急停車系統(tǒng)，一旦發(fā)生險(xiǎn)情可以做緊急制動(dòng)，以有效降低化工企業(yè)意外事故發(fā)生率，保證化工生產(chǎn)安全。

3 DCS控制系統(tǒng)在消防應(yīng)急系統(tǒng)中應(yīng)用

在化工企業(yè)消防應(yīng)急系統(tǒng)中應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)可以提高滅火撲救效率，幫助化工企業(yè)做好消防應(yīng)急管理工作。

3.1 控制程序

DCS控制程序是依據(jù)企業(yè)火災(zāi)爆炸事故狀態(tài)下的滅火撲救流程來編制的。該系統(tǒng)對企業(yè)消防系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，將所采集到的消防系統(tǒng)相關(guān)設(shè)施控制、回訊信號、系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行等參數(shù)統(tǒng)一傳輸至DCS系統(tǒng)中并運(yùn)行。具體的操作程序如下：若是某區(qū)域發(fā)生爆炸，人員發(fā)現(xiàn)應(yīng)立即上報(bào)火警并啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，消防應(yīng)急人員在確認(rèn)火情后及時(shí)開啟相關(guān)閥門，之后啟動(dòng)泡沫混合設(shè)施用于滅火，最后啟動(dòng)增壓水泵。上述消防設(shè)施開啟后立即通過監(jiān)控系統(tǒng)觀察現(xiàn)場情況，并對相關(guān)設(shè)施運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)異常需及時(shí)調(diào)整方案，確保消防系統(tǒng)順利運(yùn)行[7]。上述滅火流程是通過自動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)的一系列控制程序，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際操作方式，可以將消防系統(tǒng)程序控制的組態(tài)邏輯分為控制閥、泡沫泵和辦理泵三種。其中泡沫泵和噴淋泵適用于大部分場景，應(yīng)用比較靈活。在組態(tài)編程時(shí)既可以單獨(dú)執(zhí)行某一邏輯塊，也可以同時(shí)啟動(dòng)三個(gè)邏輯塊，要想終止控制程序邏輯需要手動(dòng)操作，但只能夠終止邏輯控制，無法自動(dòng)關(guān)閉機(jī)泵和卡巴門等設(shè)施，需要根據(jù)現(xiàn)場消防滅火強(qiáng)度來遠(yuǎn)程手工操作停止消防設(shè)施運(yùn)行，直到整個(gè)滅火操作完成[8]。

3.2 邏輯設(shè)定

根據(jù)化工企業(yè)現(xiàn)場消防設(shè)施設(shè)計(jì)布局，DCS組態(tài)編程的邏輯設(shè)定可以分為三類：在消防控制閥邏輯中，對閥門控制程序組態(tài)主要根據(jù)順序自動(dòng)開啟閥門信號進(jìn)行編程。在消防泡沫泵邏輯中，如果泡沫系統(tǒng)供水使用了穩(wěn)高壓供水，則邏輯編程時(shí)先要開啟泡沫液泵入口閥，在泵啟動(dòng)后20 s泵出口壓力低于0.65 MPa時(shí)將泡沫液入口閥自動(dòng)打開；若是泡沫系統(tǒng)供水使用了泡沫給水泵，則邏輯編程是先開啟泡沫給水泵5 s后在壓力達(dá)到0.65 MPa時(shí)將出口閥緩緩打開。之后在泡沫給水泵發(fā)生故障跳機(jī)時(shí)，將信息數(shù)據(jù)反饋到計(jì)算機(jī)端口并自動(dòng)關(guān)閉出口閥。最后，運(yùn)行泵啟動(dòng)30 s后的出口壓力低于0.65 MPa，但是又滿足了回訊開泵條件，則表示泵出現(xiàn)故障需要重新啟動(dòng)。在消防噴淋泵邏輯中，先要打開噴淋泵和出口閥，在壓力處于0.7～1.0 MPa時(shí)運(yùn)行正常，如果符合消防水管網(wǎng)壓力要求且能夠持續(xù)20 s則自動(dòng)啟動(dòng)噴淋泵，打開出口閥，之后同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)噴淋泵的情況下滿足要求壓力超過1 MPa 20 s后，將其中一個(gè)關(guān)閉并關(guān)閉出口閥。最后，同時(shí)啟動(dòng)三個(gè)噴淋泵的情況下，若是消防水系統(tǒng)管網(wǎng)壓力能夠超過1 MPa，則其中一個(gè)將自動(dòng)關(guān)閉。

3.3 程序操作

DCS程序控制在遠(yuǎn)程控制時(shí)可以實(shí)行一鍵式啟動(dòng)，這是消防應(yīng)急系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。應(yīng)急人員確認(rèn)火情后按下按鈕即可啟動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制程序，幾秒鐘之內(nèi)就可以操控消防滅火流程啟動(dòng)機(jī)泵和閥門。消防應(yīng)急系統(tǒng)采用了三級操作控制系統(tǒng)，操作簡單快捷，可以防止誤操作，也能夠保證消防應(yīng)急人員安全[9]。若是化工企業(yè)發(fā)生火災(zāi)爆炸等事故，發(fā)現(xiàn)者需立即啟動(dòng)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)并及時(shí)報(bào)火警，消防人員即可使用工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。在啟動(dòng)系統(tǒng)后若是消防設(shè)施在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障可以停用并自動(dòng)啟動(dòng)備用設(shè)施，應(yīng)急人員無需刻意調(diào)整。崗位位于控制室內(nèi)，應(yīng)急人員可以實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場消防滅火情況，無需就近啟動(dòng)消防設(shè)施，可以利用工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)掌握事故現(xiàn)場情況。應(yīng)急人員確認(rèn)火情后可以采用DCS一鍵式控制功能自動(dòng)開啟消防系統(tǒng)，有效處理應(yīng)急事件，整個(gè)過程只需要10～20 s即可完成，大大提高了滅火救援速度，避免滅火操作時(shí)出現(xiàn)混亂而導(dǎo)致的消防救援不及時(shí)。若是DCS控制系統(tǒng)失靈，可以在室內(nèi)通過輔助面板遠(yuǎn)程啟動(dòng)消防設(shè)施，實(shí)現(xiàn)快速滅火救援，真正做到消防系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制。

4 結(jié)語

隨著化工產(chǎn)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化水平持續(xù)提高，化工企業(yè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，智能化系統(tǒng)在化工安全生產(chǎn)經(jīng)營中發(fā)揮著重要作用，不僅提高了化工生產(chǎn)效率，也能夠有效應(yīng)對消防應(yīng)急工作。DCS控制系統(tǒng)作為一個(gè)具有柔性、高度自動(dòng)化的管控一體化綜合系統(tǒng)，目前在各行各業(yè)都獲得了極其廣泛的應(yīng)用，尤其是在化工生產(chǎn)和消防應(yīng)急處理中，應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)更有力地保障了化工生產(chǎn)安全穩(wěn)定，有效地降低了火災(zāi)爆炸事故發(fā)生率，提高了事故救援效率，維護(hù)了化工企業(yè)和廣大職工的生命財(cái)產(chǎn)安全。文章針對DCS控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了全面介紹，為化工企業(yè)更好地發(fā)揮該控制系統(tǒng)的優(yōu)勢提供了借鑒作用。