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1、 《化工儀表及自動(dòng)化》課程論文 題 目：DCS技術(shù)在化工自動(dòng)控制中的應(yīng)用 學(xué) 院：生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院 姓 名： 楊 國(guó) 濤 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 學(xué) 號(hào)： 292090137 任課教師： 秦 云 霞 訂稿日期： 2011年11月10日 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：本人所呈交的論文是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。論文中凡是引用他人已經(jīng)發(fā)表或未經(jīng)發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等均已明確注明出處。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的科研成果。 本聲明

2、的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 論文作者簽名：楊國(guó)濤 2011年11月10日 論文指導(dǎo)教師簽名： 目 錄 原創(chuàng)性聲明···········································1 目 錄···············································2 摘 要···············································3 關(guān)鍵詞···············································3 1.化

3、工行業(yè)基本現(xiàn)狀···································4 1.1 我國(guó)化工企業(yè)自動(dòng)控制水平現(xiàn)狀····················4 1.2 化工行業(yè)特點(diǎn)····································4 2.DCS的概念及特點(diǎn)···································5 2.1 DCS的概念······································5 2.2 DCS的特點(diǎn)······································5 3.DCS的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的

4、功能·························6 3.1 DCS的體系結(jié)構(gòu)··································6 3.2 DCS的體系結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)························6 3.3 系統(tǒng)的功能······································7 4.DCS在化工行業(yè)中的應(yīng)用和市場(chǎng)占有情況···············8 4.1 應(yīng)用水平········································8 4.2 市場(chǎng)占有情況···························

5、·········8 5. DCS技術(shù)在化工行業(yè)中的應(yīng)用情況····················8 5.1 煉油廠DCS 應(yīng)用情況·····························8 5.2 DCS 在乙烯裝置上的應(yīng)用情況······················9 5.3 聚氯乙烯（PVC）裝置中DCS的應(yīng)用情況·············9 6.DCS技術(shù)的發(fā)展展望·································9 6.1 新型DCS的特征·································10 6.2 新型DCS的突出優(yōu)點(diǎn)····

6、·························10 6.3 DCS技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵問(wèn)題·························10 參考文獻(xiàn)···········································12 致 謝···········································13 DCS技術(shù)在化工自動(dòng)控制中的應(yīng)用 楊國(guó)濤 （甘肅省天水師范學(xué)院 741001） 摘 要 最近十多年以來(lái)，自動(dòng)控制技術(shù)在我國(guó)石油化工行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，特別是在采用DCS 技術(shù)進(jìn)行過(guò)程控制方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我

7、國(guó)石化企業(yè)中已有200 多套DCS 投入使用。這些系統(tǒng)在提高企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平、保證安全穩(wěn)定生產(chǎn)、提高控制精度及節(jié)能降耗等方面發(fā)揮了重要作用。 關(guān)鍵詞 DCS；控制系統(tǒng)；石油；化工；塑料合成 Application of DCS in Chemical Autocontrol System Yang Guotao （Tianshui Normal University of Gansu Province，741001） Abstract In the past ten years, automatic control technology has been

8、widely used in the petrochemical industry of China, especially in the use of DCS for process control technology has made considerable progress. According to statistics, more than 200 sets of DCS have been put into use in China's petrochemical enterprises .These systems have played an important role

9、in improving production automation level ,ensuring safe and stable production, and improving control accuracy and energy consumption. Key words DCS；Control system；Oil；Chemical；Plastic synthesis DCS技術(shù)在化工自動(dòng)控制中的應(yīng)用 化學(xué)工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),具有資金密集、能源密集、技術(shù)密集的特點(diǎn)。同時(shí),化學(xué)工業(yè)工藝復(fù)雜、經(jīng)常處于高溫、高壓的惡劣工作環(huán)境中,原料多為易燃、

10、易爆、有毒物品， 可靠有效的控制與保護(hù)措施就是保證安全生產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要手段[1] 。 1.化工行業(yè)基本現(xiàn)狀 1.1 我國(guó)化工企業(yè)自動(dòng)控制水平現(xiàn)狀 當(dāng)前我國(guó)化工行業(yè)的自動(dòng)控制現(xiàn)狀總體較為落后,改革開(kāi)放后經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展,部分大型企業(yè)達(dá)到了20 世紀(jì)90 年代初國(guó)際水平,具體應(yīng)用狀況表現(xiàn)如下: （1）現(xiàn)場(chǎng)儀表應(yīng)用 常規(guī)儀表是化工自動(dòng)控制的重要檢測(cè)工具,通用性很強(qiáng),廣泛用于化工企業(yè)的流量、壓力、液位、溫度等工藝參數(shù)檢測(cè)和控制。分析儀表是檢測(cè)化工生產(chǎn)中化學(xué)成份不可缺少的工具,特別是隨著環(huán)境保護(hù)、提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)約能源的要求,分析儀表的作用越來(lái)越明顯。80年代以來(lái),在線工業(yè)流程分析儀表較

11、多地得到應(yīng)用,把成份信號(hào)引入調(diào)節(jié)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。石油化工生產(chǎn)中, 采用色譜儀分析裂解爐出口裂解氣、乙烯、丙烯等組份含量；其它化工廠中的聚氯乙烯、氯堿、農(nóng)藥生產(chǎn)中,分析器都被作為有效成份檢測(cè)工具；工業(yè)鍋爐、煤加熱器等設(shè)備的燃燒控制,精餾過(guò)程中的產(chǎn)品組份分析都用了不少分析器。目前化工系統(tǒng)所用的各種型號(hào)的分析器較多,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),化工企業(yè)所用的工業(yè)流程分析器達(dá)30 多種[2]。 （2）中央控制器配備 目前我國(guó)大部分化工企業(yè)裝備了基于PLC(可編程控制器) 系統(tǒng)或DCS(集散控制系統(tǒng)) 的自動(dòng)控制系統(tǒng)。其中，PLC用于程序控制、順序控制和連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程控制,具有使用方便、可靠性較高、維護(hù)費(fèi)用相對(duì)較

12、低的優(yōu)點(diǎn)。其主要特點(diǎn)是利用計(jì)算機(jī)的邏輯運(yùn)算代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器的邏輯運(yùn)算,但其缺點(diǎn)是模擬量功能相對(duì)較弱,在化工企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程大量的模擬量信號(hào)處理中必須依靠復(fù)雜的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。而DCS是在運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)上用計(jì)算機(jī)的模擬運(yùn)算代替原來(lái)的模擬運(yùn)算,在控制多個(gè)模擬量回路時(shí)很有優(yōu)勢(shì),并且DCS開(kāi)發(fā)的冗余功能被廣泛采用, 成為許多控制方式的借鑒點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是安裝和維護(hù)費(fèi)用較高, 邏輯運(yùn)算速度較慢, 傳輸距離有較大限制,最大的問(wèn)題是由于系統(tǒng)的不開(kāi)放性,不同廠家的產(chǎn)品不能互換,限制了用戶的選擇范圍。據(jù)2000年的不完全統(tǒng)計(jì),目前我國(guó)應(yīng)用PLC控制造氣生產(chǎn)的小化肥廠已達(dá)78.43%；應(yīng)用DCS控制生產(chǎn)的中型化肥廠已占6

13、5.38%,應(yīng)用PLC 的占28.1%。氯堿系統(tǒng)使用PLC 占17.97%,使用DCS 比例為23.03%[3]。 1.2 化工行業(yè)特點(diǎn) （1）資源依賴性強(qiáng)：化工行業(yè)所依賴的資源主要是礦產(chǎn)、水和石油。這三種資源在我國(guó)都非常缺乏,開(kāi)采和利用方式粗放、綜合利用水平低、浪費(fèi)嚴(yán)重,所以節(jié)約資源已成為首要解決的問(wèn)題。 （2）技術(shù)依賴性較強(qiáng)：準(zhǔn)確選擇化工發(fā)展領(lǐng)域和把握技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)化工企業(yè)而言至關(guān)重要,但目前我國(guó)化工企業(yè)的新產(chǎn)品、新技術(shù)嚴(yán)重不足,技術(shù)問(wèn)題是影響其發(fā)展的最大瓶頸。 （3）連續(xù)型大規(guī)模生產(chǎn)：化工企業(yè)采用的是典型的連續(xù)型大規(guī)模生產(chǎn)模式, 原料在產(chǎn)品成本中占有很大的比重, 車間自動(dòng)化

14、程度相對(duì)較高, 對(duì)反應(yīng)裝置、儀表、設(shè)備狀況要求很高, 在不進(jìn)行項(xiàng)目技術(shù)改造的前提下, 生產(chǎn)過(guò)程中節(jié)約能耗難有大的突破。由于生產(chǎn)的周期相對(duì)較長(zhǎng),產(chǎn)品的價(jià)格受原料價(jià)格波動(dòng)的影響較大。 （4）生產(chǎn)流程特殊化：化工行業(yè)通過(guò)能源、設(shè)備和其他資源來(lái)混合或分離、萃取、化合各種成分, 并引起化學(xué)反應(yīng),所以每個(gè)工序上都可能要求輸入某些新的成分或資源(原材料、催化、人工、機(jī)器設(shè)備、能源等),并生產(chǎn)多項(xiàng)產(chǎn)出物。 （5）設(shè)備專業(yè)化：化工行業(yè)存儲(chǔ)設(shè)備多為罐、箱、柜、桶等,且多數(shù)存儲(chǔ)的數(shù)量可以傳感器進(jìn)行計(jì)量。生產(chǎn)設(shè)備是一條固定的生產(chǎn)線, 維護(hù)特別重要,不能發(fā)生故障,一發(fā)生故障,就全線停產(chǎn),損失嚴(yán)重。當(dāng)供需變化時(shí),只能

15、靠調(diào)整工藝流程參數(shù)維持生產(chǎn),不能中斷。 2.DCS的概念及特點(diǎn) 2.1 DCS的概念 DCS是分布式控制系統(tǒng)（Distributed?Control?System）的英文縮寫，在國(guó)內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。DCS可以解釋為在模擬量回路控制較多的行業(yè)中廣泛使用的，盡量將控制所造成的危險(xiǎn)性分散,而將管理和顯示功能集中的一種自動(dòng)化高技術(shù)產(chǎn)品。DCS一般由五部份組成：控制器、I/O板、操作站、通訊網(wǎng)絡(luò)和圖形及遍程軟件。 2.2 DCS的特點(diǎn) DCS是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。DCS通常采用若干個(gè)控制器（過(guò)程站）對(duì)一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制，各控制器間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)

16、連接并可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。操作采用計(jì)算機(jī)操作站，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達(dá)操作指令。因此，DCS的主要特點(diǎn)歸結(jié)為一句話就是：分散控制集中管理。與其他控制系統(tǒng)相比，DCS主要有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）高可靠性。由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，因此某一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的故障不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)其他功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對(duì)需要實(shí)現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計(jì)算機(jī)，從而使系統(tǒng)中每臺(tái)計(jì)算機(jī)的可靠性也得到提高。 （2）開(kāi)放性。DCS采用開(kāi)放式，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)采用局域網(wǎng)方式通信，實(shí)現(xiàn)信息傳輸

17、，當(dāng)需要改變或擴(kuò)充系統(tǒng)功能時(shí)，可將新增計(jì)算機(jī)方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計(jì)算機(jī)的工作。 3.DCS的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的功能 3.1 DCS的體系結(jié)構(gòu) 基本的DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由運(yùn)行員操作站、過(guò)程控制站、工程師工作站和數(shù)據(jù)采集站四部分組成[4]，其體系結(jié)構(gòu)圖如圖所示。 DCS的體系結(jié)構(gòu)示意圖 3.2 DCS的體系結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn) （1）信息集成化 主要包括：DCS系統(tǒng)各站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交換；系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)注重實(shí)時(shí)性、可靠性和數(shù)據(jù)通信能力；網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議對(duì)系統(tǒng)性能有重要影響；DCS的網(wǎng)絡(luò)通信不僅要注意數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，還要注重考慮信息的表達(dá)方式。 （2）控制功能

18、的分散化 具體地說(shuō)，從儀表的角度看，DCS具備了傳統(tǒng)儀表不具備的通信功能；從計(jì)算機(jī)的角度看，DCS將系統(tǒng)功能分散到不同設(shè)備中完成，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與協(xié)調(diào)；DCS的檢測(cè)、計(jì)算與控制在現(xiàn)場(chǎng)控制站完成，人機(jī)界面由操作站實(shí)現(xiàn)；DCS系統(tǒng)有多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)控制站、操作站，分別對(duì)各自控制對(duì)象實(shí)施控制與監(jiān)視。 3.3 系統(tǒng)的功能 （1）運(yùn)行員操作站：運(yùn)行員操作站主要完成人機(jī)界面的功能。現(xiàn)在普遍用PC 機(jī)加專用網(wǎng)卡和專用監(jiān)控軟件組成。運(yùn)行員操作站是操作人員進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視、操作的主要設(shè)備,運(yùn)行員操作站提供良好的人機(jī)交互界面,用以實(shí)現(xiàn)集中顯示、集中操作和集中管理等功能。 （2）過(guò)程控制站：過(guò)程控制站是D

19、CS的核心，直接與生產(chǎn)過(guò)程相連接,對(duì)過(guò)程變量進(jìn)行檢測(cè)和處理,并產(chǎn)生控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的閉環(huán)控制。過(guò)程控制站的性能和可靠性是系統(tǒng)整體性能的重要保證，因此對(duì)它的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及安裝要求都很高。 過(guò)程控制站內(nèi)部分為邏輯部分和現(xiàn)場(chǎng)部分。邏輯部分主要由起數(shù)據(jù)處理、計(jì)算和存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)器等組成，現(xiàn)場(chǎng)部分主要由連接現(xiàn)場(chǎng)儀表的I/O接口電路構(gòu)成。邏輯部分和現(xiàn)場(chǎng)部分的連接一般使用內(nèi)部并行總線和串行總線。由于串行總線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易隔離、易擴(kuò)展、便于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)炔⑿锌偩€不具備的優(yōu)點(diǎn)，因此連接方式在向串行總線方向發(fā)展。 （3）工程師工作站：工程師工作站的主要作用是對(duì)DCS進(jìn)行應(yīng)用組

20、態(tài)。通過(guò)應(yīng)用組態(tài)，能夠?qū)CS上的各種資源進(jìn)行合理配置，使DCS成為一個(gè)符合實(shí)際要求的可運(yùn)行系統(tǒng)。 工程師工作站主要用于對(duì)DCS進(jìn)行離線的組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制與維護(hù),工程師能夠借助于組態(tài)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)生成、離線組態(tài)、并可在DCS運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控DCS網(wǎng)絡(luò)上各站的運(yùn)行情況。DCS在線運(yùn)行中，工程師工作站也可以對(duì)系統(tǒng)重新組態(tài)，根據(jù)需要改變系統(tǒng)的配置和定義。 （4）數(shù)據(jù)采集站：數(shù)據(jù)采集站是集散控制系統(tǒng)的中樞,作用是保證系統(tǒng)各部分之間有效的數(shù)據(jù)傳輸和信息共享，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總體功能。正是通過(guò)數(shù)據(jù)采集站實(shí)現(xiàn)了各部分的集成，分散控制才有意義。可認(rèn)為DCS的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。目前廣泛采用的

21、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是以太網(wǎng)技術(shù)。 有效的數(shù)據(jù)傳輸包含數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、完整性和一致性。實(shí)時(shí)性要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集、控制決策和控制信息的輸出應(yīng)該在確定的時(shí)間周期內(nèi)完成，這是控制系統(tǒng)的一個(gè)顯著標(biāo)志。完整性要求采集的信息和控制器輸出的控制信息是完整的，否則會(huì)降低控制效果。一致性是系統(tǒng)整體有序運(yùn)行的可靠保證。 （5）管理計(jì)算機(jī)：管理計(jì)算機(jī)主要功能是完成監(jiān)督控制層工作，負(fù)責(zé)對(duì)各現(xiàn)場(chǎng)控制站運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和控制，向更高層提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高層對(duì)生產(chǎn)管理。 綜上所述，DCS在過(guò)程控制中起直接控制、監(jiān)督控制和生產(chǎn)管理的作用[5]。 4.DCS在化工行業(yè)中的應(yīng)用和市場(chǎng)占有情況 DCS自1975年問(wèn)世以來(lái)，已歷經(jīng)幾代

22、發(fā)展。我國(guó)煉油化工系統(tǒng)于1981年首先應(yīng)用。由于DCS具有運(yùn)行安全可靠、使用方便、靈活、直觀等特點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平也在提高。 4.1 應(yīng)用水平 20世紀(jì)80年代中期，煉油化工系統(tǒng)所應(yīng)用的DCS基本上是替代常規(guī)模擬儀表的動(dòng)作，DCS的功能沒(méi)有充分發(fā)揮。20世紀(jì)80年代末，注重DCS功能的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，利用現(xiàn)代控制理論，探討先進(jìn)控制策略，實(shí)現(xiàn)多變量控制、優(yōu)化控制和工藝裝置聯(lián)鎖保護(hù)。例如高橋公司煉油廠1#常減壓裝置采用SPECTRUM系統(tǒng)與FOX-300上位機(jī)，除對(duì)全裝置實(shí)現(xiàn)常規(guī)控制外，還充分發(fā)揮了DCS信息采集功能、通信功能和運(yùn)算功能強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，并以此為依托，與浙江大學(xué)合作開(kāi)發(fā)常壓塔集成

23、優(yōu)化系統(tǒng)，利用人工智能方法構(gòu)造上級(jí)協(xié)調(diào)系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了常壓塔整體智能決策與優(yōu)化專家系統(tǒng)，技術(shù)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，并達(dá)到了國(guó)際水平。隨著分散型控制系統(tǒng)向智能化、開(kāi)放化發(fā)展,我國(guó)一些煉廠大面積地選用美國(guó)FOXBRO公司的開(kāi)放型I/A SDCS。如獨(dú)山子煉油廠己在延遲焦化、重整加氧、芳烴抽提、酮苯脫蠟、糖醛精制等裝置選用,并在DCS上完成了一些復(fù)雜軟件控制，如采樣控制、Smith預(yù)估計(jì)補(bǔ)償、氣壓機(jī)防喘振等。 4.2 市場(chǎng)占有情況 我國(guó)煉油化工系統(tǒng)所用的DCS引進(jìn)的較多，有美國(guó)、日本、德國(guó)、英國(guó)、意大利、澳大利亞等國(guó)家14個(gè)公司的不同型號(hào)的產(chǎn)品，約占總套數(shù)的73.77%，其中日本橫河公司和美國(guó)霍尼韋爾公

24、司為最多，分別占23.42%和17.81%。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，大型化肥廠、大型乙烯廠100%采用DCS控制生產(chǎn)，中型化肥廠有65.38%廠已用DCS 控制生產(chǎn)。我國(guó)除了在大型進(jìn)口設(shè)備成套引進(jìn)中引入國(guó)外的DCS和石化等行業(yè)改造設(shè)計(jì)中采用國(guó)外DCS以外，經(jīng)過(guò)20多年的努力，國(guó)內(nèi)已有多家生產(chǎn)DCS的廠家，其中和利時(shí)、浙江中控、上海新華三家已具有相當(dāng)規(guī)模。目前，三家公司積極努力，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)成功地將自主系統(tǒng)應(yīng)用于各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，正在逐步取得用戶的認(rèn)可。可以說(shuō)，三家公司最大的貢獻(xiàn)是把國(guó)外的DCS價(jià)格降到了原來(lái)40％以下，為DCS 在國(guó)內(nèi)工業(yè)企業(yè)的普及應(yīng)用，特別是在中小型企業(yè)中的應(yīng)用做出了貢獻(xiàn)。 5.DCS技術(shù)在

25、化工行業(yè)中的應(yīng)用情況 5.1 煉油廠DCS 應(yīng)用情況 自從1983 年高橋石化公司煉油廠引進(jìn)SPECTRUM系統(tǒng)用于常減壓裝置過(guò)程控制以來(lái)， 我國(guó)煉油行業(yè)相繼有20多家企業(yè)用DCS進(jìn)行自控改造。高橋石化公司煉油廠與浙江大學(xué)合作，以DCS、單回路調(diào)節(jié)器和FOX-300、IBM-S/I上位機(jī)，在不同的裝置上建立數(shù)學(xué)模型，開(kāi)發(fā)專家系統(tǒng)，實(shí)施局域優(yōu)化控制，取得了314萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。 大型加熱爐燃燒控制是節(jié)能顯著的控制系統(tǒng)，各DCS應(yīng)用企業(yè)都開(kāi)發(fā)了應(yīng)用軟件。有的根據(jù)煙道氯氧含量進(jìn)行燃燒熱效率計(jì)算和顯示，再根據(jù)氧含量和算出的熱效率去控制入爐空氣量，保持低殘氧燃燒，以達(dá)到節(jié)能的目的。我國(guó)應(yīng)用DCS

26、的煉油廠，除在常減壓裝置采用DCS 控制外，在催化裂化、催化重整、加氫精制、油品調(diào)合等方面均開(kāi)發(fā)了節(jié)能顯著的復(fù)雜控制系統(tǒng)。 5.2 DCS 在乙烯裝置上的應(yīng)用情況 典型的石化工藝是以石油為原料，通過(guò)初餾、裂解、分離、聚合等工藝過(guò)程生產(chǎn)各類石油化工產(chǎn)品，如聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯、合成橡校、乙二醇、丙烯腈、聚脂等。我國(guó)建成投產(chǎn)的20多個(gè)乙烯廠均為典型的石油化工工藝。自從1983年燕山石化公司前進(jìn)化工廠乙烯裂解裝置采用CENTUM-A 系統(tǒng)進(jìn)行自控改造至今，已有14 家企業(yè)76套DCS用于生產(chǎn)過(guò)程控制，可見(jiàn)DCS 在石化企業(yè)中推廣應(yīng)用之快、應(yīng)用數(shù)量之多為各行業(yè)之首。從石化企業(yè)十年DCS 應(yīng)用情況

27、來(lái)看，一般分為兩步實(shí)施:第一步使用DCS 改善常規(guī)調(diào)節(jié)控制品質(zhì)，滿足生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行，為高層次應(yīng)用開(kāi)發(fā)打下基礎(chǔ)。第二步通過(guò)現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，機(jī)理模型的研究，開(kāi)發(fā)優(yōu)化操作應(yīng)用軟件、專家系統(tǒng)等，采用先進(jìn)控制策略，實(shí)施計(jì)算機(jī)二級(jí)優(yōu)化控制。目前石化企業(yè)DCS 應(yīng)用多數(shù)仍處于前者。 5.3 聚氯乙烯（PVC）裝置中DCS的應(yīng)用情況 我國(guó)PVC 生產(chǎn)中既有國(guó)產(chǎn)裝置，也有引進(jìn)裝置，全國(guó)有60多個(gè)生產(chǎn)廠。有乙炔與氯化氫反應(yīng)生產(chǎn)法和乙烯氧氯化法兩種流程。PVC聚合屬間歇生產(chǎn)過(guò)程，主要是原料配比、加料、升溫、聚合、出料邏輯順序控制、聚合釜溫度壓力控制和后處理分離、精制控制。 在PVC生產(chǎn)過(guò)程中

28、，順序控制占有很大比重，有近百個(gè)切斷閥，幾十個(gè)泵、馬達(dá)、開(kāi)關(guān)按照不同的生產(chǎn)要求和時(shí)間順序啟動(dòng)關(guān)閉。DCS控制單元同時(shí)具有反饋模擬控制的順序控制。PVC 生產(chǎn)可以根據(jù)市場(chǎng)需求，調(diào)整配方生產(chǎn)多品種多型號(hào)的產(chǎn)品。因配方改變控制方案隨之改變。裝置的生產(chǎn)靈活性也是間歇過(guò)程特有的要求。DCS豐富的計(jì)算功能、邏輯功能和通訊能力，為PVC多品種生產(chǎn)提供了便利。 PVC聚合溫度按照嚴(yán)格的溫度曲線實(shí)行控制，DCS邏輯功能和反饋控制的巧妙結(jié)合，將聚合溫度偏差控制在0.02℃～0.06℃范圍內(nèi)，同時(shí)方便了操作，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。隨著DCS在PVC生產(chǎn)中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，一些優(yōu)化控制軟件也應(yīng)運(yùn)而生。 6.DCS技術(shù)的發(fā)

29、展展望 從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，隨著微電子學(xué)的發(fā)展，導(dǎo)致含有微處理器的智能變送器、控制器和DCS的普遍應(yīng)用。這些智能化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以直接完成許多控制功能， 這也正是智能化儀表的顯著特點(diǎn)之一。因此，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與基于微處理器的控制室自動(dòng)化設(shè)備間待傳輸?shù)男畔⒘考眲≡黾?。為此，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制系統(tǒng)之間，迫切需要一種全數(shù)字化的、雙向、多變量的通信規(guī)程，來(lái)代替正在流行著的單變量、單向模擬傳輸方式。各個(gè)廠家為此都進(jìn)行了大量的工作，它們各自采用了不同的手段、不同的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果導(dǎo)致了智能化工業(yè)控制儀表的不兼容。鑒于這種情況，國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)從1985年即開(kāi)始著手制訂國(guó)際性的智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制室自動(dòng)化設(shè)備之

30、間的通信標(biāo)準(zhǔn)，并命名為現(xiàn)場(chǎng)總線[6]。 從DCS現(xiàn)在的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，DCS今后將朝著開(kāi)發(fā)新型DCS（第4代DCS）的方向進(jìn)行。 6.1新型DCS的特征 集散控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從初創(chuàng)期、成熟期、擴(kuò)展期到信息化、集成化期發(fā)展。在發(fā)展歷程中廠家注重對(duì)DCS的兩個(gè)重要部分現(xiàn)場(chǎng)控制站和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，現(xiàn)場(chǎng)控制站的功能逐漸完善應(yīng)用逐漸成熟實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化；系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)從最初封閉的高速數(shù)據(jù)總線發(fā)展到采用了先進(jìn)的以太網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了由控制功能為主到綜合信息管理平臺(tái)的轉(zhuǎn)變，DCS提供了從現(xiàn)場(chǎng)到設(shè)備、從設(shè)備到車間，從車間到工廠，從工廠到企業(yè)集團(tuán)整個(gè)信息通道。系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，功能集成和產(chǎn)品集

31、成能力顯著提高，實(shí)現(xiàn)了控制網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的集成，當(dāng)今DCS廠商更注重系統(tǒng)集成性和方案能力[7]?？梢?jiàn)，信息化和集成化是新型DCS最顯著的兩個(gè)特征。 6.2 新型DCS的突出優(yōu)點(diǎn) 新型DCS的突出優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)功能的分散化和開(kāi)放性。DCS采用了FCS（即現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了控制功能的模塊化和單元化、控制單元現(xiàn)場(chǎng)化，減低了成本，提高了性能。DCS的開(kāi)放性體現(xiàn)在三個(gè)層次上均實(shí)現(xiàn)了與第三方產(chǎn)品的互操作性。 6.3 DCS技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵問(wèn)題 隨著工業(yè)控制領(lǐng)域中各種新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，新的控制方案和思想給DCS的發(fā)展提供了更多的機(jī)遇，所以DCS技術(shù)要緊跟時(shí)代潮流，不斷采用最新的技術(shù)和思想來(lái)充實(shí)、

32、完善自己，不斷擴(kuò)大自己的應(yīng)用范圍，就能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。DCS發(fā)展的關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)總線、以太網(wǎng)的融合[8]。 其中，現(xiàn)場(chǎng)總線是目前流行的底層控制網(wǎng)絡(luò)，其顯著的特點(diǎn)是數(shù)字化、開(kāi)放性、分散性、互操作性與互換性。其不足是現(xiàn)場(chǎng)總線的多樣性及難以統(tǒng)一，給現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化和用戶的選擇帶來(lái)了極大的困難，制約著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在復(fù)雜過(guò)程控制中的應(yīng)用。以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的廣泛性和技術(shù)的先進(jìn)性，已逐漸壟斷了商用計(jì)算機(jī)的通訊領(lǐng)域和過(guò)程控制領(lǐng)域中上層的信息管理與通信，并且有進(jìn)一步直接應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的趨勢(shì)[9]。與目前的現(xiàn)場(chǎng)總線相比，以太網(wǎng)技術(shù)具有應(yīng)用廣泛、成本低廉、通信速率高及可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ蟮葍?yōu)點(diǎn)，但以太網(wǎng)通信相

33、應(yīng)的“不確定性”是它在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中應(yīng)用的致命弱點(diǎn)和主要障礙之一。 專業(yè)化的應(yīng)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)是融合的重要保證。需要針對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題提煉出關(guān)鍵點(diǎn)，找到切合點(diǎn)，得到解決問(wèn)題的方法和途徑，最終實(shí)現(xiàn)突破，推動(dòng)DCS技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。隨著自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)及DCS集成技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的信息綜合、優(yōu)化調(diào)度、生產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)管理的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacture System, CIMS）是DCS發(fā)展的目標(biāo)[10]。 參考文獻(xiàn) [1]

34、王維德.化工自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)——先進(jìn)控制技術(shù)的應(yīng)用[J].化工裝備技術(shù),2003,24(4):51-54. [2] 鄭名登.我國(guó)化工自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀和水平[J].化工自動(dòng)化及儀表,1998,25(3):1-7. [3] 姜超.FCS 控制系統(tǒng)在化工自動(dòng)控制中的應(yīng)用. 貴州化工，2005.2,30(1):37-38. [4] 王建華.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2009. [5] 白云飛.DCS技術(shù)及其發(fā)展展望.機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2006.6(3)：202. [6] R.G.杰奎沃特.現(xiàn)代數(shù)字控制系統(tǒng)[M].冶金出版社,1983. [7] 馮冬芹,金建祥,褚健.工業(yè)以太網(wǎng)

35、關(guān)鍵技術(shù)初探[J].信息與控制,2003,32(3): 219-224. [8] 馮冬芹,金建祥,褚健.工業(yè)以太網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)初探[J].信息與控制,2003,32(3): 219-224. [9] 王建華.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2009. [10] 白云飛.DCS技術(shù)及其發(fā)展展望.機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2006.6(3)：203. 致 謝 經(jīng)過(guò)一個(gè)禮拜的忙碌，《化工儀表與自動(dòng)化》課程論文已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)還未畢業(yè)的本科生，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有老師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)和探索的同學(xué)們的支持，想要完成這份課程論文是難以想象的。 在這里首先要感謝我的學(xué)校，是她給我提供了這個(gè)學(xué)習(xí)和鍛煉的舞臺(tái)；其次要感謝我的老師，因?yàn)樗粌H給我傳授了許多以前我所不了解的知識(shí)，而且還教會(huì)了我如何對(duì)待科學(xué)研究成果的態(tài)度。同時(shí)，也感謝和我一起學(xué)習(xí)的各位同學(xué)，是他們殷切的支持和幫助為我順利完成這份課程論文提供了保障。 最后，我還要感謝我的父母，他們不但給了我生命，而且還為我進(jìn)一步塑造靈魂給予了默默的支持和關(guān)心！ 14