DCS系统在石油化工中的应用

1、集散控制系统在石化工业中的应用摘要随着社会科学技术的发展，工业生产的自动化程度越来越高。作为工业自动化的驱动力之一，集散控制系统得到了广泛的应用。它是计算机技术、系统控制技术、网络通信技术和多媒体技术相结合的产物。它可以提供窗口友好的人机界面和强大的通信功能。它是一种现代化的过程控制和管理设备，具有广阔的应用前景。因此，集散控制系统在现代工业中变得越来越重要。本文主要论述了集散控制系统的发展，简要介绍了其组成，最后阐述了石化行业选择集散控制系统的建议。关键词：DCS控制系统；自动化；石化工业；模型选择第一章是集散控制系统的介绍和发展1.分布式控制系统的诞生20世纪70年代中期，大规模集成电路的

2、发展和8位微处理器的普及使自动化仪器行业发生了巨大变化。处于十字路口的集中计算机控制系统很快吸收了微处理器技术，诞生了微机分布式系统。美国霍尼韦尔公司于1975年首次发布了称为微处理器的 p全分布式控制系统。其特点是可完成8回路控制的基本控制器可以分散设置。几个阴极射线管和阴极射线管控制站通过DHW的数据总线连接起来，形成一个分布式计算机控制系统，每个节点都有计算机。同时，美国、日本、英国、法国、加拿大等国家也开发了相应的产品，并相继应用于模拟回路控制系统中。应用行业包括石油、化工、冶金、电力、轻工、建材和公用事业2.集散控制系统在石化工业中的应用20世纪70年代，以石油、原油和天然气为原料的

3、炼油和石化工业发展迅速。例如，在此期间，中国引进了一整套年产30万吨乙烯的设备，以及其他大型化肥、化纤、塑料合成橡胶等设备。因此，集散控制系统主要满足石化和其他过程工业的市场细分，这是市场需求。在这些行业中，温度、压力、流量和液位的检测和控制占了绝大多数，因此这些模拟量的数据采集和控制成为了DCS应该满足的首要功能，而DCS的前身(计算机集中控制系统)已经有了成熟的DDC(直接数字控制)技术；此外，在石化行业中，在塔、釜、罐等大型工艺设备的运行中，对风机、泵、各种阀门等各种机电设备的开关量的检测和控制是必不可少的，所以开关量的顺序控制也非常重要，这是集散控制系统应该满足的第二个功能；在石化工业

4、中，反应罐等设备间歇工作，即一批原料投入，反应后形成产品，输出后，第二批原料间歇投入。这种批量控制是石化行业许多产品生产装置的控制形式，需要开关和模拟量相结合来控制。现在它也被称为混合控制系统。当然，除了这三种控制功能外，还有人机界面友好、安全可靠、易于安装、易于使用、易于维护、易于扩展和升级等要求。此外，大型石化厂、中小型工厂需要对相应的分散控制系统产品进行细分，因此产生了大型分散控制系统和小型分散控制系统产品，各种分散控制系统制造商在应用性能方面也产生了细分市场，如一些制造商的分散控制系统产品对锅炉的控制能力更强，一些制造商的分散控制系统在海洋石油生产平台等方面取得了更多的成就。经过20多

5、年的努力，国内已有多家DCS制造商，其中和利时、浙江孔众和上海新华有相当的规模。国内外生产的700多套集散控制系统已用于国内石化行业，应用水平也很高，自动调试率达到90%以上。目前，它正朝着充分发挥集散控制系统功能，进行先进控制和优化的方向发展。第二章集散控制系统的组成1.集散控制系统的结构特点世界上有许多类型的集散控制系统，它们在功能、容量和特点上都有自己的特点，其结构特点主要包括以下五个部分。(1)人机界面。包括操作员界面和工程师界面。前者实现过程操作的监控和操作，并通过通信网络与现场控制站连接。后者实现控制功能的配置，并与现场控制站直接连接。(2)现场控制站。现场控制站是集散控制系统的核

6、心，实现现场过程信号的输入输出、数据采集、反馈控制和顺序控制。(3)通信网络。用于连接各种站点，以进行相互通信和数据交换。(4)通用计算机接口。用于集散控制系统和通用计算机之间的连接和通信，完成更高层次的控制和管理。(5)上位机。上位机主要实现高级优化管理。如优化控制、成本管理和控制等。自1975年问世以来，发展中国家经历了20多年的发展。在过去的20年里，虽然集散控制系统的体系结构没有发生重大变化，但通过不断的发展和改进，其功能和性能都有了很大的提高。总的来说，集散控制系统正朝着更加开放、标准化和产品化的方向发展。2.集散控制系统的三个重要组成部分其中，控制站、控制站和工程师站、数据通信和网

7、络在开发过程中起着重要的作用。(1)控制台在集散控制系统中，控制站延续了直接数字控制技术，是一台完整的计算机。在实际操作中，过程控制策略可以在不连接控制站和网络的情况下临时完成，从而保证生产设备的运行。就计算机系统结构而言，控制站是过程控制的专用计算机，大型集散控制系统控制站对中央处理器的要求很高，中央处理器必须是准16位、准32位或64位操作模式的专用处理器。第三代集散控制系统控制站采用多台中央处理器进行控制、通信、冗余切换等。作为一台完整的计算机，控制站的主要输入输出设备是现场输入输出处理设备，即处理输入输出，包括信号转换和信号调理、模数转换和数模转换。在第二代和第三代产品中，嵌入式技术相

8、继被采用，利用单片机完成量程调整、远程输入输出数据传输、小型化、降低PI/0卡硬件规格等功能。直到它与智能现场变送器连接或使用现场总线技术接收数字信号。控制站是整个集散控制系统的基础，其可靠性和安全性是最重要的。碰撞和控制失效的现象是不可接受的。此外，冗余、掉电保护、抗电磁干扰和防爆系统有效可靠，满足用户需求。(2)控制站和工程师站在集散控制系统形成的初始阶段，控制站中的所有工程师站都是集成的，即控制站具有操作员功能、工程师功能、通信功能和高级语言功能。工程功能包括系统配置、系统维护和系统功能。集散控制系统控制站是一台典型的计算机，具有丰富的外围设备和人机界面3。在人机界面方面，也就是流程图屏

9、幕、半图形模式和全图形模式作为目标图形模式，GVI图形用户界面作为平台，使用鼠标。此外，利用菜单、窗口和计算机辅助设计技术，在工程师站配置控制策略，制作流程图屏幕，人机界面友好。集散控制系统应是开放的，便于系统集成和操作。目前，大多数集散控制系统控制站和工程师站都采用了高级PC机或工业计算机、视窗nt(或视窗98以上)控制系统、客户/服务器(C/S)结构、DDC(动态数据交换)或OPC(过程控制对象链接嵌入)接口技术，可通过以太网接口与治理网络连接。为了实现其多种功能，控制站必须完成数据组织和存储两项任务，如一些与站号相关的数据。在控制站中，对于通过控制站的某个终端与现场仪表连接的站，应指定站

10、号(即特征号或标签号)和每个站的描述(可使用汉字)，使其与过程对象一致，以保证过程操作人员的操作，站号在整个系统中可以通用。其他包括系统配置、操作标记、趋势记录、历史数据管道的一般画面配置、过程单元或区域配置等。所有这些都被组织成文件，最终形成一个数据库，存储在硬盘的相应区域，使数据独立和共享，并确保数据的实时性、完整性和安全性。(3)数据通信和网络在石油化工行业中，集散控制系统已广泛应用于生产车间的多机通信系统中，控制站、控制站和工程师站都集中布置在控制室中。然而，集散控制系统的数据通信距离初始数据高速公路一般长达1公里，因此有点浪费。鉴于石化行业的习惯，全厂生产车间通过集散控制系统通信总线

11、连接的情况很少。因此，第三代集散控制系统中通信功能的发展与全厂治理网络(以太网)技术相结合，逐步实现通信网络从多结构向扁平结构的过渡。因此，第三代集散控制系统的通信系统具有开放性。集散控制系统在石化工业中的应用1.集散控制系统的选择在石化行业应用集散控制系统时，无论是新项目还是改造项目，首先是集散控制系统的选择。在选择集散控制系统时，应首先考虑项目的规模和性质。根据项目的性质，系统的设计可分为大型项目、中小型项目、新建项目和扩建项目。对于大型项目，无论是新建还是扩建，都应考虑独立的集散控制系统网络，扩建项目应考虑与原有集散控制系统网络的接口以及后续系统的扩建；对于中小型项目，根据项目的实际情况

12、，应以原有的DCS控制系统网络为主，并将数据整合到其中。2.选型建议鉴于各种分散控制系统的普遍性，以及有许多分散控制系统制造商或系统集成商参与竞争的事实，各设计院或业主在标书中没有规定分散控制系统的型号，只是规定了输入输出点、控制回路的数量、控制室与现场工艺设备之间的物理位置、人机界面的要求、先进控制或数学模型优化以及与整个企业治理网络的关系。为了体现公平、公正和公开的原则，投标书还建议区议会应遵守各种要求分散控制系统的功能复杂，分散控制系统的开发过程针对不同的行业，对具体的工程项目有很多要求，因此很难为分散控制系统做出唯一的选择。因此，如果在这类项目中更多地使用分散控制系统，业主会选择这种分散控制系统，选择风险相对较小，这是合理的。然而，国内的集散控制系统历史较短，在某些行业的大型工艺装置中的性能较差集散控制系统控制具有高可靠性、开放性、组态和