化工裝置DCS控制系統原理及異常失靈的應急處理

石丹丹 朱富軍 鄭亞州

（江蘇斯爾邦石化有限公司 江蘇連云港 222000）

1 DCS控制系統簡述

化工裝置連續化生產過程中，DCS控制系統起著至關重要的作用，通過DCS控制系統主要控制化工裝置的四大參數：溫度、壓力、流量、液位，從而實現裝置自動化連續生產。

DCS控制系統相當于大腦，對眼睛看到的情況（即現場檢測儀表傳輸過來的信號，如溫度升高）做出反應（即發出指令，如降低加熱蒸汽流量），現場執行設備接受到指令做出相應的動作（如降低加熱蒸汽流量，保證溫度在一定范圍內）。

2 DCS控制回路分類

2.1 單回路控制

目標：控制塔釜溫度穩定。

方案1：

優點：將所有對溫度的干擾都概括在控制回路內。

缺點：蒸汽壓力波動較大時，由于溫度對象滯后較大，控制質量不理想。

圖1 方案1：控制塔釜溫度恒定

方案2：

優點：能及時克服蒸汽壓力的干擾對溫度的影響。

缺點：不能克服進料流量、物料溫度等其他因素對溫度的影響。

圖2 方案2：控制蒸汽流量恒定

2.2 串級調節控制回路

為了克服干擾，使操作參數穩定，生產過程中使用了大量的串級回路進行調節控制，串級調節回路（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）

根據裝置處于不同的狀況例如開車、正常生產等，有一些參數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水的流量來控制返塔溫度或塔頂溫度，DCS操作人員可以根據生產工況的不同進行切換控制回路。

2.4 分程控制

就是由一只調節器的輸出信號控制兩只或更多的調節閥，每只調節閥在調節器的輸出信號的某段范圍中工作。例如蒸汽系統的進汽和放空就是采用分程控制：蒸汽壓力低時，進汽調節閥打開向系統內進蒸汽，隨著壓力逐漸升高，進汽調節閥逐漸關閉，完全關閉后，壓力仍然較高，此時放空閥打開對蒸汽進行放空來降低系統管網壓力。

圖3 串級調節回路示意圖

2.5 順序控制

順序控制就是針對順序控制系統，按照生產工藝預先規定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據內部狀態和時間的順序，在生產過程中各個執行機構自動地有秩序地進行操作。如果一個控制系統可以分解成幾個獨立的控制動作，且這些動作必須嚴格按照一定的先后次序執行才能保證生產過程的正常運行。冰晶級丙烯酸生產中采用為順序控制系統，按照工藝預先規定順序進行自動生產：丙烯酸進料→降低溫度，丙烯酸結晶→發汗→自動啟動輸送泵，移除未結晶及發汗液→升高溫度，丙烯酸全部融化→打開閥門，將提純后的冰晶級丙烯酸放入儲罐。一批次順序控制完成后自動轉入下一批次順序控制。

2.6 DCS操作控制技巧

（1）多關注流量，在幾種參數中一般流量波動影響較及時；注意總量，多條管線進料或外送時計算總量保證物料平衡；觀察流量波動，小幅波動屬于正常，如數值長時間不波動則可能是儀表故障。

（2）流量大幅波動，自動串級可能調節不及時，此時需手動調節。

（3）調節流量時注意閥門開度，不應使閥門開幅過大，盡量以流量的1～3%緩慢多次調節。

（4）溫度調節器滯后性較大，一般為20min左右，根據滯后性及時調整。

（5）PID控制參數根據控制不同參數以及不同工況進行相對應調整。

（6）調節復雜控制時要參考主回路趨勢，調整一次后要有足夠時間等待反饋再進行下一次調節。

3 DCS控制系統異常失靈及處置措施

3.1 原則、目的及要求

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

（2）制定DCS控制系統異常失靈應急處理措施的原則：按照“安全第一、預防為主、綜合治理”的方針，堅持預防與治理相結合的原則，以危急事件的預測、預防為基礎，以對危急事件過程處理的快捷、準確為核心，以全力保證人身、設備安全為目標，以建立危急事件的長效管理的應急處理機制為根本，提高快速反應和應急處理能力，將危急事件造成的損失和影響降低到最低程度。

（3）應急處理措施重點在于：DCS控制系統藍屏、死機、異常失靈后的處理措施。

（4）異常應急處理要求：

應急人員應服從統一指揮，在保證自身安全的前提下進行對應急處理。

對由于DCS故障造成事故和災害要及時報警，減少事故造成的損失。

對由于DCS故障造成物料泄露，在處理化學物質泄漏事故時，尤其在進入有毒有害場所作業前，必須采取可行的防備措施、同時要根據現場的實際情況佩戴相應的防護用具。

3.2 應急處理措施

3.2.1 DCS服務器故障應急處理

當運行正常的系統主服務器發生故障時，備用服務器將切換為主服務器進行工作，操作站操作及顯示不受影響。

當備用服務器發生故障時，主服務器正常工作。操作站操作及顯示不受影響。

當主備服務器同時發生故障時，服務器不能繼續進行數據存儲，操作站無法從服務器讀取歷史數據。相應的操作站（C站）無法讀取歷史數據及不能調用系統歷史數據。操作站實時數據由控制器直接讀取，操作站實時操作不受影響。

外圍成套設備數據通訊經TERMINAL SERVER傳到DCS系統服務器數據庫中，因此，服務器故障時相應成套設備通訊點將無法顯示，如電氣通訊機泵電流值、運行狀態等均無法正常顯示。出現這種故障時內外操作人員應沉著應對，這僅為上位層面故障，不會對下位操作造成影響，可通過工藝過程參數判斷機泵狀態，或現場外操進行實際確認。

重要的第三方設備均已經在設計階段采用DIGI_ONE的方式與下位直接進行通訊，不受服務器的影響。特別重要的信號均通過硬線實現。

3.2.2 DCS系統操作站故障應急處理

當一臺操作站C站故障時，不影響其他C站使用，其他操作站C站可以正?？刂?，讀取歷史數據歷史趨勢等。

C站的故障不會影響F站及服務器的正常運行。

各裝置機柜間至控制室光纖網絡采用一天一地兩種路由敷設，當兩路光纖全部中斷時，中央控制室內C站無法操作；出現這種故障可通過現場機柜間內C站釋放授權的方式進行生產過程監控及操作。

3.2.3 DCS系統控制器故障應急處理

當一對冗余配置的控制器其中一個出現故障時，另一個自動切換為主控制器運行，對工藝的操作不產生影響。

當一對冗余控制器同時出現故障時，這對控制器將不能正常工作，與其相連接的C系列I/O卡件上對應的現場數據將不會被采集及傳送，即該控制器所控制的所有I/O號將不再受控制。DCS輸出均保持安全閥位。

DCS系統設置控制器防火墻，采用區域于以太網絡的軟件及硬件方案避免以太網絡對下位控制器的運行影響。

3.2.4 DCS系統FTE網絡故障應急處理

每臺操作站、服務器均通過一個A網、一個B網接入FTE網的交換機上，其中一條網線中斷，另一個可正常工作。兩條均中斷，該操作站離線，不影響其他操作站使用。

當A/B網均處于中斷狀態（由于網絡阻塞或物理損傷），內操將無法進行監控及操作，出現這樣故障班長及外操及時去現場確認裝置狀況，手動將聚合系統、干燥系統停止運行。

3.2.5 總結

當DCS系統電氣通訊機泵電流值、運行狀態等無法正常顯示。出現這種故障時內外操作人員應沉著應對，這僅為上位層面故障，不會對下位操作造成影響，外操及時現場確認機泵運行狀態，及時通知DCS控制系統維護人員進行查找原因及維修。

DCS操作站無法調取歷史趨勢時，此時不會影響其他正常操作，嚴禁私自斷電或者重啟系統。

DCS系統出現故障，電腦不能進行操作，應立即聯系DCS控制系統維護人員。嚴禁私自斷電或者重啟系統。

如出現DCS系統全部癱瘓、藍屏或者死機現象，內操無法進行監控和操作，及時對裝置進行停工處理，防止裝置不能正常監控造成事故發生。并及時聯系儀表系統班組進行維修處理。

DCS操作站電腦嚴禁私自插入U盤、移動硬盤等外置設備，嚴禁用DCS操作站電腦進行手機充電。

4 結束語

化工生產裝置為易燃易爆場所，危險性大，就要求DCS控制系統有高可靠性，對化工生產操作、工藝進行有效管理。在DCS控制系統出現故障及異常失靈時，操作人員要冷靜處理，積極應對，確保裝置不發生安全事故。