国产欧美日韩精品a在线观看-国产欧美日韩精品一区二区三区-国产欧美日韩精品综合-国产欧美中文字幕-一区二区三区精品国产-一区二区三区精品国产欧美

苗立民

時至今日，DCS技術(shù)已經(jīng)十分成熟，越來越多的石化企業(yè)將改造為DCS控制。隨著DCS應用的深入，對DCS組態(tài)的工作也由制造商轉(zhuǎn)向設計院和用戶來完成，即通常所說的用戶組態(tài)。目前，業(yè)內(nèi)人士對DCS用戶組態(tài)工作的研究還局限于對DCS操作畫面組態(tài)的研究。本文結(jié)合先進控制系統(tǒng)在中原石油化工總廠的成功應用以及作者在實踐中的經(jīng)驗，探討DCS用戶組態(tài)，提出一些想法。
先進控制系統(tǒng)在中原石油化工總廠的成功應用有三套：1996年FOXBORO I/A’S成功應用于FCCU-2三機組控制，集控制、聯(lián)鎖一體化；1998年HONEYWELL TPS成功應用于FCCU-2裝置，同年SMAR EIC-2000成功應用于30t鍋爐控制。1999年FCCU-2增加脫硫裝置，納入TPS控制。三套系統(tǒng)自投用至今，一直運行正常，為總廠創(chuàng)造了很高的效益。而這三套系統(tǒng)的組態(tài)工作都是用戶組態(tài)完成的。
一套用戶組態(tài)的DCS能否被成功應用，提高控制品質(zhì)，使因其故障造成的影響減小，方便監(jiān)視和操作，其關(guān)鍵是DCS組態(tài)設計的質(zhì)量。
1  用戶組態(tài)的內(nèi)容
DCS用戶組態(tài)是指在DCS中，按照其廠商提供的功能部件的特點、數(shù)量和性能，為完成工程需求，設計、實現(xiàn)并確定有關(guān)的排列，包括硬、軟件排列。
DCS硬件排列是指DCS輸入/輸出設備上的接線位置與外部生產(chǎn)過程參數(shù)位置之間的分配。DCS軟件排列是指對DCS所提供的控制算法或模塊的選用、模塊間的連接以及系統(tǒng)的調(diào)試等。
DCS用戶組態(tài)是一件十分細致的工作，所要求的知識面
廣。在組態(tài)過程中，既要了解生產(chǎn)過程對控制的要求，熟悉生產(chǎn)過程，深刻認識各種設備和過程的生產(chǎn)順序，明確生產(chǎn)過程和儀表的相互關(guān)系；還要熟練掌握DCS所提供的各個控制算法或模塊功能，以及各功能模塊提供的各參數(shù)（即軟連接信號端子）的相互影響，DCS提供的順控語言；同時，還要有一定的計算機知識。只有從深度和廣度上對DCS、工藝生產(chǎn)過程以及控制要求有了足夠清楚的認識，才能更好的完成用戶組態(tài)工作。
在進行DCS用戶組態(tài)工作時應注意以下幾點：
①  安全性和可靠性設計應貫穿整個用戶組態(tài)設計的全過程。
②  在設計時，合理分配輸入/輸出信號，要為系統(tǒng)擴展、調(diào)試做好鋪墊，控制模塊或算法的組合一定要有擴展余地。
③  控制模塊或算法的選擇要合適，充分發(fā)揮DCS的計算、邏輯等功能。選擇控制模塊或算法時，一定要考慮系統(tǒng)負載因素，選擇合適的模塊或算法可以減少系統(tǒng)負載和節(jié)省內(nèi)存空間。
2  用戶組態(tài)的硬件設計
進行用戶組態(tài)的硬件設計一定要有深度，要縱覽全局。在DCS選型時，應對儀表、變送器和執(zhí)行機構(gòu)等部件，傳輸信號電纜和DCS輸入/輸出卡件有全面的考慮。從工藝的合理性、投資的經(jīng)濟性、運行的可靠性、維修的方便性等進行綜合分析。例如，用一體化溫度變送器檢測過程的溫度，由于采用標準電流信號傳送，電纜芯數(shù)可減少或不采用補償導線，因此，可在溫度檢測精度較高時選用。在溫度檢測點數(shù)較多、溫度檢測元件的類型相同時，采用DCS的溫度處理卡件可節(jié)省較多的變送器投資費用。因此，儀表和執(zhí)行機構(gòu)選型不同，對DCS的硬件選型和控制組態(tài)也有不同的影響。
實踐證明，在進行DCS組態(tài)的硬件設計時，應注意以下幾點：
①  確定控制和聯(lián)鎖的關(guān)系，選擇合適的設備
生產(chǎn)裝置從安全角度講，可分為三個層次，如圖1所示。第一層為生產(chǎn)過程層；第二層為過程控制層；第三層為聯(lián)鎖停車保護層。
DCS用戶組態(tài)在最初的工程設計、設備選型及安裝階段，都要對過程和設備的安全性進行考慮。生產(chǎn)裝置本身是安全的第一道防線；控制系統(tǒng)對生產(chǎn)的連續(xù)動態(tài)控制是安全的第二道防線；在過程控制之上設置一套緊急聯(lián)鎖停車系統(tǒng)，最大限度的保護設備和人身安全是最后一道安全防線。因此，在DCS用戶組態(tài)時，首先要確定DCS實現(xiàn)控制和聯(lián)鎖系統(tǒng)的形式。目前通常有5種基本形式：① 控制、聯(lián)鎖一體化式；② 控制、聯(lián)鎖通訊網(wǎng)絡式；③ DCS+PLC；④ DCS+PLY；⑤ DCS+ESD。
根據(jù)資料提供的數(shù)據(jù)，采用上述5種形式，平均無故障間隔時間（MTBF）及可靠度（R）參見表1。

表1

具體采取何種形式，需考慮多方面的因素。
②  硬件故障造成的影響應盡可能小
在用戶組態(tài)設計時，可靠性設計應貫穿其全過程。由于在系統(tǒng)的實際應用中不可能也不允許對DCS的硬件都采用冗余設計。為此，應考慮硬件的某些部件一旦發(fā)生故障時，它對生產(chǎn)過程的影響是否是最小的。例如，F(xiàn)CCU-2三機組聯(lián)鎖信號按機組分為若干組，每個組是各自獨立的，組內(nèi)的聯(lián)鎖條件是所在組內(nèi)的一個聯(lián)鎖狀態(tài)。在DCS控制的硬件組態(tài)設計時，考慮到獨立性問題把各組的聯(lián)鎖信號分別連接到各自的輸入/輸出部件上，這樣，一旦某一輸入/輸出部件發(fā)生故障，僅對相應的組有影響，對其他組的聯(lián)鎖不造成影響。
③  合適的輸入和輸出信號配合，能有效地減小輸入/輸出部件故障的影響
DCS的設計思想之一是分散控制，合適的輸入和輸出信號的配合可以使負荷分散。例如，將所有信號按照實際變化率和重要性分配為不同的采樣周期，在設計時將不同采樣周期的信號合理的組態(tài)在一起，使輸入/輸出部件微處理單元的負荷較均勻，這樣會減少硬件因負載過大而發(fā)生故障。再如，采用單回路或多回路控制時，為了減少通信的吞吐量，應把有關(guān)控制回路的輸入/輸出信號連接在同一輸入/輸出部件上，以減小因通信造成的負荷量。當采用數(shù)據(jù)庫共享時，為了減小某一部件故障的影響，可采用對每個回路都分配一個輸入或輸出信號。在實際應用時應權(quán)衡利弊，合適配置。
④  方便安裝和維護
在設計過程中，諸多因素將影響系統(tǒng)的安裝和系統(tǒng)投運后的日常維護。
3  用戶組態(tài)的軟件設計
在設計時應注意下列各點：
①  充分利用DCS所提供的各種控制算法或模塊，提高控制質(zhì)量

圖1  生產(chǎn)裝置的安全層次     圖2  TICA101與PDICA105超馳控制

針對不同的工藝過程特點，充分利用DCS所提供的各種控制算法或模塊，是提高設計水平的重要方法。從理論上來說，控制度升高，控制質(zhì)量會下降，因此，在DCS中應利用計算機運算方便、離散的控制算法、軟連接等優(yōu)點，提高使用DCS后的控制質(zhì)量。例如，DCS能方便實現(xiàn)微分先行、積分分離、自整定等控制算法。在設計時，可根據(jù)工藝過程的不同要求選用有關(guān)的控制算法，使控制質(zhì)量提高。例如，我們在FCCU-2反再系統(tǒng)上實現(xiàn)了超馳低值選擇控制系統(tǒng)。其控制原理如圖2所示。
TICA101是提升管反應溫度控制，PDICA105是再生塞閥壓差控制，ORST101是超馳低值選擇控制。這樣很容易實現(xiàn)在不同工況下對再生閥TV101控制權(quán)的轉(zhuǎn)換，不僅可以維持催化劑的正常流化，還可以防止發(fā)生催化劑倒流事故。該回路在組態(tài)設計時，對無擾動切換及抗積分飽和問題進行了特殊處理，在使用中可自由切換，無需平衡處理。
②  采取前饋反饋控制策略
在采用模擬儀表控制工藝過程時，由于前饋控制需要相關(guān)的運算單元儀表完成，因此，除了干擾影響很大時才采用外，一般不常采用。由于DCS有運算方便的特長，因此，干擾量如果已經(jīng)引入DCS，則采用前饋反饋控制策略有利于克服干擾的影響，提高控制質(zhì)量。通常，采用靜態(tài)前饋就能大大改善控制品質(zhì)，靜態(tài)前饋放大系數(shù)也可實施設置。
③  采用按計算指標進行控制的控制系統(tǒng)
在采用模擬儀表控制工藝過程時，由于實施按計算指標進行控制的控制系統(tǒng)需要較多的運算單元儀表，因而應用面不廣。采用DCS，為按計算指標進行控制提供了有效的運算工具，因此，在DCS組態(tài)的軟件設計時應對其予以考慮，提高控制品質(zhì)。例如，在FCCU-2三機組主風流量、氣壓機入口富氣流量的計量檢測時，可采用溫壓補償運算，使計量更加準確。
④  采用純滯后補償控制系統(tǒng)
由于DCS能方便實施純滯后補償控制系統(tǒng)，因此，在DCS控制組態(tài)的軟件設計時，應根據(jù)對象的純滯后大小設計相應的控制系統(tǒng)，例如，在隨動控制系統(tǒng)中采用史密斯控制方案。對定值控制系統(tǒng)，采用觀測補償器控制方案等。
⑤  邏輯開關(guān)控制與常規(guī)PID控制相結(jié)合
在經(jīng)典的控制方案中，邏輯開關(guān)控制與常規(guī)PID控制是很少在一起使用的，在DCS中，由于控制組態(tài)的方便，使邏輯開關(guān)控制與常規(guī)PID控制可方便地結(jié)合在一起，形成復雜控制系統(tǒng)以適應不同工況下的控制要求。例如，在FCCU-2分餾塔底液面控制方案中利用邏輯開關(guān)控制與常規(guī)PID控制組合形成的復雜控制方案，如圖3所示。

圖3  FCCU-2分餾塔底液面控制方案

該方案根據(jù)不同工況很容易實現(xiàn)不同的控制方案。組態(tài)時對不同方案下的切換進行了平衡處理，可以做到無擾動切換。當控制偏差大于某一限值時，采用開關(guān)控制，使偏差迅速減小；當偏差在限值范圍內(nèi)時，控制系統(tǒng)自動切入常規(guī)PID控制，與積分分離的控制策略相類似，該控制方法能有效地降低調(diào)整時間，提高控制質(zhì)量。邏輯開關(guān)控制與常規(guī)PID控制的結(jié)合也可在設備的啟停過程中實施。例如，設備運行信號使PID控制系統(tǒng)切入自動，設備停止運動時，PID控制系統(tǒng)切入手動。由于在切入手動時，系統(tǒng)保持原閥門開度，因此，設備一旦運行就能迅速地進入正常的運行工況，提高了自動化水平，改善了控制品質(zhì)。
⑥  與操作流程圖設計相結(jié)合
除了DCS的輸入/輸出信號應設計有關(guān)的數(shù)據(jù)庫元素外，如果工藝操作需要某些中間變量，在控制組態(tài)軟件設計時也應建立相應數(shù)據(jù)庫元素。例如，經(jīng)溫度壓力運算后的計量信號、倒計時信號、操作人員可設置的信號等。這些信號在DCS的過程流程圖上顯示或被調(diào)整，在控制組態(tài)設計時應考慮在內(nèi)。
⑦  有條件時，可采用DCS所提供的高級控制算法
隨著現(xiàn)代控制理論的研究和深入，把現(xiàn)代控制理論的研究成果應用到DCS的控制中是其控制組態(tài)設計的一項重要的工作。基于模型的預測控制算法已有應用，模糊控制算法和自適應控制算法要求和實際的操作水平相適應。在設計選型時，結(jié)合操作人員的技能條件，有條件地采用高級算法，充分發(fā)揮DCS的優(yōu)點，不要為求新求高而盲目引進。
⑧  留有余地，便于在線調(diào)試、修改和擴展
在軟件設計時，留有余地是必要的。例如，在與門的輸入端增設一個高電平的端子（軟連接）；在或門輸入端增設低電平端子（軟連接），這利于在線修改時的擴展，而不必重新組建。
⑨  優(yōu)化設計控制算法或模塊的使用數(shù)量，減少內(nèi)存和運算時間
優(yōu)化設計是在DCS軟件設計中非常關(guān)鍵的一步。由于工期限制，加上用戶經(jīng)驗較少，所以，DCS用戶組態(tài)過程中常會出現(xiàn)類似“搭積木”的方式進行軟件組態(tài)，結(jié)果使方案龐大，系統(tǒng)負載較大。因此，在用戶組態(tài)的后期進行優(yōu)化設計，選擇更加合適的模塊或算法，做到方案精簡，功能齊全，從而減少內(nèi)存和運算時間，降低系統(tǒng)負載。