【正文】 北京儀表廠 DCS控制器系統(tǒng) 概述　　DCS系統(tǒng)（Distirbuted Control System，分散控制系統(tǒng)）是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動化的不斷興起和過程控制要求的日益復(fù)雜應(yīng)運而生的綜合控制系統(tǒng)，它是計算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和多媒體技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，可提供窗口友好的人機(jī)界面和強(qiáng)大的通訊功能。是完成過程控制、過程管理的現(xiàn)代化設(shè)備。針對不同行業(yè)、不同項目，在充分調(diào)查了計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、應(yīng)用軟件技術(shù)、信號處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，使用各種分散控制系統(tǒng)（DCS），高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的完成工程設(shè)計、組態(tài)、成套供貨、現(xiàn)場啟動調(diào)試、性能測試及考核驗收，推出切實可行的技術(shù)方案[14]。 友力2000控制系統(tǒng)簡介本設(shè)計采用的友力2000集散控制系統(tǒng)是利用計算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中操作、管理并分散控制的一種新型控制系統(tǒng)，是由工程師站、操作站、控制站、監(jiān)測站以及通信網(wǎng)絡(luò)、集散系統(tǒng)軟件組成。它是集計算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)?、測量控制技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和CRT技術(shù)于一體的系統(tǒng)工程。系統(tǒng)的研制成功，是航天工業(yè)總公司和中國石化總公司合作的產(chǎn)物，是航天技術(shù)與民用需要相結(jié)合的新成果，1992年6月通過了國家級鑒定，獲航天總公司和中石化總公司科技進(jìn)步一等獎及國家科技進(jìn)步三等獎[16]。它由四臺操作站互為冗余以在線熱備方式工作。兩個控制站，一個檢測站內(nèi)的工控機(jī)及其I/O通道全部采用1：1冗余配置。上述各站由以太網(wǎng)練成一個兩級集散控制系統(tǒng)。友力2000系統(tǒng)配置的卡件類型及數(shù)量如下： ⑴ 模擬量輸入卡（型號為MCPAIH03），共2塊。4～20mA信號（接地或不接地），最大輸入阻抗為250歐姆，系統(tǒng)提供4～20mA二線制變送器的直流24V電源。對1～5VDC輸入，輸入阻抗必須是500K歐姆或更大。每塊輸入卡件的點數(shù)為16點。本系統(tǒng)內(nèi)部分AI卡為冗余設(shè)置，即外部AI點經(jīng)一塊FTA進(jìn)入不同的兩塊AI卡。⑵ 模擬量輸出卡（型號為MCPAOY22），共2塊。 4～20mA，具有驅(qū)動回路阻抗大于750歐姆的負(fù)載能力。系統(tǒng)提供24VDC的回路電源。每塊輸出卡件點數(shù)為16點。本系統(tǒng)的AO卡配置為冗余輸出，即所有的控制AO點都從兩塊不同的AO卡輸出，再經(jīng)過一塊FTA輸出至調(diào)節(jié)閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。⑶ 數(shù)字量輸入卡（型號為MCPDIY22），共1塊。接點接通為1，開回路（電阻無窮大）“查詢電壓”，查詢電壓等級為24VDC。每塊輸出卡件為32點。電器來的數(shù)字量輸入信號都經(jīng)過中間繼電器隔離，中間繼電器放置在繼電器柜內(nèi)。⑷ 數(shù)字量輸出卡（型號為MCPDOY22），共1塊。數(shù)字量輸出模件采用晶體管輸出，均外帶繼電器隔離，在繼電器柜內(nèi)配置中間繼電器或接觸器、冗余的工作電源。每塊輸出卡件的點數(shù)為32點。⑸ 多路模擬量輸入卡（型號為MCPLAM02），共2塊。能直接接受三線（不需變送器）的Cu50歐姆、Pt100歐姆等類型的熱電阻信號，也能接受各種分度號的熱電偶（不需變送器）。每塊輸入卡件的點數(shù)為32點。 冗余設(shè)計在該設(shè)計的友力2000系統(tǒng)中，多處采用了冗余設(shè)置。首先，系統(tǒng)供電采用了冗余設(shè)置，一路為廠用電源，一路為UPS電源，任何一路電源故障都報警，二路冗余電源通過切換回路耦合，在一路電源故障時能自動切換到另一路，采用具有電流均衡輸出功能并可并聯(lián)運行的電源設(shè)備，以保證任何一路電源的故障均不會導(dǎo)致系統(tǒng)的任一部分失電；其次，操作員站和工程師站能互為冗余，所有操作員站和工程師站組態(tài)相同，可互為備用，即操作員站和工程師站都能對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制；再次，控制通訊總線的冗余，以保證可靠和高效的系統(tǒng)通訊，連接到數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)上的任一系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)生故障，不會導(dǎo)致通訊系統(tǒng)癱瘓或影響其它聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備的工作。最后，在I/O卡件上，對重要的測點實現(xiàn)了I/O通道冗余，而且在I/O測點的布置上，如果一次元件為冗余設(shè)置，即同一參數(shù)點設(shè)多支一次元件，則這些測點將被布置在不同的卡件上。 系統(tǒng)的安全性該系統(tǒng)多處采用冗余設(shè)置，增加了系統(tǒng)的可靠性。除此之外，從電氣設(shè)備來的數(shù)字輸入量信號及全部的數(shù)字量輸出采用繼電器隔離，不直接接入系統(tǒng)，避免瞬間大電流，高電壓傳入系統(tǒng)，造成系統(tǒng)設(shè)備的損壞。此外，友力2000系統(tǒng)的I/O卡件、通訊卡件和網(wǎng)絡(luò)還具有自診斷功能，某個地方出現(xiàn)故障能在操作界面上清楚的顯示出來，方便盡快排除故障。 友力2000系統(tǒng)配置裝置采用儀表為FC系列儀表，控制系統(tǒng)采用航天總公司的友力2000控制系統(tǒng)。對工藝參數(shù)設(shè)置了歷史曲線和在線上下限報警功能，并實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制等功能。 延遲焦化裝置儀表信號類型概況信號類型信號數(shù)量模擬信號（Analog Signal）AI4～20mA14TC熱電偶信號5AO4～20mA2離散信號（Discrete Signal）DI離散信號1DO離散信號1 延遲焦化裝置友力2000系統(tǒng)主要設(shè)備列表卡件名稱型號數(shù)量說明高性能過管理站模件（HPMM）MCHPMR01一對冗余控制器高電平模擬量輸入卡（HLAI）MCPAIH03216路輸入模擬量輸出卡（AO）MCPAOY2218路輸入低電平模入多點（LLMUX）MCPLAM02132路輸入離散量輸入卡（DI）MCPDIY22132路輸入離散量輸出卡（DO）MCPDOY22132路輸入 儀表清單與資金概算 儀表清單與資金概算儀表名稱生產(chǎn)廠家個數(shù)單價（元）總計（元）鎧裝鎳鉻康銅熱電偶（E型）上海滬工儀表廠54202100銅熱電阻上海滬工儀表廠1210210浮球式液位計上海滬工儀表廠124602460超聲波物位計深圳自控儀表廠121002100KE3351AP絕對壓力變送器九泉儀表廠219503900浮子流量計南京電子設(shè)備廠6201012060浮子液位變送器江蘇瑞科儀表有限公司1840840電子式熱電偶溫度變送器九泉儀表廠58604300電子式熱電偶溫度變送器北京儀表廠612507500電動差壓變送器Ⅲ型上海滬工儀表廠614308580DCS控制器（友力2000控制系統(tǒng)）航天總公司1600000600000總計=5420+1210+12460+12100+21950+62010+1840+5860+61250+61430+1900000=644050元第5章 結(jié)論本論文是針對延遲焦化的生產(chǎn)過程進(jìn)行的控制系統(tǒng)設(shè)計。整個控制系統(tǒng)的設(shè)計是基于延遲焦化裝置各項性能指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，選擇被控變量和控制變量，運用所學(xué)專業(yè)課知識，對延遲焦化所涉及到的裝置進(jìn)行控制，選擇適當(dāng)?shù)膬x器儀表。本次論文的設(shè)計的控制方案主要有：單回路控制、串級控制、前饋+反饋控制，比值控制等等，控制裝置主要包括加熱爐、焦炭塔、分餾塔等。儀表選型包含有溫度測量、液位測量、流量測量、壓力測量等?？刂破鬟x用DCS控制器，在選擇控制系統(tǒng)時，根據(jù)工藝要求及控制目的，選擇了航天總公司的友力2000控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。在熟悉了友力2000控制系統(tǒng)后，根據(jù)此次設(shè)計的方案，選擇與設(shè)計方案相對應(yīng)的輸入輸出卡件，最終完成本次設(shè)計。經(jīng)過反復(fù)實驗，所設(shè)計的控制系統(tǒng)能夠滿足生產(chǎn)工藝的要求。達(dá)到了穩(wěn)定運行的結(jié)果。當(dāng)然，對于本套延遲焦化裝置而言，還可進(jìn)一步采用優(yōu)化技術(shù)，改善操作條件，在增加裝置處理量的同時追求最大可能的液體產(chǎn)品收率，實現(xiàn)延遲焦化裝置生產(chǎn)技術(shù)的高效化，裝置環(huán)境的清潔化。對于本次延遲焦化裝置的設(shè)計而言，最大的控制問題是克服焦炭塔切換時引起的干擾。當(dāng)焦炭塔預(yù)熱或切換時，進(jìn)入分餾塔的油氣量在短時間內(nèi)明顯減少，而后逐漸回升，整個分餾塔的操作開始波動。此時，首先要維持分餾塔各液位，而后恢復(fù)塔內(nèi)溫度并控制產(chǎn)品質(zhì)量。鑒于此，我們可采用先進(jìn)控制控制器將焦炭塔切換事件作為前饋干擾變量來處理，在焦炭塔切換的同時開始調(diào)整分餾塔，使分餾塔操作比較穩(wěn)定。產(chǎn)品質(zhì)量由軟儀表在線計算獲得并作為先進(jìn)控制控制器的被控變量。通過在線軟儀表的使用，可實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的卡邊控制，提高目的產(chǎn)品的收率和產(chǎn)品質(zhì)量還有很大的發(fā)展空間和潛力[12]。隨著自動控制技術(shù)的不斷提高，在延遲焦化裝置上引入先進(jìn)控制技術(shù)可以有效地提高焦化裝置的處理量，充分利用富裕的減壓渣油，增加輕質(zhì)油品收率，獲得非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益。實現(xiàn)在延遲焦化裝置各工藝部分內(nèi)部和工藝部分之間諸多變量的協(xié)調(diào)控制，及時處理裝置外部和內(nèi)部出現(xiàn)的干擾因素，最大程度地降低關(guān)鍵被控變量的波動，并通過軟測量儀表技術(shù)，在線預(yù)測延遲焦化裝置焦炭塔空高和目的產(chǎn)品的性質(zhì)。APC控制器的開發(fā)成功，使得延遲焦化裝置生產(chǎn)平穩(wěn)性顯著提高，還增加了裝置處理量；實現(xiàn)了焦化爐煙氣氧含量的自動控制，降低了裝置的能量消耗；明顯提高了裝置液體產(chǎn)品特別是柴油的收率；減少了產(chǎn)品質(zhì)量過剩，實現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量的卡邊操作；實現(xiàn)了焦炭塔預(yù)熱和切換時主分餾塔的自動控制，顯著降低了間歇操作造成的擾動；顯著降低了操作工勞動強(qiáng)度；APC控制器抗干擾能力較強(qiáng)，投用率在95％ 以上[20]。先進(jìn)控制技術(shù)（APC）核心內(nèi)容是模型預(yù)估控制，代表性的技術(shù)有AspenTech公司的DMCplus技術(shù)和Honeywell公司的魯棒多變量預(yù)估控制技術(shù)(RM—PCT)，在延遲焦化控制系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用智能化操作使操作簡便，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益[11]。參考文獻(xiàn)[1]，[M].中國石化出版社（北京）2007[2]梁朝林，[M].中國石化出版社，2007[3]王維德．化工自動化的發(fā)展趨勢—— 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.[4]王雪松. 先進(jìn)控制技術(shù)在煉油裝置中的應(yīng)用[J].石油化工自動化,2007,1:42~45.[5]GuoHua. Application of CyboCon Advanced Adjustmentand Control Software Packagein Delayed Coking Unit. Scientitle Research,20021:51~55.[6]陳敏. 先進(jìn)控制在焦化分餾系統(tǒng)的應(yīng)用. 石油化工技術(shù)[J],2007,5(23):53~56.[7]林廣田,晉西潤,解學(xué)仕等. 延遲焦化裝置水力除焦系統(tǒng)自動控制技術(shù)[J]. 煉油技術(shù)與工程2006,12:47~50.[8][M].中國石化出版社（北京）2008[9][M].中國石化出版社，2002[10]（第三版）[M]. 中國石化出版社,2003[11]Donald p. Campbell. Process Wiley amp。Son,Inc, 1998[12],Industrial Application of Model Based Predictive Control Automatica. 2005, 29 (5):1251~1274[13]（第二版）[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2003[14][M].機(jī)械工業(yè)出版社，2003[15][M].中國石化出版社，2007[16][M].化學(xué)工業(yè)出版社，2002[17][J].l煉油技術(shù)與工程，2005，35（6）：1~7[18][J].工業(yè)技術(shù),2008：60[19],2007，6（73）：14~16[20][J]. 煉油技術(shù)與工程，2008，38（9）：45~48謝 辭經(jīng)過幾個月的查資料、整理材料、論文寫作，緊張而忙碌的畢業(yè)論文設(shè)計終于結(jié)束了，這篇畢業(yè)設(shè)計將作為我在大學(xué)期間的最后一份答卷，獻(xiàn)給我敬愛的母校和老師們，為我的大學(xué)生涯畫上一個圓滿的句號。在本論文的實際操作，構(gòu)思和寫作過程中，我得到了老師、同學(xué)們的廣泛指導(dǎo)與幫助。首先，感謝許秀老師給予我的幫助與支持，無論遇到任何的問題，許老師都熱忱的指導(dǎo)和支持。從論文的設(shè)計到論文的修改，傾注了大量的心血和汗水，為我能順利完成畢業(yè)設(shè)計工作付出了很多時間和精力。許老師科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，孜孜不倦的治學(xué)精神令我尊敬，平易近人的待人態(tài)度令我敬佩。在此，謹(jǐn)向尊師表示誠摯的謝意。再次要感謝在大學(xué)期間所有傳授我知識的老師，是你們的悉心教導(dǎo)使我有了良好的專業(yè)可知識，這也是論文得以完成的基礎(chǔ)。老師們嚴(yán)謹(jǐn)和不畏疲倦的治學(xué)精神，使我受益頗深，這為我走上工作崗位奠定了一定基礎(chǔ)。在此讓我再一次對幫助過我的人致以衷心的感謝和崇高的敬意。由于本人水平有限，本次設(shè)計中一定還存在著很多缺點和不足，懇請各位老師給予幫助和指正。我會更加努力，爭取在以后的人生路上學(xué)有所用,為社會做出更多的貢獻(xiàn)。