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1、化工仪表及自动化课程论文题目：DCS技术在化工自动控制中的应用学院：生命科学与化学学院姓名：杨玉涛专业：化学工程与工艺学号：292090137任课教师：秦云霞订稿日期：2011年11月10日原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的论文是在指导教师的指导下独立进行研究所取得的成果。论文中凡是引用他人已经发表或未经发表的成果、数据、观点等均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：杨国涛2011年11月10日论文指导教师签名：目录原创性声明1目录2摘要3关键词3化工行业基本现状4我国化工企业自动控制水平现状
2、4化工行业特点4DCS的概念及特点5DCS的概念5DCS的特点5DCS的体系结构和系统的功能6DCS的体系结构6DCS的体系结构的技术特点6系统的功能7DCS在化工行业中的应用和市场占有情况8应用水平8市场占有情况8DCS技术在化工行业中的应用情况85.1炼油厂DCS应用情况8DCS在乙烯装置上的应用情况95.3聚氯乙烯（PVC装置中DCS的应用情况9DCS技术的发展展望96.1新型DCS的特征106.2新型DCS的突出优点10DCS技术的发展关键问题10参考文献12致谢13DCS技术在化工自动控制中的应用杨国涛（甘肃省天水师范学院741001）摘要最近十多年以来，自动控制技术在我国石油化工行
3、业中得到了广泛应用，特别是在采用DCS技术进行过程控制方面取得了长足进展。据统计，在我国石化企业中已有200多套DCS投入使用。这些系统在提高企业生产自动化水平、保证安全稳定生产、提高控制精度及节能降耗等方面发挥了重要作用。关键词DCS;控制系统；石油；化工；塑料合成ApplicationofDCSinChemicalAutocontrolSystemYangGuotao(TianshuiNormalUniversityofGansuProvince，741001)AbstractInthepasttenyears,automaticcontroltechnologyhasbeenwidely
4、usedinthepetrochemicalindustryofChina,especiallyintheuseofDCSforprocesscontroltechnologyhasmadeconsiderableprogress.Accordingtostatistics,morethan200setsDofCShavebeenputintouseinChinaspetrochemicalenterprises.Thesesystemshaveplayedanimportantroleinimprovingproductionautomationlevel,ensuringsafeandst
5、ableproduction,andimprovingcontrolaccuracyandenergyconsumption.KeywordsDCS；Controlsystem；Oil；Chemical；PlasticsynthesisDCS技术在化工自动控制中的应用化学工业是国民经济的支柱产业,具有资金密集、能源密集、技术密集的特点。同时,化学工业工艺复杂、经常处于高温、高压的恶劣工作环境中,原料多为易燃、易爆、有毒物品，可靠有效的控制与保护措施就是保证安全生产和优质高产的重要手段1。1.化工行业基本现状1.1 我国化工企业自动控制水平现状当前我国化工行业的自动控制现状总体较为落后,改革开放
6、后经过20余年的发展,部分大型企业达到了20世纪90年代初国际水平,具体应用状况表现如下:（1）现场仪表应用常规仪表是化工自动控制的重要检测工具,通用性很强,广泛用于化工企业的流量、压力、液位、温度等工艺参数检测和控制。分析仪表是检测化工生产中化学成份不可缺少的工具,特别是随着环境保护、提高产品质量和节约能源的要求,分析仪表的作用越来越明显。80年代以来,在线工业流程分析仪表较多地得到应用,把成份信号引入调节系统和计算机系统。石油化工生产中,采用色谱仪分析裂解炉出口裂解气、乙烯、丙烯等组份含量；其它化工厂中的聚氯乙烯、氯碱、农药生产中,分析器都被作为有效成份检测工具；工业锅炉、煤加热器等设备的
7、燃烧控制,精馏过程中的产品组份分析都用了不少分析器。目前化工系统所用的各种型号的分析器较多,据不完全统计,化工企业所用的工业流程分析器达30多种2。（2）中央控制器配备目前我国大部分化工企业装备了基于PLC（可编程控制器）系统或DCS集散控制系统）的自动控制系统。其中，PLC用于程序控制、顺序控制和连续生产过程控制，具有使用方便、可靠性较高、维护费用相对较低的优点。其主要特点是利用计算机的逻辑运算代替传统继电器的逻辑运算,但其缺点是模拟量功能相对较弱,在化工企业的生产过程大量的模拟量信号处理中必须依靠复杂的编程来实现。而DCS是在运算放大器的基础上用计算机的模拟运算代替原来的模拟运算，在控制多
8、个模拟量回路时很有优势，并且DCS开发的冗余功能被广泛采用，成为许多控制方式的借鉴点。但其缺点是安装和维护费用较高,逻辑运算速度较慢,传输距离有较大限制,最大的问题是由于系统的不开放性,不同厂家的产品不能互换,限制了用户的选择范围。据2000年的不完全统计，目前我国应用PLC控制造气生产的小化肥厂已达78.43%;应用DCS控制生产的中型化肥厂已占65.38%,应用PLC的占28.1%。氯碱系统使用PLC占17.97%,使用DCS比例为23.03%3。1.2 化工行业特点（1）资源依赖性强：化工行业所依赖的资源主要是矿产、水和石油。这三种资源在我国都非常缺乏,开采和利用方式粗放、综合利用水平低
9、、浪费严重,所以节约资源已成为首要解决的问题。（2）技术依赖性较强：准确选择化工发展领域和把握技术未来的发展趋势对化工企业而言至关重要,但目前我国化工企业的新产品、新技术严重不足,技术问题是影响其发展的最大瓶颈。（3）连续型大规模生产：化工企业采用的是典型的连续型大规模生产模式,原料在产品成本中占有很大的比重,车间自动化程度相对较高,对反应装置、仪表、设备状况要求很高,在不进行项目技术改造的前提下,生产过程中节约能耗难有大的突破。由于生产的周期相对较长,产品的价格受原料价格波动的影响较大。（4）生产流程特殊化：化工行业通过能源、设备和其他资源来混合或分离、萃取、化合各种成分,并引起化学反应,所
10、以每个工序上都可能要求输入某些新的成分或资源（原材料、催化、人工、机器设备、能源等）,并生产多项产出物。（5）设备专业化：化工行业存储设备多为罐、箱、柜、桶等,且多数存储的数量可以传感器进行计量。生产设备是一条固定的生产线,维护特别重要,不能发生故障,一发生故障,就全线停产,损失严重。当供需变化时,只能靠调整工艺流程参数维持生产,不能中断。2. DCS的概念及特点2.1 DCS的概念DCS是分布式控制系统（DistributedControlSystem）的英文缩写，在国内自控行业又称之为集散控制系统。DCS可以解释为在模拟量回路控制较多的行业中广泛使用的，尽量将控制所造成的危险性分散,而将管
11、理和显示功能集中的一种自动化高技术产品。DCS-般由五部份组成：控制器、I/O板、操作站、通讯网络和图形及遍程软件。2.2 DCS的特点DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。因此，DCS的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。与其他控制系统相比，DCS主要有以下优点：（1）高可靠性。由于DCS各系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统
12、其他功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。(2)开放性。DCS采用开放式，标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。3. DCS的体系结构和系统的功能3.1 DCS的体系结构基本的DCS系统结构由运行员操作站、过程控制站、工程师工作站和数据采集站四部分组成，其体系结构图如图所示。管理计算机Cnet灼搠输入输田单元lI运行员操作站
13、运行员操作站1接口基本控制单元控划单冗A|A彳彳心常规仪农Mnet运行员操作站过程控制站基本舉本1控制单元数擦输入输山单兀其它站现场总线仪农智能仪表DCS勺体系结构示意图3.2 DCS的体系结构的技术特点(1) 信息集成化主要包括：DCS系统各站通过网络实现信息交换；系统网络注重实时性、可靠性和数据通信能力；网络通信协议对系统性能有重要影响；DCS的网络通信不仅要注意数据传输的能力，还要注重考虑信息的表达方式。(2) 控制功能的分散化具体地说，从仪表的角度看，DCS具备了传统仪表不具备的通信功能；从计算机的角度看，DCS各系统功能分散到不同设备中完成，并通过网络进行数据交换与协调；DCS的检测
14、、计算与控制在现场控制站完成，人机界面由操作站实现；DCS系统有多台现场控制站、操作站，分别对各自控制对象实施控制与监视。3.3 系统的功能（1）运行员操作站：运行员操作站主要完成人机界面的功能。现在普遍用PC机加专用网卡和专用监控软件组成。运行员操作站是操作人员进行生产过程的监视、操作的主要设备,运行员操作站提供良好的人机交互界面,用以实现集中显示、集中操作和集中管理等功能。（2）过程控制站：过程控制站是DCS的核心，直接与生产过程相连接,对过程变量进行检测和处理,并产生控制信号驱动现场的执行机构,实现生产过程的闭环控制。过程控制站的性能和可靠性是系统整体性能的重要保证，因此对它的设计、生产
15、及安装要求都很高。过程控制站内部分为逻辑部分和现场部分。逻辑部分主要由起数据处理、计算和存储的计算机和存储器等组成，现场部分主要由连接现场仪表的I/O接口电路构成。逻辑部分和现场部分的连接一般使用内部并行总线和串行总线。由于串行总线具有结构简单、成本低、易隔离、易扩展、便于远距离传输等并行总线不具备的优点，因此连接方式在向串行总线方向发展。（3）工程师工作站：工程师工作站的主要作用是对DCS1行应用组态。通过应用组态，能够对DCS!的各种资源进行合理配置，使DCS成为一个符合实际要求的可运行系统。工程师工作站主要用于对DCS8行离线的组态工作和在线的系统监督、控制与维护，工程师能够借助于组态软件对系统进行系统生成、离线组态、并可在DCS运行时实时监控DCS网络上各站的运行情况。DCS在线运行中，工程师工作站也可以对系统重新组态，根据需要改变系统的配置和定义。（4）数据采集站：数据采集站是集散控制系统的中枢,作用是保证系统各部分之间有效的数据传输和信息共享，实现系统的总体功能。正是通过数据采集站实现了各部分的集成，分散控制才有意义。可认为DCS的结构实质是一个网络结构。目前广泛采用的网络技术是以太网技术。有效的数据传输包含数据的实时性、完整性和一致性。实时性要求对现场信号的采集、控制决
