化工DCS及工艺培训

1、主讲人：濮希杰乙班工艺培训 2011年12月第三周一、DCS集散控制系统 1. 概念： 集散性控制系统被称为DCS(Distributed Control System)，也称分布式控制系统或分散控制系统。它是采用计算机技术、过程控制技术、通信技术、计算机图形技术实现过程控制和过程管理的控制系统。它以多台（数十台至数百台）微处理机分散应用于过程控制，通过通信总线、显示器、键盘、打印机等，又能高度集中地操作、显示和报警。简而言之就是信息集中、控制分散。2. 主要功能： DCS控制系统的主要功能是为系统的运行人员提供人机操作界面，使操作员可以通过操作员站及时了解现场运行状态、各种运行参数的当前值、

2、是否有异常情况的发生等，并可通过输入设备对工艺过程进行控制和调节，以保证生产过程的安全、可靠、高效、品质。3. DCS控制系统的特点：（1）控制功能多样化。一般都有几十种运算控制算法或其他数学和逻辑功能，如四则运算、逻辑运算、前馈、PID控制、顺序控制，以及各种联锁报警功能并可根据控制对象的不同要求，将这些功能有机地组合运用，能方便地满足系统的要求。（2）操作简便。配备了灵活而功能强大的人机接口，如CRT、键盘（系统也提供专用的功能键）、打印机（打印需要的信息及报表）等。（3）系统便于扩展。DCS的部件设计采用积木式的结构，可模板、模块、卡件、控制柜和站为单位逐步增加，形成更大规模的控制系统。

3、 （4）维护方便。DCS配有智能的自动故障诊断功能，内部设计是按照标准化、积木化、系列化进行的，便于装配和更换。（5）可靠性高。DCS是监视集中，而控制分散，并且在设计中已经考虑到有联锁保护功能、诊断功能、冗余措施等，使系统的可靠性大大提高。（6）便于与其他计算机联网。DCS配有高、中、低不同速率和不同模式的通讯接口，可方便地与个人计算机或其他大型计算机联网，组成工厂自动化综合控制和管理系统。 4. DCS控制原理 DCS控制系统是将控制回路集中在控制机柜内，在操作站上进行集中的控制和管理。测量信号通过信号电缆接至DCS输入卡件，经过DCS卡件转换为数字信号送至控制器，在控制器中与给定值进行比

4、较（如果是仅显示，在控制器中进行量程转换、与报警值比较等运算后直接显示在操作站上），根据设定的正反作用、PID参数计算出输出信号，然后此输出信号送给输出卡件，经过输出卡件转换为模拟信号四420mA标准信号，通过信号电缆送至调节阀进行调节。也可以输出开关量信号，用于控制两位式阀门或其他工艺设备。二、ESD紧急停车系统1. ESD的概念 ESD是英文Emergency Shutdown Device紧急停车系统的缩写。这种专用的安全保护系统是90年代发展起来的，以它的高可靠性和灵活性而受到一致好评。 2. ESD特点： ESD紧急停车系统按照安全独立原则要求，独立于DCS集散控制系统，其安全级别高

5、于DCS。在正常情况下，ESD系统是处于静态的，不需要人为干预。作为安全保护系统，凌驾于生产过程控制之上，实时在线监测装置的安全性。只有当生产装置出现紧急情况时，不需要经过DCS系统，而直接由ESD发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。3. 为何要独立设置ESD系统呢？当然一般安全联锁保护功能也可由DCS来实现。但是对于较大规模的紧急停车系统应按照安全独立原则与DCS分开设置，这样做主要有以下几方面原因：（1）降低控制功能和安全功能同时失效的概率，当维护DCS部分故障时也不会危及安全保护系统; （2）对于大型装置或旋转机械设备而言，紧急停车系统响应速度越快越好。这

6、有利于保护设备，避免事故扩大；并有利于分辨事故原因记录。而DCS处理大量过程监测信息，因此其响应速度难以作得很快；（3）DCS系统是过程控制系统，是动态的，需要人工频繁的干预，这有可能引起人为误动作；而ESD是静态的，不需要人为干预，这样设置ESD可以避免人为误动作。 三、过程控制系统简介1. PID控制器2. 简单控制系统3. 串级控制系统4. 比值控制系统5. 均匀控制系统6. 分程控制系统7. 选择性控制系统8. 解耦控制系统PID控制器： PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成控制偏差e（t）=r(t)-y(t),将偏差e(t)的比例（Proport

7、ion）、积分（Integral）和微分（Differential），通过线性组合构成控制器，对被控对象进行控制，故称PID控制器。 PID控制原理：2. 简单控制系统 简单控制系统，又称为单回路反馈控制系统，是指由一个测量变送器、一个控制器、一个执行器和一个被控对象组成的单回路闭环负反馈控制系统。简单控制系统的方块图简单控制系统举例 液位控制系统 温度控制系统3. 串级控制系统 串级控制系统，两个控制器串在一起，控制一个执行器的控制系统。蒸汽压力控制串级系统串级控制系统原理4. 比值控制系统 比值控制系统：凡是用来实现两个或两个以上的物料量按一定比例关系以达到某种控制目的的控制系统。因此，比

8、值控制系统是按照功能来命名的。 常用的比值控制系统有：（1）单闭环比值控制系统（2）双闭环比值控制系统（3）变比值控制系统简单介绍单闭环比值控制系统原理单闭环比值控制系统与串级控制系统方框图比较控制器控制阀5. 均匀控制系统 均匀控制系统的提出 化工生产中,总是几个塔串联运行。为了保证相互串联的塔能正常地连续生产，每一个塔都要求进入塔的流量保持在一定的范围内，同时也要求塔底液位不能过高或过低。 两个串联的精馏塔孤立设置控制系统。精馏塔甲的出料直接作为乙塔的进料，为了保证甲塔液位稳定在一定范围内，故而设有液位控制系统；根据乙塔入料稳定的要求，又设置了流量控制系统。两个控制系统工作起来相互矛盾，导

9、致无法正常工作 为了解决前后两塔供求之间的矛盾，可设置均匀控制系统。 均匀控制系统把液位、流量统一在一个控制系统中，从系统内部解决工艺参数间的矛盾。具体来说，就是让甲塔的液位在允许的限度内波动，与此同时让流量作平稳缓慢的变化。 6. 分程控制系统 一般来说，一台调节器的输出仅操纵一只调节阀，若一只调节器去控制两个以上的阀并且是按输出信号的不同区间去操作不同的阀门，这种控制方式习惯上称为分程控制。7. 选择性控制系统 选择性控制是把工业生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系，叠加到正常的自动控制系统上去的一种组合控制方法。即在一个过程控制系统中，设有两个调节器(或两个以上的变送器)，通过高、低值选

10、择器选出能适应生产安全状况的控制信号实现对生产过程的自动控制。举例：当生产操作趋向限制条件时，一个用于控制不安全工况的控制方案将取代正常情况下的控制方案，直到生产操作重新回到安全范围以内，恢复原控制方案为止。 前面讨论的都是一个控制变量控制一个被控参数的单变量控制系统。而有一些生产过程中，被控参数和控制变量往往不止一对，需要设置若干个控制回路，才能对生产过程中的多个被控参数进行准确、稳定地控制。 为了消除或减小控制回路之间的影响，可在各调节器之间建立附加的外部联系，通过对这些联系进行整定，使每个控制变量仅对与其配对的一个被控制参数发生影响，而对其它的被控参数不发生影响，或者影响很小，使各被控参

11、数和控制变量的相互耦合消除或大为减小。8. 耦合控制系统 把具有相互关联的多参数控制过程转化为几个彼此独立的单输入-单输出控制过程来处理，实现一个调节器只对其对应的被控过程独立地进行调节。这样的系统称为解耦控制系统（或自治控制系统）。四、精馏控制实例B、塔釜温度及压力滞后降低，塔顶压力降低A、塔顶塔釜温度与压力同时降低，回流罐液位升高，塔釜液位降低塔顶温度降低C、塔顶塔釜温度与压力都降低，回流罐及塔釜液位降低D、塔顶尾气排放阀不断打开第一现象第二现象A、进料液轻组分含量过高原因分析及处理方法：处理方法：适当加大塔顶采出量及进料量，调节塔釜热水量，保证回流罐及塔釜液位维持在正常范围返回B、回流液量过大（在塔的正常操作范围内）/循环水量过大/循环水温度及压力降低处理方法（1）回流液量过大：适当降低回流液量（2）循环水量过大或温度降低：适当加大循环水量，并通知调度提高循环水温度（3）循环水压力降低：适当提高循环水量，待循环水压力提高后，降低循环水量返回C、塔釜热水压力或温度降低处理方法：缓慢调节热水量，注意观察塔釜及塔顶温度压力变化，调节精馏塔参数至正常范围返回D、塔顶不凝气体/二氯二氢硅含量过高处理方法：注意观察塔顶压力及温度，观察