浅谈DCS在PA66切片干燥系统中的应用

【摘要】阐述DCS控制系统基本结构和特点，分析目前化工行业工程设计现状以及存在问题和不足。结合中平能化集团的PA66氮气干燥系统的工程实例，探讨系统改进方法，介绍改进后的现场总线和远程I/O系统的结构和特点。通过合理的DCS方案设计，充分发挥DCS的优越性，有效降低生产和施工成本，提高了控制系统的安全可靠性。中平能化集团的PA66氮气干燥系统采用西门子DCS控制系统，实现对干燥工艺设备控制和数据实时监控。实践表明，该系统自动化程度高，使用简易，干燥效果好，有效降低系统运行人工费和维护费用。

【关键词】DCS；远程I/O；PA66干燥；应用

前言

DCS（Distributed Control System）控制系统是以PLC为基础对生产过程进行集中监控、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统。该系统将若干台PLC分散应用与过程控制，全部信息通过通讯网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个系统继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点。克服了常规仪表功能单一的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面的集中，又实现了在功能、负荷和稳定性三方面的分散[1]。DCS系统在PA66干燥系统的生产过程控制中起着重要的作用。

PA66（聚酰胺66或尼龙66）切片广泛用于机械制造、汽车工业、化学以及其它需要抗冲击性和高强度要求的产品。如齿轮、泵体叶轮、高压密封、电线包内层等[1]。目前国内的尼龙66行业受到汽车工业的需求带动，生产势头较好，为提高PA66的产品质量和生产能力，降低成本，保证生产的稳定性和安全性，很多化工企业对生产的自动化程度提出了更高的要求。

1、DCS的特点

DCS是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起应运而生的综合控制系统，在系统功能方面，DCS和集中式控制系统区别不大，但在系统功能的实现方法上完全不同。首先DCS的骨架—系统网络，它是DCS的基础和核心。系统网络对于整个DCS的实时性、可靠性和可扩充性，起着决定性作用，而且DCS系统的网络具有很强的在线网络重构功能。其次，这是一种完全对现场I/O处理并实现直接数字控制功能的网络节点。一般一套DCS要设置现场I/O控制站，用以分担整个系统的I/O和控制功能。这样既可以避免由于一个站点失效造成整个系统失效，提高了系统的可靠性，也可以使各个站点分担数据采集和控制功能，有利于提高整个系统的稳定性[2]。

2、PA66干燥系统的工艺流程

中平能化集团的PA66干燥系统采用氮气干燥系统。首先切片通过输送系统送到湿料仓，经过氮气的置换系统，把仓内氧气置换出去。然后通过一个回转阀使切片落入干燥塔内。干燥加热系统通过除氧罐（内部装有催化剂），在催化剂的作用下把管道内氧气除去，然后经过加热器对PA66切片进行温度加热（200-220℃）。通过5个小时左右的氮气加热除去切片内部的水分和增加粘度，加热过的氮气经过管道除尘器和除湿机，对氮气进行除水和除尘，然后进行循环使用，既环保又节能。根据PA66的干燥工艺流程和厂方要求，中平能化集团的PA66干燥系统采用了德国西门子全套的DCS控制系统，PLC采用西门子S7-300，组态软件采用WINCC对系统进行监控。该系统通过现场控制站（I/O）、数据通讯系统、人机接口单元把控制任务分配到现场，便于分散控制，降低了事故发生对整个系统的影响。

3、系统硬件设计

该DCS硬件包括控制站硬件、操作站硬件和网络硬件3部分。控制对象主要有干燥塔温度、干燥加热温度、干燥加热流量、料位探测仪、氧含量分析仪及调节阀等。监控系统硬件由电源单元、CPU单元、输入输出单元、通讯单元、操作站单元和网络部件构成。

3.1控制站硬件

控制站硬件包括机柜、机笼及系统供电、主控制卡CPU、数据存储卡和I/O卡件[3]。其中机笼分为电源机笼和卡件机笼。电源机笼可以配置4个电源模块，卡件机笼主要放置各类卡件，一个卡件机笼有20个槽位，用来放置2块主控制卡，两块数据储存卡和16块I/O卡件。机笼背面有4个SBUS-S2网络接口、一组电源接线端子和16个I/O端子接口插座。

3.2操作站硬件

操作站硬件负责显示控制站采集的信号点，并下达操作员的命令到控制站，同时对一些实时或历史数据进行保存，它是DCS中不可缺少的硬件组成部分。操作站的硬件是由工控机PC机（包括计算机主机、显示器及键盘鼠标等）、操作台、打印机和操作员软件狗等组成。

3.3网络硬件

网络硬件包括网卡、通讯线缆以及其它网络辅助配件等，它负责控制站和操作站之间或操作站与操作站之间不同设备的信息传输，并实现系统的扩展。

4、系统软件设计及组态监控

为了保证产品的质量稳定和设备安全运行，干燥加热系统的温度必须控制在规定的范围内[4]。如果温度超过允许的范围，就会因为温度过高而影响产品的质量。为了有效监视该干燥气体的温度，并以直观的方式显示出来，同时给出报警指示信息，以指导生产操作人员进行适当的操作，需要对DCS的软件和硬件进行组态配置即组态设计。包括控制站、操作站等硬件设备在软件中的配置，操作站的画面设计，流程图的绘制、控制方案的编写及报告制作等。操作人员操作台的计算机鼠标和键盘，通过软件对象列表中相关对象的调用即可对生产系统的运行设备仪表进行查看、调节和控制。主要实现的操作功能有实时和历史报警操作，控制设备画面操作，实时和历史趋势操作，报表画面操作等。

5、结束语

DCS控制系统已经在中平能化集团PA66干燥系统生产线上得以成功应用，该系统自投运以来运行稳定、可靠，各项功能如数据采集、模拟量控制、顺序控制和连锁以及人机操作界面等功能都得以实现，保证了生产线的安全稳定运行。通过应用DCS控制系统，使得操作人员能够方便快捷地控制各个参数，确保生产工艺流程的稳定性，同时降低了操作人员的劳动强度，提高了系统的安全性及工作效率，得到了用户的好评。

参考文献

[1]高俊刚，李源勋.高分子材料.化学工业出版社出版社，2009.06.01.

[2]王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京航空航天大学出版社，2003.09.01.

[3]吴锡祺，何镇湖.多级分布式控制与集散系统[M].中国计量出版社，2001.07.

[4]张则军，陈永明，罗麟.浅析DCS温度调节回路故障对生产影响的改进思路[J].化工自动化与仪表，2008，35（4）：84-86

作者简介

闫红伟，男，1981年11月，河南许昌人，初级职称，05年毕业于郑州轻工业学院电气信息工程学院自动化专业，现工作于郑州中远干燥技术有限公司。

孙伟光，男，1984年8月，河南开封人，初级职称，09年毕业于郑州轻工业学院材料与化学工程学院过程装备与控制工程专业，现工作于郑州中远干燥技术有限公司。

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