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石油化工儀表控制系統設計研究
論文類別:專家論文
作 者:佚名
所在地區:石油化工儀表控制系統設計研究
下載次數:276
摘 要:
    摘要:由于傳統的石油化工儀表控制系統對石油化工儀表控制的分布式控制能力差,導致控制精度較低,無法對石油化工儀表進行分布式的控制。為此,提出基于DCS,設計石油化工儀表控制系統,實現對石油化工儀表的精準控制。實驗結果表明,與傳統系統相比,該系統對石油化工儀表控制的控制精度更高。
    關鍵詞:DCS;石油化工儀表;控制系統;分布式控制
    由于石油化工行業信息化程度的不斷提高以及城市現代化建設腳步的不斷加快,石油化工儀表控制成為當今石油化工行業最重要的研究內容。石油化工儀表控制已經成為嚴重制約我國石油化工行業可持續發展以及與人民正常生活息息相關的關鍵問題[1]。因此,設計基于DCS的石油化工儀表控制系統對于促進我國石油化工行業健康、可持續發展具有重要意義[2]。DCS分布式控制系統在石油化工儀表控制的應用中發揮著舉足輕重的作用,基于DCS分布式控制系統可以改變傳統的石油化工儀表控制要素。通過對石油化工儀表數據進行分散控制的方式實現節本增效,提高石油化工儀表的控制精度。DCS分布式控制系統對石油化工儀表控制的總體表現為有著分布式實時控制石油化工儀表與控制平臺的能力,針對影響石油化工儀表的各個環節進行精準化控制。因此,本文進行基于DCS的石油化工儀表控制系統設計。
    1基于DCS的石油化工儀表控制系統設計
    1.1DCS性能要求
    在設計石油化工儀表控制系統過程中,需要滿足基本的性能要求,如:第一,具有數據采集、模擬量控制、順序控制、聯鎖控制、監控報警等功能,能夠滿足各種運行情況的要求,確保相關設備安全、高效地運行;第二,要有分散處理單元、數據通信系統和人機接口;第三,具有中英文操作界面、模塊式結構,易于組態、使用、擴展等;第四,具有高度可靠性,系統內任何一組發生故障均不影響整個系統;第五,具有監視、報警和自診斷功能,可在功能和物理上進行分散;第六,所有網關包含和安裝防病毒軟件,防止各類計算機病毒的侵害;第七,整個DCS的可利用率至少為99.7%,自動調節率盡量接近100%。
    1.2硬件設計
    基于DCS的石油化工儀表控制系統硬件設計的主要內容為儀表分布式控制器,儀表分布式控制器的具體型號為DCS-S254G-Pi286。儀表分布式控制器是一款電源供電的石油化工儀表控制設備,能夠提高石油化工儀表控制的硬件性能[3]。儀表分布式控制器可選配GPRS或LOPETio-iot無線通信方式,在儀表分布式控制器內置高精度壓力控制器,能夠準確地控制石油化工儀表情況,并且具有精度高、長期穩定性好的特點。儀表分布式控制器整體采用低功耗設計,儀表分布式控制器整體采用406不銹鋼殼體和接頭構成,已通過防爆認證。儀表分布式控制器最重要的優勢在于功能實用,能夠對石油化工儀表進行分布式控制[4]。分布式控制速率僅需要1~3min,可自動調節。儀表分布式控制器可同時接收多個I/O信號,其中,使用DCS分布式控制系統能夠對接收I/O信號的I/O點進行分級管理。I/O信號接石油化工儀表分級管理示意圖,如圖1所示如圖1所示,可以將石油化工儀表整個工作狀態均視為自動化控制。在儀表控制系統中,設I/O點為1000個,基于DCS的石油化工儀表控制系統的實際容量有1524個。則基于DCS的石油化工儀表控制系統I/O點數的具體分布信息,如表1所示,DI為數字量輸入,DO為數字量輸出,AI為模擬量輸入,AO為模擬量輸出。
    1.3軟件設計
    在系統的軟件設計方面,通過采集端收集終端數據,再根據DCS對石油化工儀表數據進行分散控制,實現對石油化工儀表精準控制[5]。在控制系統軟件設計中,使用DCS分布式控制技術對石油化工儀表數據進行分散控制。再通過DCS的核心技術集中操作石油化工儀表數據,靈活配置石油化工儀表數據,利用控制端可以實現石油化工儀表數據可視化。將石油化工儀表數據以管道的形式進行存儲,統一錄入數據庫中。基于DCS的石油化工儀表控制系統的軟件設計,必須要建立一個體系成熟的數據庫。經過DCS分布式控制的石油化工儀表數據通過分級管理,提高石油化工儀表的控制精度。基于DCS的石油化工儀表控制系統軟件具體流程如圖2所示。如圖2所示,通過對基于DCS的石油化工儀表控制系統的軟件設計,發現DCS分布式控制技術是實現石油化工儀表精準控制的有效途徑。綜上所述,有理由加大對DCS分布式控制技術的研究,最大限度地排除外界干擾因素,提高石油化工儀表的控制精度。在此基礎上,還可以利用數據庫啟動石油化工儀表控制任務,在啟動控制任務之前必須對數據庫預先進行一定的設置,比如設置相關字段,提高石油化工儀表控制的穩定性以及成功率。
    2對比實驗
    2.1實驗準備
    本文對比實驗采用對應服務器設備Ⅳ分別對兩種控制系統進行檢測,運用MATLAB仿真軟件進行控制系統對比實驗。本次實驗內容為測試石油化工儀表控制的控制精度,為了體現基于DCS的石油化工儀表控制系統的有效性,利用DCS對石油化工儀表數據進行分散控制,再根據神經網絡算法測出兩種系統的控制精度。實驗儀表需要選擇技術先進、性能可靠、精度適當、價格合理的儀表。為進一步確保實驗的普遍性,設定實驗總次數為8次,儀表數量為6個,詳細如表2所示。設置傳統的石油化工儀表控制系統為對照組,進行對比實驗。使用雙金屬溫度計測試現場設備及管道內的介質溫度,確保熱電阻信號能夠直接進入DCS中,設置合適的管道壓力、氧含量、控制負荷體系,排除系統間的耦合影響,確保各個控制回路穩定,各儀表設備穩定運行。運用DCS控制石油化工儀表,根據控制情況計算控制精度,采集8組精度對比數據,將對比數據輸入仿真軟件中,繪制出實驗對比圖。在實驗過程中將整個改進控制系統分為操作級、控制級、現場級3級。
    2.2實驗結果分析與結論
    根據上述設計的實驗,采集仿真實驗數據,根據實驗數據繪制出如圖3所示的控制精度對比圖,以求更直觀地展示兩個系統在控制精度上的差異。通過圖3可得出如下結論:本文設計的基于DCS的石油化工儀表控制系統的控制精度明顯高于傳統的石油化工儀表控制系統。對石油化工儀表的控制滿足各項技術指標的要求,說明本文設計的基于DCS的石油化工儀表控制系統其各項功能均可以滿足對設計的硬性要求,可以實現對石油化工儀表進行控制。
    3結語
    基于DCS的石油化工儀表控制系統是針對石油化工儀表進行控制的較為實用和可靠的設計。石油化工儀表分布式控制的精度無論是對于國家還是個人都很重要,針對基于DCS的石油化工儀表控制系統的研究可以大幅度提高石油化工儀表控制的控制精度,完成傳統的石油化工儀表控制系統所不能完成的任務。基于DCS的石油化工儀表控制系統是實現石油化工儀表控制的核心技術,為石油化工儀表控制提供了借鑒。
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