DCS控制逻辑设计

DCS 控制系统（Distributed Control System，分布式控制系统）是一种以微处理器为基础，融合了计算机技术、控制技术、通信技术和显示技术的综合控制系统。它采用了分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便的设计理念。

DCS 控制系统的主要特点包括：

分散控制：将整个生产过程划分为多个控制区域，每个区域都有独立的控制器，从而降低了局部故障对整个系统的影响。比如按生产工序进行划分，原料清洗程序是一个单独的控制区域，当清洗工序运行时，除非将其与后续工序进行连接，否则清洗工序程序的运行、停止、故障等状态不会对后续工序的运行产生影响。

集中管理：通过中央操作站，操作人员可以对整个生产过程进行集中监控和管理，获取全面的生产信息。可以理解为操作员可以在一个控制平台内可以查看、操作、监视所有生产过程。

可靠性高：具备冗余设计，当部分组件出现故障时，系统能够自动切换到备用组件，确保生产的连续性。当A设备故障时，通常会返回其故障状态，通过切换按钮切换至B设备，程序即可接通B设备管线后正常运行。

开放性：能够与不同厂家的设备和系统进行通信和集成，具有良好的兼容性。在进行设备采购时，不可避免的会采购不同厂家的设备，这些设备会基于各自的技术和自控程序进行设计，比如某些设备是自带PLC控制的，那么就需要将其整合进DCS系统中，在设计阶段沟通好通讯模式，即可将其整合。

在进行工厂车间设计过程，当硬件条件确定并由设计院出具P&ID设计图纸后，就需要进行DCS控制文件的编写。编写控制逻辑文件一方面是便于与DCS设计承包商进行沟通，另一方面可以通过更直观的表述培养中控人员，方便中控人员理解控制逻辑。控制逻辑文件一般由工艺工程师进行编写（熟悉工艺流程、参与工艺设计）。另外需要设备工程师、仪表工程师提供专业方面的支持。

那么如何编写DCS控制逻辑文件？

要编写DCS控制逻辑文件，首先需要对P&ID图纸进行处理，屏蔽掉手动控制部件，如手阀等，同时也可以根据P&ID图纸画出DCS控制画面（可先画出草图，后期可根据需要再进行修改）。画面包含需要接入控制系统里的阀门、仪表、设备等。同时需要获取所有设备、阀门、部件、仪表的点位表包括AI（模拟量输入）、AO（模拟量输出）、DI（数字量输入）、DO（数字量输出）等，方便进行逻辑设计。

通常会按节点对程序进行区分，所谓节点即为上面提到的区域划分，划分原则一般会遵守程序连续性原则进行。例如原料清洗工序控制，可以在一定程度上与其他主要工序区分开来，在原料清洗结束进入下一工序前即可作为一个节点，但从程序的开始到原料进入下一工序前这一段各设备和仪器仪表的运行关系是紧密的。

其次，编辑控制逻辑前需要参照HAZOP文件，文件编辑过程中需要区分优先级别，HAZOP文件中的安全连锁逻辑为最高级，优先于其他逻辑运行，其次是工艺连锁，最后才是其他控制逻辑。

那什么是HAZOP？

HAZOP（Hazard and Operability Study，危险与可操作性研究）是一种用于识别工艺系统潜在危险和操作问题的结构化分析方法。HAZOP 的基本原理是通过对工艺系统的详细审查，分析偏差可能产生的原因、后果以及现有保护措施的有效性。它通常由一个多专业的团队共同完成，包括工艺工程师、安全专家、操作人员等。

HAZOP 分析的主要步骤包括：

确定分析的对象和范围。

将工艺系统划分为若干节点。

针对每个节点，选择引导词，如“过高”“过低”“无”等，与工艺参数结合形成偏差。

分析偏差产生的原因、可能导致的后果以及现有的安全防护措施。

评估风险的等级，并提出改进建议和措施。

如：

紧急停车联锁

在出现紧急情况，如设备故障、工艺参数严重超标等，操作人员按下紧急停车按钮，DCS 系统立即停止所有相关设备的运行，确保安全。

超温超压联锁

当温度或压力超过设定的安全极限值时，DCS 系统自动切断加热/加压装置的电源，打开排气/泄压装置和紧急排放阀，防止事故发生。

其他连锁

包括工艺连锁，如液位触发阀门开启、关闭，常见的有低液位关闭程序运行，避免打空，此类连锁不会引发HSE方面的事故，但可能会导致出现设备故障，影响生产进度。

控制逻辑文件编写

何为控制逻辑，控制逻辑即为通过现有硬件条件达到工艺目的的过程描述。

举例：如何实现一个罐子加水自控，要求，当液位低于5%时启动加水程序，液位达到90%停止加水。

那么当程序自动运行时，程序工作状态应该是这样的：液位计参数实时通讯并进行判定，若液位≤5%，则两个自控阀打开，泵启动开始加水，系统持续读取液位参数，当液位≥90%时，程序结束，泵停止运行，阀门关闭。

当然，为了便于操作，通常我们会进行手动干预，一般会有两种模式，一种为自动运行过程当中直接干预，一种为手自动切换后再进行操作，各有利弊，根据实际需要选择。

那么正常的逻辑设计应该是这样的

1.确定工艺目标和关键参数

首先，明确化工工艺的总体目标，例如特定产品的产量、质量要求等。然后，确定与实现这些目标相关的关键工艺参数，如温度、压力、流量、液位等。

如图1所示，工艺目标为A罐物料经加热后输送至B罐。

2.描述控制回路

对于每个关键参数，详细描述其对应的控制回路。例如：

温度控制回路：说明采用何种方式测量温度（如热电偶），以及通过何种执行机构（如加热阀或冷却阀）来调节温度。

压力控制回路：描述压力传感器的位置和类型，以及与调节压力相关的设备（如减压阀、压缩机等）。

如图1所示，涉及到的工艺控制回路有两个：（1）A罐加热控制回路；（2）A罐物料定量输送到B罐控制回路；

3、控制策略

阐述具体的控制策略，如：

a.比例-积分-微分（PID）控制的参数设置和调整方法。

b.基于设定值与实际值的比较，如何进行自动调节。

c.在示例中A罐物料加热采用PID调控，定量添加则采用设定值

4.形成控制逻辑文件

说明不同控制回路之间的逻辑顺序，例如温度达到一定值后开启或关闭其他相关设备。描述各种条件判断的情况，如当液位过高或过低时触发的相应动作。

工艺安全连锁的触发条件有液位、音叉开关、压力、真空度、温度以及设备运行信号等，如某设备进料过程弹出故障信号时，前端打料泵及阀门必须停止。需要根据实际情况及HAZOP文件进行编写。

本文仅对DCS控制逻辑文件编写进行简单介绍并举例，在实际设计过程当中还需要结合实际情况进行设计，编写控制逻辑文件要求编写人员对工艺流程充分了解，熟悉现场设备运行，参与过HAZOP分析，手里拥有相关设计文件及设备参数，仪表参数清单。同时需要与DCS承包商沟通，根据程序编写情况及时调整文件内容。同时根据逻辑文件输出SOP文件、JSA文件。