煤化工企业DCS升级改造实践应用研究

    引言
       煤化工企业在化学生产中，以煤作为主要的原料，从而向城市的运行和工业的生产，进行天然气、燃气的供应。在科技不断进步的今天，为了提高煤化工企业的生产质量和效率，充分引进了现代化技术的应用，比如说DCS技术。DCS系统在运用的过程中，要结合实际的生产需求，进行不断地优化和升级，确保其具有更加稳定的运行状态和更高的使用效率。
    1 DCS系统在煤化工企业中的应用意义和价值
       对于煤化工企业而言，整个生产环节可以分成两个阶段，即反应以及合成阶段。依靠反应塔的媒介反应，对于所形成的聚合体进行洗涤、加压、冷却，并运用吸收剂，在吸收饱和以后，获得饱和溶液。通过对饱和溶液的解析，从而达到生产目的。在这一过程中，DCS系统应用能够实现良好的控制作用，充分发挥系统优势，促进整个生产流程的优化和完善，提高生产的精确度，因此在煤化工企业中，DCS系统具有较高的应用意义和价值。
       首先，DCS系统的稳定性好，同时可靠程度高，能够为煤化工的生产流程的安全性保驾护航，提高生产效率。
       其次，DCS系统在控制方面具有较高的水平，能够实现对生产各个环节的集中控制，减少人为操作，确保生产效能。
       最后，通过该系统，能够强化煤化工生产的监控力度，对煤化工不同的生产环节分设不同 的管理台，开展控制管理工作，由总控制台负责总体的监控工作[1]。
    2 煤化工企业DCS升级改造的实践
       2.1 项目概况
       榆林煤化有限公司一期锅炉建设于2009年，到2020年其所使用的和利时DCS系统经过连续十年的运行，由于软件版本低，并且运行平台停产，能以确保整个系统网络结构的稳定性，软硬件较容易出现故障，不利于装置的持续稳定运行，所以需要进行优化升级。
       升级时间要求为10天左右，在对老系统升级的基础上，要实现公司内一期、二期锅炉所有控制系统的整合。由于厂家所提出的方案无法满足公司具体的升级要求，因此，相关的技术人员在自主研究的基础上，提出硬件分步升级的方案，即对于系统组件，不进行一次性升级，而是先对必要的软硬件部分进行升级，之后在后续的使用过程中，针对故障处理较高的硬件， 进行新版本的更换。在与厂家沟通以后，确认该方案具有可行性[2]。
       2.2 项目成本
       本次项目共节省了工程师站及其授权4套，操作员站及其授权8套，577块I/O模块生命周期延长了2.25年（2020年10月至2022年12月，按照当前运行情况，还能够延长3年生命周期，暂不计入节省费用），结合我厂情况，厂家建议I/O模块寿命周期10年。
       2.3 主要技术内容
       将一期老系统进行升级，让其和二期系统版本保持一致，并对6套独立的DCS系统进行整合，从而打造一套DCS系统，开展集中操控，有效减轻工艺监盘人员数量与工作压力，提高了系统维护与操作的便捷性。
       由于二期DCS系统是当前最新版本与网络架构，因此基于二期DCS系统，通过管理域的构建，将其他DCS系统网络并入到二期DCS网络结构中，构成一个大型的DCS系统。由于一期I/O设备库存备件、现存大多数I/O模块，具有正常的使用性能，因此在此次项目升级中，只针对一期CPU、总线分配器等机笼部分老旧DCS系统硬件进行升级优化。并对底层I/O模块开展性能测试，对于性能下降的部分，进行备件更换，重点关注负责重要设备控制的I/O模块，从而提高库存备件的利用率，让I/O模块具有更长的生命周期。对DP总线、终端匹配器等其他附件，开展彻底点检，确保其安全性。
       本次DCS系统升级优化工作，在厂家的配合之下，在大修的十天内完成了全部的升级工作，并随着系统投入运营两年以来，有效地降低工作强度，工艺反应操作便捷性高，并未发生系统故障。
       2.4 主要科技创新
       在一般情况下，控制系统升级主要就是针对软硬件，进行整体上的升级，或者仅仅刷新固件版本。在本次项目中，进行全新升级方法的提出，即逐步升级，也就是只对一些较为重要的控制软件和硬件进行升级，实现对于较大数量的底层硬件的保留，在后续的使用过程中，结合其具体的应用情况，再逐渐更换底层硬件。在这一方法的运用之下，能够有效地缩短升级所 需要的时间，使得底层设备具有更强的使用寿命，有效地控制一次性的投资成本，从而对以后的系统升级，提供了全新的思路。
       在该方法提出之前，厂家向我公司提供了两种方案。第一种就是进行FM最高版本的升级，能够维持网络结构不变，进行软硬件版本的更换，这种方法将会带来大量的成本消耗，同时缩短使用周期，无法针对现存的系统问题，实现有效地解决。第二种方案就是将所有的系统都升级到K系列，并完成全部设备的更换，这种方法不仅不利于设备的正常运行，需要较长的施工周期，同时还会增加一次性成本。
        因此，为了满足现阶段的升级改造需求，就提出了逐步升级法，分阶段进行整个系统的升级。
       首先对于低版本的硬件，升级到K系列，只需要进行CPU部分硬件的更换，下层I/O卡能够有效兼容K系列，不需要更换。同时将一期与二期锅炉DCS系统进行整合，让其形成一个锅炉DCS系统，具有统一性，从而建立统一的数据平台，服务于三套锅炉装置，提高装置数据采集的便捷性。要做好I/O模块的点检，并通过具体模块位置的调整，对于不稳定的模块进行更换，确保其不会对设备的运行造成影响，提高运行的可靠性。在后续的应用过程中，结合具体模块的运行情况，对其进行在线的升级和更新，能够在最大程度上，让其获得更长的使用时间。升级前后系统结构见图1-6。
       2.5 项目建设效果及评价
       自投入应用以来，整个系统运行稳定性良好，并未发生故障问题，但是在本项目众所运用的升级方法，对具体的系统软硬件自身的兼容性，提出了一定的要求，因此并不适用于全部的控制系统，在后续的推广应用阶段，必须要明确所升级的系统，能够符合软硬件兼容条件。
    3 煤化工企业DCS系统的优化管理
       当前，在煤化工企业对于DCS系统的应用中，存在着部分问题，具体体现在如下几个方面：
       第一，通信上的问题，比如说经常出现通信的不稳定和中断。随着DCS系统在企业中的深化运用，导致系统通信量不断加大。在DCS系统的影响之下，通信信息传输的稳定性难以保证，甚至可能会带来安全事故，造成一定损失。因此为了确保系统信息传输的稳定性，就可 以采取标签名称等方式，对其进行优化和完善。
       第二，系统安全问题。在DCS系统应用的过程中，系统故障难以避免。由于系统自身抗干扰能力的存在，因此如果遇到不合理的配置，或者是初始化错误等问题，就会带来抗干扰故障，对系统的运行造成不利的影响。面对系统安全问题，要通过科学的措施，做到具体问题具体分析，并且做好日常的检修，及时发现和处理问题，提高系统运行的有效性。
       第三，警报系统问题，如报警设置过多或过少、报警不及时等问题。在DCS系统中，警报系统作为重要内容，能够在系统发生故障以后，及时地通过警报，通知相关人员进行故障的 处理。当前DCS警报系统的性能有待提升和完善，通过参数的调整，不断地提高智能化管理水平[3]。
       3.1 强化系统维护
       针对DCS系统的日常应用，要加大管理力度，推进维护工作的开展，通过系统的持续优化，保障系统运行的稳定性，确保其作用的发挥。首先，针对DCS系统建立健全相关的管理制度，完善管理流程，确保各项工作的落实。其次，有效控制温度，保证DCS系统的运行环境，具有合理的温度，温差要控制在五摄氏度以内，为系统的运行，提供优质的运行环境。最 后，重视系统的防尘工作，针对室内控制系统，定期做好清洁，防止由于灰尘的存在，影响系统的正常运行。另外，要定期进行电阻检测，将其控制在1欧以内，确保防静电功能的实现。        3.2 强化预防维护
       预防维护工作就是依靠定期检查的开展，确保各项维护工作的落实，有效防止系统故障的产生。预防维护工作涉及到如下的内容，其中包括对于系统电源、通信网络的检查和测试，检查维修控制站和操作站，为系统创造良好的运行环境，确保其属于正常的运行状态。同时还包括接地以及供电系统的检查，对供电能力和电阻，做到进一步明确。依靠预防维护工作的定期开展，能够提高系统运行的稳定性。
       3.3 加强故障的诊断和处理
       在煤化工企业中，虽然定期针对DCS系统，进行相关的检查和维护工作，但是依然容易产生故障问题。为了防止由于故障的出现，阻碍企业生产活动的顺利开展，就要在发现故障以后，第一时间进行上报，维修部门获得故障信息，以此为根据，尽快地提出应对的方法和处理的措施，实现对系统问题的有效解决。DCS系统内部存在警报系统，因此能够实现自我诊断，在系统出现故障以后，做到及时的察觉，并马上确定故障的位置。依靠系统的自我诊断，能够及时应用修复措施，实现对于故障的修复。相关的工作人员要重视起对系统的故障维护工作，能够清楚地解读系统警报的含义，确保系统功能的正常发挥。在接收警报以后，立即进行相应的处理，有效控制故障问题对系统运行的影响。通常情况下，在产生系统故障以后，要明确故障的具体原因。如果是人为因素所导致的故障，比如说在数据输入工作中产生的失误，可以立即进行调整，减少故障所带来的损失。另外，要充分运用DCS系统的自我诊断功能，对故障发生的位置进行确定。如果属于系统内部故障，就要在具体情况的基础上，对于软件和硬件进行检查，判断出现问题的位置，并提出相应的处理方案。DCS系统具有一定的复杂性，因此在具体应用的过程中，必须要重视其日常的检查和维护工作，防范故障问题的出现。
    4 结语
        通过本次DCS系统的升级，从整体上促进了网格结构的优化，并实现了分散DCS系统的统一建设，让其成为一个总的监控平台，提高维护和操作的便捷性，确保锅炉装置控制系统的稳定运行。通过全新的升级方法，能够在短时间内，满足系统当前的升级要求，不会对装置的正常生产造成不良影响，同时还能够有效地控制成本投入，让设备具有更强的生命周期，符 合本公司锅炉装置DCS系统的升级目标。
        参考文献
        [1]陈菲.煤化工企业中集散控制系统常见故障问题及解决[J].中国石油和化工标准与质量,2019(19):139.
       [2]严绪安.试论DCS自动控制系统在煤化工企业生产中的应用及维护[J].数字技术与应用,2019(05):39.
       [3]杨卫强.大型煤化工企业DCS系统网络安全设计[J].仪器仪表用户,2019,26(06):14.