石化企业仪表控制系统的应用
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摘要：随着计算机技术迅速发展，仪表控制系统逐渐向数字化、网络化、模型化、智能化、微型化方向发展以满足石油化工企业技术水平提高的要求。现代市场对使用化工仪表控制系统的大量需求，刺激了仪表控制系统仪器的进步和发展。同时，这也对自动化仪表控制系统提出了新的目标和更高的要求，为石油化工仪表控制系统分的发展也注入了新鲜活力。本文首先分析了石化企业仪表自动化系统的应用现状，然后重点探讨了现场总线控制系统、在线分析仪系统、先进控制系统和集散型控制系统的应用要点，最后对石化企业仪表控制系统的应用做了展望。
关键词：石化企业；仪表控制系统；现场总线；先进控制系统；安全控制系统
Abstract: along with the rapid development of computer technology, instrument control system gradually to digital, networked, modeling and intelligent, miniaturization direction in order to meet the requirements of the petrochemical enterprise technology level. Modern market demand on the use of chemical instrumentation control system, stimulated the progress and development of instrument control system instrument. The automation instrument control system at the same time, it also puts forward new goals and higher demands, chemical instrumentation and control system for oil development has injected new vitality. Instrument at first, this paper analyzes the petrochemical enterprise the present situation of the application of automation system, and then probes into the field bus control system, on-line analyzer system and advanced control system and application of distributed control system, finally the application of instrument control system for petrochemical enterprises were discussed.
Key words: petrochemical enterprises; Instrument control system; Fieldbus; Advanced control system; Safety control system
中图分类号：P634.3+6文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、石化企业仪表控制系统应用的现状分析
（一）FCS与DCS进入共存时代
DCS于20世纪七十年代产生，逐步发展至成熟。DCS成熟的技术和可靠的性能得到了广泛的推广和应用。FCS正在发展期，还未成熟，跟DCS相比，功能并不完善，同时也存在着其他的缺陷。
所以，在今后相当长一段时间内，会出现DCS与FCS共存的局面。不会因为FCS的产生和发展而消失、淘汰。
（二）现场总线与DCS的结合运用
现场总线与DCS相结合，将现场总线智能仪表与DCS连接，不仅发挥了DCS优势,同时带动并推广了现场总线的应用。降低了成本，现场总线与DCS的优势都得到了充分发挥。在现场总线推广应用的基础上，逐步完善管控一体化功能，实现对现场设备的一体化管理与控制。
（三）先进控制及优化的应用
目前，我国已经能够掌握并熟悉应用一些比较控制技术了，比如鲁棒PID控制和多变量预测控制技术。先进控制的实施，让系统装置更稳定，运行更安全，同时也提高企业生产产品的质量，保证了收率，降低成本，增加了收益。使企业取得了显着经济效益。
（四）安全控制系统的应用
由于现代化石化企业的装置规模越来越大、制作过程越来越复杂、运用材料易燃、易爆等特点，对设备的安全性提出了更高的要求，为了是设运行的可靠性有效提高。石化企业更加重视安全控制技术在仪表控制系统中应用，紧急停车系统ESD在避免工业灾难、减少工业事故损失方面起到了积极和重要的作用。安全系统包括紧急停车系统(ESD)、生产装置健康监控技术、安全仪表系统等方面。
石化企业仪表控制系统的具体技术应用
（一）现场总线控制系统的应用
1、简介
现场总线控制系统FCS具有开放性、互操作性和全数字化的特点，已成为石化控制系统发展方向之一。现场总线仪表由以往的只能由调节器或DCS完成的控制算法改进为一台植入PID模块的智能化变送器或执行器与相关的现场仪表一起，在现场实现自主调节以实现控制的彻底分散，减轻DCS主机负担并及时调节从而提高整个系统的可靠性。
赛科乙烯现场总线控制系统
典型现代化大型石化联合企业采用FCS进行生产过程控制的是上海赛科900kt/a乙烯裂解装置，该乙烯联合装置是目前世界范围内生产规模最大、工艺技术最新、自动化系统集成度最高的石化联合工厂。其现场总线系统是国内外最大的FCS。
该系统包括9套生产装置和公用工程及辅助设施，由一个中心控制室集中控制，含168，000个位号、47，000个控制回路、40，000 台仪表、13，000 台智能设备、66，000 根电缆、5，000 个现场接线箱和10 套自动化控制系统。还设有15个控制系统外站，最远外站到中央控制室的距离约2，500m，各控制外站到中央控制室的各种信号全部采用双冗余光纤电缆通
信方式传输。
上海赛科大规模全面使用现场总线控制技术，其通信速度能够满足石化过程控制的要求，除部分仪表出现通信故障外，总线仪表运行基本正常，总线的优越性正在逐渐发挥作用。
（二）在线分析仪系统的应用
1、国内在线分析仪现状
目前，石化企业在线分析仪表的需求很大，国产在线分析仪表仍存在一定差距，故大多数在线分析仪表都是进口产品。但国内某些分析仪软件开发相当成功，具有一定的优势。
2、在线质量分析仪
国内外贸易要求提高商品交割计量精确度，石化企业出厂计量的质量流量计精确度为±0.1%或更高。石化企业为加强产品质量管理，也促进在线分析仪表的应用。其直接影响到石化企业产品质量及先进控制应用的水平，因此得到积极推广，主要包括在线油品质量分析仪，在线特性分析仪等。最新的在线多路近红外光谱分析仪NIR 已应用于石化企业炼油调和系统并取得较好效果。新一代实验室低成本汽油质量指标快速测定仪已成功应用于中国石化炼油企业，受到好评。软测量技术发展也很快，主要用于解决石化企业部分分析检测难题。
3、在线气相色谱分析仪
在线气相色谱分析仪GC控制器通常安放在生产装置控制外站内，除通过双冗余Mod bus 串行链接与DCS通信外，还通过仪表局域网连接到设置在中央控制室内的GC工程师站，从而使得组态设计功能可在中央控制室工程师室内执行，并能访问GC网络上所有的气相色谱仪用于数据的采集、诊断、校准等。
4、在线维护监控仪
石化企业对工厂维护工作越来越重视，特别是对预测维护保养问题更感兴趣。有些企业要求提供在线联机和实时传感系统，用于监控热交换器和加热炉的效率，振动和腐蚀及评估运行状况的指示器。采用具有诊断和预测维护保养能力的仪表与系统，可使现有设备生产潜力增长1%～3%，同时非计划维护保养费用可降低10%～30%左右。
（三）先进控制系统的应用
1、先进控制系统简介
目前已成熟的先进控制的特点为：
（1）先进控制基于模型的控制策略
如：模型预测控制和推断控制等。基于智能控制和模糊控制正成为先进控制的一个重要发展方向。
（2）先进控制通常用于处理复杂的多变量过程控制问题
如：大时滞、多变量耦合、被控变量与控制变量存在各种约束等。先进控制是建立在常规单回路控制上的动态协调约束控制，可使控制系统适应实际生产过程动态特性和操作要求。
（3）先进控制的实现需要足够的计算能力作为支持平台可在上位机或DCS/FCS中实现。
2、先进控制网络系统
APC网络又称先进控制优化网络，是在具有APC先进控制的装置里，DCS控制网上有一个APC应用工作站，可采集DCS的有关数据。各生产装置的APC先进控制服务器通过OPC网络与对
应装置的APC应用工作站连接。先进控制APC服务器中的计算结果，控制数据和DCS的过程实时数据是通过APC网络相互传送，可实时处理各种设定点及其他控制参数。APC应用工作站的主要功能是起OPC通信作用以及放置某些DCS中没有的“中间计算”功能模块。APC网络是冗余的。
另外，APC服务器通过仪表局域网与操作员台上的一般用途PC机连接，这台PC机是操作员的APC控制的界面，可以进行投运APC操作，改变APC控制设定参数等。
（四）集散型控制系统的应用
1、集散型控制系统简介
集散型控制系统DCS是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合计算机、通信、显示和控制的4C技术，其特点是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。
2、新一代集散型控制系统特点
新一代DCS 的主要特点为：
1、网络开放结构
采用Windows NT 标准操作系统，支持DDE/OPC，既可直接使用PC 机的MS-Excel，Visual Basic编制报表，也可同在UNIX 上运行的Oracle数据库进行数据交换。此外，还可提供系统接口和网络接口用于与不同厂家产品管理系统、设备管理系统和安全管理系统进行通信。
高可靠性
控制站采用多CPU冗余容错技术，可实现在任何故障及随机错误产生情况下连续不间断控制。机柜采用微正压结构设计，I/O 模件采用表面封装技术，具有1500VAC/分抗冲击性能。
3、容错以太网
控制网络采用容错以太网，其特点是在容错以太网节点间有4个通信路径、允许有1个通信路径故障、1s快速检测和恢复时间、可在线增加和减少节点、对应用PC机完全透明、允许正常以太网结点接入、完全分布式结构无主结点、快速100Mbps 性能、传输介质为同轴电缆或光纤。
可扩展性
具有构造大型实时过程信息网的拓扑结构，可构成多工段、多集控单元、全厂综合管理与控制综合信息自动化系统。
石化企业仪表控制系统的发展趋势
（一）ERP/ME/PCS三层管理与控制系统
石化企业生产与经营过程，大致可分为三层:操作控制层是DCS/FCS的安装、数据库实时更新；生产管理层是生产调度、油品储运等；经营管理层ERP。近些年，ERP/MES/PCS三层管理与控制系统是自动化技术是石化企业采用方式，也是其发展方向。MES系统，通过对物流的综合跟踪管理，可有效降低油品的损耗；据美国ARC公司调查统充分证明了这一点: 如果应用MES，产品质量可以提高19.2% ，劳动生产率提高13.5% ，产量提高1.5%。
（二）安全控制系统的趋势
现代石化企业更加重视安全控制系统的应用，安全系统融入仪表控制系统及信息系统一体化管理的是仪表控制系统安全管理的发展方向。安全仪表控制系统智能化管理将会在不久的将来，得到更广泛的推广和应用。
（三）先进控制的实现建立需要有足够的计算能力来支持
可以通过DCS/FCS来实现，国内和国外都有成功的实例。石化系统与美国Honey wel公司合作，使催化裂化装置先进控制得到了成功实施。目前，中石化、中石油都成功装置几十套运行了先进控制系统，主要有常减压、延迟焦化、催化裂化、乙烯裂解、柴油加氢、聚乙烯等，明显提高了经济效益。
结语
综上，由于现代石化仪表控制系统等其它技术水平的提高和改进，能够提高大型石化生产装置的平稳性和安全性等自身的技术水平。由于仪表控制系统是石化企业生产装置的“中枢神经”，当装置采用现代仪表控制系统时，可提升装置运行管理控制一体化的现代化程度、提高产品的质量和收率、提高装置的稳定性和安全性、增加装置的原料处理量和产品量、降低运行费用和操作成本，由此可带来明显的经济效益和社会效益。相信在不久的将来，石化仪表控制系统将得到更加广泛的应用。
参考文献
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