工业催化剂生产的自动控制系统的浅谈

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【摘 要】工业催化剂的生产对整个化学工业乃至整个的生产业都有着巨大的影响。工业催化剂的产品种类繁多、要求复杂，所以在生产中对自动控制系统的控制精度，自动化程度都有较高的要求。针对主要的控制手段PLC、DCS和MDCS的优缺点进行分析，比较各自在化工催化剂生产中的利弊。

【关键词】化学工业；催化剂；自动控制系统；PLC；DCS；MDCS

【Abstract】The production of industrial catalyst for the entire chemical industry and the whole of the manufacturing industry have a huge impact. Industrial catalysts wide range of products， requiring complicated， so the control accuracy in the production of automatic control systems have a higher degree of automation requirements. Analyze the advantages and disadvantages for the main means of control PLC， DCS， FCS，MDCS and compare their advantages and disadvantages in the production of chemical catalysts.

【Key words】Chemical industry； The catalyst；The automatic control system；PLC；DCS；MDCS

1 工业催化剂的浅谈

化学工业是属于知识和资金密集型的行业。当今社会的化学工业是一种综合利用资源和规模大型化的企业。化工产业的生产技术具有多样性、复杂性和综合性对生产过程要求有严格的比例性和连续性。 在其中，为了提高企业的生产效率，在许多产品的生产过程中都不同程度的使用工业催化剂。可以说，化学催化剂渗透了整个化学反应的过程，是我们必不可缺的重要产品。

目前世界上的催化剂工业所生产的催化剂共有23类。这些生产的工厂专业性非常强，有专门生产单一类催化剂，或专营某一类催化裂化催化剂的企业。而我国从20世纪80年代初开始，在引进国外先进PP工艺的同时就开始了大型PP装置的国产化开发设计工作。最早开始研究和开发PP催化剂的是北京化工研究院，迄今为止已开发出了N型催化剂、H型催化剂等[1]。

2 化工自动化的发展现状

目前世界上，大型化工企业生产装置的自动化程度很高，但是所使用的现场仪表大约九成是国外原装进口产品；在剩下的一成中，约有 5%的产品为中外合资企业生产；只有部分辅助装置的现场仪表采用国产优质产品，而这一部分仅占 5%左右。控制系统上，大型化工企业的主控系统所采用的DCS和FCS几乎全部为进口的国际知名品牌。而在大多数中型化工企业中，主控系统的DCS 和 FCS 也是采用进口的国际知名品牌，这一部分大约占到总量的八成左右。并且在中型化工企业生产装置中很少采用先进的控制策略，只是在危险性较高的行业中为其主要生产装置配置了独立的 SIS 或 ESD[2]。

3 传统化工业自动控制系统的主要分类

工业自动化根据生产过程的特点可分为过程自动化和制造自动化以及各种自动化测量系统，对于这些不同的工业对象发展了相应的控制装置和技术。而在工业生产过程控制系统中，主要的控制系统有：DCS―集散控制系统（Distributed Control System）、FCS―现场总线控制系统（Field bus Control System）、PLC―可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）等。生产中常常对于流程工业的控制常采用集散型控制系统（DCS）；而离散型制造业则主要依靠可编程序控制器（PLC）则多用于逻辑/顺序控制。

3.1 基于可编程逻辑控制器（PLC）

从单纯的传统标准信号时代，到20世纪60年代末70年代初PLC的诞生，PLC以其可靠性、低价位迅速占领了中低端控制系统的市场。基于可编程逻辑控制器（PLC）主要由：电源、中央处理单元（CPU）、存储器、输入输出接口电路、功能模块、通信模块组成[3]。其方案的优点是系统能在比较艰苦的环境中工作。主要是进行顺序逻辑控制，无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。并且PLC的硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强，产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。

PLC在化工技术中，所需的物料投放和运输控制由PLC的位置控制模块来实现，各个化学步骤中由各类步进电机和伺服电机来拖动的执行阀门并随时改变传动速度的生产装置。而在过程控制中PLC对温度，压力，流量，速度，转速，等模拟量实现闭环控制。

3.2 基于集散控制系统（DCS）的控制方案

相比较基于可编程逻辑控制器的控制方案，DCS 控制方案则具有更高的可靠性。它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，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理。

系统主要有现场控制站（I/O站）、数据通讯系统、人机接口单元（操作员站OPS、工程师站ENS）、机柜、电源等组成。系统具备开放的体系结构，可以提供多层开放数据接口[4]。针对于化工工业，一般以过程控制为主，如果控制的点数较多，要求较高，而且控制方式常有变动的话，通常工业中采用DCS控制系统。并且DCS可以满足采集和控制中占据比例较大的温度、流量、压力等模拟量的数据；在反应塔、反应釜等大型的设备中，各自的风机、泵类及各种阀门的顺序控制开关等优势。

4 当代微型集散控制系统MDCS的原理及优势

基于催化剂的生产的复杂性和对产品质量的高要求，在实际的生产中仍旧需要对实际的自动控制系统做不断的更新。而微型集散控制系统（MDCS―Micro Distributed Control System）则是近期在化工技术生产自动控制上的一个较大技术飞跃。MDCS是将PLC和回路调节器的全部功能有机的溶为一体，其在离散型制造业可取代PLC；而当用于诸如化学催化剂生产这类在流程工业可置换回路调节器和DCS；是一种功能完整、面向设备的通用设备控制系统。图1为上位机PC+CAN网络+MDCS的现场总线的基本控制系统图。

图1

这样的MDCS与传统的单纯使用PLC或者DCS不同，是一种设计思想的变革。他将DCS的控制功能与管理功能分离，在现场的MDCS，全面继承DCS的控制功能、软件组件集成技术和组态软件技术，做到了控制级别的再次分散化、开放式现场总线网络。

除此之外，MDCS网络还提供了更加精准的控制技术，在传统的PID控制的基础上还可方便地实现串级PID控制，变比值控制、程序给定控制、增益调度控制、前馈/反馈复合控制、选择性控制、多段非线性控制和史密斯控制等。由此MDCS可达到高可靠性、现场安装方便信号的衰减小以及性价比高这三大性能。远远超越了“顺序控制” 的PLC、“过程控制” 的回路调节器等其他可现场安装的控制器。

5 化工生产控制系统的前景

自动控制系统的好与坏，常会影响到化学生产转装置的生产结果。所以我们唯有不断的提高控制的精度，控制系统的分散性才能让自动化系统造福于我们的工业生产。化工生产的控制属于当代自动控制系统领域发展中的一部分，在当代数字技术、计算机技术和通讯技术的不断发展的大前提下，我们可以对化工生产自动化技术的未来抱着乐观的态度。自动控制系统的发展从传统标准信号时代即20世纪50年代以前，到20世纪60年代，随着生产规模的日益扩大，出现了模拟式电子仪表与电动单元组合的自动控制系统。再发展到数字控制系统，这一适宜于根据全局情况进行控制、计算和判断，在控制方式和控制时机的选择上可以统一调度和安排的系统。直到到近代的集散式控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）控制系统以及现场总线控制系统（FCS），我们看见了自动控制领域的高速发展和可以预计的美好的前景。所以，在未来我们的化工控制将更加的分散化、智能化。系统的分散度增加，每个组成系统的最小单元都具有独立的控制、采集的能力，彼此协议兼容，克服商家品牌之间的协议问题，从而使系统的智能化，并且为用户以后的维修、升级和互换提供更好的服务。

【参考文献】

[1]赵燕，胡清.国内外聚丙烯催化剂开发进展[J].合成树脂及塑料，2003，20（5）：67.

[2]李江忠.SHCAN2000现场总线控制系统在PP-催化剂主反应釜生产中的应用[J].太原科技，2009（5）.

[3]Musaria K. Mahmood Fawzi M.A.Naima. An Internet Based Distributed Control Systems： A Case Study of Oil Refineries[J]. Energy and Power Engineering， 2011， 3， 310-316.

[4]工业监控组态软件特点及发展分析[OL].北极星电力信息化网，2013-1-30.

[5]袁爱进.MDCS―2001微型集散控制系统[M].大连交通大学三合仪表公司，2008.