石油化工自动化仪表及系统现状与发展
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摘 要：工艺、设备技术的不断进步对自动化行业提出更高的要求，通过调研自动化仪表及系统的发展现状与存在的问题。对石油化工自动化的发展前景及发展方向作了概括的展望，提出石油化工自动化的发展要求、方向及趋势。
关键词：石油化工 自动化 控制系统 现状与发展
1.自动化仪表
自动化仪表，是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具。自动化仪表是一种“信息机器”，其主要功能是信息形式的转换，将输入信号转换成输出信号。信号可以按时间域或频率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字量形式。
1.1 自动化仪表分类与组成
按使用的能源分类：气动仪表、电动仪表和液动仪表（很少见）；按仪表组合形式：基地式仪表、单元组合仪表和综合控制装置；按仪表安装形式：现场仪表、盘装仪表和架装仪表；；根据仪表信号的形式：模似仪表和数字仪表。主要有显示仪表和调节仪表以及执行机构组成。
1.2 检测、执行与表
温度仪表：石化现场设备或管道内介质温度一般双金属温度计，常用的是热电阻、热电偶。特殊热电阻有油罐平均温度计等；特殊热电偶有耐磨热电偶、表面热电偶，多点式热电偶，防爆热电偶等。
压力仪表：压力仪表与安全有关，范围为负压到300MPa（高压聚乙烯反应器）。压力传感器、变送器和特种压力仪表采用多种原理，而且可用于高温介质、脉动介质、腐蚀介质、粘稠状、粉状、易结晶介质的压力测量，精度可达0.1级。压力表分液柱式、弹性式、活塞式（压力校验仪）3 类。
物位仪表：在石化行业一般以液位测量为主，除浮力式仪表外，物料仪表没有通用产品，按测量方式分为直读式、浮力式、静压式（差压、压力）、电接触式、电容式、超声波式、雷达式、重垂式、辐射式、激光式、音叉式、磁致伸缩式、矩阵涡流式等。
流量仪表：流量是单位时间内流经有效截面的流体的体积和质量，另外还需要求知管道中一段时间内流过的累积流体的体积和质量（流量积算仪）。流量测量原理上大致分速度法、容积法测量体积流量，直接法、推导法测量质量流量。
在线过程分析仪：主要有液相色谱、气相色谱、质谱、紫外及红外光谱、核磁、电镜、原子吸收及等离子发射光谱、电化学等分析仪器。在乙烯等装置中用工业色谱仪作为在线质量分析仪，用微量水分析仪分析乙烯裂解装置中各种干燥气体的水分。在丙烯腈装置中，使用质谱仪可以在几秒钟内分析多种组分，并经计算机算出转化率。
执行器：由执行机构和调节机构联动构成。石化行业经常使用的是气动执行器，少数液动执行器，其中气动薄膜调节阀又是最常用的，另有少数气动活塞、气动长行程执行机构。气动薄膜调节阀与电气阀门定位器配合使用，可以改善调节阀性能。调节机构（阀）由阀体、阀芯、阀座、上阀盖等构成，其中阀芯有平板、柱塞、开口 3 种类型。按阀体结构分调节阀的产品有直通单座、直通双座、角型、三通型、隔膜型、软管阀、阀体分离阀、凸轮挠曲阀、蝶阀、超高压阀、球阀、笼形阀等。
2. 自动化控制系统
常规控制：从气动单元组合仪表、电动单元组合仪表、常规DCS、新一代DCS 的变化来看，石化工业自动化的连续控制、批量控制、顺序控制的基本控制策略主要为连续控制，或称反馈控制、回路控制，主要有单回路调节、串级调节、比率调节、均匀调节、前馈调节、自动选择调节、分程调节、非线性调节等。
先进控制和优化：除智能PID 控制器外，多变量预测控制已在炼油、石化行业开始进入生产实践阶段。它以DCS为基础，可以是独立的，也可以是一个软件包，它与多变量动态过程模型辨识技术、软测量技术有关。
人机界面：目前石化企业正在由一个装置一个控制室逐步过渡成数个装置一个控制室或全厂一个中央控制室，而且最终是以CRT或LCD屏幕显示为主，辅以少数显示仪表和指示灯，以鼠标、键盘操作为主，辅以触摸屏及少数旋钮和按钮，工业电视摄像头摄取的画面也由专用屏幕逐步纳入DCS操作站的屏幕。
安全仪表系统：由DCS等设备完成安全连锁保护的方法，在某些企业不能满足要求，所以紧急停车系统（ESD）等为 DCS 之外的单独设备。还有火灾和可燃气体监测系统（FGS）、转动设备管理系统（MMS）；特别是压缩机组综合控制系统等。
二、石油化工自动化现状
1. 过程检测仪表的发展多样化、精密化、智能化
过程检测控制仪表是在工业生产过程中，对工艺参数进行检测、显示、记录或控制的仪表。新一代的检测仪表主要特点是智能化和数字化。以微型计算机为核心，可以实现自动校零、线性化、补偿环境因素变化等功能甚至包括模型运算和人工智能的应用。一次检测技术采用超声波、微波、激光等新技术，使自动控制的精度得到进一步提高。研制新型的传感器，广泛应用新技术如核磁共振、激光和相关技术等，使传感器集成化。专用集成电路（ASIC）的广泛应用将促进传感器和执行器沿着多功能化和智能化的方向发展，便于形成现场控制回路/子系统，将极大地方便仪表的安装调试和维护工作。
2.过程控制装置将向开放的分布式监控系统发展
分散型控制系统（DCS）、可编程序控制器（PLC）、基于个人微机的自动化系统（PCA），正借助于微处理器硬软件和通信网络技术，循着标准化、开放化、标准化和尽量采用市场通用的优良硬、软件的方向，逐渐地、相互融合地向开放的分布式监控系统（O-DSCS）发展。另外，基于现场总线的控制系统（FCS）也是一种新的开放式的分布式控制系统。
三、石油化工自动化发展趋势
1.自动化仪表发展趋势
自动化仪表发展趋势是：控制目标由实现过程工艺参数的稳定运行发展向以最优质量为指标的最优控制发展。控制方法由模拟的反馈控制发展向数字式的开环预测控制发展；发展为以微型机构成的数字调节器和自适应调节器。自动化技术的发展趋势是系统化、柔性化、集成化和智能化。
2.石油化工自动化控制系统的发展
先进控制系统是将化工工艺、化学工程、计算机、仪表、过程控制理论与先进控制技术进行有机结合而形成的一种新型控制系统。采用先进控制可提高系统的控制适应能力，克服由于系统本身的时变性、非线性、不稳定性、外部扰动的随机性及不可检测等带来的问题。
四、石油化工自动化发展存在问题与建议
我国企业DCS无集成控制功能，多数用于部分工段或单套装置控制，多装置和工艺全过程集中控制较少。国产DCS的可靠性、配套软件、硬件等还不能满足需求，与国外相比存在较大差距。开发了一些先进的控制软件，但多数未能达到标准化、商品化。国产仪表仍以模拟登记表为主。国内配套登记表品种不全，缺口较多。我国计算机应用大部分仍是装置级。
大型石油和化工企业必须综合应用自动控制技术、计算机技术、信息技术、网络技术等，推进、扩大和加快企业综合自动化系统建设，提高信息集成化程度，提高管控一体化的程度，从而达到降低原材料和能源消耗、降低成本、提高产品产量和质量、提高企业整体效益、增强竞争能力的目的，并树立为石油化工企业全层次、全方位、全生命周期服务的态度。
参考文献
[1]王晓光，王厉，厉励.石油化学工业信息化和自动化控制技术的现状及发展[J].河南化工，2004，（3）：1-4.
[2]张慧敏，张 颂.石油化工自动化的发展前景展望[J].河南化工，2005（09）
[3]陈树刚.石油化工自动化技术若干问题的探讨[J].中小企业管理与科技（上半月），2008（5）
作者简介：方迪（1986-），汉族，电气助理工程师，主要从事油气田联合站电气仪表维护工作