自動(dòng)化控制系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢

甄海欣 徐國欽

摘 要：在化工生產(chǎn)過程中，一般來講生產(chǎn)工藝復(fù)雜、設(shè)備繁多，而且大多涉及到高溫、高壓、腐蝕、易燃、易爆、有毒等情況，特別是需要穩(wěn)定的壓力、溫度、流量、液位的控制，對(duì)控制系統(tǒng)有較高的要求。因此，在現(xiàn)代化工生產(chǎn)中，隨著科學(xué)技術(shù)和化工工業(yè)的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)裝置規(guī)模的逐漸增大，為了整個(gè)生產(chǎn)過程的安全和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，就必須加強(qiáng)自動(dòng)化控制，盡量使生產(chǎn)過程自動(dòng)化、現(xiàn)代化。文章結(jié)合自動(dòng)化控制系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用，談了自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化控制；化工生產(chǎn)；DCS；發(fā)展

1 化工自動(dòng)化控制概述

化工自動(dòng)化控制是指在化工企業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)管理過程中，以化工過程為控制對(duì)象，運(yùn)用自動(dòng)化控制技術(shù)，采用獨(dú)特的控制算法和控制方案，實(shí)現(xiàn)控制理論和工程技術(shù)時(shí)間的有機(jī)協(xié)調(diào)，從原料的加工到成品的產(chǎn)出整個(gè)化工過程納入自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)化工過程中對(duì)溫度、壓力、流量、液位等模擬量的自動(dòng)化控制。[1]

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，特別是大型化工生產(chǎn)裝置設(shè)備對(duì)工藝控制指標(biāo)的要求十分嚴(yán)格，生產(chǎn)裝置逐漸由手動(dòng)、簡單控制發(fā)展為自動(dòng)、復(fù)雜控制，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也比較復(fù)雜。目前，在工業(yè)生產(chǎn)中，普遍采用的工業(yè)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括PLC（可編程控制器）、DCS（分散控制系統(tǒng)）和FCS（現(xiàn)場控制系統(tǒng)）。

2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 PLC在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

PLC采用可編制用戶程序的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

PLC實(shí)際上就是小型計(jì)算機(jī)的縮影，它可以對(duì)化工設(shè)備內(nèi)的一系列動(dòng)作實(shí)現(xiàn)精確控制，保證各道工序的順利執(zhí)行，不必像繼電器那樣，一旦工藝過程有所調(diào)整，就需要重新布線，它只需要修改用戶程序即可，大大提高工作效率且安裝維修費(fèi)用相對(duì)較低。它的技術(shù)已經(jīng)到達(dá)很成熟的階段，在大型化工企業(yè)中，在單臺(tái)設(shè)備的自動(dòng)化、多臺(tái)設(shè)備自動(dòng)化和整個(gè)工廠的生產(chǎn)過程自動(dòng)化，PLC在其中充當(dāng)著重要作用。比如PLC系統(tǒng)往往是一些大型化工設(shè)備廠商自帶控制系統(tǒng)，其可很好的與DCS系統(tǒng)相結(jié)合，便于企業(yè)整體的自動(dòng)化控制，同時(shí)又可更加精準(zhǔn)的控制大型設(shè)備。

2.2 DCS在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

DCS是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)、通訊、顯示和控制等4C技術(shù)。它以微處理機(jī)為核心，采用組合組裝式結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種控制技術(shù)。

伴隨著DCS功能不斷完善、可靠性的逐步提高、管理功能的不斷增強(qiáng)，DCS控制系統(tǒng)解決了現(xiàn)代化大生產(chǎn)中傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)難以勝任的過程控制問題，其在化工行業(yè)的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平也在不斷提高。在我國，DCS的使用主要從財(cái)大氣粗的石油化工領(lǐng)域開始，于1981年開始在煉油化工系統(tǒng)首次引進(jìn)應(yīng)用。到目前為止，石化企業(yè)的常減壓、催化裂化、加氫裂化等煉油生產(chǎn)裝置及乙烯裝置均采用了DCS控制系統(tǒng)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在我國石油、石化和化工系統(tǒng)共使用了約3000多套DCS系統(tǒng)，其中，石化用的DCS系統(tǒng)約占一半；大型化肥廠、大型乙烯廠100%采用DCS控制生產(chǎn)，中型化肥廠有65.38%廠已用DCS控制生產(chǎn)。[2]

近幾年，隨著國內(nèi)生產(chǎn)DCS系統(tǒng)的企業(yè)發(fā)展壯大，使國外的DCS價(jià)格下降到了原來的一半左右，從而使得化工行業(yè)的中小型企業(yè)也越來越親睞于DCS控制系統(tǒng)。目前，在中國的化工生產(chǎn)過程中，集散控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多。比如，國產(chǎn)新一代DCS，還配備了適合中國石化企業(yè)特色生產(chǎn)過程使用的專門軟件，使得國產(chǎn)DCS的功能持續(xù)增強(qiáng)，裝置的可靠性進(jìn)一步提高；[3]山東晉煤明水化工集團(tuán)有限公司新建的甲醛生產(chǎn)控制系統(tǒng)采用了浙江中控技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的WebFeildJX-300XP較先進(jìn)的DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

2.3 FCS在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

FCS是在DCS/PLC基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)。它在很多方面繼承了DCS/PLC成熟技術(shù)。FCS主要特點(diǎn)是采用總線標(biāo)準(zhǔn)，最深刻的改變是現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。FCS是當(dāng)今自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，代表了工業(yè)控制領(lǐng)域今后的一種發(fā)展方向。雖然目前以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的FCS發(fā)展很快，但是其技術(shù)還不是很成熟，比如沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等，而且從FCS的引進(jìn)及硬件的購置總體來看，價(jià)格比DCS并沒有太大的優(yōu)勢，還有調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)比預(yù)料的難等，因而在國內(nèi)還沒成為主流控制，所以在化工生產(chǎn)中使用相對(duì)DCS要少。

3 發(fā)展趨勢

在化工生產(chǎn)中，自動(dòng)化不單指生產(chǎn)過程自動(dòng)化，還應(yīng)包括企業(yè)管理自動(dòng)化。自動(dòng)化控制在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用，一個(gè)是對(duì)自動(dòng)化控制的硬件要求很高，需要滿足在化工自動(dòng)化控制過程中，不能因?yàn)槿我贿^程控制設(shè)備的更換而影響整個(gè)化工生產(chǎn)的運(yùn)行；二是對(duì)數(shù)據(jù)信息的集成要求。

隨著現(xiàn)代化工工業(yè)發(fā)展的大型化、集約化、控制化，這幾種控制方式在化工生產(chǎn)中應(yīng)用越來越多，同時(shí)伴隨著使用中積累的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的發(fā)展改進(jìn)，這三種控制方式有相互融合與兼容，而且還更加注重實(shí)現(xiàn)管理和控制的一體化。比如，在新一代的DCS產(chǎn)品中，吸取了現(xiàn)場總線的開放性和互操作性思想，引入基于HART協(xié)議的現(xiàn)場總線接口，以及在通信網(wǎng)絡(luò)上掛接通信接口，實(shí)現(xiàn)與PLC設(shè)備連接等，可以將數(shù)臺(tái)PLC通過網(wǎng)絡(luò)直接介入高速數(shù)據(jù)公路，組成過程控制級(jí)的順序控制，另外還聯(lián)合第三方管理軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)過程的管理自動(dòng)化。這樣，DCS的控制速度與功能、系統(tǒng)的可靠性以及分散功能得以進(jìn)一步提高，與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS之間界限日益模糊。

目前，DCS-FCS結(jié)合的控制系統(tǒng)模式是自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的特點(diǎn)之一。但是，隨著技術(shù)的進(jìn)步、成本的進(jìn)一步降低，全開放式的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)必將是化工自動(dòng)化控制未來的發(fā)展趨勢。

4 結(jié)束語

隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展和完善，自動(dòng)化控制系統(tǒng)一定會(huì)為我國化工行業(yè)提升生產(chǎn)效率、技術(shù)管理水平提供強(qiáng)大支持，從而加快化工行業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和現(xiàn)代化。

參考文獻(xiàn)

[1]王峰.試論化工自動(dòng)化控制的發(fā)展趨勢[J].化學(xué)工程與裝備，2011（8）.

[2]曹志曄.DCS技術(shù)在化工行業(yè)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2010（6）.

[3]張革.自動(dòng)化控制系統(tǒng)在石油化工中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2011（3）.

作者簡介：甄海欣（1979，9-），男，工作單位：平頂山市工業(yè)學(xué)校，中級(jí)講師，本科學(xué)歷，主要從事化工專業(yè)實(shí)訓(xùn)、實(shí)操方面的教學(xué)和研究。