FCS控制系統(tǒng)在化工生產(chǎn)自動(dòng)控制過程中的應(yīng)用

張兆云

(山東省東營市中等專業(yè)學(xué)校，山東 東營 257000)

1 前言

我國經(jīng)濟(jì)支柱為化工產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)業(yè)具備資金量大、技術(shù)完善、能源充足等特點(diǎn)。與此同時(shí)，化工方面工業(yè)工藝較為復(fù)雜，工業(yè)所處工作環(huán)境常常是高壓高溫的狀態(tài)，產(chǎn)業(yè)原料都是一些易燃易爆炸、有毒性的材料，這些產(chǎn)業(yè)依據(jù)有力的防護(hù)措施和獨(dú)特的控制體系來保障工作人員安全工作，同時(shí)保質(zhì)保量的完成工作。

國際通用縮寫的FCS意思為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，這種新的工業(yè)等控制系統(tǒng)技術(shù)于20世紀(jì)90年代興起，在工業(yè)控制方面引進(jìn)現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)管理和通信的理念。隨著現(xiàn)場總控制的發(fā)展壯大，F(xiàn)CS也逐漸興起被人們所熟知，根據(jù)國際定義，現(xiàn)場總線即可以連接智能網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場的裝備與自動(dòng)化的多分支結(jié)構(gòu)、雙向的傳輸?shù)韧ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)階段FCS已經(jīng)是較為成熟、穩(wěn)定的技術(shù)了，此項(xiàng)技術(shù)完美的詮釋了集中信息、控制分散開的自動(dòng)控制思想。

2 化工特點(diǎn)與控制

2.1 行業(yè)特點(diǎn)

第一，對(duì)于資源的依賴性較強(qiáng)，其需要的資源主要有水、石油與礦產(chǎn)物質(zhì)。根據(jù)現(xiàn)在情況來看，這些資源在我國都是嚴(yán)重缺乏的，主要原因在于開采與利用資源的方式太過粗放，浪費(fèi)現(xiàn)象非常嚴(yán)重以及綜合利用的水平過低。結(jié)合這些因素來看我們首先要解決的就是資源節(jié)約。

第二，對(duì)于外來技術(shù)有較強(qiáng)的依賴性。對(duì)于一個(gè)化工企業(yè)來說最為重要的便是能夠精準(zhǔn)的選擇發(fā)展領(lǐng)域、把握住未來技術(shù)的發(fā)展方向。但是我們國家的化工新產(chǎn)品、新技術(shù)幾乎接近沒有，這將嚴(yán)重影響我們?cè)谖磥淼陌l(fā)展。

第三，生產(chǎn)規(guī)模大。我國的化工企業(yè)通常都是采取典型的連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)，這就是在所有成本中原料成本占比例較大，企業(yè)車間相對(duì)較好的則是自動(dòng)化車間，但是這對(duì)儀表、反應(yīng)裝置及設(shè)備的要求都比較高，如果不對(duì)項(xiàng)目技術(shù)進(jìn)行改造，將很難節(jié)約能源。產(chǎn)品的生產(chǎn)周期較長，而且原料價(jià)格波動(dòng)較大，這便導(dǎo)致產(chǎn)品的價(jià)格也很不穩(wěn)定。

第四，產(chǎn)品生產(chǎn)流程特殊。化工產(chǎn)品原料需要通過原料的混合、設(shè)備等來進(jìn)行分離、化合等各個(gè)成分，引起化學(xué)反應(yīng)因此在每個(gè)程序上都可能會(huì)加入新的原料，來生產(chǎn)出多種產(chǎn)物。

第五，化工的設(shè)備較多都是專業(yè)化的，存儲(chǔ)裝備多為箱、桶、罐等，而且存儲(chǔ)數(shù)量可以通過傳感器進(jìn)行計(jì)數(shù)。產(chǎn)線上都是固定的設(shè)備，對(duì)于這些設(shè)備的維護(hù)是非常重要的，一旦發(fā)生故障就必須全線停止工作，損失是相當(dāng)嚴(yán)重的，當(dāng)供需發(fā)生變化時(shí)，就只有靠調(diào)整生產(chǎn)來維持，不能中斷。

2.2 控制要求

通過探究其環(huán)境特性，不難看出在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)在控制過程中，主要問題存在以下幾點(diǎn):首先，在長時(shí)間的連續(xù)生產(chǎn)過程中，需要較大的開關(guān)與模擬信號(hào)需要調(diào)節(jié)與控制，而且處在較為分散的工作環(huán)境，每道工序?qū)λ幁h(huán)境的要求都不一樣，分布各具自己的特色；其次，化學(xué)生產(chǎn)中發(fā)生的反應(yīng)也是不可預(yù)測的，要求工作人員對(duì)相應(yīng)控制系統(tǒng)要迅速反應(yīng)；最后，控制系統(tǒng)較多都是需要大量輸入和輸出的系統(tǒng)，每個(gè)變量之間都有相應(yīng)的聯(lián)系，工作難度較大。

3 FCS總體簡述

3.1 系統(tǒng)簡介

FCS控制系統(tǒng)是可以以總線為基礎(chǔ)貫穿在產(chǎn)品生產(chǎn)中，在控制設(shè)備、測量以及現(xiàn)場控制等儀器之間實(shí)現(xiàn)雙向、串行通信控制系統(tǒng)。從根本上來說該控制系統(tǒng)是把DSC、PLC系統(tǒng)遠(yuǎn)程分散在了現(xiàn)場控制上并將現(xiàn)場總線功能沿用到了測量控制儀表和執(zhí)行設(shè)備上。FCS控制系統(tǒng)由智能儀表、現(xiàn)場總路線等其他儀器構(gòu)成，其具有數(shù)字化、分布全面、智能化等特點(diǎn)。這些智能儀表可實(shí)現(xiàn)全面通信。

3.2 基本特點(diǎn)

首先，F(xiàn)CS為更新后的第五代控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)技術(shù)融合了3C技術(shù)，引領(lǐng)了21世紀(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，它的任務(wù)是應(yīng)用于危險(xiǎn)區(qū)域、容易出現(xiàn)多種變化的過程中以及人類難以應(yīng)對(duì)的工作環(huán)境。FCS智能化、數(shù)字化的系統(tǒng)代替了只有單項(xiàng)功能的儀器與控制設(shè)備。其次，該系統(tǒng)可以連接到現(xiàn)場多個(gè)分散的儀表和控制裝置中，可以將所有數(shù)據(jù)通過該系統(tǒng)匯總到儀器該系統(tǒng)從控制室至現(xiàn)場設(shè)備都是雙向的通信，同時(shí)還是互聯(lián)、開放的通信系統(tǒng)，取代了以往的單一模式。使用該控制系統(tǒng)還可以以應(yīng)用虛擬分散的控制站，更加的節(jié)省空間，提升效率。最后，將微機(jī)處理器加入系統(tǒng)中使工作數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)而且還具有計(jì)算與通信能力。還可以利用網(wǎng)絡(luò)，上網(wǎng)查詢，可謂一舉兩得。

3.3 FCS在化工行業(yè)中的優(yōu)勢

在化工產(chǎn)業(yè)中，其原料多為易燃易爆物品，危險(xiǎn)性極高，而且工藝復(fù)雜多變，對(duì)于生產(chǎn)條件要求苛刻，所以對(duì)于控制系統(tǒng)也有更高的要求?；ぎa(chǎn)品在生產(chǎn)過程中需要許多的模擬量與開關(guān)量，所用設(shè)備眾多，各個(gè)設(shè)備分散在不同地域，范圍極廣。需要應(yīng)用大量的其他設(shè)備進(jìn)行配合，由于距離較遠(yuǎn)對(duì)于數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度也會(huì)有說下降，對(duì)生產(chǎn)造成干擾。

而現(xiàn)階段FCS系統(tǒng)則是采用的雙向無線電方式進(jìn)行通信傳播，減少了許多導(dǎo)線，大大提升了系統(tǒng)的抗干擾性能，全部都是采用數(shù)字信號(hào)，大大提高了工作效率，對(duì)于難以處理的信號(hào)也更加的容易了。該系統(tǒng)還將分布在現(xiàn)場的設(shè)備使用智能儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和處理，還可以完成部分現(xiàn)場儀器無法做到的高級(jí)控制能力。最重要的是該系統(tǒng)在維護(hù)方面操作特別簡單容易，處于現(xiàn)場的儀表具有一定的自我診斷及處理簡單故障的功能，工作人員也可以通過機(jī)器監(jiān)控現(xiàn)場，查看設(shè)備工作狀態(tài)，分析儀器信息找出出現(xiàn)故障的原因，大大減少了故障修理時(shí)間。FCS系統(tǒng)設(shè)備連接方式也大大降低了電纜的連接量，降低了前期的成本費(fèi)用。如圖1所示，F(xiàn)CS的典型結(jié)構(gòu)圖。

圖1 FCS的典型結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)束語

FCS目前的缺點(diǎn)是軟硬件水平還不夠完善，對(duì)于更復(fù)雜的儀表無法操控。另外產(chǎn)品品種還不夠齊全?？刂葡到y(tǒng)的好壞常?？梢詻Q定這一生產(chǎn)裝置是否可以正常進(jìn)行生產(chǎn)產(chǎn)品，隨著自動(dòng)檢測與控制系統(tǒng)的提高可以有效保證整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)和質(zhì)量，精確地?cái)?shù)據(jù)計(jì)算可以在利用最少的原料基礎(chǔ)上獲得最大的利潤。該系統(tǒng)具有較高的可靠性和分散性等特點(diǎn)，非常適合化工行業(yè)，應(yīng)用該技術(shù)可以加快化工生產(chǎn)，改變?cè)谠O(shè)備和管理方面的落后，可以給企業(yè)帶來新的發(fā)展希望，提高在市場中的競爭能力。

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