FCS控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及在石油化工自動(dòng)化中的應(yīng)用探討

劉耀武（廣東國信工程監(jiān)理有限公司，廣東 茂名525000）

0 引言

中國的經(jīng)濟(jì)支柱是石化化工，具有資金大、技術(shù)完善、能源充足的特點(diǎn)。同時(shí)，石化化工的化工過程相對(duì)復(fù)雜?；さ墓ぷ鳝h(huán)境經(jīng)常處于高壓和高溫狀態(tài)?；ぴ鲜且恍┮兹肌⒁妆?、有毒的物質(zhì)。這些行業(yè)通過強(qiáng)有力的防護(hù)措施和獨(dú)特的控制系統(tǒng)，保證工人的安全，保質(zhì)保量地完成工作。FCS，國際縮寫，是指現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。這種新的化工控制系統(tǒng)技術(shù)興起于20 世紀(jì)90 年代，它在化工控制中引入了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)管理和通信概念。隨著全場控制的發(fā)展和擴(kuò)大，F(xiàn)CS也逐漸興起并為人們所熟知。目前，F(xiàn)CS是一種比較成熟和穩(wěn)定的技術(shù)，它很好地解釋了集中信息自動(dòng)控制和分散控制的思想。

1 FCS 控制系統(tǒng)在石油化工自動(dòng)化中的應(yīng)用簡介

1.1 系統(tǒng)介紹

FCS 控制系統(tǒng)是一種基于雙向總線的串行控制系統(tǒng)，它貫穿于控制設(shè)備、測量、現(xiàn)場控制等儀表產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。燃料電池和氫氣控制系統(tǒng)由智能儀表和通用現(xiàn)場搜索儀表組成，具有數(shù)字化等特點(diǎn)，這些智能儀器能夠?qū)崿F(xiàn)全面的通信。

1.2 基本操作

首先，F(xiàn)CS 是最新的第五代控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)技術(shù)集成了3C技術(shù)，引領(lǐng)了21世紀(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展，其任務(wù)是將其應(yīng)用于危險(xiǎn)區(qū)域，在過程中會(huì)發(fā)生許多變化，人們很難應(yīng)對(duì)智能化、數(shù)字化的FCS系統(tǒng)取代了目前僅有的功能性儀表和控制設(shè)備；其次，第一個(gè)仿真系統(tǒng)可以與現(xiàn)場的多個(gè)分布式儀表和控制設(shè)備連接，系統(tǒng)可以采集所有數(shù)據(jù)，系統(tǒng)是從控制室進(jìn)行雙向通信。第一個(gè)模擬測試系統(tǒng)是FCS，它收集所有數(shù)據(jù)，是從控制室到現(xiàn)場設(shè)備的雙向通信。該控制系統(tǒng)還可以應(yīng)用于虛擬分布式控制站中，節(jié)省空間，提高效率。最后，在系統(tǒng)中加入微處理器，使任務(wù)更加精確和高效。

1.3 FCS在化工行業(yè)中的優(yōu)勢(shì)

在化學(xué)工業(yè)中，原料多為易燃易爆，危險(xiǎn)性大，工藝復(fù)雜多變，對(duì)生產(chǎn)條件和控制系統(tǒng)要求高。合作還需要大量其他儀器，由于距離遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)完整性也會(huì)降低，目前，F(xiàn)CS系統(tǒng)采用雙向無線傳輸，減少了線路數(shù)量，顯著提高了系統(tǒng)抗干擾性能，這些都是數(shù)字信號(hào)，大大提高了工作效率，方便了對(duì)困難信號(hào)的處理。還將使用智能工具收集和處理現(xiàn)場分布式設(shè)備上的數(shù)據(jù)，并可以補(bǔ)充一些現(xiàn)場儀表無法補(bǔ)充的先進(jìn)控制能力。最重要的是，該系統(tǒng)易于維護(hù)使用?，F(xiàn)場工具具有自診斷功能工作人員還可以通過機(jī)器監(jiān)控現(xiàn)場，檢查設(shè)備的工作狀態(tài)，分析儀器的信息，找出錯(cuò)誤的原因，顯著縮短錯(cuò)誤修復(fù)時(shí)間。FCS系統(tǒng)設(shè)備的連接狀態(tài)也顯著減少了電纜連接的數(shù)量，降低了早期的成本。如圖1所示，是FCS的典型結(jié)構(gòu)。

2 FCS在化工自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用論述

2.1 FCS在化工自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用

現(xiàn)場總線技術(shù)自應(yīng)用以來，在包括我國在內(nèi)的世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用于化工自動(dòng)化領(lǐng)域，其應(yīng)用具有一定的范圍，其引入時(shí)間約為3～4年，主要應(yīng)用于冶金、制造、煙草機(jī)械等領(lǐng)域，鑒于石化等行業(yè)已經(jīng)開始實(shí)施現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，實(shí)踐表明，現(xiàn)場總線的積極應(yīng)用可以給化工自動(dòng)化帶來諸多好處，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信和自動(dòng)控制，同時(shí)也形成了通信網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)形式；開、關(guān)電流或開、關(guān)閥門，可使用命令表，并能及時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，現(xiàn)場總線的應(yīng)用直接保證了實(shí)際化工工作的安全，同時(shí)保證了系統(tǒng)在惡劣天氣、粉塵環(huán)境下的正確運(yùn)行，噪聲和其他環(huán)境。電磁干擾是一個(gè)常見的問題，F(xiàn)CS 還可以防止its 的影響，節(jié)點(diǎn)分布正確，消息短而準(zhǔn)確。

2.2 FCS工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用問題分析

（1）現(xiàn)場總線協(xié)議的適用范圍非常狹窄，現(xiàn)場總線的適用范圍僅限于控制領(lǐng)域，雖然總線眾多，但由于諸多因素的影響，其適用范圍相對(duì)狹窄，首先，真正的互操作性等優(yōu)點(diǎn)需要進(jìn)一步探索。

（2）現(xiàn)場智能儀表的使用并不理想，智能儀表的使用相對(duì)較少，雖然它包含了一些基本的功能模塊，分為基本型和高級(jí)型，但它的使用數(shù)量少，控制簡單，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜和先進(jìn)的控制算法，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

3 討論

3.1 FCS控制系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域中的優(yōu)點(diǎn)

（1）加強(qiáng)化工自動(dòng)化領(lǐng)域的現(xiàn)場信息集成，使用現(xiàn)場總線將有助于提高化工自動(dòng)化的現(xiàn)場可控性；特別是現(xiàn)場總線可以從設(shè)備中獲取非常有價(jià)值的信息，這些數(shù)據(jù)的采集可以滿足當(dāng)前工廠自動(dòng)化的需要，使CIMS 系統(tǒng)能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換，現(xiàn)場總線數(shù)量龐大，其類型是數(shù)字通信網(wǎng)。自動(dòng)化設(shè)備能更好地進(jìn)入工作狀態(tài)，不需要及時(shí)檢測誤差，能及時(shí)統(tǒng)計(jì)和傳送所有參數(shù)，同時(shí)能幫助化工自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，及時(shí)備份遠(yuǎn)程參數(shù)，分析變革的原則，尋找更理想的發(fā)展路徑。

（2）互換性、互操作性、繼承性等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于不同的廠商，其產(chǎn)品必須保持相同的標(biāo)準(zhǔn)，這樣既能突出互操作性的特點(diǎn)，又能掩蓋互換性的優(yōu)點(diǎn)。其他廠家可以根據(jù)自己的專業(yè)知識(shí)，積極引進(jìn)控制技術(shù)，如通用的控制算法或工藝流程，也可以包括可以滲透系統(tǒng)的配方等。從這些方面來看，市場可以為不同行業(yè)提供該領(lǐng)域的多種監(jiān)控系統(tǒng)。

（3）高可靠性和可持續(xù)性?？煽啃院涂沙掷m(xù)性也是重要優(yōu)勢(shì)。特別是在當(dāng)前的現(xiàn)場總線中，其自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)從根本上與總線或單個(gè)I/O 形式相連接。安全性無法保證，必須選擇在線診斷的形式。在診斷后，如果發(fā)現(xiàn)任何問題，應(yīng)及時(shí)報(bào)告，并區(qū)分和記錄問題類型，以提高可靠性。同時(shí)，在對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的過程中，對(duì)其參數(shù)進(jìn)行了預(yù)先設(shè)置，如有問題應(yīng)及時(shí)更換，體現(xiàn)其可持續(xù)性。

3.2 FCS存在的缺點(diǎn)

對(duì)于未來作戰(zhàn)系統(tǒng)來說，在幫助化工自動(dòng)化部門更好地發(fā)展的同時(shí)，還處于研發(fā)階段，有許多優(yōu)勢(shì)，因此還存在一些不足，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

（1）在化工自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)嵤〧CS 的過程中，有助于提高化學(xué)控制水平，但網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為一個(gè)非常令人擔(dān)憂的問題，特別是在FCS 的工作中，只有一條總線，如果總線中斷或其它問題是由不同的因素引起的，整個(gè)系統(tǒng)將受到影響甚至崩潰，從而影響FCS在化工自動(dòng)化中的應(yīng)用，當(dāng)然，在建立之后，有關(guān)人員也進(jìn)行了研究，總結(jié)出了一些解決方案，總線正常運(yùn)行包括能夠處理總線物理層的固定協(xié)議，例如離站技術(shù)、優(yōu)化的材料、光纜選擇等，這可以在一定程度上降低出現(xiàn)問題的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）有許多工作標(biāo)準(zhǔn)和不同類型的現(xiàn)場總線，特別是許多儀器或設(shè)備。這些設(shè)備必須選擇不同形式的總線連接，但由于缺少一些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行規(guī)范和限制，因此支撐不夠，設(shè)備的更換會(huì)造成一定的不便。

（3）Fcs 安裝總線上的產(chǎn)品其實(shí)價(jià)格都不是很低。在這種情況下，就抬高了化工自動(dòng)化的經(jīng)營成本。尤其是在生產(chǎn)儀器所需要的進(jìn)口儀器上，其實(shí)分為不同的類別，也是讓許多企業(yè)望而卻步。

4 結(jié)語

目前，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是硬件和軟件水平不足以控制更復(fù)雜的儀表，而且產(chǎn)品類型不全，控制系統(tǒng)的質(zhì)量往往決定了生產(chǎn)設(shè)備能否正常生產(chǎn)產(chǎn)品。而在精確數(shù)據(jù)的計(jì)算中，利用最小的原料可以獲得最大的利潤；而該系統(tǒng)可靠性高，分布廣，非常適合化工行業(yè)；加快化工生產(chǎn)，改變?cè)O(shè)備和管理不發(fā)達(dá)的局面，為企業(yè)提供新的發(fā)展機(jī)遇，提高市場競爭力。