國內自動化控制技術在石油化工儀表中的運用

李秋香 孔令濤

兗礦魯南化工有限公司 山東 滕州 277500

現(xiàn)階段自動化儀表作為石油化工企業(yè)開采的基礎設備之一，在國內外的石油化工行業(yè)的應用已經非常廣泛了，自動化儀表對保障產品生產、加工的品質，提高設施設備的安全性和穩(wěn)定性具有重要作用，應該充分考慮自動化儀表選型的先進性、科學性和經濟學等。隨著技術的革新智能化的儀表其發(fā)展經歷了自動測量、存儲、遠程實時監(jiān)控的過程，在功能多樣性和適應性方面得到很大的提升。更好地設計設備不僅使其功能得到改善，而且很大程度上提高工作效率，對其進行更好的分析，才能夠使石油化工的企業(yè)得到更好的發(fā)展[1-2]。

1 石油化工自動化儀表概述

自動化儀表是石化工業(yè)生產過程中對工藝參數(shù)進行檢測、顯示、記錄或者控制的基礎，科學的使用控制系統(tǒng)及儀表類型對于保證正常企業(yè)生產 和設備安全是至關重要。[3]在現(xiàn)代國內工業(yè)行業(yè)領域，石油化工工業(yè)各類機械設備使用較多，為使應用的機械設備生產效率和精準度整體提高，進一步實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化運轉?？萍佳芯堪堰@些設想作為重要科研方向，逐漸在開采工作中使用自動化儀表[4]。通過使用微型計算機作為自動化儀表的中心控制系統(tǒng)，可以系統(tǒng)實現(xiàn)復雜的控制能力，修正儀表的測量誤差，提高自動化儀表測量的精準。隨著計算機技術迅速發(fā)展石油化工的企業(yè)面臨智能化、信息化的轉型升級，石油化工儀表自控系統(tǒng)也進入智能化、網(wǎng)絡化、模型化的發(fā)展期。

2 自動化控制技術在石油化工儀表的設計

2.1 自動化儀表設計的技術難題分析

現(xiàn)階段在石油化工行業(yè)中自動化儀表是使用頻率較高的設備之一，我國在儀表的設計或是使用都有著特別嚴格的標準，設計的質量關系到化工企業(yè)的生產，[5]目前在化工自動化儀表的設計中還存在諸多問題，部分設計人員在對化工自動儀表進行設計的時候，忽略自動儀表適合化工企業(yè)生產需求儀表選型缺乏科學性、不能達到選型統(tǒng)一，導致自動化儀表選型不能進行合理的選擇。化工企業(yè)在生產活動中自動化儀表的使用頻率越來越高，石油化工儀表自動化技術是以計算機技術為基礎[6]對生產中各種設備進行很好的監(jiān)控，同時對于化工企業(yè)各部門生產模式的控制力有著重要作用。目前國內外自動化儀表系統(tǒng)設計、元件選擇、軟件編程上還存在諸多問題，從而影響儀表在化工生產中得不到充分的應用，同時使用壽命受到影響，化工自動化儀表設計質量還亟待解決。

2.2 自動化儀表設計要注意的問題

自動化儀表是石化工業(yè)生產過程中對工藝參數(shù)進行檢測、顯示、記錄或者控制的基礎，在設計過程中應該綜合考慮自動化儀表在工藝流程、自動系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)的組成及結構的影響因素，為減少企業(yè)成本還需重點考慮運行費用，[7]結合控制系統(tǒng)和檢測點的重要程度，堅持經濟學、科學性以及先進性設計原則，最終選擇符合現(xiàn)代化石油化工作業(yè)的自動化儀表類型。

3 自動化儀表在石油化工發(fā)展中的應用

（1）自動化儀表溫度檢測：在石油化工的現(xiàn)場設備或管道內界質溫度一般都需要指示控制，溫度范圍為-200～1800℃之間。大多數(shù)采用接觸式測量，用雙金屬的水銀溫度計替代玻璃制溫度計。[8]常用熱電偶、熱電阻直接進入dcs或其它溫度采集儀表。在石油化工的開采現(xiàn)場，壓力表連接著關系人民的安全儀表是最重要的基礎設施之一。壓力傳感器以及特殊壓力的儀表通常由壓力敏感元件和信號處理單元組成，能耐高溫用于脈動介質、粉狀、粘稠狀、易結晶介質中測量壓力。再就物位儀表而言，在石化行業(yè)中基本都是液位測量占據(jù)主要地位，除浮力儀表之外，物料儀表基本沒有通用產品。在石油化工行業(yè)中經常要對靜設備中成品、半成品、原料的液位進行測量，但由于被測物料的不同因而除浮力式儀表外物位儀表不可以通用，常采用的測量方式有超聲波式、雷達式、浮力式、靜電式和電容式。

（2）石化工業(yè)控制策略：DCS是新一代工業(yè)自動化過程控制設備的集散控制系統(tǒng)，在石化工業(yè)的設備大型化、工藝流程、工藝參數(shù)等的自動化連接、順序和批量等一些控制策略實現(xiàn)對應功能模塊及模塊之間連接的功能構成反饋控制回路。[9]智能化算法如智能PID控制器和多變量控制等都在石油化工行業(yè)普遍應用，主要以DCS為基礎控制也可以單獨控制。在傳統(tǒng)的石油化工生產過程中一個控制室相對應的只有一個裝置，隨著技術的革新目前一個控制室往往含多個裝置，甚至以CRT或者LCD屏幕通過一個獨立的控制中心完成全廠的控制。人機界面主要使用DCS的操作站屏幕是智能化操作控制顯示裝置，可以使操作人員輕易地進行操作，在工業(yè)自動化應用中具有重要作用。

（3）計算功能：自動化儀表中有微型的計算機，使得自動化儀表的計算能力和數(shù)據(jù)信息處理能力得到了很大的提高，從而使自動化儀表能夠處理更加復雜、更加龐大的生產數(shù)據(jù)，且計算結果的準確性得到了很大的提高，對于石油化工行業(yè)的發(fā)展起到了很大的作用。在石油化工生產測量工作方面，經常會遇到線性化處理、自檢自校、測量數(shù)值和工程數(shù)值的轉換以及抗干擾方面的問題，通過自動化儀表中的微信計算機以及相應的未處理軟件能夠有效解決上述計算問題，不僅降低了石油化工生產中硬件設施的負擔，自動化儀表還可以完成檢索、優(yōu)化等方面的工作，在計算功能方面的能力較為突出。

（4）編程功能：在計算機技術高速發(fā)展的背景下，計算機技術在多個領域都有著廣泛的應用，尤其是在儀表中，使得自動化儀表可以編程，在儀表中加入了計算機軟件，這些軟件可以實現(xiàn)對于硬件邏輯電路的代替，從而使儀表的許多性能都得到了提高。同時，在相應的控制電路中，還可以實現(xiàn)相關接口芯片的有效利用，可以使自動化儀表能夠對復雜的功能進行控制。將計算機軟件與自動化儀表相結合，可以使工業(yè)生產的硬件結構簡化，通過自動化儀表編程的邏輯來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的常規(guī)電路和硬件，是自動化儀表的主要優(yōu)勢之一。

（5）記憶功能：傳統(tǒng)儀表所采用的電路是組合邏輯電路和時序電路，電路儀表中的記憶功能較為落后，記憶程度較低，只能夠對某些特定時刻的設備運行狀況進行基本且簡單的記憶，而且隨著時間逐漸發(fā)生變化，儀表的工作狀態(tài)也會發(fā)生相應的改變，所以儀表之前所記錄的數(shù)據(jù)和信息就會被新的信息所取代，所記憶的舊的數(shù)據(jù)和信息就會消失，這對于石油化工生產會產生不利于影響。但是將微型計算機加入到自動化儀表之中，通過微型計算機強大的存儲功能，可以對所有狀態(tài)下的信息和數(shù)據(jù)進行記憶，且不會因新的數(shù)據(jù)覆蓋而導致之前記憶的數(shù)據(jù)消失，可以實現(xiàn)記憶數(shù)據(jù)永久保存，而且對之前某一時刻只能對一種狀態(tài)進行記憶的情況，作出了相應的調整和改進，可以實現(xiàn)在同一時間段內記憶多種數(shù)據(jù)。

4 石油化工自動化儀表控制的優(yōu)化

智能控制和優(yōu)化在現(xiàn)代控制論的推動下，各種智能化算法在各行業(yè)領域的應用范圍廣泛，除智能PID控制器外多變量控制目前在石化行業(yè)、煉油的技術應用已日益成熟。[13]主要以 dcs 作為控制基礎，可以是獨立的也可以是一個軟件包，與多變量動態(tài)過程軟測量技術、模型辨識技術相關，通過pid 串級與測控控制相結合的方式，現(xiàn)在應用較多的是煉油廠。目前石油化工企業(yè)正在由一個裝置一個控制室向一個控制室數(shù)個裝置或中央控制室全廠監(jiān)測的方式過渡。主要以CRT或LCD屏幕顯示為主，輔以少數(shù)顯示儀表和指示燈，從鼠標、鍵盤操作為主，輔以觸摸屏及少數(shù)旋鈕和按鈕，工業(yè)電視攝像頭攝取的畫面也由專用屏幕逐步納入以DCS操作站的屏幕。

5 石油化工自動化儀表的安全系統(tǒng)

隨著化工裝置的規(guī)模越來越大，由于生產設備大型化、工藝流程、工藝參數(shù)復雜等，易爆、有毒介質泄漏、易燃和對環(huán)境保護要求高等因素，安全性要求日益提高，大部分石油化工企業(yè)主要采用DCS安全聯(lián)鎖保護系統(tǒng)保障生產的安全性與穩(wěn)定性。為進一步滿足石化企業(yè)的需求自動化IEC615ll的安全儀表系統(tǒng)（SIS），功能安全還結合風險度、安全指標、安全完整等級（SIL）等，多數(shù)應用于石油和化工系統(tǒng)是一個獨立于DCS系統(tǒng)的控制單元，在工藝發(fā)生危險狀況時，對設備、環(huán)境等進行緊急的啟停、開關操作；其安全級別高于DCS。

6 石油化工自動化儀表的發(fā)展趨勢

在石油化工規(guī)模集群化發(fā)展和生產效率、生產力發(fā)展不斷提升的大趨勢下，隨著科技的不斷革新各類型的自動化儀表從種類設計或功能性比舊工業(yè)時代的更具優(yōu)勢，為了利于集中控制和集中管理，可選用工業(yè)微機或可編程序控制器（PLC）等數(shù)字控制系統(tǒng)；[15]三是以插入式為代表的自動化儀表安裝程序也會日益變得簡便。石油化工企業(yè)發(fā)展時要不斷的對自動化的控制水平進行提高，通過技術、設備創(chuàng)新促使企業(yè)在激烈競爭的市場下占據(jù)重要的地位，使企業(yè)的競爭力得到提高。

7 結束語

石油化工行業(yè)作為國民經濟支柱產業(yè)和基礎產業(yè)保障，直接影響著國計民生和國民經濟的其他部門。而在化工生產過程中自動儀表的控制技術日益深入，對生產起著越來越重要的作用。隨著自動化儀表的控制技術應用范圍與規(guī)模的不斷擴大，控制技術也將會邁入一個更高的階段。自動化儀表隨著石油化工領域的發(fā)展而進步，自動化已經成為儀表領域的重要發(fā)展方向。與數(shù)字化、智能化技術等深度融合后，使得儀表不再是一種簡單的技術參數(shù)顯示設備，而是一種集成化的綜合控制設備，增加了許多實用的功能，比如可編程功能、記憶功能等，使得儀表在石油化工生產領域應用效果更加突出。