沈陽化工學(xué)院

石油化工過程中的自動控制

李洪林沈陽化工學(xué)院

石油化工過程中的自動控制系統(tǒng)包括安全控制系統(tǒng)和儀表控制系統(tǒng)。石化企業(yè)注重對高危生產(chǎn)過程的監(jiān)控檢測，通過研發(fā)故障發(fā)現(xiàn)和分析模塊，保障及時檢測故障，準(zhǔn)確定位故障，按時消除故障，從而將系統(tǒng)的安全性能和可靠性能提升。DCS監(jiān)控系統(tǒng)綜合了計算機、通訊、顯示和控制等技術(shù)，能夠降低能源的消耗，提升企業(yè)的管理水平。利用DCS監(jiān)控系統(tǒng)可以保證化工企業(yè)生產(chǎn)過程中每個環(huán)節(jié)準(zhǔn)確、安全地進行，取得可觀的經(jīng)濟利益和社會效益?，F(xiàn)代石油化工企業(yè)中，控制系統(tǒng)將向著安全控制系統(tǒng)、儀表自動化控制系統(tǒng)一體化方向發(fā)展，智能化技術(shù)控制系統(tǒng)將得到廣泛應(yīng)用。

石油化工；安全控制系統(tǒng)；儀表控制系統(tǒng)；監(jiān)控

1 安全控制系統(tǒng)的應(yīng)用

現(xiàn)代化工企業(yè)裝置規(guī)模較大，工藝過程較為復(fù)雜，而且流程中會產(chǎn)生易燃易爆物質(zhì)，因此對化工設(shè)備的安全性能、穩(wěn)定性能及成效性能提出了較高的要求，安全控制技術(shù)對石化的生產(chǎn)流程非常重要，緊急停車系統(tǒng)（ESD）和壓縮機組綜合控制系統(tǒng)（ITCC）應(yīng)運而生。

1.1緊急停車系統(tǒng)（ESD）

緊急停車系統(tǒng)（ESD）在避免工業(yè)事故、減少事故損失方面起到了重要的作用，下面以TRICONEX公司的TRICON系統(tǒng)為例，分析ESD系統(tǒng)的應(yīng)用過程。

該系統(tǒng)擁有3個主處理器，系統(tǒng)中的I/O信號通過DI模件分成3路，并送到3個處理器中進行三取二表決；同時，AI模件把模擬量信號分成3路，通過AI模塊上的電路模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成一種數(shù)字量信號（12位），數(shù)字量信號再通過協(xié)調(diào)處理器進行處理，采用選取中間的算法對正確值進行讀取，從而將電路中的偏差糾正出來，選擇AO模塊中的模擬量，確保輸出正確的信號。

通過TRICON系統(tǒng)容錯能力的控制，就可以將產(chǎn)生故障的控制系統(tǒng)組件加以識別，然后將故障的組件進行主動分離；同時開展指定任務(wù)和故障組件的修復(fù)操作，而不中斷既定的過程。應(yīng)用高精度的容錯功能系統(tǒng)，提高了工藝過程的安全性能和穩(wěn)定性能。

可變、靈活的TRICON系統(tǒng)賦予了系統(tǒng)極大的擴展性能，一套主控制系統(tǒng)的最大連接范圍多達(dá)4 500個的I/O點數(shù)，且最遠(yuǎn)距離達(dá)12 km。

乙烯裝置的5個生產(chǎn)單元系統(tǒng)包括裂解爐系統(tǒng)、急冷系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、分離系統(tǒng)和公用工程系統(tǒng)，而ESD系統(tǒng)可應(yīng)用于壓縮和分離單元的連鎖系統(tǒng)，因此ESD系統(tǒng)的應(yīng)用對化工企業(yè)技術(shù)控制十分重要。

1.2壓縮機組綜合控制系統(tǒng)（ITCC）

ITCC使工藝過程保持穩(wěn)定，通過ITCC控制回流閥的開度來滿足以下要求：①免除喘振對壓縮機的影響，避免壓縮機在喘振條件下工作；②將干擾影響減小，保證其在可忽略范圍內(nèi)；③調(diào)節(jié)使用控制參數(shù)，提升壓縮機及其他設(shè)備的效率；④支撐壓縮機運行過程中的喘振控制及生產(chǎn)過程中各種技術(shù)控制。

ITCC控制系統(tǒng)的壓縮機基本部分結(jié)合3種控制模式，生成1個數(shù)字型控制器，這種控制器將3種控制模式統(tǒng)一協(xié)調(diào)，為防喘振提供了最好的控制方法，而且不會干擾整個技術(shù)過程，兼容了最大的經(jīng)濟效益和明顯的技術(shù)控制優(yōu)勢：

（1）為了減少浪費，將回流量節(jié)約下來。ITCC通過貼近實際的防喘振控制線對工藝過程進行防喘振控制。

（2）運用了微小而高能的處理器和領(lǐng)先的控制方案及超強運算能力的控制算法，而且，控制系統(tǒng)將旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)，過程調(diào)控和避免喘振統(tǒng)一起來，在加強這些控制間的相互作用的同時，減小它們之間的有害影響。

（3）在節(jié)能降耗的同時，提升機組的最大效率。

（4）可保證與DCS及其他設(shè)備之間的通訊。

2 儀表控制系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1DCS監(jiān)控系統(tǒng)的組成及特性

2.1.1 DCS監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

（1）系統(tǒng)模塊。以微處理器為基礎(chǔ)，通過計算機控制和通信控制對生產(chǎn)過程進行統(tǒng)一的集中監(jiān)理、管控等一系列的操作。對于DCS系統(tǒng)，要實現(xiàn)在化工生產(chǎn)過程模擬量的信息采集和管理，在實際應(yīng)用中取得了較好的控制效果。DCS監(jiān)控系統(tǒng)主要包括以下幾個模塊：①信息通信模塊，主要功能是保護現(xiàn)場以及各種儀表之間的通信，特別是與主站之間的通信；②信息的上傳和公布，利用局域網(wǎng)絡(luò)上傳監(jiān)控信息，并擁有事故處理功能；③信息解析操作模塊，利用人機界面查詢生產(chǎn)過程，在線監(jiān)控下位機生產(chǎn)情況。

（2）DCS監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)。主要包括下部控制體系和上部操作體系。下部控制體系是工業(yè)控制的重要的內(nèi)容，在ACM與I/O中完成每個分站之間的通訊工作，達(dá)到系統(tǒng)的控制目標(biāo)。上部操作體系主要是為人機界面上傳監(jiān)控的信息。在網(wǎng)絡(luò)中運用了以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在冗余服務(wù)器的功能下完成將監(jiān)控的數(shù)據(jù)傳送到以太網(wǎng)上，之后在分站中交流數(shù)據(jù)信息。利用這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最大限度地減少了ACM的通訊載荷。

（3）人機界面運用。用戶對于動態(tài)信息的搜索、解析等具有便捷、操作性強的優(yōu)點，它擁有多層次的形式，是以ActiveX為基本方法的一種瀏覽系統(tǒng)。主要包括3個方面：①數(shù)據(jù)服務(wù)。以數(shù)據(jù)服務(wù)引擎為基礎(chǔ)，對系統(tǒng)中相關(guān)的信息進行分析，完成數(shù)據(jù)方面的有效管理和進一步優(yōu)化，利用瀏覽器將生產(chǎn)過程中的每項信息指數(shù)傳送給信息數(shù)據(jù)庫，然后利用數(shù)據(jù)引擎進行搜索，省略用戶的操做，數(shù)據(jù)層的歸類相對明確，減少用戶的操作時長，進而提高系統(tǒng)的安全性能。②使用服務(wù)。使用服務(wù)作為數(shù)據(jù)服務(wù)方面的下一環(huán)節(jié)，它的界面以及使用的控制技術(shù)都與數(shù)據(jù)服務(wù)是相同的。③瀏覽器。相對于用戶，瀏覽器是最直觀的觀察每個液壓表、流量表的界面，使用者能夠利用瀏覽器來觀察相關(guān)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

2.1.2 DCS監(jiān)控系統(tǒng)的特有功能

（1）整體功能好，兼容性能強。DCS監(jiān)控系統(tǒng)可以完成生產(chǎn)過程控制檢驗、效果顯示等功能。

（2）傳輸網(wǎng)絡(luò)安全便捷。運用準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)通信條約，在信息傳送的環(huán)節(jié)中將信息按時精確地傳送，傳送中誤碼不大于8。

（3）單獨分站特性和超強的適應(yīng)特性。在現(xiàn)場的總裝置中設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)分站點和傳感器并配以開關(guān)控制單元，當(dāng)中心的主控制機與其他的分站點因為外界條件或者人為影響不能正常傳送數(shù)據(jù)時，分站點的單獨工作特性可保障過程實時都在檢測可控的狀態(tài)下。

2.2DCS監(jiān)控系統(tǒng)的使用要求

因為化工生產(chǎn)的獨特性，所以要利用DCS監(jiān)控系統(tǒng)對相應(yīng)的設(shè)備進行參數(shù)監(jiān)控，包括：流量、壓力、溫度，并要確保化工生產(chǎn)在各種環(huán)境下都可以準(zhǔn)確運行，實施對整個生產(chǎn)應(yīng)用過程的監(jiān)控。DCS系統(tǒng)靈敏性較高、可行性較好。

（1）雙向數(shù)據(jù)傳送。為了實現(xiàn)對每個參數(shù)的實時監(jiān)控，在控制環(huán)節(jié)和現(xiàn)場總線上完成雙重化的結(jié)構(gòu)，才可以進行雙向傳遞數(shù)據(jù)。利用收集來的監(jiān)控信息，在控制環(huán)節(jié)做計算、分析，通過雙重化完成反饋控制和順序控制，并且在化工應(yīng)用中對信號及各項傳輸內(nèi)容實施分析，給予系統(tǒng)準(zhǔn)確的監(jiān)測結(jié)果。

（2）安裝多臺顯示數(shù)據(jù)中心。為達(dá)到準(zhǔn)確監(jiān)測各項參數(shù)的變化，依據(jù)化工生產(chǎn)應(yīng)用中產(chǎn)品有毒有害、高溫高壓的特點，要使用2臺儀器來顯示調(diào)節(jié)；而對于化工生產(chǎn)規(guī)模較龐大的企業(yè)，無疑要有多臺共同顯示的控制中心。

3 結(jié)語

石化企業(yè)注重對高危生產(chǎn)過程的監(jiān)控檢測，通過研發(fā)故障發(fā)現(xiàn)和分析模塊，保障及時檢測故障，準(zhǔn)確定位故障，按時消除故障，從而將系統(tǒng)的安全性能和可靠性能提升。DCS監(jiān)控系統(tǒng)綜合了計算機、通訊、顯示和控制等技術(shù)，能夠降低能源的消耗，提升企業(yè)的管理水平。利用DCS監(jiān)控系統(tǒng)可以保證化工企業(yè)生產(chǎn)過程中每個環(huán)節(jié)準(zhǔn)確、安全地進行，取得可觀的經(jīng)濟利益和的社會效益。

現(xiàn)代石油化工企業(yè)中，控制系統(tǒng)將向著安全控制系統(tǒng)、儀表自動化控制系統(tǒng)一體化方向發(fā)展，智能化技術(shù)控制系統(tǒng)將得到廣泛應(yīng)用。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.027