隨著石油石化工業(yè)的快速發(fā)展和不斷增長(zhǎng)的需求，促進(jìn)了過(guò)程控制系統(tǒng)快速的發(fā)展。石油石化工業(yè)由一個(gè)裝置集中控制逐步過(guò)渡到聯(lián)合裝置的集中控制，而后發(fā)展設(shè)一個(gè)中央控制室進(jìn)行全廠集中控制；現(xiàn)在則要求煉化一體化即100萬(wàn)噸乙烯和1000萬(wàn)噸煉廠一體化設(shè)計(jì)分別對(duì)大型企業(yè)集中控制并以CRT或LCD屏幕顯示器為主的操作。原來(lái)聯(lián)合控制室很大，儀表盤(pán)很長(zhǎng)，有的長(zhǎng)達(dá)100多米，操作很不方便?，F(xiàn)石化裝置的操作由模擬儀表盤(pán)操作改用CRT顯示器操作，這一變化是隨過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展即DCS的出現(xiàn)而實(shí)現(xiàn)的，煉化企業(yè)推廣應(yīng)用先進(jìn)過(guò)程控制技術(shù)（APC）已取得明顯的效益。FCS 的問(wèn)世，為石化企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠創(chuàng)造了條件，今后的目標(biāo)是發(fā)展智能化的煉化一體化工廠。
1.?DCS-CRT操作逐步替代模擬儀表操作
石化過(guò)程控制系統(tǒng)發(fā)展從采用氣動(dòng)儀表、電動(dòng)儀表、單回路控制器直到新一代DCS。
70年代時(shí)，我們就了解到國(guó)外練油廠已采用計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)裝置，而我國(guó)煉廠大多生產(chǎn)裝置是用氣動(dòng)儀表或電動(dòng)儀表控制，控制室采用的是模擬儀表或單回路控制器。模擬控制儀表裝在控制室的儀表盤(pán)上,現(xiàn)場(chǎng)儀表送信號(hào)到控制室；用模擬儀表盤(pán)上的儀表操作，而國(guó)外新建煉廠是用計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)裝置，用CRT顯示器操作。經(jīng)原石油部生產(chǎn)部與規(guī)劃院研究后，制定了煉油生產(chǎn)裝置第一步先上20套CRT的規(guī)劃并列在生產(chǎn)計(jì)劃中，逐步實(shí)施。
????1978年以后，煉廠采用DCS多起來(lái)，用組態(tài)方式實(shí)現(xiàn)控制方案。DCS逐步取代控制室內(nèi)的模擬儀表，用CRT顯示器操作，但現(xiàn)場(chǎng)安裝的儀表變化不大，現(xiàn)場(chǎng)儀表仍是模擬儀表，只是變送器由四線制變二線制。到“七五”期間，中石化總公司DCS已達(dá)90多套。
回想過(guò)去，當(dāng)時(shí)石化企業(yè)上不上計(jì)算機(jī)或DCS控制，設(shè)計(jì)單位與企業(yè)意見(jiàn)有時(shí)也不統(tǒng)一，也是有爭(zhēng)議的。我們審查設(shè)計(jì)時(shí)，內(nèi)部有個(gè)不成文的意見(jiàn)：對(duì)新建或改造項(xiàng)目的儀表控制系統(tǒng)審查時(shí)，凡設(shè)計(jì)、企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)、儀表負(fù)責(zé)人三方都同意上DCS，我們均會(huì)批準(zhǔn)上DCS。因只有各方意見(jiàn)統(tǒng)一，DCS工程實(shí)施才有保證。由于應(yīng)用DCS效果明顯，石化各方人員逐步接受了DCS。經(jīng)進(jìn)一步推廣應(yīng)用DCS，到1991年中石化總公司的DCS應(yīng)用共有122套DCS，其中煉油30套，化工47套，化纖18套，化肥13套，公用工程等14套，應(yīng)用良好并取得很好效益。
從80年代起，我國(guó)就引進(jìn)國(guó)外的DCS用于在生產(chǎn)裝置，DCS系統(tǒng)都是國(guó)外廠商提供和實(shí)施的，國(guó)外產(chǎn)品和技術(shù)占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)的DCS市場(chǎng)?，F(xiàn)在不同了，已有國(guó)產(chǎn)DCS如和利時(shí)、浙大中控、山東魯能控制公司、航天部測(cè)控公司等，有的營(yíng)業(yè)額已達(dá)幾個(gè)億了，這是可喜的事。目前，采購(gòu)DCS已采用國(guó)際先進(jìn)做法即MAV，如神華、賽科、海南等大項(xiàng)目都用MAV。
石化過(guò)程控制策略主要有連續(xù)控制、批量控制、順序控制等，回路控制主要有單回路調(diào)節(jié)、串級(jí)調(diào)節(jié)、比率調(diào)節(jié)、均勻調(diào)節(jié)、前饋調(diào)節(jié)、自動(dòng)選擇調(diào)節(jié)、分程調(diào)節(jié)、非線性調(diào)節(jié)等。石化控制系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)展是由采用氣動(dòng)儀、電動(dòng)表（I、II、III）、單回路、直到發(fā)展采用DCS、PLC、SCADA、FCS。在福建煉廠首先實(shí)現(xiàn)聯(lián)合裝置DCS集中控制的方案，效果顯著。
近15年來(lái)，DCS逐步成為石化系統(tǒng)主選的過(guò)程控制系統(tǒng)。2000年前，中石化規(guī)劃院組織調(diào)研石化系統(tǒng)DCS應(yīng)用，這時(shí)中石化已有上千套DCS，有的企業(yè)全廠DCS集中一個(gè)控制室操作。后來(lái)，新建廠實(shí)現(xiàn)了ERP-MES-DCS或ERP-MES-DCS/FCS一體化綜合控制系統(tǒng)，已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。近年來(lái)，有的廠已采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)如賽科石化、福建石化等企業(yè)。
2. DCS技術(shù)的發(fā)展
????DCS自1975年誕生以來(lái)，經(jīng)過(guò)了幾次更新?lián)Q代，產(chǎn)品不斷發(fā)展和完善，在功能上變得更強(qiáng)大，而價(jià)格上變得大眾化，目前已成為石油化工裝置過(guò)程控制系統(tǒng)的主流選擇。
新一代DCS它集成了30多年的過(guò)程控制、資產(chǎn)管理、領(lǐng)域?qū)＜业呢S富經(jīng)驗(yàn)，融合當(dāng)今最先進(jìn)的控制、各種開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、最新的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，將現(xiàn)有的過(guò)程控制和安全系統(tǒng)集成為一個(gè)單一且統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)。新一代DCS為用戶提供了遠(yuǎn)高于集散系統(tǒng)的能力，包括嵌入式的決策支持和診斷技術(shù)，為決策者提供所需信息；安全組件保證系統(tǒng)安全環(huán)境獨(dú)立于主控系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的安全和可靠性。
????2.1?DCS控制站技術(shù)
控制站是DCS的核心部件，隨著IT技術(shù)的發(fā)展，DCS的能力不斷加強(qiáng)，最初采用的是8位微處理器，后來(lái)應(yīng)用了16位、32位以及64位微處理器。DCS的控制回路數(shù)也從幾個(gè)、幾十個(gè)到超過(guò)100個(gè)。隨著控制站支持的I/O點(diǎn)數(shù)的不斷增加，控制站的功能主要體現(xiàn)在它的功能塊數(shù)量和功能上；控制組態(tài)軟件是否靈活好用，下載是否可靠。目前控制組態(tài)軟件都向IEC 61131-3編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)靠攏。
新一代DCS如PKS控制器CEE(Control Execution Environment)是一個(gè)集魯棒性、靈活性和一致性為一體的控制執(zhí)行環(huán)境，該環(huán)境可運(yùn)行在不同的平臺(tái)上，它的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)使它可以與現(xiàn)有的霍尼韋爾控制器、第三方控制系統(tǒng)及設(shè)備集成。
控制執(zhí)行環(huán)境CEE是控制器的核心，它提供了一個(gè)可靈活組態(tài)的控制執(zhí)行環(huán)境；用戶可以通過(guò)組態(tài)的方式對(duì)PKS進(jìn)行系統(tǒng)配置。單一的、先進(jìn)的圖形化控制策略組態(tài)工具軟件(Control Builder)可以方便、容易地生成一體化控制策略。控制功能使用的功能塊FBs(Function Blocks)是通過(guò)算法庫(kù)來(lái)提供的。PKS控制器有：C200控制器模件、C300控制器模件和應(yīng)用控制器（ACE）。系統(tǒng)還支持仿真控制器（SIM）。過(guò)程控制器C200/C300是緊湊型的、高性價(jià)比的控制器，直接與過(guò)程I/O連接。應(yīng)用控制器ACE作為高級(jí)控制平臺(tái)和與第三方控制系統(tǒng)的集成是非常適合的。
早期的I/O卡有模擬量輸入、模擬量輸出、開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出四大類(lèi)。后來(lái)又增加了脈沖量輸入卡。現(xiàn)在還有現(xiàn)場(chǎng)總線I/O卡。模擬量輸入、輸出卡也提高了信號(hào)轉(zhuǎn)換精度和抗干擾能力。
????2.2?DCS-CRT人機(jī)界面
人機(jī)界面包括操作站、工程師站和各種應(yīng)用站。在DCS發(fā)展的初期，大部分DCS廠家的人機(jī)界面設(shè)備都自己制造，相應(yīng)的操作系統(tǒng)、監(jiān)控軟件也是自己開(kāi)發(fā)。到了20世紀(jì)90年代的中后期逐步出現(xiàn)了選用PC機(jī)作為操作站的DCS，操作站的軟硬件逐步通用化。初期操作系統(tǒng)多選用UNIX系統(tǒng)或WINDOWS系統(tǒng)。選用UNIX系統(tǒng)的一般比較穩(wěn)定，但成本高，選用WINDOWS的成本低，但系統(tǒng)死機(jī)多一點(diǎn)。特別是當(dāng)時(shí)選用WIN32操作系統(tǒng)的操作站，處理操作站死機(jī)幾乎成了日常的基本工作。隨著WINDOWS系統(tǒng)的穩(wěn)定性的不斷提高及WINDOWS系統(tǒng)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，WINDOWS系統(tǒng)逐步成為主流。
傳統(tǒng)DCS的操作站與控制站的通信方式采用對(duì)等或主從方式，操作站直接與控制站通信，傳輸數(shù)據(jù)。PKS的人機(jī)界面是采用服務(wù)器/客戶機(jī)格式，也可選用直接與控制站通信的操作站，以滿足不同用戶的各種不同要求。
????2.3?DCS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
通信網(wǎng)絡(luò)是DCS的重要組成部分，在DCS整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和可擴(kuò)充性方面起著重要的作用。第一、二代DCS通信網(wǎng)絡(luò)各制造廠獨(dú)自開(kāi)發(fā)、各自為政，在不同制造廠DCS間通信存在一定的困難。第一代DCS通信網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)高速公路，采用雙絞線信道或同軸電纜，速率在1Mb/s以下，第二代DCS通信網(wǎng)絡(luò)為局域網(wǎng)，采用同軸電纜或光纖，通信速率為1-10Mb/s，從第三代DCS開(kāi)放性的通信網(wǎng)絡(luò)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。由于以太網(wǎng)應(yīng)用的廣泛性、成熟性和開(kāi)放性，使得大多數(shù)DCS生產(chǎn)廠家都先后轉(zhuǎn)向了以太網(wǎng)。許多公司還在提高以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性方面做了很多改進(jìn)。因此當(dāng)前以太網(wǎng)已成為DCS等各類(lèi)工業(yè)控制系統(tǒng)中廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，但在網(wǎng)絡(luò)的高層規(guī)約方面，目前仍然是各DCS生產(chǎn)廠家自有的技術(shù)。
為了提高可靠性和效率，DCS生產(chǎn)廠家也在不斷改進(jìn)和發(fā)展DCS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，容錯(cuò)以太網(wǎng)(FTE，F(xiàn)ault Tolerant Ethernet)就是一種比較新型的DCS通信網(wǎng)絡(luò)。如PKS的容錯(cuò)以太網(wǎng)FTE(FauIt Tolerant Ethernet)是高性能的控制網(wǎng)絡(luò)。FTE節(jié)點(diǎn)之間有4條通信路徑; 對(duì)電纜和電子設(shè)備中的各種多重故障具有容錯(cuò)功能快速檢測(cè)和恢復(fù);組態(tài)簡(jiǎn)單高性能100/1000 Mbps。容錯(cuò)以太網(wǎng)提供給節(jié)點(diǎn)之間更多的網(wǎng)絡(luò)通信路徑，可以承受更多的故障-包括所有單個(gè)故障和多個(gè)多重故障。
?????2.4 高度安全的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)
???????新一代DCS采用一種深度防御方法來(lái)保護(hù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全，它具有的多層保護(hù)機(jī)制業(yè)已成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如PKS高度安全網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)分成三個(gè)層次：第一層負(fù)責(zé)直接過(guò)程控制的節(jié)點(diǎn)；第二層連接KPS服務(wù)器、工作站和ACE節(jié)點(diǎn)；第三層連接到域控制器、廠房級(jí)優(yōu)化器以及PHD歷史記錄器。在高度安全網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中使用特定的交換機(jī)和路由器以及霍尼韋爾控制防火墻。PKS的高度安全網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)保證了過(guò)程控制安全。
石化企業(yè)已試用安全工業(yè)隔離網(wǎng)關(guān)。在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)同企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)之間可采用力控華康安全工業(yè)隔離網(wǎng)關(guān)Psafetylink，主要起到將工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)同企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)之間隔離，安全隔離網(wǎng)關(guān)采用物理隔離和安全通道隔離，將以太網(wǎng)進(jìn)行物理級(jí)安全隔離，安全通道隔離即通過(guò)專(zhuān)用通信硬件和私有不可路由協(xié)議等安全機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部網(wǎng)絡(luò)的隔離和數(shù)據(jù)交換，有效地把內(nèi)外部網(wǎng)絡(luò)隔離開(kāi)來(lái)，而且高效地實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全交換。
另一種方法為照相數(shù)據(jù)傳送技術(shù)，DCS要上傳的數(shù)據(jù)由專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)采集，并且將這些數(shù)據(jù)顯示在計(jì)算機(jī)的屏幕上。另外有一個(gè)攝像頭將屏幕上顯示的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)拍攝下來(lái)，拍下來(lái)的數(shù)據(jù)畫(huà)面經(jīng)過(guò)智能機(jī)器閱讀系統(tǒng)自動(dòng)解讀后得到要上傳的數(shù)據(jù)，通過(guò)局域網(wǎng)送到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和辦公網(wǎng)上。這樣，局域網(wǎng)和DCS之間完全沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)的物理連接，病毒和黑客不可能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)串到DCS中。無(wú)論病毒如何變化，都可以從本質(zhì)上保證了DCS的安全。
????2.5高級(jí)應(yīng)用與DCS系統(tǒng)完全融合
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了高級(jí)應(yīng)用與基礎(chǔ)控制的融合，例如統(tǒng)一的人機(jī)界面，先進(jìn)控制與基礎(chǔ)控制數(shù)據(jù)交換，設(shè)備診斷信息和報(bào)警信息的統(tǒng)一，以及與MES應(yīng)用的交互等。
首先先進(jìn)控制可以直接從DCS控制器通過(guò)容錯(cuò)以太網(wǎng)(FET)以位號(hào)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，確?？刂菩畔⒌目煽俊２捎媒y(tǒng)一的人機(jī)界面，操作員既可以用DCS界面（如點(diǎn)細(xì)目畫(huà)面，流程圖，報(bào)警，趨勢(shì)等）管理和操作先進(jìn)控制，同時(shí)融合了先進(jìn)控制的組態(tài)和維護(hù)功能。
????2.6高級(jí)控制嵌入控制器
霍尼韋爾是將模型預(yù)估控制算法（Profit Loop）植入DCS控制器（C300/C200）的自動(dòng)化廠商，使得使用這種先進(jìn)的控制算法變得與組態(tài)一個(gè)PID算法一樣簡(jiǎn)單，從而解決了許多采用PID控制效果不好的過(guò)程控制問(wèn)題，例如純滯后時(shí)間長(zhǎng)的回路，非線性回路等。國(guó)內(nèi)一家化工廠的聚甲醛裝置的精餾塔塔底溫度控制回路采用該算法后，一年就因?yàn)楣?jié)省蒸汽消耗就獲得了九萬(wàn)元的效益。
????2.7 全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)
對(duì)分散控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)很好技術(shù)。沒(méi)有全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)通常面臨由數(shù)據(jù)嚴(yán)重重復(fù)、高網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、不同數(shù)據(jù)庫(kù)中不匹配的組態(tài)和重復(fù)報(bào)警而導(dǎo)致的困難，最終造成系統(tǒng)的運(yùn)行性能低下、可靠性降低和工程和維護(hù)成本高昂的后果。采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，PKS系統(tǒng)的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)使之可以從多個(gè)PKS系統(tǒng)中透明地進(jìn)行全局?jǐn)?shù)據(jù)訪問(wèn)，從而把全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新的高度。
????如下圖1-38表示一個(gè)全廠系統(tǒng)的例子，由一個(gè)高速的全廠網(wǎng)絡(luò)把諸服務(wù)器連接在一起。每個(gè)服務(wù)器可以從其它一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器存取信息。同樣，這里所說(shuō)的服務(wù)器可以是連接過(guò)程控制器的PKS系統(tǒng)服務(wù)器，或者是連接象PLC或RTU之類(lèi)控制器的Experion SCADA系統(tǒng)服務(wù)器。
動(dòng)態(tài)緩存的數(shù)據(jù)訪問(wèn)使得過(guò)程控制器能夠最大化地利用其廣泛的控制和診斷信息，同時(shí)保證了大規(guī)模的控制能力。
?????2.8現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用
早期的DCS在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和控制執(zhí)行方面主要采用模擬或開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行傳輸。在現(xiàn)場(chǎng)總線出現(xiàn)以后，新一代DCS除了繼續(xù)提供常規(guī)的模擬信號(hào)接口和開(kāi)關(guān)量接口外，還提供各種形式的現(xiàn)場(chǎng)總線接口，可以支持各種標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。充分體現(xiàn)了它的靈活性、方便性和適應(yīng)性。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，可以把控制模塊放在現(xiàn)場(chǎng)，也可以按常規(guī)做法放在控制站內(nèi)。系統(tǒng)可以適應(yīng)多種現(xiàn)場(chǎng)安裝方式，
近15年，石化系統(tǒng)對(duì)DCS不斷提出更高的要求：乙烯、煉油等聯(lián)合大型工程約有幾十套裝置集中于中心控制室并在全廠聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)。這是一個(gè)全廠管理與控制綜合系統(tǒng)，是一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。所以，要求DCS主供貨商應(yīng)能提供成熟、可靠的大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；要求DCS主供貨商有應(yīng)用大型DCS系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)和能力。石化聯(lián)合大型工程是我國(guó)大型工業(yè)生產(chǎn)廠，因此，要求DCS應(yīng)是成熟的控制系統(tǒng)，而且，DCS高可靠性是第一位的，以保證石化等聯(lián)合大型工廠開(kāi)車(chē)一次成功。
3.現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)（FCS）
近15年，現(xiàn)場(chǎng)總線是自動(dòng)化領(lǐng)域中發(fā)展很快的互連通信網(wǎng)絡(luò)，它具有協(xié)議簡(jiǎn)單開(kāi)放、容錯(cuò)能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性高、安全性好、成本低、適于頻繁交換等特點(diǎn)。目前，國(guó)際上各種各樣的現(xiàn)場(chǎng)總線有幾百種之多。較著名的有基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）、HART現(xiàn)場(chǎng)總線、CAN現(xiàn)場(chǎng)總線、LONWORKS現(xiàn)場(chǎng)總線、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、AS－INTERFACE總線等。
通過(guò)分析，其中FF（基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線）、PROFIBUS-PA最適合連續(xù)過(guò)程控制如石油和石化行業(yè)的需要。它具有高度的安全可靠性和實(shí)時(shí)性，并能滿足安全防爆要求，繼承兩線制儀表傳統(tǒng)，多數(shù)DCS和變送器、閥門(mén)廠商都支持。
目前，全世界已安裝的基金會(huì)系統(tǒng)超過(guò)12，000套，已安裝的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備超過(guò)百萬(wàn)臺(tái)以上;其中，在中國(guó)已安裝系統(tǒng)超過(guò)100套，已安裝現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備超過(guò)90，000臺(tái)。基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線已在美洲、歐洲、亞洲以及大洋洲得到應(yīng)用，最終用戶遍及各主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線和PROFIBUS主要應(yīng)用領(lǐng)域之一是石油化工行業(yè)。
????3.1數(shù)字化控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
石化系統(tǒng)的大型項(xiàng)目也有采用數(shù)字化控制系統(tǒng)---FCS進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程控制，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn):
????3.1.1開(kāi)放式系統(tǒng)
現(xiàn)場(chǎng)總線工作站同時(shí)掛在現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)兩層網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)后者可與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速信息交換，以實(shí)現(xiàn)資源共享。另外，現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)所有制造商和用戶公開(kāi)的，可實(shí)現(xiàn)技術(shù)共享。通信總線標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一全開(kāi)放。
????3.1.2全數(shù)字化通信
由于采用雙向數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)字化使得系統(tǒng)精度提高；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息增多幾十倍，可用于自診斷，系統(tǒng)調(diào)試，管理從而提高系統(tǒng)的有效性；同一電纜掛多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備從而節(jié)省電纜的施工量，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、雙向通信。
3.1.3可互操作性
現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表按統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的產(chǎn)品，只要遵守相同的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)就可互連互換，統(tǒng)一組態(tài)，即插即用，以方便設(shè)備更新或系統(tǒng)擴(kuò)展。
????3.1.4控制分散度高
現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)徹底分散控制。每條總線可連接多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表，由智能的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備帶PID，可分散地完成DCS控制器的功能，使控制風(fēng)險(xiǎn)徹底分散，提高系統(tǒng)控制的自治性和可靠性。
????3.2數(shù)字化控制系統(tǒng)的實(shí)施
石化系統(tǒng)的大型項(xiàng)目已采用FCS進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程控制。
????3.2.1??賽科90萬(wàn)噸乙烯裂解裝置的FCS是國(guó)內(nèi)外最大的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括47000個(gè)控制回路、40000臺(tái)儀表和與世界最大基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的13000臺(tái)智能設(shè)備，集成10套數(shù)字化控制系統(tǒng)。DCS采用Emerson公司的Delta V系統(tǒng)，控制站除常規(guī)I/O模塊外，配置了FF-H1現(xiàn)場(chǎng)總線模塊，每個(gè)模塊的2個(gè)接口分別構(gòu)成2段FF-H1總線，每段FF-H1總線設(shè)計(jì)9臺(tái)儀表(實(shí)用6臺(tái)，備用3臺(tái))。該工程實(shí)用FF-H1現(xiàn)場(chǎng)總線段2473條，F(xiàn)F-H1現(xiàn)場(chǎng)總線儀表14375臺(tái)，平均每個(gè)FF-H1現(xiàn)場(chǎng)總線段上掛5.8臺(tái)儀表。FF-H1現(xiàn)場(chǎng)總線段上集成了不同廠家的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表。
????3.2.2福建煉油乙烯的應(yīng)用
項(xiàng)目位于福建泉州，由中石化、ExxonMobil和Aramco共同投資興建。原有400萬(wàn)噸/年煉油聯(lián)合裝置的改造。全廠采用數(shù)字化自動(dòng)化結(jié)構(gòu)，全面采用基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(Foundation Fieldbus)技術(shù)。共采用10套DCS系統(tǒng)，2個(gè)中央控制室，22個(gè)外站，總IO點(diǎn)數(shù)超過(guò)40,00.；FF現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備12,000臺(tái)，項(xiàng)目于2009年投入商業(yè)運(yùn)行。
????3.3現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用效益明顯
世界級(jí)乙烯裂解一體化聯(lián)合工廠的建成僅花費(fèi)了27個(gè)月的時(shí)間，比計(jì)劃提前了3個(gè)月，10套一體化工廠全部順利建成。這主要是采用石化創(chuàng)新的《IPMT+EPC+監(jiān)理》的項(xiàng)目管理以及聘用主要儀表供應(yīng)商（MIV）進(jìn)行項(xiàng)目管理、采用基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的PlantWeb數(shù)字自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，從而加速了施工進(jìn)程，保證了順利運(yùn)作，降低了維護(hù)費(fèi)用，并為將來(lái)的發(fā)展構(gòu)建了一個(gè)先進(jìn)、開(kāi)放的平臺(tái)。
由于采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，使得設(shè)計(jì)、繪圖的工作量簡(jiǎn)化，布線及調(diào)試時(shí)間大大縮短，安裝成本得以降低。不僅如此，在其運(yùn)行應(yīng)用過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)所帶來(lái)的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益還將會(huì)進(jìn)一步顯現(xiàn)，如：出色的診斷能力；檢修、維護(hù)的方便性；提高資產(chǎn)效率、利用資產(chǎn)管理系統(tǒng)功能（AMS），降低設(shè)備運(yùn)行成本等。
?????3.4?FCS與DCS共存或相融
????FCS與DCS將共存，因?yàn)镕CS尚無(wú)統(tǒng)一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，而DCS以其成熟的發(fā)展，完備的功能和廣泛的應(yīng)用而占據(jù)不可替代的地位，故兩者將相互兼容與共存。
現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)與DCS將相互兼容與互容。預(yù)計(jì)今后很長(zhǎng)一段時(shí)間，DCS與FCS將共存及互補(bǔ)。
4. 安全儀表系統(tǒng)(SIS)發(fā)展
石化裝置由于大型化、連續(xù)化及工藝過(guò)程復(fù)雜、易燃、易爆、對(duì)環(huán)境保護(hù)要求高等原因，安全性要求日益提高，由DCS等設(shè)備完成安全連鎖保護(hù)的方法，在某些企業(yè)已經(jīng)不能滿足要求，所以出現(xiàn)緊急停車(chē)系統(tǒng)（ESD）等與DCS之外的獨(dú)立的設(shè)備。此外還有火災(zāi)和可燃?xì)怏w檢測(cè)系統(tǒng)（FGS）、轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備管理系統(tǒng)（MMS）；因防喘振的特殊要求，控制系統(tǒng)發(fā)展了壓縮機(jī)組綜合控制系統(tǒng)ITCC。
為了滿足石化企業(yè)的需求，過(guò)程控制行業(yè)開(kāi)發(fā)了符合IEC61508和IEC61511要求的安全儀表系統(tǒng)（SIS）。該系統(tǒng)檢測(cè)到任何不安全過(guò)程事件時(shí)，能夠立即采取行動(dòng)，以減輕可能造成的損失。功能安全還要結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)度、安全指標(biāo)、安全完整性等級(jí)（SIL）等，正確選用SIS（或直接稱(chēng)ESD）系統(tǒng)。目前SIS與功能安全標(biāo)準(zhǔn)已有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及部頒標(biāo)準(zhǔn)，它是石油化工緊急停車(chē)及安全連鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。目前，緊急停車(chē)安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的種類(lèi)有：1,繼電器邏輯群組緊急停車(chē)系統(tǒng)； 2,可編程邏輯控制器緊急停車(chē)系統(tǒng)（安全型PLC）單機(jī)；3,雙重化可編程控制器緊急停車(chē)系統(tǒng)（安全型PLC）雙重化；4,三（或四）重化可編程控制器（安全型PLC）三（或四）重化；5,機(jī)組綜合控制系統(tǒng)（ITCC） 三重化；6,模塊化功能組件緊急停車(chē)系統(tǒng)。
????4.1冗余機(jī)制的變化
從20世紀(jì)60年代，以氣動(dòng)和繼電元件為主。到70年代，由簡(jiǎn)單的繼電器系統(tǒng)發(fā)展為微處理器和可編程序調(diào)節(jié)器（PLC或PC），并且由單回路系統(tǒng)發(fā)展為冗余系統(tǒng)和容錯(cuò)系統(tǒng)。SIL3安全度等級(jí)是石油化工行業(yè)的最高安全等級(jí)。最新等級(jí)的產(chǎn)品則符合SIL4的要求—航空業(yè)。從70年代產(chǎn)生于航空領(lǐng)域的三重冗余多數(shù)表決機(jī)制（TMR, Triple Modular Redundancy）用于安全系統(tǒng)。90年代,國(guó)外一些大公司推出三重化(TMR)、冗錯(cuò)功能的系統(tǒng)。近期又有CPU的四重冗余(QMR，2oo4D)技術(shù)和軟件冗余技術(shù)出現(xiàn)。新型SIS和ITCC，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所有部件和部分相關(guān)設(shè)備故障的容錯(cuò)特性。容錯(cuò)手段主要是冗余、自診斷和再現(xiàn)維護(hù)修理。
4.2 安全系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的集成
近15年來(lái)，由于PLC和DCS技術(shù)的發(fā)展，其可靠性大幅度提高，成本降低，柔性增強(qiáng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也通過(guò)了SIL認(rèn)證，故安全系統(tǒng)也和現(xiàn)場(chǎng)安全儀表產(chǎn)品、現(xiàn)場(chǎng)總線（HART、Foundation Field bus）、DCS產(chǎn)品、工廠儀表設(shè)備資產(chǎn)資源管理系統(tǒng)（PRM）集成，使用統(tǒng)一的人機(jī)界面和工作站，功能大大增強(qiáng)，安全儀表系統(tǒng)與DCS之間的集成方式多種。
????4.3機(jī)組綜合控制系統(tǒng)技術(shù)（ITCC）
????ITCC機(jī)組綜合控制系統(tǒng)是將傳統(tǒng)的需要多個(gè)分立的單元如防喘振控制，聯(lián)鎖自保系統(tǒng)，電子調(diào)速器，負(fù)荷調(diào)節(jié)器等實(shí)現(xiàn)的功能集成在一套可靠性很高的三重模件冗余容錯(cuò)（TMR）控制系統(tǒng)中完成。
????4.3.1 ITCC的優(yōu)點(diǎn)
與傳統(tǒng)的壓縮機(jī)控制方案相比，ITCC具有高可靠性，功能強(qiáng)大，組態(tài)靈活，容易操作等優(yōu)點(diǎn)。ITCC是集機(jī)組的透平調(diào)速控制、防喘振控制、性能控制、負(fù)荷分配控制、抽氣控制、自保聯(lián)鎖邏輯控制為一體的綜合控制系統(tǒng)。
????4.3.2?ITCC的主要功能
???A機(jī)組的安全聯(lián)縮保護(hù)——啟動(dòng)、安全聯(lián)鎖、軸振、位移、超速、油系統(tǒng)、輔助保護(hù)。
???B防喘振的控制——響應(yīng)快、最少回流量放喘振。???C速度的控制——測(cè)、控。
???D負(fù)荷分配的控制——利用流量、壓力控制、氣量分配。
???E解耦控制——上述4種控制,變量變化,互相關(guān)聯(lián),影響,消除干擾或藕合影響。
???F協(xié)調(diào)控制—機(jī)組各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制,汽機(jī),鍋爐供汽協(xié)調(diào)控制。
????4.3.3?ITCC的應(yīng)用
為了提高壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的安全可靠性，保證合成氨裝置長(zhǎng)周期、連續(xù)運(yùn)行，技改中選用這種綜合控制系統(tǒng)是一個(gè)很好的選擇。美國(guó)TRICONEX公司的ITCC綜合控制系統(tǒng)TS3000已在新建的新疆澤普化肥廠20萬(wàn)噸/年合成氨裝置上得到采用，投運(yùn)效果良好。煉油加氫裂化、催化裂化等裝置的聯(lián)鎖系統(tǒng)及乙烯裝置包括裂解爐、急冷、壓縮、分離和公用工程等5個(gè)生產(chǎn)單元，其中壓縮和分離單元的聯(lián)鎖系統(tǒng)由ESD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，壓縮機(jī)組的控制系統(tǒng)由ITCC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
5. APC 技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用
近15年，在現(xiàn)代控制論的推動(dòng)下，各種智能化算法應(yīng)運(yùn)而生，其中除智能PID控制器外，多變量預(yù)測(cè)控制已在煉油、石化行業(yè)開(kāi)始進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)踐階段。先進(jìn)控制（APC-Advanced Process Control）是采用多變量預(yù)測(cè)及優(yōu)化技術(shù)、基于過(guò)程動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型、與常規(guī)控制相結(jié)合的新型工業(yè)控制系統(tǒng)；實(shí)施先進(jìn)控制，裝置被控變量偏差降低、抗干擾能力增強(qiáng)、操作更加平穩(wěn)，發(fā)揮裝置最大潛能，提高產(chǎn)品收率和質(zhì)量，能耗及物耗降低；Exxon Mobil、Shell、BP Amoco等國(guó)外著名石油石化公司早在80~90年代就在生產(chǎn)裝置上普及了先進(jìn)控制技術(shù)的應(yīng)用。
目前在煉油廠中應(yīng)用卡邊控制等以平穩(wěn)操作為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)增效果比較明顯。國(guó)外Honeywell、ABB、Invensys、Aspen、橫河等公司都有先進(jìn)控制產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)中國(guó)石油大學(xué)、浙江大學(xué)、清華大學(xué)都有成功的實(shí)踐。
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5.1 APC的應(yīng)用
從1996年起，中國(guó)石化進(jìn)行先進(jìn)控制應(yīng)用推廣工作：第一批包括常減壓、催化裂化、聚丙烯共12套裝置試用。近年來(lái)，在石化總公司統(tǒng)一組織和領(lǐng)導(dǎo)下，在主要企業(yè)常減壓、催化裂化、焦化、重整、加氫裂化、氣分、芳烴、乙烯、PTA、聚丙烯、聚乙烯等100多套裝置上推廣應(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù)。裝置實(shí)施先進(jìn)控制技術(shù)，都獲得了明顯經(jīng)濟(jì)效益?！ ?guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的催化裂化裝置先進(jìn)控制系統(tǒng)，已用于福建煉油廠、洛陽(yáng)石油化工總廠、茂名石化公司煉油廠；國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的多變量約束控制軟件包MCC，是一個(gè)處理約束的多變量、多目標(biāo)、多控制模式和模型預(yù)測(cè)的最優(yōu)控制器，已成功應(yīng)用于石家莊煉化公司催化裂化裝置，取得了較為明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
國(guó)內(nèi)有關(guān)方面通過(guò)多年不解的努力，在優(yōu)化控制領(lǐng)域里從理論到應(yīng)用都有所創(chuàng)新和突破，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出相關(guān)積分優(yōu)化理論和應(yīng)用技術(shù)，并獲得多項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利。該項(xiàng)技術(shù)在反應(yīng)過(guò)程優(yōu)化的初步試用中顯示了其獨(dú)到的效果，已在青島石化催化裂化反應(yīng)器優(yōu)化操作中連續(xù)多年使用，提高液收1%以上；在洛陽(yáng)的芳烴裝置的歧化反應(yīng)器、異構(gòu)化反應(yīng)器長(zhǎng)期應(yīng)用，提高了三苯收率1%以上。
????5.2先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)
先進(jìn)控制也是石化企業(yè)信息化建設(shè)的重要組成部分，目前其技術(shù)及軟件產(chǎn)品已非常成熟，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。我們認(rèn)為近幾年其應(yīng)用發(fā)展方向應(yīng)該是“以節(jié)能減排”為主題，適用環(huán)保要求的APC應(yīng)用。
????5.2.1?在石油化工行業(yè)，隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)措施的不斷落實(shí)，對(duì)油品的要求也越來(lái)越高。為解決這個(gè)越來(lái)越突出的矛盾，實(shí)施油品在線調(diào)合勢(shì)在必行。中國(guó)石化的多家企業(yè)進(jìn)行了油品在線調(diào)合的探索應(yīng)用，廣州石化的汽油在線調(diào)合應(yīng)用效果較好。
????5.2.2?在流程行業(yè)的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)等公用工程方面，以節(jié)能降耗、減少操作成本為目標(biāo)的先進(jìn)控制的應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛。蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，設(shè)備多樣化，人工操作強(qiáng)度大。先進(jìn)控制實(shí)施后不但可大幅度降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，減少系統(tǒng)操作成本，而且可達(dá)到節(jié)能降耗，挖潛增效之目的。
????5.2.3?由石化行業(yè)拓展到其他領(lǐng)域，如熱電生產(chǎn)、造紙等行業(yè)，生產(chǎn)過(guò)程多變量特征明顯，適于推廣先進(jìn)控制的應(yīng)用。在國(guó)外已有成功案例。?
6. 管控一體化系統(tǒng)（ERP-MES-PCS）
隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，近15年來(lái)，石油化工企業(yè)在信息化方面加快了步伐，取得長(zhǎng)足進(jìn)步。
????ERP與MES以及相關(guān)系統(tǒng)的集成應(yīng)用，形成了經(jīng)營(yíng)管理層以ERP為主，生產(chǎn)管理層以MES為主的兩個(gè)應(yīng)用平臺(tái)的完整架構(gòu)，解決了流程行業(yè)物料管理和計(jì)劃調(diào)度方面的難點(diǎn)，充分地發(fā)揮了ERP系統(tǒng)的功能，提高了企業(yè)生產(chǎn)管理水平和經(jīng)營(yíng)管理水平。
近15年，石化信息化應(yīng)用的實(shí)踐表明，ERP系統(tǒng)在加強(qiáng)企業(yè)財(cái)務(wù)管理、采購(gòu)供應(yīng)管理、成本費(fèi)用管理，強(qiáng)化銷(xiāo)售環(huán)節(jié)的數(shù)量、價(jià)格控制，堵塞管理漏洞，提高集團(tuán)管理控制能力和管理水平等方面發(fā)揮了重要作用，ERP系統(tǒng)已成為企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的主體支撐平臺(tái)。MES已在石油化工行業(yè)穩(wěn)步推進(jìn)，在生產(chǎn)優(yōu)化和精細(xì)化管理方面取得良好效果，可以實(shí)現(xiàn)物料的日平衡，并將月平衡工作由三天縮短到半天左右，取得明顯的效益。
由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和管理需求，石化行業(yè)逐步建立了管控一體化系統(tǒng)即綜合控制系統(tǒng)--ERP/MES/PCS，稱(chēng)企業(yè)資源計(jì)劃/制造執(zhí)行系統(tǒng)/過(guò)程控制系統(tǒng)。今后，石油化工企業(yè)將采用信息技術(shù)，進(jìn)一步提高業(yè)務(wù)過(guò)程的精細(xì)化、管理的科學(xué)化，實(shí)現(xiàn)企業(yè)全面的資源優(yōu)化，以提升企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。
????6.1企業(yè)資源管理系統(tǒng)（ERP）
企業(yè)資源管理系統(tǒng)ERP系統(tǒng)主要作用是流程規(guī)范、業(yè)務(wù)集成、信息透明。ERP系統(tǒng)通過(guò)信息的動(dòng)態(tài)集成實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)功能的無(wú)縫集成，不但能夠最大限度的保證信息的完整性、及時(shí)性和共享性，而且能夠?qū)诵臉I(yè)務(wù)進(jìn)行自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)和有效控制。
????ERP系統(tǒng)通常包含財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)、管理會(huì)計(jì)、銷(xiāo)售分銷(xiāo)、物流管理、生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)備維護(hù)等核心模塊。一個(gè)典型的ERP除了上述功能外，在不同的應(yīng)用中，可能還包括項(xiàng)目管理、投資管理、資金管理、人事管理等輔助功能。
????6.2制造執(zhí)行層(MES)
?????MES是企業(yè)數(shù)字化系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，在ERP/MES/PCS整個(gè)系統(tǒng)中起到承上啟下的作用。MES主要完成生產(chǎn)計(jì)劃的調(diào)度與統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程成本控制、產(chǎn)品質(zhì)量控制與管理、物流控制與管理、設(shè)備安全控制與管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與處理等功能。
MES主要功能1,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與信息管理2,生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度優(yōu)化3,流程模擬與工程4,數(shù)據(jù)校正與物料平衡5,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)6,先進(jìn)控制與優(yōu)化。
????6.3智能化工廠的規(guī)劃
為了進(jìn)一步提高石化信息化和自動(dòng)化應(yīng)用水平，中國(guó)石化對(duì)“智能工廠試點(diǎn)“方案進(jìn)行規(guī)劃并通過(guò)審定，”智能煉廠”試點(diǎn)以工廠經(jīng)營(yíng)管理與生產(chǎn)過(guò)程的“實(shí)時(shí)化、自動(dòng)化、模型化、可視化、智能化”為發(fā)展目標(biāo)，將實(shí)現(xiàn)計(jì)劃調(diào)度、能源管理、安全環(huán)保、裝置操作、IT管控的智能化，建設(shè)成為國(guó)際先進(jìn)水平的智能化的千萬(wàn)噸級(jí)煉化企業(yè)。
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