化工儀表自動化控制技術(shù)研究

張 迅

（四川華英化工有限責(zé)任公司，四川 成都 610041）

化工生產(chǎn)過程中使用的原料以及化學(xué)反應(yīng)過程中均會伴隨一定危險因素存在，對人類和環(huán)境均會造成極大的危害[1]，因此在化工儀表中推廣自動化控制勢在必行[2]。經(jīng)過前些年化工儀表行業(yè)中自動化技術(shù)的發(fā)展，其已經(jīng)極大的提高了化工生產(chǎn)的水平以及效率[3]。但是隨著社會的快速發(fā)展以及人類的意識的繼續(xù)深入，傳統(tǒng)的自動化控制技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有應(yīng)用的要求，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展。目前來講，化工儀表中的自動化控制技術(shù)已經(jīng)逐步向著網(wǎng)絡(luò)化以及集成化的方向來推進(jìn)[4]。本文通過對儀表中的自動化控制技術(shù)進(jìn)行調(diào)研和分析，以期為業(yè)內(nèi)人員提供參考。

1 儀表的自動控制系統(tǒng)

伴隨計算機(jī)以及信息技術(shù)的快速發(fā)展，化工儀表中的控制系統(tǒng)已經(jīng)逐步朝著網(wǎng)絡(luò)化以及集成化方向發(fā)展；化工生產(chǎn)由于其行業(yè)特殊性，采用的生產(chǎn)現(xiàn)場的總線控制系統(tǒng)的分辨率以及穩(wěn)定性都較一般行業(yè)的要嚴(yán)格，同時還要求其結(jié)構(gòu)簡單，通過自動化控制系統(tǒng)能簡單、準(zhǔn)確的進(jìn)行生產(chǎn)過程控制以及跟蹤，目前化工儀表中自動化總線控制系統(tǒng)主要有DCS 系統(tǒng)以及FCS 系統(tǒng)兩大類。

1.1 DCS 系統(tǒng)

集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）又稱計算機(jī)分布式控制系統(tǒng)，它是20 世紀(jì)70 年代中期迅速發(fā)展起來的，是一個集合了計算機(jī)，通訊，顯示和控制的由過程控制和過程監(jiān)控的計算機(jī)系統(tǒng)。DCS 設(shè)計的理念是分散控制，集中管理，分級管理，配置靈活，組態(tài)方便。它既打破了常規(guī)控制儀表功能的局限，又較好的解決了早期計算機(jī)系統(tǒng)對于信息、管理和控制作用過于集中帶來的危險性。DCS 分為控制（工程師站）、操作（操作員站）、現(xiàn)場儀表（現(xiàn)場測控站）的3級結(jié)構(gòu)（如圖1），主要用于大規(guī)模的連續(xù)過程控制系統(tǒng)中，可以有效的跟蹤化工生產(chǎn)過程，同時可以實現(xiàn)控制信息匯總以及共享的目的。

圖1 DCS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 FCS 系統(tǒng)

FCS（Fieldbus Control System）即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，是一個全分散、全數(shù)字化、全開放和可互操作的新一代生產(chǎn)過程自動化控制系統(tǒng)。

FCS 采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場各個控制器和儀表及儀表設(shè)備互聯(lián)，構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，同時控制功能徹底下放到現(xiàn)場，降低了安裝成本和維修費用。在FCS 中，現(xiàn)場總線不僅取代了4~20mA，而且還取代了傳統(tǒng)DCS 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系。具體地說，F(xiàn)CS 廢棄了DCS 地信號調(diào)理板、隔離放大器、I/O 板、CPU 板、I/F 轉(zhuǎn)控器以及它們之間復(fù)雜的接線。在FCS 里，控制、報警、運算、信號選擇和累加等各種功能完全由現(xiàn)場儀表自身的微處理器實現(xiàn)。FCS 總線局域網(wǎng)中包含全部的生產(chǎn)過程控制信息，這類信息可以通過計算機(jī)加入局域網(wǎng)后進(jìn)行實時獲取，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程控制數(shù)據(jù)的實時共享，進(jìn)而簡單清晰的反饋生產(chǎn)情況；此外，該系統(tǒng)還具備雙向通信功能，在總線布置過程中各個儀表采用一樣的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還，可以確保不同廠家提供產(chǎn)品的混合使用；最后，這種智能的控制系統(tǒng)控制的儀表可以隨插隨用，這極大的方便了設(shè)備系統(tǒng)的擴(kuò)展，從而有效的實現(xiàn)了通過一條總線來控制現(xiàn)場儀表的問題，這可以一定程度上降低儀表調(diào)試以及維護(hù)的成本（如圖2）。

圖2 FCS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.3 DCS 系統(tǒng)及其與FCS 系統(tǒng)的比較和應(yīng)用

就DCS 系統(tǒng)本身來講，其技術(shù)改進(jìn)后，較改進(jìn)之前其新型的數(shù)字化智能控制系統(tǒng)具備更好的兼容性以及開放性，因此改進(jìn)后的DCS 系統(tǒng)在化工行業(yè)中儲運領(lǐng)域的應(yīng)用更為廣泛；而FCS 系統(tǒng)同樣具備信息共享、實時交互以及全網(wǎng)兼容的特性，其應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，在部分領(lǐng)域以實現(xiàn)對DCS 的有效替代。

2 自動化控制發(fā)展策略

現(xiàn)代計算機(jī)以及信息技術(shù)的快速發(fā)展極大的提升了化工儀表自動化的程度以及數(shù)據(jù)處理的速度，同樣也提升了儀表控制的精度，計算機(jī)的廣泛應(yīng)用極大的方便了儀表自動化控制的實現(xiàn)，各類自動化控制儀表可以通過對應(yīng)的軟件來進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和控制，對于自動化控制策略，可以從如下兩方面來加強：

首先，要強化自動化控制系統(tǒng)的操作性以及人機(jī)交互性，加強人機(jī)交互界面不僅可以實現(xiàn)對過程的有效控制，降低人工勞動，提高人均勞效；同時也可以更好的實現(xiàn)對儀表的調(diào)整以及控制；此外，加強人機(jī)交互可以準(zhǔn)確的識別儀表反饋的信息并通過對信息進(jìn)行甄別并對異常情況進(jìn)行及時報警反饋，極大的降低故障帶來的影響。

其次，要繼續(xù)強化對安全檢測的自動化控制技術(shù)，化工儀表自動化監(jiān)測的重要一環(huán)就是安全生產(chǎn)，隨著社會的發(fā)展，化工生產(chǎn)的規(guī)模越來越大，連續(xù)生產(chǎn)情況的持續(xù)增加，這都會造成儀表的勞損以及失效，因此安全監(jiān)測就顯得至關(guān)重要；因此在儀表自動化控制技術(shù)中需要繼續(xù)強化安全檢測技術(shù)，在生產(chǎn)過程中，自動化控制的儀表除了有效的反饋生產(chǎn)數(shù)據(jù)之外，對于出現(xiàn)的異常情況還需要進(jìn)行有效的識別和實時的反饋，以保證生產(chǎn)過程的安全可控性。

3 小結(jié)

化工生產(chǎn)中安全永遠(yuǎn)是處于第一位的，而安全生產(chǎn)又與化工儀表的自動化程度密切相關(guān)，其不僅實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的自動化，同時也可以極大的增加生產(chǎn)控制精度以及穩(wěn)定性進(jìn)而減少生產(chǎn)危險性，通過加強化工儀表控制自動化技術(shù)，可以有效的實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化控制；隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化、集成化程度更高的控制系統(tǒng)會逐步的產(chǎn)生以進(jìn)一步的提升化工生產(chǎn)企業(yè)的效益。