石油化工過程中的自動控制

沈陽化工學院

石油化工過程中的自動控制

李洪林沈陽化工學院

石油化工過程中的自動控制系統包括安全控制系統和儀表控制系統。石化企業注重對高危生產過程的監控檢測，通過研發故障發現和分析模塊，保障及時檢測故障，準確定位故障，按時消除故障，從而將系統的安全性能和可靠性能提升。DCS監控系統綜合了計算機、通訊、顯示和控制等技術，能夠降低能源的消耗，提升企業的管理水平。利用DCS監控系統可以保證化工企業生產過程中每個環節準確、安全地進行，取得可觀的經濟利益和社會效益。現代石油化工企業中，控制系統將向著安全控制系統、儀表自動化控制系統一體化方向發展，智能化技術控制系統將得到廣泛應用。

石油化工；安全控制系統；儀表控制系統；監控

1 安全控制系統的應用

現代化工企業裝置規模較大，工藝過程較為復雜，而且流程中會產生易燃易爆物質，因此對化工設備的安全性能、穩定性能及成效性能提出了較高的要求，安全控制技術對石化的生產流程非常重要，緊急停車系統（ESD）和壓縮機組綜合控制系統（ITCC）應運而生。

1.1緊急停車系統（ESD）

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

該系統擁有3個主處理器，系統中的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模塊上的電路模數轉換器轉化成一種數字量信號（12位），數字量信號再通過協調處理器進行處理，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系統容錯能力的控制，就可以將產生故障的控制系統組件加以識別，然后將故障的組件進行主動分離；同時開展指定任務和故障組件的修復操作，而不中斷既定的過程。應用高精度的容錯功能系統，提高了工藝過程的安全性能和穩定性能。

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

乙烯裝置的5個生產單元系統包括裂解爐系統、急冷系統、壓縮系統、分離系統和公用工程系統，而ESD系統可應用于壓縮和分離單元的連鎖系統，因此ESD系統的應用對化工企業技術控制十分重要。

1.2壓縮機組綜合控制系統（ITCC）

ITCC使工藝過程保持穩定，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；③調節使用控制參數，提升壓縮機及其他設備的效率；④支撐壓縮機運行過程中的喘振控制及生產過程中各種技術控制。

ITCC控制系統的壓縮機基本部分結合3種控制模式，生成1個數字型控制器，這種控制器將3種控制模式統一協調，為防喘振提供了最好的控制方法，而且不會干擾整個技術過程，兼容了最大的經濟效益和明顯的技術控制優勢：

（1）為了減少浪費，將回流量節約下來。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先的控制方案及超強運算能力的控制算法，而且，控制系統將旋轉速度調節，過程調控和避免喘振統一起來，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及其他設備之間的通訊。

2 儀表控制系統的應用

2.1DCS監控系統的組成及特性

2.1.1 DCS監控系統的構成

（1）系統模塊。以微處理器為基礎，通過計算機控制和通信控制對生產過程進行統一的集中監理、管控等一系列的操作。對于DCS系統，要實現在化工生產過程模擬量的信息采集和管理，在實際應用中取得了較好的控制效果。DCS監控系統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，利用局域網絡上傳監控信息，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過程，在線監控下位機生產情況。

（2）DCS監控系統的網絡。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控制的重要的內容，在ACM與I/O中完成每個分站之間的通訊工作，達到系統的控制目標。上部操作體系主要是為人機界面上傳監控的信息。在網絡中運用了以太網結構，在冗余服務器的功能下完成將監控的數據傳送到以太網上，之后在分站中交流數據信息。利用這種網絡結構最大限度地減少了ACM的通訊載荷。

（3）人機界面運用。用戶對于動態信息的搜索、解析等具有便捷、操作性強的優點，它擁有多層次的形式，是以ActiveX為基本方法的一種瀏覽系統。主要包括3個方面：①數據服務。以數據服務引擎為基礎，對系統中相關的信息進行分析，完成數據方面的有效管理和進一步優化，利用瀏覽器將生產過程中的每項信息指數傳送給信息數據庫，然后利用數據引擎進行搜索，省略用戶的操做，數據層的歸類相對明確，減少用戶的操作時長，進而提高系統的安全性能。②使用服務。使用服務作為數據服務方面的下一環節，它的界面以及使用的控制技術都與數據服務是相同的。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的數據內容。

2.1.2 DCS監控系統的特有功能

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

（2）傳輸網絡安全便捷。運用準確的網絡通信條約，在信息傳送的環節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特性。在現場的總裝置中設置監控系統，設分站點和傳感器并配以開關控制單元，當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據時，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下。

2.2DCS監控系統的使用要求

因為化工生產的獨特性，所以要利用DCS監控系統對相應的設備進行參數監控，包括：流量、壓力、溫度，并要確保化工生產在各種環境下都可以準確運行，實施對整個生產應用過程的監控。DCS系統靈敏性較高、可行性較好。

（1）雙向數據傳送。為了實現對每個參數的實時監控，在控制環節和現場總線上完成雙重化的結構，才可以進行雙向傳遞數據。利用收集來的監控信息，在控制環節做計算、分析，通過雙重化完成反饋控制和順序控制，并且在化工應用中對信號及各項傳輸內容實施分析，給予系統準確的監測結果。

（2）安裝多臺顯示數據中心。為達到準確監測各項參數的變化，依據化工生產應用中產品有毒有害、高溫高壓的特點，要使用2臺儀器來顯示調節；而對于化工生產規模較龐大的企業，無疑要有多臺共同顯示的控制中心。

3 結語

石化企業注重對高危生產過程的監控檢測，通過研發故障發現和分析模塊，保障及時檢測故障，準確定位故障，按時消除故障，從而將系統的安全性能和可靠性能提升。DCS監控系統綜合了計算機、通訊、顯示和控制等技術，能夠降低能源的消耗，提升企業的管理水平。利用DCS監控系統可以保證化工企業生產過程中每個環節準確、安全地進行，取得可觀的經濟利益和的社會效益。

現代石油化工企業中，控制系統將向著安全控制系統、儀表自動化控制系統一體化方向發展，智能化技術控制系統將得到廣泛應用。

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.027