FCS控制系統的特點及在石油化工自動化中的應用探討

劉耀武（廣東國信工程監理有限公司，廣東 茂名525000）

0 引言

中國的經濟支柱是石化化工，具有資金大、技術完善、能源充足的特點。同時，石化化工的化工過程相對復雜。化工的工作環境經常處于高壓和高溫狀態。化工原料是一些易燃、易爆、有毒的物質。這些行業通過強有力的防護措施和獨特的控制系統，保證工人的安全，保質保量地完成工作。FCS，國際縮寫，是指現場總線控制系統。這種新的化工控制系統技術興起于20 世紀90 年代，它在化工控制中引入了現代網絡管理和通信概念。隨著全場控制的發展和擴大，FCS也逐漸興起并為人們所熟知。目前，FCS是一種比較成熟和穩定的技術，它很好地解釋了集中信息自動控制和分散控制的思想。

1 FCS 控制系統在石油化工自動化中的應用簡介

1.1 系統介紹

FCS 控制系統是一種基于雙向總線的串行控制系統，它貫穿于控制設備、測量、現場控制等儀表產品的生產過程。燃料電池和氫氣控制系統由智能儀表和通用現場搜索儀表組成，具有數字化等特點，這些智能儀器能夠實現全面的通信。

1.2 基本操作

首先，FCS 是最新的第五代控制系統，其系統技術集成了3C技術，引領了21世紀自動控制系統的發展，其任務是將其應用于危險區域，在過程中會發生許多變化，人們很難應對智能化、數字化的FCS系統取代了目前僅有的功能性儀表和控制設備；其次，第一個仿真系統可以與現場的多個分布式儀表和控制設備連接，系統可以采集所有數據，系統是從控制室進行雙向通信。第一個模擬測試系統是FCS，它收集所有數據，是從控制室到現場設備的雙向通信。該控制系統還可以應用于虛擬分布式控制站中，節省空間，提高效率。最后，在系統中加入微處理器，使任務更加精確和高效。

1.3 FCS在化工行業中的優勢

在化學工業中，原料多為易燃易爆，危險性大，工藝復雜多變，對生產條件和控制系統要求高。合作還需要大量其他儀器，由于距離遠，數據完整性也會降低，目前，FCS系統采用雙向無線傳輸，減少了線路數量，顯著提高了系統抗干擾性能，這些都是數字信號，大大提高了工作效率，方便了對困難信號的處理。還將使用智能工具收集和處理現場分布式設備上的數據，并可以補充一些現場儀表無法補充的先進控制能力。最重要的是，該系統易于維護使用。現場工具具有自診斷功能工作人員還可以通過機器監控現場，檢查設備的工作狀態，分析儀器的信息，找出錯誤的原因，顯著縮短錯誤修復時間。FCS系統設備的連接狀態也顯著減少了電纜連接的數量，降低了早期的成本。如圖1所示，是FCS的典型結構。

2 FCS在化工自動化領域中的應用論述

2.1 FCS在化工自動化領域中的應用

現場總線技術自應用以來，在包括我國在內的世界范圍內廣泛應用于化工自動化領域，其應用具有一定的范圍，其引入時間約為3～4年，主要應用于冶金、制造、煙草機械等領域，鑒于石化等行業已經開始實施現場總線控制系統，實踐表明，現場總線的積極應用可以給化工自動化帶來諸多好處，實現網絡通信和自動控制，同時也形成了通信網絡的重要技術形式；開、關電流或開、關閥門，可使用命令表，并能及時統計數據，現場總線的應用直接保證了實際化工工作的安全，同時保證了系統在惡劣天氣、粉塵環境下的正確運行，噪聲和其他環境。電磁干擾是一個常見的問題，FCS 還可以防止its 的影響，節點分布正確，消息短而準確。

2.2 FCS工業自動化領域應用問題分析

（1）現場總線協議的適用范圍非常狹窄，現場總線的適用范圍僅限于控制領域，雖然總線眾多，但由于諸多因素的影響，其適用范圍相對狹窄，首先，真正的互操作性等優點需要進一步探索。

（2）現場智能儀表的使用并不理想，智能儀表的使用相對較少，雖然它包含了一些基本的功能模塊，分為基本型和高級型，但它的使用數量少，控制簡單，不能實現復雜和先進的控制算法，需要進一步改進。

3 討論

3.1 FCS控制系統自動化領域中的優點

（1）加強化工自動化領域的現場信息集成，使用現場總線將有助于提高化工自動化的現場可控性；特別是現場總線可以從設備中獲取非常有價值的信息，這些數據的采集可以滿足當前工廠自動化的需要，使CIMS 系統能夠對這些數據進行處理和轉換，現場總線數量龐大，其類型是數字通信網。自動化設備能更好地進入工作狀態，不需要及時檢測誤差，能及時統計和傳送所有參數，同時能幫助化工自動化實現遠程控制，及時備份遠程參數，分析變革的原則，尋找更理想的發展路徑。

（2）互換性、互操作性、繼承性等優點。對于不同的廠商，其產品必須保持相同的標準，這樣既能突出互操作性的特點，又能掩蓋互換性的優點。其他廠家可以根據自己的專業知識，積極引進控制技術，如通用的控制算法或工藝流程，也可以包括可以滲透系統的配方等。從這些方面來看，市場可以為不同行業提供該領域的多種監控系統。

（3）高可靠性和可持續性。可靠性和可持續性也是重要優勢。特別是在當前的現場總線中，其自動監控系統從根本上與總線或單個I/O 形式相連接。安全性無法保證，必須選擇在線診斷的形式。在診斷后，如果發現任何問題，應及時報告，并區分和記錄問題類型，以提高可靠性。同時，在對現場設備進行遠程控制的過程中，對其參數進行了預先設置，如有問題應及時更換，體現其可持續性。

3.2 FCS存在的缺點

對于未來作戰系統來說，在幫助化工自動化部門更好地發展的同時，還處于研發階段，有許多優勢，因此還存在一些不足，需要進一步改進。

（1）在化工自動化領域實施FCS 的過程中，有助于提高化學控制水平，但網絡已經成為一個非常令人擔憂的問題，特別是在FCS 的工作中，只有一條總線，如果總線中斷或其它問題是由不同的因素引起的，整個系統將受到影響甚至崩潰，從而影響FCS在化工自動化中的應用，當然，在建立之后，有關人員也進行了研究，總結出了一些解決方案，總線正常運行包括能夠處理總線物理層的固定協議，例如離站技術、優化的材料、光纜選擇等，這可以在一定程度上降低出現問題的風險。

（2）有許多工作標準和不同類型的現場總線，特別是許多儀器或設備。這些設備必須選擇不同形式的總線連接，但由于缺少一些標準對其進行規范和限制，因此支撐不夠，設備的更換會造成一定的不便。

（3）Fcs 安裝總線上的產品其實價格都不是很低。在這種情況下，就抬高了化工自動化的經營成本。尤其是在生產儀器所需要的進口儀器上，其實分為不同的類別，也是讓許多企業望而卻步。

4 結語

目前，現場總線控制系統的缺點是硬件和軟件水平不足以控制更復雜的儀表，而且產品類型不全，控制系統的質量往往決定了生產設備能否正常生產產品。而在精確數據的計算中，利用最小的原料可以獲得最大的利潤；而該系統可靠性高，分布廣，非常適合化工行業；加快化工生產，改變設備和管理不發達的局面，為企業提供新的發展機遇，提高市場競爭力。