化工裝置建設中的儀表自動化工程與控制策略

摘要：本文筆者結合實際，就化工裝置建設中的檢測執行儀表及相關控制策略進行了闡述，對于設備運行和提高企業經濟效益具有很大的應用價值。

關鍵詞：儀表自動化 執行儀表 控制

現代自動化儀表的智能化技術不但改善了儀表本身的性能，還影響到了控制網絡的體系結構，它不再是功能單一的固定結構，其適應性越來越強，功能也越來越豐富。筆者根據自己的實踐工作經驗，針對化工裝置中的檢測執行儀表及相關控制策進行了闡述。

1、檢測執行儀表

1.1溫度儀表

石化現場設備或管道內介質溫度一般都需要指示控制，溫度范圍為-200℃到l800℃。大多數采用接觸式測量。在現場指示的水銀玻璃溫度計多被雙金屬溫度計取代，最常用的是熱電阻、熱電偶。特殊熱電阻有油罐平均溫度計等特殊熱電偶和耐磨熱電偶、表面熱電偶、多點式熱電偶、防爆熱電偶等。熱電阻、熱電偶信號多直接進入DCS或其它溫度采集儀表，一體化的溫度變送器（兩線制）等因現場總線技術興起而逐漸普及。

1.2壓力儀表

因為與安全密切相關，所以壓力儀表受到工程重視。壓力傳感器、變送器和特種壓力儀表采用多種原理，而且可用于高溫介質、脈動介質、枯稠狀、粉狀、易結晶介質的壓力測量，精度可達0.l級。壓力表分液柱式、彈性式、活塞式（ 壓力校驗儀）三類。

1.3物位儀表

石化行業一般以液位測量為主，由于測量過程與被測物料特性關系密切，所以除浮力式儀表外，物料儀表沒有通用產品。按測量方式分為直讀式、浮力式、靜電式（差壓、壓力）、電接觸式、電容式、超聲波式、雷達式、重錘式、輻射式、激光式、磁致伸縮式、矩陣渦流式等，其中雷達式、磁致伸縮式以及矩陣渦流式液位計精度高，在石化行業正在逐步普及。

1.4流量儀表

流量儀表是石化行業溫、壓、液（位）、流四大參數中內容最豐富的一個門類。從控制的角度看穩定和優化是兩大永恒的主題，都要用流量來考核。而流量本身與流體及管道的關系又很大。

1.5分析儀器和在線過程分析儀

從工藝上看，生產過程中對溫度、壓力、流量、液位等工藝參數的保證，只是間接保證最終產品或中間產品的質量合格，所以對過程中物料成分的直接分析和對最終產品的成份分析是非常重要的。從環境保護的角度看，排放的物質的成分也是要分析和在線監測的。總之，對于分析儀器和在線過程分析儀的需求是迫切的。除去需求旺盛外，分析儀器的高科技含量，特別是對多學科配合要求高等，使得近年來分析儀器的科研和應用投入力量大，主要有液相色譜、氣相色譜、質譜、紫外及紅外光譜、核磁、電鏡、原子吸收及等離子發射光譜、電化學等分析儀器。

1.6執行器

執行器由執行機構和調節機構構成。石化行業經常使用的是氣動執行器、少數液動執行器，其中氣動薄膜調節閥又是最常使用的，還有少數氣動活塞、氣動長行程執行機構。氣動薄膜調節閥與電氣閥門定位器配合使用，所以新一代智能式電氣閥的定位器的使用，可以幫助改善調節閥性能。調節閥在系統中的重要性自不待言。調節閥的特性計算、標準制定、測試驗證及設計選用，一直是關鍵技術。

2、控制策略分析

2.1常規控制

從氣動元組合學儀表、電動單元組合儀表、常規DCS、新一代DCS的變化來看，石化工業自動化的連續控制、批量控制、順序控制的基本控制策略未變。其中主要為連續控制、回路控制，主要有單回路調節，串級調節、比率調節、均勻調節、前饋調節、自動選擇調節、分程調節、非線性調節等，仍然以PID調節為基礎，也就是說功能塊或控制算法變化不大，變化較大的是組態能力和控制方案，功能塊之間連接可以是多重串接、并聯連接、選擇性連接、自動補償、自動跟蹤、無擾切換，多配方自動改變參數或功能塊連接方式。

2.2先進控制和優化

在現代控制論的推動下，各種智能化算法應適而生，其中除智能PID控制器外，多變量控制已在煉油、石化行業開始進入生產實踐階段，它以DCS為基礎，可以是獨立的，也可以是一個軟件包，它與多變量動態過程模型辨識技術、軟測量技術有關，多采用測控與PID串級控制相結合方式等。目前在煉油廠中應用較多單一油源更易成功。其中卡邊控制等在平穩操作基礎實現增效效果比較明顯。

2.3人機界面

目前石化企業正在由一個裝置一個控制室逐步過渡成數個裝置一個控制室或全廠一個中央控制室，而且最終是以CRT或LCD屏幕顯示為主，輔以少數顯示儀表和指示燈，從鼠標、鍵盤操作為主，輔以觸摸屏及少數旋鈕和按鈕，工業電視攝像頭攝取的畫面也由專用屏幕逐步納入以DCS操作站的屏幕。

DCS在組態時，與控制策略相伴的是人機界面的操作策略的確定，工位號操作可相伴有典型的。儀表棒圖及細目畫面、分組畫面、趨勢畫面等，這可以比較快的“組態”完成，而模擬圖（工藝流程圖）的制作則要按工藝要求來完成，這是關系到信息處理能力、優化操作、報警和事故判斷處理等人機界面友好問題，另一方面就是在系統集成時除要注意控制方案等硬指標實現外，對人機界面這些軟指標也要精益求精的完成，更要自控人員牢固的樹立為工藝操作人員服務的思想，與工藝操作人員密切配合，最好是讓相關工藝人員掌握流程畫的制作的能力，把DCS、HMI的能力充分在對應工藝裝置中發揮出來，讓工藝操作人員能輕松操作。2

2.4安全儀表系統

石化裝置由于大型化、連續化及工藝過程復雜、易燃、易爆，對環境保護要求高等原因，安全性要求日益提高，一般由DCS等設備完成安全連鎖保護的方法，在某些企業已經不能滿足要求，所以緊急停車系統（ESD）等在DCS之外單獨設置?，F在自動化儀表行業興起的基于IEC6l508和EC6l5l1的安全儀表系統（SIS），正是為了進一步滿足石化企業的需求。SIS是專門的工程解決方案，它連續在線運行，當偵測任何不安全過程事件時，能夠立即采取行動以減輕可能造成的損失。功能安全還應結合風險度、安全指標、安全完整等級（SIL）等。

3、結語

雖然我國自動化儀表的不斷發展進步，但是我們不能滿足于現狀，需要不斷借鑒國外在這個方面的先進經驗，不斷加以改進和完善，使自動化儀表得到進一步的發展。

參考文獻：

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[2]解懷仁，楊彬彥.石油化工儀表控制系統選用手冊[M].中國石化出版，2004，4.