自動化控制系統在化工生產中的應用和發展趨勢

甄海欣 徐國欽

摘 要：在化工生產過程中，一般來講生產工藝復雜、設備繁多，而且大多涉及到高溫、高壓、腐蝕、易燃、易爆、有毒等情況，特別是需要穩定的壓力、溫度、流量、液位的控制，對控制系統有較高的要求。因此，在現代化工生產中，隨著科學技術和化工工業的迅猛發展，生產裝置規模的逐漸增大，為了整個生產過程的安全和生產經濟效益，就必須加強自動化控制，盡量使生產過程自動化、現代化。文章結合自動化控制系統在化工生產中的應用，談了自動化控制系統的發展方向。

關鍵詞：自動化控制；化工生產；DCS；發展

1 化工自動化控制概述

化工自動化控制是指在化工企業的整個生產管理過程中，以化工過程為控制對象，運用自動化控制技術，采用獨特的控制算法和控制方案，實現控制理論和工程技術時間的有機協調，從原料的加工到成品的產出整個化工過程納入自動化控制系統，實現對化工過程中對溫度、壓力、流量、液位等模擬量的自動化控制。[1]

在現代工業生產中，特別是大型化工生產裝置設備對工藝控制指標的要求十分嚴格，生產裝置逐漸由手動、簡單控制發展為自動、復雜控制，控制系統的設計也比較復雜。目前，在工業生產中，普遍采用的工業過程自動控制系統主要包括PLC（可編程控制器）、DCS（分散控制系統）和FCS（現場控制系統）。

2 自動化控制系統在化工生產中的應用

2.1 PLC在化工生產中的應用

PLC采用可編制用戶程序的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。

PLC實際上就是小型計算機的縮影，它可以對化工設備內的一系列動作實現精確控制，保證各道工序的順利執行，不必像繼電器那樣，一旦工藝過程有所調整，就需要重新布線，它只需要修改用戶程序即可，大大提高工作效率且安裝維修費用相對較低。它的技術已經到達很成熟的階段，在大型化工企業中，在單臺設備的自動化、多臺設備自動化和整個工廠的生產過程自動化，PLC在其中充當著重要作用。比如PLC系統往往是一些大型化工設備廠商自帶控制系統，其可很好的與DCS系統相結合，便于企業整體的自動化控制，同時又可更加精準的控制大型設備。

2.2 DCS在化工生產中的應用

DCS是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統，綜合了計算機、通訊、顯示和控制等4C技術。它以微處理機為核心，采用組合組裝式結構組成系統，對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制的一種控制技術。

伴隨著DCS功能不斷完善、可靠性的逐步提高、管理功能的不斷增強，DCS控制系統解決了現代化大生產中傳統的儀表控制系統難以勝任的過程控制問題，其在化工行業的應用不斷擴大，應用水平也在不斷提高。在我國，DCS的使用主要從財大氣粗的石油化工領域開始，于1981年開始在煉油化工系統首次引進應用。到目前為止，石化企業的常減壓、催化裂化、加氫裂化等煉油生產裝置及乙烯裝置均采用了DCS控制系統。據不完全統計，在我國石油、石化和化工系統共使用了約3000多套DCS系統，其中，石化用的DCS系統約占一半；大型化肥廠、大型乙烯廠100%采用DCS控制生產，中型化肥廠有65.38%廠已用DCS控制生產。[2]

近幾年，隨著國內生產DCS系統的企業發展壯大，使國外的DCS價格下降到了原來的一半左右，從而使得化工行業的中小型企業也越來越親睞于DCS控制系統。目前，在中國的化工生產過程中，集散控制系統的應用越來越多。比如，國產新一代DCS，還配備了適合中國石化企業特色生產過程使用的專門軟件，使得國產DCS的功能持續增強，裝置的可靠性進一步提高；[3]山東晉煤明水化工集團有限公司新建的甲醛生產控制系統采用了浙江中控技術股份有限公司生產的WebFeildJX-300XP較先進的DCS控制系統進行監控。

2.3 FCS在化工生產中的應用

FCS是在DCS/PLC基礎上發展起來的新技術。它在很多方面繼承了DCS/PLC成熟技術。FCS主要特點是采用總線標準，最深刻的改變是現場設備的數字化、智能化和網絡化。FCS是當今自動控制技術發展的熱點，代表了工業控制領域今后的一種發展方向。雖然目前以現場總線為基礎的FCS發展很快，但是其技術還不是很成熟，比如沒有統一標準等，而且從FCS的引進及硬件的購置總體來看，價格比DCS并沒有太大的優勢，還有調試和運行維護比預料的難等，因而在國內還沒成為主流控制，所以在化工生產中使用相對DCS要少。

3 發展趨勢

在化工生產中，自動化不單指生產過程自動化，還應包括企業管理自動化。自動化控制在化工生產中的應用，一個是對自動化控制的硬件要求很高，需要滿足在化工自動化控制過程中，不能因為任一過程控制設備的更換而影響整個化工生產的運行；二是對數據信息的集成要求。

隨著現代化工工業發展的大型化、集約化、控制化，這幾種控制方式在化工生產中應用越來越多，同時伴隨著使用中積累的經驗和技術的發展改進，這三種控制方式有相互融合與兼容，而且還更加注重實現管理和控制的一體化。比如，在新一代的DCS產品中，吸取了現場總線的開放性和互操作性思想，引入基于HART協議的現場總線接口，以及在通信網絡上掛接通信接口，實現與PLC設備連接等，可以將數臺PLC通過網絡直接介入高速數據公路，組成過程控制級的順序控制，另外還聯合第三方管理軟件平臺，實現整個企業生產過程的管理自動化。這樣，DCS的控制速度與功能、系統的可靠性以及分散功能得以進一步提高，與現場總線控制系統FCS之間界限日益模糊。

目前，DCS-FCS結合的控制系統模式是自動化系統發展的特點之一。但是，隨著技術的進步、成本的進一步降低，全開放式的現場總線控制系統必將是化工自動化控制未來的發展趨勢。

4 結束語

隨著自動化控制技術的發展和完善，自動化控制系統一定會為我國化工行業提升生產效率、技術管理水平提供強大支持，從而加快化工行業生產的自動化和現代化。

參考文獻

[1]王峰.試論化工自動化控制的發展趨勢[J].化學工程與裝備，2011（8）.

[2]曹志曄.DCS技術在化工行業中的應用[J].自動化與儀器儀表，2010（6）.

[3]張革.自動化控制系統在石油化工中的應用[J].自動化應用，2011（3）.

作者簡介：甄海欣（1979，9-），男，工作單位：平頂山市工業學校，中級講師，本科學歷，主要從事化工專業實訓、實操方面的教學和研究。