化工儀表自動化控制技術研究

張 迅

（四川華英化工有限責任公司，四川 成都 610041）

化工生產過程中使用的原料以及化學反應過程中均會伴隨一定危險因素存在，對人類和環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]。經過前些年化工儀表行業中自動化技術的發展，其已經極大的提高了化工生產的水平以及效率[3]。但是隨著社會的快速發展以及人類的意識的繼續深入，傳統的自動化控制技術已經無法滿足現有應用的要求，隨著信息技術的快速發展。目前來講，化工儀表中的自動化控制技術已經逐步向著網絡化以及集成化的方向來推進[4]。本文通過對儀表中的自動化控制技術進行調研和分析，以期為業內人員提供參考。

1 儀表的自動控制系統

伴隨計算機以及信息技術的快速發展，化工儀表中的控制系統已經逐步朝著網絡化以及集成化方向發展；化工生產由于其行業特殊性，采用的生產現場的總線控制系統的分辨率以及穩定性都較一般行業的要嚴格，同時還要求其結構簡單，通過自動化控制系統能簡單、準確的進行生產過程控制以及跟蹤，目前化工儀表中自動化總線控制系統主要有DCS 系統以及FCS 系統兩大類。

1.1 DCS 系統

集散控制系統（Distributed Control System）又稱計算機分布式控制系統，它是20 世紀70 年代中期迅速發展起來的，是一個集合了計算機，通訊，顯示和控制的由過程控制和過程監控的計算機系統。DCS 設計的理念是分散控制，集中管理，分級管理，配置靈活，組態方便。它既打破了常規控制儀表功能的局限，又較好的解決了早期計算機系統對于信息、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）、現場儀表（現場測控站）的3級結構（如圖1），主要用于大規模的連續過程控制系統中，可以有效的跟蹤化工生產過程，同時可以實現控制信息匯總以及共享的目的。

圖1 DCS 系統結構

1.2 FCS 系統

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

FCS 采用現場總線網絡將現場各個控制器和儀表及儀表設備互聯，構成現場總線控制系統，同時控制功能徹底下放到現場，降低了安裝成本和維修費用。在FCS 中，現場總線不僅取代了4~20mA，而且還取代了傳統DCS 控制系統的結構體系。具體地說，FCS 廢棄了DCS 地信號調理板、隔離放大器、I/O 板、CPU 板、I/F 轉控器以及它們之間復雜的接線。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場儀表自身的微處理器實現。FCS 總線局域網中包含全部的生產過程控制信息，這類信息可以通過計算機加入局域網后進行實時獲取，從而實現生產過程控制數據的實時共享，進而簡單清晰的反饋生產情況；此外，該系統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標準還，可以確保不同廠家提供產品的混合使用；最后，這種智能的控制系統控制的儀表可以隨插隨用，這極大的方便了設備系統的擴展，從而有效的實現了通過一條總線來控制現場儀表的問題，這可以一定程度上降低儀表調試以及維護的成本（如圖2）。

圖2 FCS 系統結構

1.3 DCS 系統及其與FCS 系統的比較和應用

就DCS 系統本身來講，其技術改進后，較改進之前其新型的數字化智能控制系統具備更好的兼容性以及開放性，因此改進后的DCS 系統在化工行業中儲運領域的應用更為廣泛；而FCS 系統同樣具備信息共享、實時交互以及全網兼容的特性，其應用已經比較廣泛，在部分領域以實現對DCS 的有效替代。

2 自動化控制發展策略

現代計算機以及信息技術的快速發展極大的提升了化工儀表自動化的程度以及數據處理的速度，同樣也提升了儀表控制的精度，計算機的廣泛應用極大的方便了儀表自動化控制的實現，各類自動化控制儀表可以通過對應的軟件來進行參數設定和控制，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的操作性以及人機交互性，加強人機交互界面不僅可以實現對過程的有效控制，降低人工勞動，提高人均勞效；同時也可以更好的實現對儀表的調整以及控制；此外，加強人機交互可以準確的識別儀表反饋的信息并通過對信息進行甄別并對異常情況進行及時報警反饋，極大的降低故障帶來的影響。

其次，要繼續強化對安全檢測的自動化控制技術，化工儀表自動化監測的重要一環就是安全生產，隨著社會的發展，化工生產的規模越來越大，連續生產情況的持續增加，這都會造成儀表的勞損以及失效，因此安全監測就顯得至關重要；因此在儀表自動化控制技術中需要繼續強化安全檢測技術，在生產過程中，自動化控制的儀表除了有效的反饋生產數據之外，對于出現的異常情況還需要進行有效的識別和實時的反饋，以保證生產過程的安全可控性。

3 小結

化工生產中安全永遠是處于第一位的，而安全生產又與化工儀表的自動化程度密切相關，其不僅實現了生產過程的自動化，同時也可以極大的增加生產控制精度以及穩定性進而減少生產危險性，通過加強化工儀表控制自動化技術，可以有效的實現生產過程的自動化控制；隨著技術的進一步發展，網絡化、集成化程度更高的控制系統會逐步的產生以進一步的提升化工生產企業的效益。