面向自動化石油化工生產(chǎn)流程控制的通信技術(shù)應(yīng)用

黃國科

廣西金源生物化工實(shí)業(yè)有限公司 廣西 桂平 537200

1 自動化生產(chǎn)流程控制與傳統(tǒng)生產(chǎn)流程控制優(yōu)劣比較

1.1 低成本和高效率

從生產(chǎn)成本來看，開展自動化生產(chǎn)流程控制服務(wù)的石油化工企業(yè)，大多流程都在軟件平臺上面，這就節(jié)省了需要承擔(dān)的成本，而傳統(tǒng)生產(chǎn)流程控制則需要更多的成本投入。自動化生產(chǎn)流程控制進(jìn)入石油化工行業(yè)的門檻很低，而且遠(yuǎn)比傳統(tǒng)生產(chǎn)流程控制運(yùn)行效率更高。另外，自動化生產(chǎn)流程控制在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面具有天然的優(yōu)勢，在憑借自身優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)下，能夠?qū)⒏嗟臅r間、人力花費(fèi)在其他方面，這一點(diǎn)是傳統(tǒng)生產(chǎn)流程控制模式是無法比擬的。

從管理流程來看，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程控制下，作業(yè)人員需要在不同的地點(diǎn)開展工作，一方面浪費(fèi)了時間，另一方面還會出現(xiàn)延誤，作業(yè)的過程把控風(fēng)險無法預(yù)測，這就為石油化工生產(chǎn)流程順利開展帶來了很多的不確定性[1]。自動化生產(chǎn)流程控制中則不存在這些問題，自動化生產(chǎn)流程控制平臺能夠利用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器即時為作業(yè)人員提供線上管理的便利，例如解決生產(chǎn)故障等，作業(yè)人員在過程中可以利用UI設(shè)計平臺虛構(gòu)出的作業(yè)場景確定下一步如何去做，一方面節(jié)約了大量的時間，另一方面工作體驗(yàn)較好，解決問題的效率更高。總體看，自動化生產(chǎn)流程控制在成本和效率上比傳統(tǒng)生產(chǎn)流程控制更加具有優(yōu)勢。

1.2 應(yīng)用范圍廣

應(yīng)用范圍廣是自動化生產(chǎn)流程控制的另一大優(yōu)勢。傳統(tǒng)生產(chǎn)流程控制在物理空間布局上明顯慢于自動化生產(chǎn)流程控制，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程控制需要大量的物理空間開展工作，而這些空間受到的限制遠(yuǎn)大于自動化生產(chǎn)流程控制。另外，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程控制模式是“一對一”，而自動化生產(chǎn)流程控制則可以做到“一對多”，通過快速的信息數(shù)據(jù)處理滿足多樣化的生產(chǎn)作業(yè)需求[2]。自動化生產(chǎn)流程控制能夠滿足多模塊的工作需求，憑借技術(shù)優(yōu)勢將管理資源迅速整合，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，產(chǎn)生鮮明的通信管理效應(yīng)。而傳統(tǒng)生產(chǎn)流程控制由于不具備這些通信技術(shù)優(yōu)勢，在信息資源聚合和管理流程整合上面缺乏優(yōu)勢。

1.3 生產(chǎn)模式極具創(chuàng)新性

自動化生產(chǎn)流程控制某種程度上改變了傳統(tǒng)的石化生產(chǎn)模式，帶來了一定的創(chuàng)新性。舉例來看，比如主控模塊的現(xiàn)場電氣連接，該連接的作用是通過主控模塊來實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)監(jiān)測和工作，并且在實(shí)驗(yàn)室調(diào)整結(jié)束后，安裝到甘氨酸生產(chǎn)化解控制系統(tǒng)實(shí)施化工現(xiàn)場模擬測試，對于現(xiàn)場精餾塔控制設(shè)備工藝過程實(shí)施分開關(guān)量控制的先模擬測試分析，這樣做的好處是將風(fēng)險降到最低。這是傳統(tǒng)生產(chǎn)模式無法達(dá)到的。通過自動化生產(chǎn)流程控制模式，可以提前快速完成模擬測試，節(jié)省生產(chǎn)時間成本。

2 自動化生產(chǎn)流程控制下的通信技術(shù)應(yīng)用

2.1 DCS技術(shù)對操作控制中的應(yīng)用

DCS系統(tǒng)設(shè)置在石化生產(chǎn)控制室內(nèi)，DCS技術(shù)提供的通信功能能夠與整個操作控制環(huán)節(jié)進(jìn)行連接。通過DCS技術(shù)設(shè)置，將油泵、風(fēng)機(jī)等動設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)將引入控制室進(jìn)行操作，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停控制。DCS技術(shù)應(yīng)用中，應(yīng)該執(zhí)行操作的標(biāo)準(zhǔn)和要求，執(zhí)行非關(guān)鍵過程變量，通過就地顯示和控制方式；在開車的環(huán)節(jié)隨時監(jiān)控，或者只需要掌握現(xiàn)場的過程變量信息，通過就地顯示的方式，各項(xiàng)操作中，利用就近安裝儀表盤或者控制箱的方法實(shí)現(xiàn)控制，DCS技術(shù)應(yīng)用之下可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，將能源消耗、原料、中間產(chǎn)物以及最終產(chǎn)物進(jìn)行統(tǒng)計量表，提高生產(chǎn)精度，加強(qiáng)工藝參數(shù)控制，符合國家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

DCS技術(shù)在自動控制系統(tǒng)內(nèi)，利用系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)、過程監(jiān)測、控制以及安全聯(lián)鎖保護(hù)。石化系統(tǒng)內(nèi)，介質(zhì)是易燃易爆的，危險性較高，自動設(shè)備應(yīng)使用滿足防爆、耐腐蝕的要求。因此，DCS技術(shù)減少人力，保持長期周期性操作，達(dá)到安全、平穩(wěn)的要求，確保產(chǎn)品質(zhì)量合格。當(dāng)前所應(yīng)用的自控系統(tǒng)基本都是應(yīng)用自動化控制的，通過控制室進(jìn)行指示、記錄、調(diào)節(jié)；不需要觀察各項(xiàng)數(shù)據(jù)，只需要記錄檢測表。關(guān)鍵性數(shù)據(jù)根據(jù)控制室利用DCS技術(shù)報警提醒，使得報警更具精準(zhǔn)性，特別是在容易發(fā)生泄漏可燃?xì)怏w或者有毒氣體的區(qū)域，利用DCS技術(shù)控制泄漏物體的監(jiān)控系統(tǒng)，在發(fā)生泄漏事故后，及時給控制室發(fā)出警報。通過應(yīng)用DCS技術(shù)自動化控制系統(tǒng)，達(dá)到智能化、自動化、可靠性的要求，實(shí)現(xiàn)控制精度的全面提高，應(yīng)用到大型石化聯(lián)合生產(chǎn)裝置的集中控制效果良好。

DCS技術(shù)是一種綜合性技術(shù)，靈敏度較高，配置更加靈活，標(biāo)準(zhǔn)化水平高，提升過程控制系統(tǒng)的運(yùn)行水平，滿足當(dāng)前ISO/OSI通訊標(biāo)準(zhǔn)要求。DCS技術(shù)硬件配置時，應(yīng)用近年來新研發(fā)和應(yīng)用的技術(shù)與設(shè)備，構(gòu)建完善的運(yùn)行系統(tǒng)，具備開放性特點(diǎn)，根據(jù)生產(chǎn)需要隨意進(jìn)行擴(kuò)展應(yīng)用，系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠、穩(wěn)定、系統(tǒng)內(nèi)融合了冗余技術(shù)，包含設(shè)備冗余與工作性能冗余，現(xiàn)場安裝使用的全部控制器、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電源設(shè)備、回路等都必須按照1∶1冗余設(shè)計[3]。在配置系統(tǒng)時，系統(tǒng)內(nèi)全部的I/O通道都要按照15%備用量設(shè)計，I/O卡件插槽應(yīng)保留20%的裕度。此外，性能還要具備可擴(kuò)展性。系統(tǒng)與通信系統(tǒng)穩(wěn)定連接，可以擴(kuò)展為以太網(wǎng)，需要聯(lián)網(wǎng)時只需要設(shè)置簡單接口或者標(biāo)準(zhǔn)的接口即可完成聯(lián)網(wǎng)。DCS技術(shù)運(yùn)行具備穩(wěn)定性，故障處理、系統(tǒng)維護(hù)處于合理范圍內(nèi)，不會影響系統(tǒng)運(yùn)行。

2.2 OPC 技術(shù)在全過程監(jiān)控中的應(yīng)用

目前OPC 技術(shù)在石化生產(chǎn)過程監(jiān)控中應(yīng)用較多，但是應(yīng)用場景較少，有很大提升空間。本文認(rèn)為應(yīng)該加強(qiáng)全過程監(jiān)控的應(yīng)用效果。

舉例來看，化工企業(yè)生產(chǎn)中，使用OPC技術(shù)輔助氣相法生產(chǎn)白炭黑作業(yè)的情況下，為了確保作業(yè)的效率，應(yīng)分析化工產(chǎn)品的生產(chǎn)效率是否能夠滿足預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)，并通過OPC技術(shù)提升軟件開發(fā)質(zhì)量，比如白炭黑的生產(chǎn)軟件，其生產(chǎn)環(huán)節(jié)是利用四氯化硅從高位槽注入汽化器，然后進(jìn)行四氯化硅分解，在進(jìn)行空氣與氫氣的混合水解處理，將生成的白炭黑粒子與其他反應(yīng)氣體同時注入聚集器內(nèi)，最終可以形成加大的被炭黑粒子。

在上述生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實(shí)施全面性監(jiān)控管理，通過OPC技術(shù)可以靈活的選擇控制器，再利用DCS系統(tǒng)集中控制，并在系統(tǒng)內(nèi)通過OPC技術(shù)達(dá)到集中控制的效果，發(fā)揮出OPC技術(shù)的遠(yuǎn)程控制效果，達(dá)到監(jiān)控管理的效果，該工作全部通過計算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制。OPC技術(shù)遵循國際化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)置，系統(tǒng)具備更高的開放性、實(shí)時性，可以隨時分享系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，提高控制水平。利用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的控制，具備更高的可靠性與開放性，并且可以隨時觀察組態(tài)信息，并利用白炭黑生產(chǎn)需要科學(xué)地進(jìn)行DCS控制系統(tǒng)方案設(shè)計與升級，充分發(fā)揮出DCS技術(shù)的優(yōu)勢，在石油化工領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用更加順利，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化控制。

從實(shí)際應(yīng)用效果來看，通過應(yīng)用OPC技術(shù)可以幫助石油工作人員快速定位、巡查，各項(xiàng)工作有序進(jìn)行。石油化工自動化生產(chǎn)流程有效控制，工作人員快速定位與檢查，這些都需要OPC技術(shù)的支持，所以廣泛應(yīng)用。比如，化工裝置與灌區(qū)內(nèi)，工作人員巡檢時，在各個線路上分別布置OPC信標(biāo)，巡檢人員通過隨身攜帶的終端設(shè)備進(jìn)入到信號發(fā)射區(qū)域，此時OPC信標(biāo)就會快速發(fā)出信息，利用控制系統(tǒng)獲取該信號[4]。比如，技術(shù)人員應(yīng)用無線通信技術(shù)指導(dǎo)化工生產(chǎn)，及時把相應(yīng)的控制軟件和化工企業(yè)的運(yùn)維軟件聯(lián)系起來，構(gòu)建完善的系統(tǒng)化設(shè)施，達(dá)到協(xié)調(diào)性要求，以檢查驗(yàn)收無線通信技術(shù)的運(yùn)行質(zhì)量是否滿足要求。假設(shè)監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)無線通信技術(shù)與企業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)存在不穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，技術(shù)人員以企業(yè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)優(yōu)化無線通信系統(tǒng)，提高控制系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。假設(shè)在巡檢環(huán)節(jié)沒有發(fā)現(xiàn)任何的問題，技術(shù)人員在后續(xù)還要通過無線通信技術(shù)監(jiān)測和應(yīng)用，及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，提高系統(tǒng)運(yùn)行效果。由此可見，OPC技術(shù)在化工企業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控管理中的作用重大。

2.3 以太技術(shù)在信息數(shù)據(jù)傳輸控制中的應(yīng)用

在石化生產(chǎn)工業(yè)中應(yīng)用以太技術(shù)不但能夠提升工業(yè)自動化效率和水平，還能夠?yàn)槭髽I(yè)節(jié)省相當(dāng)一部分生產(chǎn)成本。在當(dāng)前的無線通信技術(shù)中，以太技術(shù)應(yīng)用十分普遍，但是應(yīng)用功能還有很大的空間可以挖掘，例如通過uC/OS域這類完整的嵌入式操作方式，可以提升生產(chǎn)任務(wù)調(diào)度效率，通過以太技術(shù)支持，uC/OS域?qū)π畔?shù)據(jù)的搜集分析及處理更加快速便捷，因此加強(qiáng)對uC/OS域的應(yīng)用十分關(guān)鍵，也符合石化生產(chǎn)自動化控制的要求。

uC/OS域的應(yīng)用不但能否對化工無線分布式控制系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行重新設(shè)計和優(yōu)化升級。還可以在化工無線分布式系統(tǒng)之中，讓無線主控模塊真正承擔(dān)起系統(tǒng)核心模塊的功能，例如應(yīng)用型號為 DP83848 的物理層芯片，加強(qiáng)多路徑訪問的功能，不但能夠?qū)崿F(xiàn)載波偵聽多路徑訪問，還可以提高后端人員的訪問速度，最大化的提示石化生產(chǎn)的自動化控制水平。但是需要注意的是，在應(yīng)用該技術(shù)時，一定要定期對系統(tǒng)的主控卡狀態(tài)進(jìn)行檢測，主控卡狀態(tài)不僅會影響自動化水平，也會對系統(tǒng)硬件的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響[5]。以太網(wǎng)軟件初始化工作過程為例，以太網(wǎng)內(nèi)部的各種軟件模式都可以在一定條件下進(jìn)行初始化處理，所以在以太網(wǎng)運(yùn)用過程中技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)通過各種外部條件以及相應(yīng)技術(shù)來進(jìn)行以太網(wǎng)軟件的復(fù)位，再通過各種模式與介質(zhì)訪問控制地址寄存器。

2.4 藍(lán)牙技術(shù)在安全系統(tǒng)中的應(yīng)用

藍(lán)牙技術(shù)在自動化石油化工生產(chǎn)流程控制中具有積極的作用。尤其在安全系統(tǒng)中，藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用十分普遍，由于其操作便捷，因此效果十分明顯。結(jié)合石化產(chǎn)業(yè)實(shí)際，藍(lán)牙技術(shù)在安全系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)該進(jìn)一步細(xì)化。

在安全聯(lián)鎖方面，藍(lán)牙技術(shù)可以介入緊急停車和安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中，一旦生產(chǎn)裝置發(fā)生安全故障，那么藍(lán)牙技術(shù)就可以起到安全保護(hù)作用的功能，尤其對氧化塔溫度超高聯(lián)鎖系統(tǒng)的支持效果十分明顯。在信號報警方面，藍(lán)牙技術(shù)與OPC技術(shù)融合起來，主要的作用就是監(jiān)控工藝參數(shù)超出規(guī)定要求的異常情況，發(fā)出報警信息。石化生產(chǎn)流程中，系統(tǒng)內(nèi)會存在過程報警、系統(tǒng)報警等信息，都可以通過自動化操作平臺進(jìn)行聲光報警，并利用打印機(jī)將信息輸出，工作人員及時查看即可了解報警信息。有關(guān)聯(lián)鎖的重要信號可同時在輔助操作臺上實(shí)現(xiàn)聲光報警，藍(lán)牙技術(shù)因其成本低，使用方便，在聲光報警中發(fā)揮積極作用。另外，石化生產(chǎn)會產(chǎn)生可燃?xì)怏w，可燃?xì)怏w產(chǎn)生具有不確定性，通過藍(lán)牙技術(shù)對可燃?xì)怏w檢測進(jìn)行報警，可以通過連接可燃?xì)怏w檢測報警控制器，及時向主控系統(tǒng)反饋。石化生產(chǎn)過程中，要通過必要的安全技術(shù)措施來保證操作人員和生產(chǎn)裝置的安全，藍(lán)牙技術(shù)的介入可以提高安全效能。例如，石化生產(chǎn)企業(yè)的控制室通常會位于安全區(qū)域，這樣做是為了防火、防水、防塵、防雷等，通過藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用，將安全區(qū)域內(nèi)的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)以及其他車間的系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一指令傳遞，同時保證控制室的主要裝置的儀表電源由藍(lán)牙電源（不間斷供電電源）提供安全供電。

3 結(jié)束語

自動化生產(chǎn)流程控制憑借無線通信技術(shù)應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的快速分享流動，與移動終端的結(jié)合讓信息傳遞更加便捷，由于這種便捷性，迅速覆蓋了作業(yè)的全部場景，對于提升石化生產(chǎn)自動化流程控制意義重大。