石油化工过程中的自动控制

沈阳化工学院

石油化工过程中的自动控制

李洪林沈阳化工学院

石油化工过程中的自动控制系统包括安全控制系统和仪表控制系统。石化企业注重对高危生产过程的监控检测，通过研发故障发现和分析模块，保障及时检测故障，准确定位故障，按时消除故障，从而将系统的安全性能和可靠性能提升。DCS监控系统综合了计算机、通讯、显示和控制等技术，能够降低能源的消耗，提升企业的管理水平。利用DCS监控系统可以保证化工企业生产过程中每个环节准确、安全地进行，取得可观的经济利益和社会效益。现代石油化工企业中，控制系统将向着安全控制系统、仪表自动化控制系统一体化方向发展，智能化技术控制系统将得到广泛应用。

石油化工；安全控制系统；仪表控制系统；监控

1 安全控制系统的应用

现代化工企业装置规模较大，工艺过程较为复杂，而且流程中会产生易燃易爆物质，因此对化工设备的安全性能、稳定性能及成效性能提出了较高的要求，安全控制技术对石化的生产流程非常重要，紧急停车系统（ESD）和压缩机组综合控制系统（ITCC）应运而生。

1.1紧急停车系统（ESD）

紧急停车系统（ESD）在避免工业事故、减少事故损失方面起到了重要的作用，下面以TRICONEX公司的TRICON系统为例，分析ESD系统的应用过程。

该系统拥有3个主处理器，系统中的I/O信号通过DI模件分成3路，并送到3个处理器中进行三取二表决；同时，AI模件把模拟量信号分成3路，通过AI模块上的电路模数转换器转化成一种数字量信号（12位），数字量信号再通过协调处理器进行处理，采用选取中间的算法对正确值进行读取，从而将电路中的偏差纠正出来，选择AO模块中的模拟量，确保输出正确的信号。

通过TRICON系统容错能力的控制，就可以将产生故障的控制系统组件加以识别，然后将故障的组件进行主动分离；同时开展指定任务和故障组件的修复操作，而不中断既定的过程。应用高精度的容错功能系统，提高了工艺过程的安全性能和稳定性能。

可变、灵活的TRICON系统赋予了系统极大的扩展性能，一套主控制系统的最大连接范围多达4 500个的I/O点数，且最远距离达12 km。

乙烯装置的5个生产单元系统包括裂解炉系统、急冷系统、压缩系统、分离系统和公用工程系统，而ESD系统可应用于压缩和分离单元的连锁系统，因此ESD系统的应用对化工企业技术控制十分重要。

1.2压缩机组综合控制系统（ITCC）

ITCC使工艺过程保持稳定，通过ITCC控制回流阀的开度来满足以下要求：①免除喘振对压缩机的影响，避免压缩机在喘振条件下工作；②将干扰影响减小，保证其在可忽略范围内；③调节使用控制参数，提升压缩机及其他设备的效率；④支撑压缩机运行过程中的喘振控制及生产过程中各种技术控制。

ITCC控制系统的压缩机基本部分结合3种控制模式，生成1个数字型控制器，这种控制器将3种控制模式统一协调，为防喘振提供了最好的控制方法，而且不会干扰整个技术过程，兼容了最大的经济效益和明显的技术控制优势：

（1）为了减少浪费，将回流量节约下来。ITCC通过贴近实际的防喘振控制线对工艺过程进行防喘振控制。

（2）运用了微小而高能的处理器和领先的控制方案及超强运算能力的控制算法，而且，控制系统将旋转速度调节，过程调控和避免喘振统一起来，在加强这些控制间的相互作用的同时，减小它们之间的有害影响。

（3）在节能降耗的同时，提升机组的最大效率。

（4）可保证与DCS及其他设备之间的通讯。

2 仪表控制系统的应用

2.1DCS监控系统的组成及特性

2.1.1 DCS监控系统的构成

（1）系统模块。以微处理器为基础，通过计算机控制和通信控制对生产过程进行统一的集中监理、管控等一系列的操作。对于DCS系统，要实现在化工生产过程模拟量的信息采集和管理，在实际应用中取得了较好的控制效果。DCS监控系统主要包括以下几个模块：①信息通信模块，主要功能是保护现场以及各种仪表之间的通信，特别是与主站之间的通信；②信息的上传和公布，利用局域网络上传监控信息，并拥有事故处理功能；③信息解析操作模块，利用人机界面查询生产过程，在线监控下位机生产情况。

（2）DCS监控系统的网络。主要包括下部控制体系和上部操作体系。下部控制体系是工业控制的重要的内容，在ACM与I/O中完成每个分站之间的通讯工作，达到系统的控制目标。上部操作体系主要是为人机界面上传监控的信息。在网络中运用了以太网结构，在冗余服务器的功能下完成将监控的数据传送到以太网上，之后在分站中交流数据信息。利用这种网络结构最大限度地减少了ACM的通讯载荷。

（3）人机界面运用。用户对于动态信息的搜索、解析等具有便捷、操作性强的优点，它拥有多层次的形式，是以ActiveX为基本方法的一种浏览系统。主要包括3个方面：①数据服务。以数据服务引擎为基础，对系统中相关的信息进行分析，完成数据方面的有效管理和进一步优化，利用浏览器将生产过程中的每项信息指数传送给信息数据库，然后利用数据引擎进行搜索，省略用户的操做，数据层的归类相对明确，减少用户的操作时长，进而提高系统的安全性能。②使用服务。使用服务作为数据服务方面的下一环节，它的界面以及使用的控制技术都与数据服务是相同的。③浏览器。相对于用户，浏览器是最直观的观察每个液压表、流量表的界面，使用者能够利用浏览器来观察相关的数据内容。

2.1.2 DCS监控系统的特有功能

（1）整体功能好，兼容性能强。DCS监控系统可以完成生产过程控制检验、效果显示等功能。

（2）传输网络安全便捷。运用准确的网络通信条约，在信息传送的环节中将信息按时精确地传送，传送中误码不大于8。

（3）单独分站特性和超强的适应特性。在现场的总装置中设置监控系统，设分站点和传感器并配以开关控制单元，当中心的主控制机与其他的分站点因为外界条件或者人为影响不能正常传送数据时，分站点的单独工作特性可保障过程实时都在检测可控的状态下。

2.2DCS监控系统的使用要求

因为化工生产的独特性，所以要利用DCS监控系统对相应的设备进行参数监控，包括：流量、压力、温度，并要确保化工生产在各种环境下都可以准确运行，实施对整个生产应用过程的监控。DCS系统灵敏性较高、可行性较好。

（1）双向数据传送。为了实现对每个参数的实时监控，在控制环节和现场总线上完成双重化的结构，才可以进行双向传递数据。利用收集来的监控信息，在控制环节做计算、分析，通过双重化完成反馈控制和顺序控制，并且在化工应用中对信号及各项传输内容实施分析，给予系统准确的监测结果。

（2）安装多台显示数据中心。为达到准确监测各项参数的变化，依据化工生产应用中产品有毒有害、高温高压的特点，要使用2台仪器来显示调节；而对于化工生产规模较庞大的企业，无疑要有多台共同显示的控制中心。

3 结语

石化企业注重对高危生产过程的监控检测，通过研发故障发现和分析模块，保障及时检测故障，准确定位故障，按时消除故障，从而将系统的安全性能和可靠性能提升。DCS监控系统综合了计算机、通讯、显示和控制等技术，能够降低能源的消耗，提升企业的管理水平。利用DCS监控系统可以保证化工企业生产过程中每个环节准确、安全地进行，取得可观的经济利益和的社会效益。

现代石油化工企业中，控制系统将向着安全控制系统、仪表自动化控制系统一体化方向发展，智能化技术控制系统将得到广泛应用。

（栏目主持 关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.1.027