FCS控制系统的特点及在石油化工自动化中的应用探讨

刘耀武（广东国信工程监理有限公司，广东 茂名525000）

0 引言

中国的经济支柱是石化化工，具有资金大、技术完善、能源充足的特点。同时，石化化工的化工过程相对复杂。化工的工作环境经常处于高压和高温状态。化工原料是一些易燃、易爆、有毒的物质。这些行业通过强有力的防护措施和独特的控制系统，保证工人的安全，保质保量地完成工作。FCS，国际缩写，是指现场总线控制系统。这种新的化工控制系统技术兴起于20 世纪90 年代，它在化工控制中引入了现代网络管理和通信概念。随着全场控制的发展和扩大，FCS也逐渐兴起并为人们所熟知。目前，FCS是一种比较成熟和稳定的技术，它很好地解释了集中信息自动控制和分散控制的思想。

1 FCS 控制系统在石油化工自动化中的应用简介

1.1 系统介绍

FCS 控制系统是一种基于双向总线的串行控制系统，它贯穿于控制设备、测量、现场控制等仪表产品的生产过程。燃料电池和氢气控制系统由智能仪表和通用现场搜索仪表组成，具有数字化等特点，这些智能仪器能够实现全面的通信。

1.2 基本操作

首先，FCS 是最新的第五代控制系统，其系统技术集成了3C技术，引领了21世纪自动控制系统的发展，其任务是将其应用于危险区域，在过程中会发生许多变化，人们很难应对智能化、数字化的FCS系统取代了目前仅有的功能性仪表和控制设备；其次，第一个仿真系统可以与现场的多个分布式仪表和控制设备连接，系统可以采集所有数据，系统是从控制室进行双向通信。第一个模拟测试系统是FCS，它收集所有数据，是从控制室到现场设备的双向通信。该控制系统还可以应用于虚拟分布式控制站中，节省空间，提高效率。最后，在系统中加入微处理器，使任务更加精确和高效。

1.3 FCS在化工行业中的优势

在化学工业中，原料多为易燃易爆，危险性大，工艺复杂多变，对生产条件和控制系统要求高。合作还需要大量其他仪器，由于距离远，数据完整性也会降低，目前，FCS系统采用双向无线传输，减少了线路数量，显著提高了系统抗干扰性能，这些都是数字信号，大大提高了工作效率，方便了对困难信号的处理。还将使用智能工具收集和处理现场分布式设备上的数据，并可以补充一些现场仪表无法补充的先进控制能力。最重要的是，该系统易于维护使用。现场工具具有自诊断功能工作人员还可以通过机器监控现场，检查设备的工作状态，分析仪器的信息，找出错误的原因，显著缩短错误修复时间。FCS系统设备的连接状态也显著减少了电缆连接的数量，降低了早期的成本。如图1所示，是FCS的典型结构。

2 FCS在化工自动化领域中的应用论述

2.1 FCS在化工自动化领域中的应用

现场总线技术自应用以来，在包括我国在内的世界范围内广泛应用于化工自动化领域，其应用具有一定的范围，其引入时间约为3～4年，主要应用于冶金、制造、烟草机械等领域，鉴于石化等行业已经开始实施现场总线控制系统，实践表明，现场总线的积极应用可以给化工自动化带来诸多好处，实现网络通信和自动控制，同时也形成了通信网络的重要技术形式；开、关电流或开、关阀门，可使用命令表，并能及时统计数据，现场总线的应用直接保证了实际化工工作的安全，同时保证了系统在恶劣天气、粉尘环境下的正确运行，噪声和其他环境。电磁干扰是一个常见的问题，FCS 还可以防止its 的影响，节点分布正确，消息短而准确。

2.2 FCS工业自动化领域应用问题分析

（1）现场总线协议的适用范围非常狭窄，现场总线的适用范围仅限于控制领域，虽然总线众多，但由于诸多因素的影响，其适用范围相对狭窄，首先，真正的互操作性等优点需要进一步探索。

（2）现场智能仪表的使用并不理想，智能仪表的使用相对较少，虽然它包含了一些基本的功能模块，分为基本型和高级型，但它的使用数量少，控制简单，不能实现复杂和先进的控制算法，需要进一步改进。

3 讨论

3.1 FCS控制系统自动化领域中的优点

（1）加强化工自动化领域的现场信息集成，使用现场总线将有助于提高化工自动化的现场可控性；特别是现场总线可以从设备中获取非常有价值的信息，这些数据的采集可以满足当前工厂自动化的需要，使CIMS 系统能够对这些数据进行处理和转换，现场总线数量庞大，其类型是数字通信网。自动化设备能更好地进入工作状态，不需要及时检测误差，能及时统计和传送所有参数，同时能帮助化工自动化实现远程控制，及时备份远程参数，分析变革的原则，寻找更理想的发展路径。

（2）互换性、互操作性、继承性等优点。对于不同的厂商，其产品必须保持相同的标准，这样既能突出互操作性的特点，又能掩盖互换性的优点。其他厂家可以根据自己的专业知识，积极引进控制技术，如通用的控制算法或工艺流程，也可以包括可以渗透系统的配方等。从这些方面来看，市场可以为不同行业提供该领域的多种监控系统。

（3）高可靠性和可持续性。可靠性和可持续性也是重要优势。特别是在当前的现场总线中，其自动监控系统从根本上与总线或单个I/O 形式相连接。安全性无法保证，必须选择在线诊断的形式。在诊断后，如果发现任何问题，应及时报告，并区分和记录问题类型，以提高可靠性。同时，在对现场设备进行远程控制的过程中，对其参数进行了预先设置，如有问题应及时更换，体现其可持续性。

3.2 FCS存在的缺点

对于未来作战系统来说，在帮助化工自动化部门更好地发展的同时，还处于研发阶段，有许多优势，因此还存在一些不足，需要进一步改进。

（1）在化工自动化领域实施FCS 的过程中，有助于提高化学控制水平，但网络已经成为一个非常令人担忧的问题，特别是在FCS 的工作中，只有一条总线，如果总线中断或其它问题是由不同的因素引起的，整个系统将受到影响甚至崩溃，从而影响FCS在化工自动化中的应用，当然，在建立之后，有关人员也进行了研究，总结出了一些解决方案，总线正常运行包括能够处理总线物理层的固定协议，例如离站技术、优化的材料、光缆选择等，这可以在一定程度上降低出现问题的风险。

（2）有许多工作标准和不同类型的现场总线，特别是许多仪器或设备。这些设备必须选择不同形式的总线连接，但由于缺少一些标准对其进行规范和限制，因此支撑不够，设备的更换会造成一定的不便。

（3）Fcs 安装总线上的产品其实价格都不是很低。在这种情况下，就抬高了化工自动化的经营成本。尤其是在生产仪器所需要的进口仪器上，其实分为不同的类别，也是让许多企业望而却步。

4 结语

目前，现场总线控制系统的缺点是硬件和软件水平不足以控制更复杂的仪表，而且产品类型不全，控制系统的质量往往决定了生产设备能否正常生产产品。而在精确数据的计算中，利用最小的原料可以获得最大的利润；而该系统可靠性高，分布广，非常适合化工行业；加快化工生产，改变设备和管理不发达的局面，为企业提供新的发展机遇，提高市场竞争力。