石油化工自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢 一、引言 在信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，作為傳統(tǒng)工業(yè)的石油化工工業(yè)仍然是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱性基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。 幾十年來，石油化工工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)隨著工藝和裝備技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展，從初期簡單的手工操作到連續(xù)工藝及負(fù)荷不斷加大，對生產(chǎn)穩(wěn)定性要求越來越高，對控制的要求及自動(dòng)化水平也越來越高，儀表使用越來越普遍，從簡單回路的閉環(huán)控制到單元裝置的全面自動(dòng)化，使用的控制工具也從氣動(dòng)單元組合儀表、電動(dòng)單元組合儀表到DCS的廣泛應(yīng)用；控制水平也從單參數(shù)簡單控制回路到多變量復(fù)雜控制回路，先進(jìn)控制系統(tǒng)、優(yōu)化控制系統(tǒng)在各種場合都有成功應(yīng)用的典范。 隨著工業(yè)規(guī)模的進(jìn)一步推廣，快速反應(yīng)、臨界穩(wěn)定工藝、能量綜合平衡等工藝的開發(fā)成功，對自動(dòng)化提出了更高的要求。另外，激烈的市場競爭也對自動(dòng)化提出了新的目標(biāo)與要求。同時(shí)，信息技術(shù)對石油化工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展也注入了新的活力。 二、現(xiàn)場總線的應(yīng)用將逐步推廣 現(xiàn)場總線（fieldbus）是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場儀表（包括變送器、執(zhí)行器、記錄儀，單回路調(diào)節(jié)器、可編程序控制器等）之間、現(xiàn)場儀表和控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化、串行、雙向、多變量數(shù)字通信的網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)。它的出現(xiàn)，給工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生了非常大的影響。 雖然現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158包含了FF、Profibus、ControlNet、WorldFIP、P-NET等在內(nèi)的八種類型（現(xiàn)已增加到十種類型）的現(xiàn)場總線，沒有實(shí)現(xiàn)它最初的“制定單一現(xiàn)場總線”的目標(biāo)，同時(shí)也宣告了多種現(xiàn)場總線并存的局面已經(jīng)形成。但與現(xiàn)有的DCS、PLC等相比，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS由于具有的全數(shù)字多點(diǎn)通信、現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)可控、開放性、互可操作并能實(shí)現(xiàn)分散控制等特點(diǎn)，仍然是石油化工行業(yè)基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。 但今后一段時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)CS的推廣應(yīng)用將呈現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)： （1）FCS將與DCS共存 DCS自上個(gè)世紀(jì)七十年代問世以來，經(jīng)歷了發(fā)展、成熟到大規(guī)模應(yīng)用幾個(gè)階段，并采用了大量先進(jìn)成熟技術(shù)。DCS技術(shù)成熟，性能可靠，軟件豐富，功能完善，得到了用戶的信任，已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)過程控制的主要手段。而FCS還處于發(fā)展階段，技術(shù)本身還不太成熟，（如網(wǎng)絡(luò)冗余性問題至今還沒有得到很好的解決）可靠性尚未得到充分驗(yàn)證，功能還不如DCS完善。所以用戶雖然關(guān)注FCS的發(fā)展，但還存在疑慮，多持謹(jǐn)慎觀望的態(tài)度。 另外，對于系統(tǒng)規(guī)模較小、控制對象分布比較集中的場合，以及沒有擴(kuò)展設(shè)備智能診斷和管理要求的場合，現(xiàn)場總線的優(yōu)越性并不能得到充分體現(xiàn)，大規(guī)模更換已有的DCS設(shè)備勢必造成巨大的浪費(fèi)。 基于現(xiàn)場總線的現(xiàn)場智能設(shè)備管理，也曾經(jīng)被作為現(xiàn)場總線的一個(gè)熱賣點(diǎn)進(jìn)行炒作，但對目前世界各大公司提供的設(shè)備管理產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)真分析之后來看，并沒有什么新意。比如，設(shè)備的故障診斷就是一門復(fù)雜的科學(xué)，它需要結(jié)合機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科知識，建立設(shè)備的故障模型，并采集大量設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息以后，進(jìn)行詳細(xì)分析，才能作出準(zhǔn)確和有意義的判斷，對設(shè)備的維護(hù)才具有真正的指導(dǎo)意義。但遺憾的是，目前的設(shè)備管理軟件產(chǎn)品基本上都沒有做到這一點(diǎn)。 總之，DCS至今已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟和實(shí)用，仍是當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用及選型的主流，并不會隨著FCS的出現(xiàn)和發(fā)展馬上退出歷史舞臺，相反，在今后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)，DCS將會與FCS共存下去。 （2）現(xiàn)場總線與DCS相結(jié)合 將現(xiàn)場總線技術(shù)集成到現(xiàn)有控制系統(tǒng)中，將現(xiàn)場總線智能儀表連接到DCS上，利用DCS豐富而成熟的控制功能和軟、硬件產(chǎn)品帶動(dòng)現(xiàn)場總線的推廣應(yīng)用。一般來講，現(xiàn)場總線與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)之間的集成主要有三種途徑：一是現(xiàn)場總線在DCS、PLC的I/O層次上的集成，現(xiàn)場總線設(shè)備作為I/O卡件集成在DCS、PLC中；第二是現(xiàn)場總線集成在DCS、PLC網(wǎng)絡(luò)上，現(xiàn)場總線設(shè)備通過網(wǎng)關(guān)集成到DCS、PLC上，統(tǒng)一組態(tài)、監(jiān)控與管理；第三則是獨(dú)立FCS與DCS、PLC之間的信息集成，即FCS與DCS、PLC都獨(dú)立工作，兩者之間通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)信息的映射與互訪。在目前傳統(tǒng)控制系統(tǒng)仍在大量使用的情況下，以上幾種方法不僅可以利用DCS、PLC成熟的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，也可以發(fā)揮現(xiàn)場總線的優(yōu)勢。 同時(shí)，在現(xiàn)場總線推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)上，逐步完善管控一體化功能。利用現(xiàn)場總線的全數(shù)字通信功能，收集現(xiàn)場智能設(shè)備所提供的大量非控制信息，建立現(xiàn)場智能設(shè)備數(shù)據(jù)庫，建立和完善現(xiàn)場智能設(shè)備的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷、預(yù)防維護(hù)、在線調(diào)校等遠(yuǎn)程管理功能，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的一體化管理與控制。 （3）多總線集成與“自動(dòng)化孤島” 現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158沒有能夠統(tǒng)一所有的現(xiàn)場總線，除了市場利益方面的因素外，由于不同的現(xiàn)場總線針對某一特定的應(yīng)用領(lǐng)域而開發(fā)出來的，在技術(shù)上各有特色，所以至今還沒有一種總線能夠代替所有其他的現(xiàn)場總線。如FF、HART在連續(xù)信號的處理中具有一定的特色，而PROFIBUS、INTERBUS等在開關(guān)量信號的處理中又有一定的優(yōu)勢。 因此，今后一段時(shí)間內(nèi)，無論何種形式的基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，都將具備多種現(xiàn)場總線互聯(lián)與信息集成能力。 無論采用何種形式的控制系統(tǒng)，都必須解決不同現(xiàn)場總線、不同類型的控制系統(tǒng)之間的“自動(dòng)化孤島”問題，將各個(gè)廠家DCS、PLC以及其它智能設(shè)備連接到一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫平臺上，以統(tǒng)一調(diào)度和共享。 （4）以太網(wǎng)現(xiàn)場總線 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與普及，以太網(wǎng)具有應(yīng)用廣泛、成本低廉、通信速率高、軟硬件資源豐富、可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ蟮忍攸c(diǎn)，正從商用通信領(lǐng)域逐步滲透到控制領(lǐng)域，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)的控制層、管理層設(shè)備間的通信。 為此，國際跨國公司紛紛推出了基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線技術(shù)，如浙大中控的EPA、西門子的ProfiNet I/O、歐洲開放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合會IAONA的EtherCAT和PowerLink等。這些實(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議已列入IEC正在起草的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)應(yīng)用行規(guī)國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61784-2。 由于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線不僅融合了現(xiàn)有的現(xiàn)場總線的特點(diǎn)，而且與信息領(lǐng)域的成熟技術(shù)相結(jié)合，在石油化工自動(dòng)化控制領(lǐng)域?qū)玫綇V泛的應(yīng)用。