浅谈自动化控制在石油化工企业中的应用

李凯

摘要：石油化工自动化控制系统是一个极其丰富而广泛的技术领域，在该行业内当前的智能控制理论及控制算法的发展格外的引人关注，本文将浅要谈论一下自动化控制在石油化工行业的发展及应用。

关键字：自动化控制；石油化工行业；发展；应用

Abstract: petrochemical industry automation control system is an extremely rich and wide range of technical areas, within the industry, current intelligent control theory and control algorithm development is particularly interesting, this article will to talk about developments and applications of automation and control in the petrochemical industry.Key words: automatic control; petrochemical industry; development; application

中图分类号：TE9 文献标识码：A文章编号：

一、石油化工企业人工操作的危险性

1、危险性大小五要素：

化工装置的危险性大小通常用危险度来分级，分为高度危险级、中度危险级和低度危险级三级，构成危险度的五个要素是：

（1）、物质：工艺过程中的物质本身固有的点火性、可燃性、爆炸性和毒性。

（2）、容量：工艺过程中物料量，量大危险性大。

（3）、温度：运行温度越高，点火温度低的危险性大。

（4）、压力：运行压力越高越危险。

、操作：不同的化工产品、不同的反应类型、不同的运行条件、不同的工艺路线、不同的原料路线造成化工操作异常复杂。

人工操作的危害

（1）、现场人工操作用人多，一旦发生事故件直接造成人员伤亡。

（2）、人工手动控制中很难严格控制工艺参数，稍有不慎即会出现投料比控制不当和超温、超压等异常现象，引发溢料、火灾甚至爆炸事故。

（3）、作业环境对人体健康的影响不容忽视，很容易造成职业危害。

（4）、设备和环境的不安全状态及管理缺陷，增加了现场人员机械伤害、触电、灼伤、高处坠落及中毒等事故的发生，直接威胁现场人员安危。

二、石油化工企业自动化控制运用历程

石油化工自动化系统的技术发展关系到这一支柱产业的发展水平，因此，十分引人关注。多年的经验证明，自动化已成为企业提高效率的有效手段之一，特别是随着信息技术的应用和发展，现代企业自动化的概念已不单是生产过程的自动化，还包括企业信息管理和实验室灾难性等的综合自动化，具体包括生产过程控制与管理、计划、仓库、设备、安全、财务、人事、市场和经营等的信息系统，是企业的综合信息管理系统。

中国石油化工自动化经过50多年的发展，通过技术引进，消化吸收和不断创新，自动化水平取得了长足进步。主要体现在：现场已从手工操作发展到自动化控制，从低级的单回路控制发展到高级复杂系统控制，直到炼化一管控一体化。中国的大中型石油化工企业主要乍产过程在不同水平上均已实现了自动化控制，并取得显著的经济效益小型骨干石油化工企业的主流程也已具有比较成熟的控制系统和低成本自动化成套技术，并实现了生产信息在车间的集成常规仪表性能大大提高，已成为石油化工企业生产过程的主要检测手段，电子仪表、数字仪表、智能变送器与执行器的使用数量逐年增加现场总线控制系统的应用取得进展，近年来已成为石油化工自动化领域发展的热点之先进控制与优化技术、安全性控制、生产调度和管理中的开发与应崩进一步提高，并取得了良好的经济效益。

自动化控制的几种方法

1. 自适应控制

自适应控制可以看作是一个能根据环境变化智能调节自身特性的反馈控制系统以使系统能按照一些设定的标准工作在最优状态。

一般地说，自适应控制在航空、导弹和空间飞行器的控制中很成功。可以得出结论，传统的自适应控制适合没有大时间延迟的机械系统；对设计的系统动态特性很清楚。但在工业过程控制应用中，传统的自适应控制并不如意。PID自整定方案可能是最可靠的，广泛应用于商业产品，但用户并不怎么喜欢和接受。传统的自适应控制方法，要么采用模型参考要么采用自整定，一般需要辨识过程的动态特性。它存在许多基本问题：需要复杂的离线训练；辨识所需的充分激励信号和系统平稳运行的矛盾；对系统结构假设；实际应用中，模型的收敛性和系统稳定性无法保证。

另外，传统自适应控制方法中假设系统结构的信息，在处理非线性、变结构或大时间延迟时很难。

最优控制

最优控制是现代控制理论的一个重要组成部分。成功应用于航天航空和军事领域，在许多方面改变了人们的生活。

一个典型的最优控制问题描述如下：被控系统的状态方程和初始条件给定，同时给定目标函数。然后寻找一个可行的控制方法使系统从输出状态过渡到目标状态，并达到最优的性能指标。

动态规划、最大值原理和变分法是最优控制理论的基本内容和常用方法。庞特里亚金极大值原理和贝尔曼动态规划是在约束条件下获得最优解的两个强有力的工具，应用于大部分最优控制问题。

在实际应用中，最优控制很适用于航天航空和军事等领域，例如空间飞行器的登月、火箭的飞行控制和防御导弹的导弹封锁。

工业系统中也有一些最优控制的应用，例如生物工程系统中细菌数量的控制等。然而，绝大多数过程控制问题都和流量、压力、温度和液位的控制有关，用传统的最优控制技术来控制它们并不合适。

自动化控制在石油化工企业的发展趋

世界级规模的工厂需要集成自动化的系统。对于当前的大型炼化一体化企业来说，为应对全球竞争，对于企业信息化系统的建设高度重视，这就要求DCS系统打破以往只是单装置控制形成一个个“信息孤岛”的状况，通过系统集成实现真正的全厂集中控制、操作和管理。与此同时，当前新建的大型石油化工企业，生产装置规模大且同步建设，控制系统规模多达几万点，涉及分散控制系统砚场总线控制系统（DCS/FCS）、安全仪表系统（SIS）、火灾和气体检测系统（FGS）、压缩机控制系统(CCS）、转动设备监视系统（MMS）、设备包控制系统（PECS）、分析数据采集系统（ADAS）、罐区数据采集系统(TDAS）、储运自动化系统（MAS）、设备管理系统（AMS）、操作数据管理系统(ODs）、先进控制（APC）、实时优化(RT-OPT）、操作培训仿真系统（OTS)等多种自动化控制系统，要实现全厂控制系统之间的集成，对于自动化系统的集成水平就提出了更高的要求。

石油化工自动化系统的发展新趋势将必然和智能控制在石油化工领域里面的应用研究相关。大型石油化工装置的一些控制难点与解决对策石油化工自动化的主要研究对象是过程控制系统的设计、分析和维护，其内容较为主富，涉及控制系统中的各个环节，如石油化：亡对象的特性分析、建模方法、控制器原理与相关计算，以及自动化仪表工具(如变送器、控制阀等)。其研究对象既包括简单控制系统，又包括复杂控制系统及先进控制算法，还涉及控制方案的设计，以及对控制器参数进行整定。大型石油化工装置的过程控制系统则是其重点各种过程及设备，如储罐、储槽、流体管道、换热器、加热炉、精馏塔、反应器、泵和压缩机都足被控制对象。这些对象有简单的，也有复杂的。应当说，炼油和乙烯领域里面的过程自动化控制系统(甚至于石油化工领域里面的大多数过程自动化控制系统，其控制难点都是和系统中的强耦合、大滞后、多惯性及慢时变等非线性系统环节相关。

结语

石油化工行业从未放弃对新技术的开拓和追求，这促进了石油化工自动化控制技术的不断发展，另一方面，自动化控制技术的不断创新也同时推进了石油化工行业的发展转型。石油化工自动化控制技术需要在自主创新的基础上，为提高产品质量、优化企业分布、节能降耗、延长运转周期、增加资产利用率、安全生产发挥更大作用，使得中国的石油化工行业跃升为世界范围内的强者之一。

參考文献

陆德民《石油化工自动控制设计手册》 化学工业出版社2001

解怀仁《石油化工仪表控制系统选用手册》化学工业出版社 2010

褚健 荣冈《流程工业综合自动化技术》机械工业出版社，2004

《石油化工仪表控制系统选用手册》中国石化出版社