自动化控制系统在化工生产中的应用和发展趋势

甄海欣 徐国钦

摘 要：在化工生产过程中，一般来讲生产工艺复杂、设备繁多，而且大多涉及到高温、高压、腐蚀、易燃、易爆、有毒等情况，特别是需要稳定的压力、温度、流量、液位的控制，对控制系统有较高的要求。因此，在现代化工生产中，随着科学技术和化工工业的迅猛发展，生产装置规模的逐渐增大，为了整个生产过程的安全和生产经济效益，就必须加强自动化控制，尽量使生产过程自动化、现代化。文章结合自动化控制系统在化工生产中的应用，谈了自动化控制系统的发展方向。

关键词：自动化控制；化工生产；DCS；发展

1 化工自动化控制概述

化工自动化控制是指在化工企业的整个生产管理过程中，以化工过程为控制对象，运用自动化控制技术，采用独特的控制算法和控制方案，实现控制理论和工程技术时间的有机协调，从原料的加工到成品的产出整个化工过程纳入自动化控制系统，实现对化工过程中对温度、压力、流量、液位等模拟量的自动化控制。[1]

在现代工业生产中，特别是大型化工生产装置设备对工艺控制指标的要求十分严格，生产装置逐渐由手动、简单控制发展为自动、复杂控制，控制系统的设计也比较复杂。目前，在工业生产中，普遍采用的工业过程自动控制系统主要包括PLC（可编程控制器）、DCS（分散控制系统）和FCS（现场控制系统）。

2 自动化控制系统在化工生产中的应用

2.1 PLC在化工生产中的应用

PLC采用可编制用户程序的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

PLC实际上就是小型计算机的缩影，它可以对化工设备内的一系列动作实现精确控制，保证各道工序的顺利执行，不必像继电器那样，一旦工艺过程有所调整，就需要重新布线，它只需要修改用户程序即可，大大提高工作效率且安装维修费用相对较低。它的技术已经到达很成熟的阶段，在大型化工企业中，在单台设备的自动化、多台设备自动化和整个工厂的生产过程自动化，PLC在其中充当着重要作用。比如PLC系统往往是一些大型化工设备厂商自带控制系统，其可很好的与DCS系统相结合，便于企业整体的自动化控制，同时又可更加精准的控制大型设备。

2.2 DCS在化工生产中的应用

DCS是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通讯、显示和控制等4C技术。它以微处理机为核心，采用组合组装式结构组成系统，对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种控制技术。

伴随着DCS功能不断完善、可靠性的逐步提高、管理功能的不断增强，DCS控制系统解决了现代化大生产中传统的仪表控制系统难以胜任的过程控制问题，其在化工行业的应用不断扩大，应用水平也在不断提高。在我国，DCS的使用主要从财大气粗的石油化工领域开始，于1981年开始在炼油化工系统首次引进应用。到目前为止，石化企业的常减压、催化裂化、加氢裂化等炼油生产装置及乙烯装置均采用了DCS控制系统。据不完全统计，在我国石油、石化和化工系统共使用了约3000多套DCS系统，其中，石化用的DCS系统约占一半；大型化肥厂、大型乙烯厂100%采用DCS控制生产，中型化肥厂有65.38%厂已用DCS控制生产。[2]

近几年，随着国内生产DCS系统的企业发展壮大，使国外的DCS价格下降到了原来的一半左右，从而使得化工行业的中小型企业也越来越亲睐于DCS控制系统。目前，在中国的化工生产过程中，集散控制系统的应用越来越多。比如，国产新一代DCS，还配备了适合中国石化企业特色生产过程使用的专门软件，使得国产DCS的功能持续增强，装置的可靠性进一步提高；[3]山东晋煤明水化工集团有限公司新建的甲醛生产控制系统采用了浙江中控技术股份有限公司生产的WebFeildJX-300XP较先进的DCS控制系统进行监控。

2.3 FCS在化工生产中的应用

FCS是在DCS/PLC基础上发展起来的新技术。它在很多方面继承了DCS/PLC成熟技术。FCS主要特点是采用总线标准，最深刻的改变是现场设备的数字化、智能化和网络化。FCS是当今自动控制技术发展的热点，代表了工业控制领域今后的一种发展方向。虽然目前以现场总线为基础的FCS发展很快，但是其技术还不是很成熟，比如没有统一标准等，而且从FCS的引进及硬件的购置总体来看，价格比DCS并没有太大的优势，还有调试和运行维护比预料的难等，因而在国内还没成为主流控制，所以在化工生产中使用相对DCS要少。

3 发展趋势

在化工生产中，自动化不单指生产过程自动化，还应包括企业管理自动化。自动化控制在化工生产中的应用，一个是对自动化控制的硬件要求很高，需要满足在化工自动化控制过程中，不能因为任一过程控制设备的更换而影响整个化工生产的运行；二是对数据信息的集成要求。

随着现代化工工业发展的大型化、集约化、控制化，这几种控制方式在化工生产中应用越来越多，同时伴随着使用中积累的经验和技术的发展改进，这三种控制方式有相互融合与兼容，而且还更加注重实现管理和控制的一体化。比如，在新一代的DCS产品中，吸取了现场总线的开放性和互操作性思想，引入基于HART协议的现场总线接口，以及在通信网络上挂接通信接口，实现与PLC设备连接等，可以将数台PLC通过网络直接介入高速数据公路，组成过程控制级的顺序控制，另外还联合第三方管理软件平台，实现整个企业生产过程的管理自动化。这样，DCS的控制速度与功能、系统的可靠性以及分散功能得以进一步提高，与现场总线控制系统FCS之间界限日益模糊。

目前，DCS-FCS结合的控制系统模式是自动化系统发展的特点之一。但是，随着技术的进步、成本的进一步降低，全开放式的现场总线控制系统必将是化工自动化控制未来的发展趋势。

4 结束语

随着自动化控制技术的发展和完善，自动化控制系统一定会为我国化工行业提升生产效率、技术管理水平提供强大支持，从而加快化工行业生产的自动化和现代化。

参考文献

[1]王峰.试论化工自动化控制的发展趋势[J].化学工程与装备，2011（8）.

[2]曹志晔.DCS技术在化工行业中的应用[J].自动化与仪器仪表，2010（6）.

[3]张革.自动化控制系统在石油化工中的应用[J].自动化应用，2011（3）.

作者简介：甄海欣（1979，9-），男，工作单位：平顶山市工业学校，中级讲师，本科学历，主要从事化工专业实训、实操方面的教学和研究。