FCS控制系统在化工生产自动控制过程中的应用

张兆云

(山东省东营市中等专业学校，山东 东营 257000)

1 前言

我国经济支柱为化工产业，其产业具备资金量大、技术完善、能源充足等特点。与此同时，化工方面工业工艺较为复杂，工业所处工作环境常常是高压高温的状态，产业原料都是一些易燃易爆炸、有毒性的材料，这些产业依据有力的防护措施和独特的控制体系来保障工作人员安全工作，同时保质保量的完成工作。

国际通用缩写的FCS意思为现场总线控制系统，这种新的工业等控制系统技术于20世纪90年代兴起，在工业控制方面引进现代的网络管理和通信的理念。随着现场总控制的发展壮大，FCS也逐渐兴起被人们所熟知，根据国际定义，现场总线即可以连接智能网络现场的装备与自动化的多分支结构、双向的传输等通信网络。现阶段FCS已经是较为成熟、稳定的技术了，此项技术完美的诠释了集中信息、控制分散开的自动控制思想。

2 化工特点与控制

2.1 行业特点

第一，对于资源的依赖性较强，其需要的资源主要有水、石油与矿产物质。根据现在情况来看，这些资源在我国都是严重缺乏的，主要原因在于开采与利用资源的方式太过粗放，浪费现象非常严重以及综合利用的水平过低。结合这些因素来看我们首先要解决的就是资源节约。

第二，对于外来技术有较强的依赖性。对于一个化工企业来说最为重要的便是能够精准的选择发展领域、把握住未来技术的发展方向。但是我们国家的化工新产品、新技术几乎接近没有，这将严重影响我们在未来的发展。

第三，生产规模大。我国的化工企业通常都是采取典型的连续大规模生产，这就是在所有成本中原料成本占比例较大，企业车间相对较好的则是自动化车间，但是这对仪表、反应装置及设备的要求都比较高，如果不对项目技术进行改造，将很难节约能源。产品的生产周期较长，而且原料价格波动较大，这便导致产品的价格也很不稳定。

第四，产品生产流程特殊。化工产品原料需要通过原料的混合、设备等来进行分离、化合等各个成分，引起化学反应因此在每个程序上都可能会加入新的原料，来生产出多种产物。

第五，化工的设备较多都是专业化的，存储装备多为箱、桶、罐等，而且存储数量可以通过传感器进行计数。产线上都是固定的设备，对于这些设备的维护是非常重要的，一旦发生故障就必须全线停止工作，损失是相当严重的，当供需发生变化时，就只有靠调整生产来维持，不能中断。

2.2 控制要求

通过探究其环境特性，不难看出在化学工业生产在控制过程中，主要问题存在以下几点:首先，在长时间的连续生产过程中，需要较大的开关与模拟信号需要调节与控制，而且处在较为分散的工作环境，每道工序对所处环境的要求都不一样，分布各具自己的特色；其次，化学生产中发生的反应也是不可预测的，要求工作人员对相应控制系统要迅速反应；最后，控制系统较多都是需要大量输入和输出的系统，每个变量之间都有相应的联系，工作难度较大。

3 FCS总体简述

3.1 系统简介

FCS控制系统是可以以总线为基础贯穿在产品生产中，在控制设备、测量以及现场控制等仪器之间实现双向、串行通信控制系统。从根本上来说该控制系统是把DSC、PLC系统远程分散在了现场控制上并将现场总线功能沿用到了测量控制仪表和执行设备上。FCS控制系统由智能仪表、现场总路线等其他仪器构成，其具有数字化、分布全面、智能化等特点。这些智能仪表可实现全面通信。

3.2 基本特点

首先，FCS为更新后的第五代控制系统，其系统技术融合了3C技术，引领了21世纪自动化控制系统的发展趋势，它的任务是应用于危险区域、容易出现多种变化的过程中以及人类难以应对的工作环境。FCS智能化、数字化的系统代替了只有单项功能的仪器与控制设备。其次，该系统可以连接到现场多个分散的仪表和控制装置中，可以将所有数据通过该系统汇总到仪器该系统从控制室至现场设备都是双向的通信，同时还是互联、开放的通信系统，取代了以往的单一模式。使用该控制系统还可以以应用虚拟分散的控制站，更加的节省空间，提升效率。最后，将微机处理器加入系统中使工作数据更加精准而且还具有计算与通信能力。还可以利用网络，上网查询，可谓一举两得。

3.3 FCS在化工行业中的优势

在化工产业中，其原料多为易燃易爆物品，危险性极高，而且工艺复杂多变，对于生产条件要求苛刻，所以对于控制系统也有更高的要求。化工产品在生产过程中需要许多的模拟量与开关量，所用设备众多，各个设备分散在不同地域，范围极广。需要应用大量的其他设备进行配合，由于距离较远对于数据的精准度也会有说下降，对生产造成干扰。

而现阶段FCS系统则是采用的双向无线电方式进行通信传播，减少了许多导线，大大提升了系统的抗干扰性能，全部都是采用数字信号，大大提高了工作效率，对于难以处理的信号也更加的容易了。该系统还将分布在现场的设备使用智能仪表进行数据收集和处理，还可以完成部分现场仪器无法做到的高级控制能力。最重要的是该系统在维护方面操作特别简单容易，处于现场的仪表具有一定的自我诊断及处理简单故障的功能，工作人员也可以通过机器监控现场，查看设备工作状态，分析仪器信息找出出现故障的原因，大大减少了故障修理时间。FCS系统设备连接方式也大大降低了电缆的连接量，降低了前期的成本费用。如图1所示，FCS的典型结构图。

图1 FCS的典型结构图

4 结束语

FCS目前的缺点是软硬件水平还不够完善，对于更复杂的仪表无法操控。另外产品品种还不够齐全。控制系统的好坏常常可以决定这一生产装置是否可以正常进行生产产品，随着自动检测与控制系统的提高可以有效保证整个企业的生产和质量，精确地数据计算可以在利用最少的原料基础上获得最大的利润。该系统具有较高的可靠性和分散性等特点，非常适合化工行业，应用该技术可以加快化工生产，改变在设备和管理方面的落后，可以给企业带来新的发展希望，提高在市场中的竞争能力。

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