国内自动化控制技术在石油化工仪表中的运用

李秋香 孔令涛

兖矿鲁南化工有限公司 山东 滕州 277500

现阶段自动化仪表作为石油化工企业开采的基础设备之一，在国内外的石油化工行业的应用已经非常广泛了，自动化仪表对保障产品生产、加工的品质，提高设施设备的安全性和稳定性具有重要作用，应该充分考虑自动化仪表选型的先进性、科学性和经济学等。随着技术的革新智能化的仪表其发展经历了自动测量、存储、远程实时监控的过程，在功能多样性和适应性方面得到很大的提升。更好地设计设备不仅使其功能得到改善，而且很大程度上提高工作效率，对其进行更好的分析，才能够使石油化工的企业得到更好的发展[1-2]。

1 石油化工自动化仪表概述

自动化仪表是石化工业生产过程中对工艺参数进行检测、显示、记录或者控制的基础，科学的使用控制系统及仪表类型对于保证正常企业生产 和设备安全是至关重要。[3]在现代国内工业行业领域，石油化工工业各类机械设备使用较多，为使应用的机械设备生产效率和精准度整体提高，进一步实现系统的自动化运转。科技研究把这些设想作为重要科研方向，逐渐在开采工作中使用自动化仪表[4]。通过使用微型计算机作为自动化仪表的中心控制系统，可以系统实现复杂的控制能力，修正仪表的测量误差，提高自动化仪表测量的精准。随着计算机技术迅速发展石油化工的企业面临智能化、信息化的转型升级，石油化工仪表自控系统也进入智能化、网络化、模型化的发展期。

2 自动化控制技术在石油化工仪表的设计

2.1 自动化仪表设计的技术难题分析

现阶段在石油化工行业中自动化仪表是使用频率较高的设备之一，我国在仪表的设计或是使用都有着特别严格的标准，设计的质量关系到化工企业的生产，[5]目前在化工自动化仪表的设计中还存在诸多问题，部分设计人员在对化工自动仪表进行设计的时候，忽略自动仪表适合化工企业生产需求仪表选型缺乏科学性、不能达到选型统一，导致自动化仪表选型不能进行合理的选择。化工企业在生产活动中自动化仪表的使用频率越来越高，石油化工仪表自动化技术是以计算机技术为基础[6]对生产中各种设备进行很好的监控，同时对于化工企业各部门生产模式的控制力有着重要作用。目前国内外自动化仪表系统设计、元件选择、软件编程上还存在诸多问题，从而影响仪表在化工生产中得不到充分的应用，同时使用寿命受到影响，化工自动化仪表设计质量还亟待解决。

2.2 自动化仪表设计要注意的问题

自动化仪表是石化工业生产过程中对工艺参数进行检测、显示、记录或者控制的基础，在设计过程中应该综合考虑自动化仪表在工艺流程、自动系统、检测系统的组成及结构的影响因素，为减少企业成本还需重点考虑运行费用，[7]结合控制系统和检测点的重要程度，坚持经济学、科学性以及先进性设计原则，最终选择符合现代化石油化工作业的自动化仪表类型。

3 自动化仪表在石油化工发展中的应用

（1）自动化仪表温度检测：在石油化工的现场设备或管道内界质温度一般都需要指示控制，温度范围为-200～1800℃之间。大多数采用接触式测量，用双金属的水银温度计替代玻璃制温度计。[8]常用热电偶、热电阻直接进入dcs或其它温度采集仪表。在石油化工的开采现场，压力表连接着关系人民的安全仪表是最重要的基础设施之一。压力传感器以及特殊压力的仪表通常由压力敏感元件和信号处理单元组成，能耐高温用于脉动介质、粉状、粘稠状、易结晶介质中测量压力。再就物位仪表而言，在石化行业中基本都是液位测量占据主要地位，除浮力仪表之外，物料仪表基本没有通用产品。在石油化工行业中经常要对静设备中成品、半成品、原料的液位进行测量，但由于被测物料的不同因而除浮力式仪表外物位仪表不可以通用，常采用的测量方式有超声波式、雷达式、浮力式、静电式和电容式。

（2）石化工业控制策略：DCS是新一代工业自动化过程控制设备的集散控制系统，在石化工业的设备大型化、工艺流程、工艺参数等的自动化连接、顺序和批量等一些控制策略实现对应功能模块及模块之间连接的功能构成反馈控制回路。[9]智能化算法如智能PID控制器和多变量控制等都在石油化工行业普遍应用，主要以DCS为基础控制也可以单独控制。在传统的石油化工生产过程中一个控制室相对应的只有一个装置，随着技术的革新目前一个控制室往往含多个装置，甚至以CRT或者LCD屏幕通过一个独立的控制中心完成全厂的控制。人机界面主要使用DCS的操作站屏幕是智能化操作控制显示装置，可以使操作人员轻易地进行操作，在工业自动化应用中具有重要作用。

（3）计算功能：自动化仪表中有微型的计算机，使得自动化仪表的计算能力和数据信息处理能力得到了很大的提高，从而使自动化仪表能够处理更加复杂、更加庞大的生产数据，且计算结果的准确性得到了很大的提高，对于石油化工行业的发展起到了很大的作用。在石油化工生产测量工作方面，经常会遇到线性化处理、自检自校、测量数值和工程数值的转换以及抗干扰方面的问题，通过自动化仪表中的微信计算机以及相应的未处理软件能够有效解决上述计算问题，不仅降低了石油化工生产中硬件设施的负担，自动化仪表还可以完成检索、优化等方面的工作，在计算功能方面的能力较为突出。

（4）编程功能：在计算机技术高速发展的背景下，计算机技术在多个领域都有着广泛的应用，尤其是在仪表中，使得自动化仪表可以编程，在仪表中加入了计算机软件，这些软件可以实现对于硬件逻辑电路的代替，从而使仪表的许多性能都得到了提高。同时，在相应的控制电路中，还可以实现相关接口芯片的有效利用，可以使自动化仪表能够对复杂的功能进行控制。将计算机软件与自动化仪表相结合，可以使工业生产的硬件结构简化，通过自动化仪表编程的逻辑来代替传统的常规电路和硬件，是自动化仪表的主要优势之一。

（5）记忆功能：传统仪表所采用的电路是组合逻辑电路和时序电路，电路仪表中的记忆功能较为落后，记忆程度较低，只能够对某些特定时刻的设备运行状况进行基本且简单的记忆，而且随着时间逐渐发生变化，仪表的工作状态也会发生相应的改变，所以仪表之前所记录的数据和信息就会被新的信息所取代，所记忆的旧的数据和信息就会消失，这对于石油化工生产会产生不利于影响。但是将微型计算机加入到自动化仪表之中，通过微型计算机强大的存储功能，可以对所有状态下的信息和数据进行记忆，且不会因新的数据覆盖而导致之前记忆的数据消失，可以实现记忆数据永久保存，而且对之前某一时刻只能对一种状态进行记忆的情况，作出了相应的调整和改进，可以实现在同一时间段内记忆多种数据。

4 石油化工自动化仪表控制的优化

智能控制和优化在现代控制论的推动下，各种智能化算法在各行业领域的应用范围广泛，除智能PID控制器外多变量控制目前在石化行业、炼油的技术应用已日益成熟。[13]主要以 dcs 作为控制基础，可以是独立的也可以是一个软件包，与多变量动态过程软测量技术、模型辨识技术相关，通过pid 串级与测控控制相结合的方式，现在应用较多的是炼油厂。目前石油化工企业正在由一个装置一个控制室向一个控制室数个装置或中央控制室全厂监测的方式过渡。主要以CRT或LCD屏幕显示为主，辅以少数显示仪表和指示灯，从鼠标、键盘操作为主，辅以触摸屏及少数旋钮和按钮，工业电视摄像头摄取的画面也由专用屏幕逐步纳入以DCS操作站的屏幕。

5 石油化工自动化仪表的安全系统

随着化工装置的规模越来越大，由于生产设备大型化、工艺流程、工艺参数复杂等，易爆、有毒介质泄漏、易燃和对环境保护要求高等因素，安全性要求日益提高，大部分石油化工企业主要采用DCS安全联锁保护系统保障生产的安全性与稳定性。为进一步满足石化企业的需求自动化IEC615ll的安全仪表系统（SIS），功能安全还结合风险度、安全指标、安全完整等级（SIL）等，多数应用于石油和化工系统是一个独立于DCS系统的控制单元，在工艺发生危险状况时，对设备、环境等进行紧急的启停、开关操作；其安全级别高于DCS。

6 石油化工自动化仪表的发展趋势

在石油化工规模集群化发展和生产效率、生产力发展不断提升的大趋势下，随着科技的不断革新各类型的自动化仪表从种类设计或功能性比旧工业时代的更具优势，为了利于集中控制和集中管理，可选用工业微机或可编程序控制器（PLC）等数字控制系统；[15]三是以插入式为代表的自动化仪表安装程序也会日益变得简便。石油化工企业发展时要不断的对自动化的控制水平进行提高，通过技术、设备创新促使企业在激烈竞争的市场下占据重要的地位，使企业的竞争力得到提高。

7 结束语

石油化工行业作为国民经济支柱产业和基础产业保障，直接影响着国计民生和国民经济的其他部门。而在化工生产过程中自动仪表的控制技术日益深入，对生产起着越来越重要的作用。随着自动化仪表的控制技术应用范围与规模的不断扩大，控制技术也将会迈入一个更高的阶段。自动化仪表随着石油化工领域的发展而进步，自动化已经成为仪表领域的重要发展方向。与数字化、智能化技术等深度融合后，使得仪表不再是一种简单的技术参数显示设备，而是一种集成化的综合控制设备，增加了许多实用的功能，比如可编程功能、记忆功能等，使得仪表在石油化工生产领域应用效果更加突出。