現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統在石化行業(yè)的應用及發(fā)展

“信息化帶動(dòng)工業(yè)化，工業(yè)化促進(jìn)信息化”是中國的國策現在石油和化工企業(yè)的信息化分為三層結構：第一層以PCS（ProcessControlSystem，過(guò)程控制系統）為代表的生產(chǎn)過(guò)程基礎自動(dòng)化層，主要內容包括先進(jìn)控制系統（DCS、FCS）、先進(jìn)控制軟件、軟測量技術(shù)、實(shí)時(shí)數據庫等。第二層以MES（ManufacturingExecutionSystem，制造執行系統）為代表的生產(chǎn)過(guò)程運行優(yōu)化層，主要內容包括現金計劃與調度技術(shù)APS、生產(chǎn)實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)、動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制與管理技術(shù)、物料平衡技術(shù)等。第三層以ERP（EnterpriseResoursePlanning，企業(yè)資源計劃）為代表的生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)營(yíng)優(yōu)化層，主要內容包括企業(yè)資源管理ERP、供應鏈管理、產(chǎn)品質(zhì)量數據管理、設備資源管理、企業(yè)電子商務(wù)平臺等。三層結構在功能劃分上雖有重疊，但各有側重。

目前中國石油內部正在MES和ERP這兩層平臺推廣實(shí)施先進(jìn)的管理系統。PCS層雖然處于最底層，但是本層各種控制系統及技術(shù)應用效果的好壞，直接關(guān)系到信息化進(jìn)程的快慢和應用效果。在目前，DCS（集散控制系統）還是主流，國內已有近800套應用。但是現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統FCS（Fieldcontrolsystem）代表當今控制技術(shù)和DCS的發(fā)展方向，并已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化應用階段。人們對FCS有各種評論，既有對新技術(shù)的贊嘗，也有對現狀的困惑。盡管眾說(shuō)紛紜，筆者將FCS結合本公司裝置實(shí)例，對其應用發(fā)展，略表以下個(gè)人之見(jiàn)：

一、（FCS）現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的特點(diǎn)

根據IEC/ISA定義，現場(chǎng)總線(xiàn)是連接智能現場(chǎng)設備和自動(dòng)化系統的數字式、雙向傳輸、多分支的通信網(wǎng)絡(luò )。它是用于過(guò)程自動(dòng)化最底層的現場(chǎng)設備以及現場(chǎng)儀表的互連網(wǎng)絡(luò )，是現場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò )和控制系統的集成。它具有系統開(kāi)放性；互可操作性和互用性；現場(chǎng)設備的智能化與功能自治性；系統結構的高度分散性；對現場(chǎng)環(huán)境的適應性等技術(shù)特點(diǎn)。FCS與傳統控制系統（如DCS）的結構對比如圖所示


二、（FCS）現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的優(yōu)勢分析

出于安全角度考慮，煉油化工裝置與操作控制人員所處的距離一般較遠，采用FCS比采用DCS優(yōu)勢更明顯。以我公司20萬(wàn)噸/年催化重整和l0萬(wàn)噸/年柴油加氫聯(lián)合裝置為例，來(lái)分析一下采用現場(chǎng)總線(xiàn)系統的優(yōu)勢。目前本聯(lián)合裝置采用DCS系統，從裝置到控制站之間距離為大約450m。DCS系統現場(chǎng)控制站I/O點(diǎn)數統計為（不包括ESD系統點(diǎn)數）：模擬量輸入點(diǎn)（AI）帶控制106點(diǎn)、指示208點(diǎn)，溫度指示T/C、RTD：340點(diǎn)；模擬量輸出AO：93點(diǎn)；數字量輸入DI:50點(diǎn)；數字量輸出DO：22點(diǎn)。根據點(diǎn)數統計，集散控制系統規模最低設置（考慮20％備用余量）應至少配控制柜4塊，包括：8點(diǎn)AI卡57塊，6路T/C卡68塊，8點(diǎn)AO卡27塊,l6點(diǎn)DI卡：4塊，l6點(diǎn)D0卡2塊。安全柵柜4塊，對所有輸入輸出配安全棚、繼電器端子等。電源柜l塊，為控制柜和安全柵柜提供電源。操作站4個(gè)，工程師站1個(gè)。電纜敷設采用從現場(chǎng)儀表到接線(xiàn)箱再通過(guò)多芯電纜至控制室內接線(xiàn)端子的方式。這樣所用8芯電纜電纜數量大約41km，2芯電纜電纜數量大約4lkm。如果采用FCS系統，從控制系統設計、安裝投運到日常檢維修都可以體現其優(yōu)越性：

（一）節約初期投資和安裝費用

以采用PROFIBUS－DP為例，構成多主站控制系統。由于現場(chǎng)的智能設備具有多種功能，因而可不再需要單獨的控制器、報警設定器、及DCS系統的多種卡件、隔離柵等。所以說(shuō)可以省去本聯(lián)合裝置中4個(gè)控制柜和4個(gè)安全柵柜中所有卡件、隔離柵及其他變送器、設定器等控制設備。但是相比較電Ⅲ型儀表，現場(chǎng)智能儀表價(jià)
位稍高，總體上來(lái)說(shuō)硬件投資低于DCS系統。由于控制室內設備減少，并且現場(chǎng)總線(xiàn)系統接線(xiàn)簡(jiǎn)單，一對雙絞線(xiàn)上可掛接多個(gè)設備，因而電纜、槽盒、橋架用量和規格大大減少，既節約了投資，也減少了設計、安裝工作量。橋架寬度規格減小，能相應減少土建專(zhuān)業(yè)施工難度?？傮w上而言，可減少初期投資。

（二）節約后期安裝和日常維護費用

當后期需要增加現場(chǎng)控制設備時(shí)，無(wú)需增設新電纜，就近連在原電纜即可，節省了后期電纜投資和相應的施工工作量普遍認為可節約安裝費用60％。由于現場(chǎng)控制設備本身具有自診斷、故障自處理能力，并且控制網(wǎng)絡(luò )可以將現場(chǎng)控制設備的狀態(tài)、診斷信息傳輸到控制室，操作管理人員可以快速、準確的了解和查詢(xún)生產(chǎn)現場(chǎng)和自控設備的運行狀態(tài)。作為網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的智能現場(chǎng)設備，具備數字計算和數字通訊能力，位于現場(chǎng)的測量變送與執行機構之間直接借助網(wǎng)絡(luò )傳送信號，因而控制功能可直接在現場(chǎng)完成，實(shí)現了徹底的分散到現場(chǎng)的控制系統功能，從根本上提高了控制系統運行的可靠性和有效性。

2.3用戶(hù)具有高度的系統集成主動(dòng)權

控制網(wǎng)絡(luò )突破了DCS系統中因專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )的封閉造成的缺陷，采用開(kāi)放化標準化的解決方案，用戶(hù)可根據廣泛認可的、開(kāi)放的協(xié)議選用總線(xiàn)系統，不會(huì )為系統集成中不兼容的協(xié)議、接口而煩惱。