石油化工自动化技术的应用与开展趋势.docx

石油化工自动化技术的应用与开展趋势在信息技术高度兴旺的今天，作为传统工业的石油化工工业仍然是一个国家经济开展的重要支柱性根底产业。几十年度来，石油化工工业自动化技术随着工艺和装备技术的不断开展而开展，从初期简单的手工操作到连续工艺及负荷不断加大，对消费稳定性要求越来越高，对控制的要求及自动化程度也越来越高，仪表使用越来越普遍，从简单回路的闭环控制到单元装置的全面自动化，使用的控制工具也从气动单元组合仪表、电动单元组合仪表到DCS的广泛应用；控制程度也从单参数简单控制回路到多变量复杂控制回路，先进控制系统、优化控制系统在各种场合都有成功应用的典范。随着工业规模的进一步推广，快速反响、临界稳定工艺、能量综合平衡等工艺的开发成功，对自动化提出了更高的要求。另外，剧烈的市场竞争也对自动化提出了新的目的与要求。同时，信息技术对石油化工自动化技术的开展也注入了新的活力。二、现场总线的应用将逐步推广现场总线fieldbus是应用于消费现场，在现场仪表包括变送器、执行器、记录仪，单回路调节器、可编程序控制器等之间、现场仪表和控制设备之间实现全数字化、串行、双向、多变量数字通信的网络互连技术。它的出现，给工业控制技术领域产生了非常大的影响。固然现场总线国际标准IEC61158包含了FF、Profibus、ControlNet、WorldFIP、P-NET等在内的八种类型现已增加到十种类型的现场总线，没有实现它最初的“制定单一现场总线的目的，同时也宣告了多种现场总线并存的场面已经形成。但与现有的DCS、PLC等相比，现场总线控制系统FCS由于具有的全数字多点通信、现场设备状态可控、开放性、互可操作并能实现分散控制等特点，仍然是石油化工行业根底自动化系统的开展趋势。但今后一段时间内，FCS的推广应用将呈现以下几个特点：1FCS将与DCS共存：DCS自上个世纪七十年度代问世以来，经历了开展、成熟到大规模应用几个阶段，并采用了大量先进成熟技术。DCS技术成熟，性能可靠，软件丰富，功能完善，得到了用户的信任，已经成为工业消费经过控制的主要手段。而FCS还处于开展阶段，技术本身还不太成熟，如网络冗余性问题至今还没有得到很好的解决可靠性尚未得到充分验证，功能还不如DCS完善。所以用户固然关注FCS的开展，但还存在疑虑，多持慎重观望的态度。另外，对于系统规模较小、控制对象分布比拟集中的场合，和没有扩展设备智能诊断和管理要求的场合，现场总线的优越性并不能得到充分表达，大规模更换已有的DCS设备势必造成宏大的浪费。基于现场总线的现场智能设备管理，也曾经被作为现场总线的一个热卖点进展炒作，但对目前世界各大公司提供的设备管理产品进展认真分析之后来看，并没有什么新意。比方，设备的故障诊断就是一门复杂的科学，它需要结合机械、电子、计算机等多学科知识，建立设备的故障模型，并收集大量设备运行状态信息以后，进展详细分析，才能作出准确和有意义的判断，对设备的维护才具有真正的指导意义。但遗憾的是，目前的设备管理软件产品根本上都没有做到这一点。总之，DCS至今已经开展得相当成熟和实用，仍是当前工业自动化系统应用及选型的主流，并不会随着FCS的出现和开展马上退出历史舞台，相反，在今后相当长一段时间内，DCS将会与FCS共存下去。2现场总线与DCS相结合将现场总线技术集成到现有控制系统中，将现场总线智能仪表连接到DCS上，利用DCS丰富而成熟的控制功能和软、硬件产品带动现场总线的推广应用。一般来讲，现场总线与传统控制系统之间的集成主要有三种途径：一是现场总线在DCS、PLC的I/O层次上的集成，现场总线设备作为I/O卡件集成在DCS、PLC中；第二是现场总线集成在DCS、PLC网络上，现场总线设备通过网关集成到DCS、PLC上，统一组态、监控与管理；第三那么是独立FCS与DCS、PLC之间的信息集成，即FCS与DCS、PLC都独立工作，两者之间通过网关实现信息的映射与互访。在目前传统控制系统仍在大量使用的情况下，以上几种方法不仅可以利用DCS、PLC成熟的技术与经历，可以以发挥现场总线的优势。同时，在现场总线推广应用的根底上，逐步完善管控一体化功能。利用现场总线的全数字通信功能，采集现场智能设备所提供的大量非控制信息，建立现场智能设备数据库，建立和完善现场智能设备的远程状态监控、故障诊断、预防维护、在线调校等远程管理功能，实现对现场设备的一体化管理与控制。3多总线集成与“自动化孤岛现场总线国际标准IEC61158没有可以统一所有的现场总线，除了市场利益方面的因素外，由于不同的现场总线针对某一特定的应用领域而开发出来的，在技术上各有特色，所以致今还没有一种总线可以代替所有其他的现场总线。如FF、HART在连续信号的处理中具有一定的特色，而PROFIBUS、INTERBUS等在开关量信号的处理中又有一定的优势。因此，今后一段时间内，无论何种形式的根底自动化控制系统，都将具备多种现场总线互联与信息集成才能。无论采用何种形式的控制系统，都必须解决不同现场总线、不同类型的控制系统之间的“自动化孤岛问题，将各个厂家DCS、PLC和其它智能设备连接到一个统一的数据库平台上，以统一调度和分享。4以太网现场总线随着互联网技术的开展与普及，以太网具有应用广泛、本钱低廉、通信速率高、软硬件资源丰富、可持续开展潜力大等特点，正从商用通信领域逐步浸透到控制领域，并广泛应用于工业企业的控制层、管理层设备间的通信。为此，国际跨国公司纷纷推出了基于以太网的现场总线技术，如浙大中控的EPA、西门子的ProfiNetI/O、欧洲开放网络结合会IAONA的EtherCAT和PowerLink等。这些实时以太网协议已列入IEC正在起草的实时以太网应用行规国际标准IEC61784-2。由于实时以太网现场总线不仅交融了现有的现场总线的特点，而且与信息领域的成熟技术相结合，在石油化工自动化控制领域将会得到广泛的应用。三、信息技术与自动化技术相结合工业IT随着互联网的不断成熟，互联网把计算机与通信这两块原先互相独立的领域粘合在一起，不但使单机运行的计算机全面进入互联网时代，而且迅速推动计算机产业与通信产业的开展。另一方面，随着信息技术、微电子技术在自动化仪器仪表和控制系统中的广泛应用，和工业控制网络与信息管理网络的一体化开展，企业消费经过数字化的数据收集、调节控制、监控与组态设计和设备维护、消费管理、经营决策等环节，将通过一体化的网络通信平台统一到一个完好的综合自动化信息系统，以实现现场设备的数字化、消费经过控制的智能化、企业管理的信息化和咨询效劳的网络化。据专家预测，在这种自动化控制综合信息系统中、传统的控制信息将由原来的85下降到40。而经营管理信息将上升到60。因此，工业控制领域已具有了现代IT技术和产业特征，即所谓的工业“ITIndustrialIT，其中，“智能化的工业自动化仪表和工业控制网络，构成了工业“IT的技术根底和硬件平台。在此根底上，通过采用一些实时数据库技术、软测量技术、数据交融与数据处理技术、先进控制与经过优化技术、ERP技术等，并采用信息网络的IT技术，如网络技术、通信技术、信息处理技术等，实现工业消费经过的远程监控、故障诊断与维护，实现工业企业全厂的管控一体化。事实上，自从计算机创造以来，自动化技术就和信息技术严密结合到了一起。信息技术的开展，给自动化技术提供了越来越多的手段和越来越便捷的工具，使得过去很多自动化技术中高超的技巧例如各种复杂的PID算法和诸如均匀控制、解耦控制、模糊控制等高级算法变成了一段段比拟容易实现的软件代码。也正是因为有了IT技术，自动化技术中许多停留在理论上的设想变成了现实。当前，随着IT技术的蓬勃开展，怎样更好、更快、更多地把IT技术应用到自动化产品中，是各个自动化产品供给商面临的共同话题。把IT技术尽可能多地应用到自动化技术中的才能，逐渐成为决定企业竞争力的重要因素。首先是怎样更好的应用IT技术，其次是怎样通过优化来产生效益，和详细的工艺、设备相结合，挖掘设备和工艺潜力，促进进步产量、降低消耗、并使消费经过更加平安。简言之就是：“向控制、优化要效益。另外，怎样将企业中的“自动化孤岛变成一个统一的平台，实现“经过可视化的同时，扩大信息分享，进步信息利用率，进步企业决策程度和实效性，实现管控一体化，“向管理、信息系统要效益，也是一个重大的课题。一般讲来，工业“IT有以下几个特征：现场仪表数字智能化、消费经过数字化、设计数字化、管理数字化与信息化。详细表现为：1以流程工业和制造业为效劳对象，基于当代计算机、网络、通信和当代控制技术而形成的一种新型工业自动化网络系统技术，在进一步完善信息收集功能的根底上，强化了信息的加工处理，尤其是工业消费经过测量和控制信息的网络传输技术更加开放并得到飞速开展。2传统的自动化仪表走向数字化、智能化，具有开放的网络通信接口，而成为网络化控制系统的一个节点。分布式工业控制网络将成为将来控制系统的主导技术。3以现场总线、工业以太网等工业控制网络为平台，利用现场设备的软、硬件资源如功能模块，实现全分散控制，同时对现场仪表还可实现远程访问、监视、调校、诊断、维护等管理功能。4控制系统与信息系统实现平滑联接和多网合一，工业以太网技术在控制领域将得到更为广泛的推广，实时控制信息可以通过Intranet/Internet实现分享和在线检测、控制和管理。5工业控制系统软件及各种应用软件开发、系统集成技术成为核心技术，取代系统硬件而成为高附加值的载体。通过先进控制和优化软件，可以实现预测控制、模糊控制、神经元网络控制、专家系统控制等高级智能控制，和数据校正、经过模拟、质量监控、方案排产与调度和故障诊断、平安管理等消费经过的优化管理。6企业的经营管理以企业资源方案管理系统软件ERP-EnterpriseResourcePlanning和企业供给链管理系统软件SupplyChainManagement为平台，实现物料清单、工艺道路、库存管理、消费方案、物料需求方案、才能需求方案、本钱管理、财务管理、销售管理、产品数据管理、质量管理、设备维修管理、实验室管理、运输管理、配方管理、人力资源管理、战略管理、客户效劳管理、开发与研究管理等的一体化管理。7专用IC芯片、各种工业控制网络的通信模块、网桥、中继器、网关、远程IO节点、功能模块成为新一代分布式网络控制系统中的重点产品，并与网络信息技术同步开展。四、企业综合自动化将成为企业进步核心竞争力的有效手段我国石油和化工自动化经过50年度的开展，通过技术引进，消化吸收和不断创新，自动化程度获得了长足进步。随着我国经济建立的快速开展，我国的石油化工工业遇到了前所未有的开展机遇，同时也面临着越来越严峻的挑战。与先进国家相比，我国的石油化工工业还普遍存在着能耗大、产品质量差、消费经过工艺落后、自动化程度低、管理程度低、信息集成度低、综合竞争力弱等问题。而企业综合自动化系统是将先进的工艺装备技术、当代管理技术和以先进控制与优化技术为代表的信息技术相结合，将企业的消费经过控制、优化、运行、方案与管理作为一个整体进展控制与管理，提供整体解决方案，以实现企业的优化运行、优化控制与优化管理，进而成为进步企业竞争力的核心高技术。国外大型流程企业、十分是石油化工企业均重视信息集成技术的应用，纷纷以极大的热情和精力，构架工厂级、公司级甚至超公司级的信息集成系统。1995年度美国、日本、西欧等国已有100多家炼油、化工企业在施行CIMS方案，推动了流程工业综合自动化技术在实际消费中的应用，如日本三井石油化学工业公司、美国德曹达公司、高尔公司等化工企业都相继建立了综合自动化系统。一般而言，流程工业企业对综合自动化技术的需求主要关注4方面的问题。1平安：即需要用高可靠性的控制系统、检测和执行机构对设备与装置的运行提供保证，进而对关键装置进展故障诊断与安康维护。2低本钱：通过先进的工艺及工艺参数以降低能耗和原料消耗，和通过先进的建模技术、控制技术和实时优化技术来进步产品的合格率和转化率。3高效率：通过先进的方案调度与排产技术和流程模拟技术来进步设备利用率和劳动消费率。4进步竞争力：通过数据和信息的综合集成，如先进的管理技术包括ERP、CRM、SCM等、电子商务、价值链分析技术等，以促进企业价值的增值，最终进步企业的综合竞争力。根据国内外综合自动化技术的开展趋势和网络技术的开展现状，流程工业综合自动化技术的总体构造可以分成3层构造，如图1所示。align=center图1流程工业综合自动化技术的总体构造/align1以PCS经过控制系统为代表的根底自动化层。主要内容包括先进控制软件、软测量技术、实时数据库技术、可靠性技术、数据交融与数据处理技术、集散控制系统DCS、现场控制系统FCS、多总线网络化控制系统、基于高速以太网和无线技术的现场控制设备、传感器技术、特种执行机构等等。2.以MES消费经过制造执行系统为代表的消费经过运行优化层。主要内容包括先进建模与流程模拟技术AMT：AdvancedModelingTechnologies、先进方案与调度技术APS：AdvancedPlanningandScheduling、实时优化技术RTO：Real-timeOptimization、故障诊断与安康维护技术、数据挖掘与数据校正技术、动态质量控制与管理技术、动态本钱控制与管理技术等等。3以ERP企业资源管理为代表的企业消费经营优化层。主要内容包括企业资源管理ERP、供给链管理SCM、客户关系管理CRM、产品质量数据管理PqDM、数据仓库技术、设备资源管理、企业电子商务平台等等。通过研究消费经过制造执行系统MES及相关技术，可以实如今线本钱的预测、控制和反应校正，以形成消费本钱控制中心，保证消费经过的优化运行；可以施行消费全经过的优化调度、统一指挥，以形成消费指挥中心，保证消费经过的优化控制；可以实现消费经过的质量跟踪、平安监控，以形成质量管理体系和设备安康保障体系，保证消费经过的优化管理。企业综合自动化需要解决的关键技术有：1信息的集成、挖掘和增值信息集成是综合自动化的核心，而数据库管理系统那么是信息集成的根底。由于流程工业的特点，有大量的反映消费经过状态的实时海量数据需要处理、管理和有效地应用，因此实时数据库管理系统是采用实时数据对消费经过进展监视与控制，对消费状态进展分析与评价的根底。因此流程工业信息集成环境中需要同时设置关系数据库和实时数据库系统，作为整个系统信息的集散地。这两个数据库既可独立地操作，又可协同动作，及时并行或者穿插地处理来自全厂的各种信息，真正做到信息集成与分享。信息挖掘和增值的目的是充分、有效地利用信息。2科学的决策支持消费经营决策是企业消费经营活动中的重要内容。但是，传统的消费管理形式还处于经历决策、具有较大的随意性、而科学的决策支持那么是企业经营成败的关键。本钱效益分析是指对企业消费经营活动应用财务分析方法进展分析评价、以得到全企业综合经济指标的经过。在炼油企业综合自动化中，本钱效益分析是炼油企业消费管理中的重要环节，也是炼油企业消费经营决策中的必需步骤。本钱效益分析以企业获得最大利润为目的。对企业消费经营进展本钱效益分析、并在此根底上进展消费方案的盈亏分析，为企业指导提供实际消费经营经过和消费方案的经济指标，以进步企业决策程度，加强企业在市场中的竞争才能。为了到达公司预先制定的利润目的，就必须协调好企业各部门的工作，即原油采购、消费方案的制定、消费调度和产品的销售等。由于原油是炼油厂消费的主要原料，原油本钱占了产品总本钱的8090，因此，为了实现利润目的，必须首先控制原油本钱，即控制原油的采购价格。盈亏平衡分析是指利用财务分析方法和数学工具，对消费经营方案或者方案进展分析，得出实现利润目的的原油最高采购价格保利点和保证不亏损经营利润为0的原油最高采购价格保本点。盈亏平衡分析对于原油采购、控制本钱、进步经济效益具有重要的参考价值、是制定合理消费方案时的重要环节，对于控制消费本钱、扩大利润，进而保证利润目的的实现，指导全企业的消费经营，具有特别重要的意义。3进展流程模拟，建立经过模型实现经过优化操作进展流程模拟，建立经过模型、实现经过优化操作是流程工业综合自动化的又一关键技术。消费方案调度的科学化是炼油消费经过实现一定限度的消费柔性的关键、是被学术界和工业界广泛重视的研究课题。由于炼油消费具有高度复杂性的特点，必须将消费工艺机理建模与系统工程理论严密结合起来，去寻找解决这一问题的方法。理论结果说明，基于全流程模拟，结合应用线性规划、非线性规划或者动态规划的方法建立计算机辅助消费方案调度系统、是实现优化排产优化调度的有效途径。经过操作优化是炼油工业适应市场原料和产品需求变化，使消费具有柔性的另一关键。技术难点首先是建立经过稳态数学模型。由于工艺技术复杂，不同的装置机理不同，有些复杂的反响经过机理尚不清楚，而且建模涉及到工艺机理和信息处理技术、是跨学科的，因此建立工业应用的模型是极为困难的。此外，还有软测量技术、设备经过故障诊断新技术、消费经过的平安保护技术和对实时测量的数据进展处理的数据调整技术等，都是自动化领域急待解决的难题和研究的热点。五、完毕语将现场总线技术、信息技术应用于石油化工，开展综合自动化整体解决方案及集成技术，可以进步产品质量，增加产品产量，降低消费本钱，获得显著的经济效益和社会效益，增强企业的竞争才能，是今后石油化工工业自动化技术开展与应用的趋势。0