化工自動化調研報告(共16頁)

1、調研(dio yn)報告書題目(tm)：化工自動化的現(xiàn)狀 學 院 自動化科學(kxu)與工程學院 專 業(yè) 自動化 班 級 13級3班 學生姓名 班內序號 起止日期 2015.11 192015.11.26 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc436224094 引言 PAGEREF _Toc436224094 h 1 HYPERLINK l _Toc436224095 1 目前化工生產采用的主流控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc436224095 h 1 HYPERLINK l _Toc436224096 1.1 DCS PAGEREF _Toc4362240

2、96 h 1 HYPERLINK l _Toc436224097 1.2 FCS PAGEREF _Toc436224097 h 4 HYPERLINK l _Toc436224098 1.3 DCS 與 FCS 的聯(lián)系與發(fā)展 PAGEREF _Toc436224098 h 6 HYPERLINK l _Toc436224099 2化工自動化控制存在的問題 PAGEREF _Toc436224099 h 6 HYPERLINK l _Toc436224100 2.1業(yè)務流程不夠規(guī)范 PAGEREF _Toc436224100 h 7 HYPERLINK l _Toc436224101 2.2模

3、型通用性能不強 PAGEREF _Toc436224101 h 7 HYPERLINK l _Toc436224102 2.3質量控制參數(shù)亟待規(guī)范 PAGEREF _Toc436224102 h 7 HYPERLINK l _Toc436224103 2.4系統(tǒng)集成管理程度不夠高，產品化能力差 PAGEREF _Toc436224103 h 7 HYPERLINK l _Toc436224104 3合理的解決方法 PAGEREF _Toc436224104 h 7 HYPERLINK l _Toc436224105 3.1 合理規(guī)范自動化業(yè)務流程，加強自動化控制模型通用性能 PAGEREF _

4、Toc436224105 h 7 HYPERLINK l _Toc436224106 3.2 合理進行質量控制參數(shù)選擇，強化產品化能力 PAGEREF _Toc436224106 h 8 HYPERLINK l _Toc436224107 3.3 采用預防式質量控制管理模式，提高自動化控制系統(tǒng)集成管理程度 PAGEREF _Toc436224107 h 8 HYPERLINK l _Toc436224108 3.4 注重使用最先進控制系統(tǒng)，加強技術與應用技術的研究 PAGEREF _Toc436224108 h 8 HYPERLINK l _Toc436224109 4化工自動化的發(fā)展趨勢 P

5、AGEREF _Toc436224109 h 8 HYPERLINK l _Toc436224110 4.1 化工自動化控制對控制硬件的需求 PAGEREF _Toc436224110 h 8 HYPERLINK l _Toc436224111 4.2 化工自動化控制對控制軟件的需求 PAGEREF _Toc436224111 h 9 HYPERLINK l _Toc436224112 結語 PAGEREF _Toc436224112 h 10 HYPERLINK l _Toc436224113 參考文獻 PAGEREF _Toc436224113 h 10化工自動化的現(xiàn)狀(xinzhung)

6、引言化學工業(yè)(huxu gngy)不僅是支柱產業(yè)，而且還是集能源,資金，技術于一體的密集型產業(yè)。伴隨著我國經濟和科技的飛速發(fā)展。近年來，我國的化工工業(yè)不只擴大了生產規(guī)模，而且還提高了生產的技術水平?；ぷ詣踊刂萍夹g的實現(xiàn)，有利于提高化學工業(yè)的生產效率，增強化工企業(yè)的經營管理水平，降低生產的成本和能源的消耗，并一定(ydng)程度的改善化工工作人員的工作氛圍，提高化工產品的生產質量，從而提高化工企業(yè)的社會效益和經濟效益。為了深入了解化工自動化的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)現(xiàn)相關問題并提出相關解決方案，我們開展了這次調研活動。1 目前化工生產采用的主流控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)DCS已經很廣泛的應用在了現(xiàn)代工業(yè)中，

7、它能使得高科技時代出現(xiàn)的各種設備具有更加多樣化和新型的功能。而上世紀 90年代走向實用化的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS，正以迅猛的勢頭快速發(fā)展，是目前世界上最新型的控制系統(tǒng),有逐漸取代DCS的趨勢。不過由于化工行業(yè)最關注的還是過程控制，而且大量的參數(shù)為模擬量，故目前化工行業(yè)使用的最普遍的還是DCS控制系統(tǒng)。下面分別對DCS和FCS控制系統(tǒng)予以介紹。1.1 DCS 1.1.1 DCS控制系統(tǒng)的概述DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），在國內自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。DCS是集計算機技術、控制技術、通信技術和 CRT 顯示技術為一體的高新技術產品，

8、其主要特點是：控制功能強，系統(tǒng)可靠性高；采用 CRT 操作站有良好的人機界面；軟硬件采用模塊化積木式結構，系統(tǒng)容易開發(fā)；采用組態(tài)軟件，編程簡單，操作方便；有良好的性價比。DCS 控制系統(tǒng)在化工、電力、冶金等自動化領域的應用已經十分普遍。下面是DCS系統(tǒng)結構圖。圖1 DCS控制系統(tǒng)(kn zh x tn)結構圖1.1.2 DCS 控制系統(tǒng)的主要(zhyo)功能（1） 實時(sh sh)顯示通過控制站，創(chuàng)建系統(tǒng)的 O/I 服務，完成對現(xiàn)場控制點的數(shù)據采集，對生產系統(tǒng)的整體運行狀況在操作員站上通過流程畫面(5 幅)、單回路控制畫面(62 幅)、數(shù)據、聲音的變化體現(xiàn)出來。（2） 參數(shù)調整在操作員站上，

9、操作員根據生產需要對運行參數(shù)做出及時、準確的調整，如壓力、溫度、流量、液位參數(shù)的調整。（3） 報警功能通過創(chuàng)建報警服務，對模擬量、開關量、硬件設備和系統(tǒng)運行狀態(tài)進行報警監(jiān)視，提供報警發(fā)生時間、報警點、報警說明等報警信息的列表顯示。如當空壓機、攪拌電動機出現(xiàn)故障時，屏幕畫面會由綠色變成紅色，并伴隨燈光閃爍、聲音提示的方式進行報警，從而提醒操作員及時處理，保證設備運行安全。（4） 監(jiān)督功能通過對歷史參數(shù)的瀏覽、查閱操作記錄及報警信息的處理和分析，監(jiān)督操作人員是否按時完成職責操作及有無誤操作。當發(fā)生故障時，可利用實時和歷史的數(shù)據，對故障進行及時分析，明確故障發(fā)生的原因，以避免故障再次發(fā)生，減少損失。

10、DCS 在化工生產(shngchn)中的應用（1） 聯(lián)鎖(lin su)控制(kngzh)聯(lián)鎖控制是通過計算機的邏輯運算自動對現(xiàn)場設備進行保護的手段。即當聯(lián)鎖條件滿足時，自動采取一系列動作，如電磁閥動作、調節(jié)閥自動打開或關閉、電動設備的自動動作等。系統(tǒng)全部由計算機軟件組態(tài)完成，具有較強的可靠性、準確性和關聯(lián)性，帶有事故記憶和邏輯判斷、智能化功能，它能取代操作人員要進行的大量操作和緊急事故處理，避免了誤停車及停車時的擴大化和停車的擾亂與失誤。該項目共有 27 套聯(lián)鎖控制，主要是液位聯(lián)鎖、流量聯(lián)鎖和密度聯(lián)鎖，其中液位聯(lián)鎖電動機的控制原理為：自動控制，當液位低于設定下限時，由 D C S 發(fā)出啟動信

11、號，控制開關觸點閉合，電動機啟動投入運行，當液位高于設定上限時，由DCS 發(fā)出停止信號，控制開關觸點斷合，電動機停止運行；手動控制，可以通過 DCS 直接發(fā)出啟動停止信號，也可通過安裝在現(xiàn)場操作柱上的旋轉開關，人工操作控制電動機的起停。（2） 反應器反應溫度的控制反應器控制是工藝的關鍵過程，其生產控制水平對產品質量和生產安全有至關重要的影響。產品的質量在很大程度上取決于工藝參數(shù)溫度、壓力的控制。長期生產實踐證明，控制反應溫度平穩(wěn)是過程控制的一個重點。假如在運行過程中不及時有效地移去反應熱，則由于反應器內部的正反饋，將使反應溫度不斷上升，以致達到無法控制的地步。針對工藝特點，該反應過程從控制角度

12、分為升溫升壓階段、過渡階段、恒溫恒壓階段，其中，恒溫恒壓階段對控制精度要求較高，因此這一階段是整個反應過程控制的重點。為了減少由于溫場不同引起的測量誤差，測溫單元采用精度等級為 A 級的 W Z P K 鎧裝雙芯鉑電阻，其具有精確、靈敏、熱響應時間快、質量穩(wěn)定、使用壽命長等優(yōu)點。雙芯鉑電阻其中一芯是 Pt100 電阻信號，另一芯是通過智能溫度變送器，并根據不同的工藝要求，輸出代表不同溫度范圍的420mA 信號。Pt100 信號用于控制蒸汽的調節(jié)閥，420mA 信號用于控制循環(huán)水的調節(jié)閥。對于該項目中所用反應器，由于容量大，熱效應強，而傳熱效果不太理想，以往采用一般(ybn)的單回路控制或內溫-

13、夾套溫度(wnd)的串級控制難于滿足工藝要求，因此采用 DCS 進行程序控制(chngxkngzh)，從而克服反應器反應滯后特性，提高對其反應溫度的控制精度。升溫時，DCS 自動執(zhí)行“反應溫度(蒸汽)程控投入”程序，按設計程序以設定的速率升溫，如升溫過快或過慢，自動執(zhí)行“反應溫度(蒸汽)程控切除”程序，在手動狀態(tài)下調節(jié)蒸汽調節(jié)閥閥位開度，使升溫進入正常。恒溫恒壓時同此原理。采用該 DCS 控制系統(tǒng)后，可實現(xiàn)全過程的自動控制，合理調節(jié)夾套蒸汽和蛇管循環(huán)水的流量，可使溫度穩(wěn)定在設定值0.5范圍之內。溫度變化符合理想的工藝曲線，大大提高了產品質量，達到優(yōu)質、穩(wěn)定、可靠和節(jié)能降耗的目的，從而提高生產效

14、率，增加企業(yè)的經濟效益。（3） 液位串級控制T1205 塔的液位穩(wěn)定是通過控制塔底出料量來實現(xiàn)的，而 T1205 塔的出料量正好是萃取工段T1407 塔的進料量。因此在保證前塔液位穩(wěn)定時，后塔進料量不可能穩(wěn)定；反之，如果保證了后塔進料量的穩(wěn)定，勢必造成前塔的液位不穩(wěn)定。為了保證前塔液位和后塔進料量的穩(wěn)定而采用串級均勻控制系統(tǒng)，即將液位控制器的輸出作為流量控制器的給定值，用流量控制的輸出來操作執(zhí)行器。由于在這個系統(tǒng)中加入了副回路，可以及時克服由于塔內或排出端壓力改變所引起的流量變化，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性有了極大的提高，有效的解決了由于系統(tǒng)波動過大帶來的不必要的損失，而且更好地節(jié)約了人力資源。1.2 F

15、CS1.2.1 FCS控制系統(tǒng)的概述FCS (Fieldbus Control System)，是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的國際通用縮寫。 FCS是伴隨著現(xiàn)場總線技術的發(fā)展而壯大起來的。所謂現(xiàn)場總線,國際電工委員會制定的標準定一為 “現(xiàn)場總線是聯(lián)接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式,雙向傳輸,多分支結構的通信網絡”。FCS正是基于目前已較為穩(wěn)定成熟的現(xiàn)總線技術，體現(xiàn)了“信息集中，控制分散”的現(xiàn)代控制思想的自動控制系統(tǒng)。FCS具有開放性。FCS中軟件和硬件都遵從同樣的標準，互換性好，更新?lián)Q代容易，編程和開發(fā)工具是完全開放的，同時還可以利用PC豐富的軟/硬件資源。系統(tǒng)的效率高。FCS中一臺PC可同時完成原來

16、要用兩臺設備才能完成的PLC和NC/CNC任務。在多任務的Windows NT操作系統(tǒng)下，PC中的軟PLC可以同時執(zhí)行多達十幾個PLC任務，既提高了效率，又降低了成本。且PC上的PLC具有在線調試和仿真功能，極大地改善了編程環(huán)境。圖2 FCS控制系統(tǒng)(kn zh x tn)結構圖1.2.2 FCS控制系統(tǒng)的結構(jigu)和主要功能FCS中系統(tǒng)(xtng)的基本結構為：工控機或商用PC、現(xiàn)場總線主站接口卡、現(xiàn)場總線輸人/輸出模塊、PLC或NC/CNC實時多任務控制軟件包、組態(tài)軟件和應用軟件。結構圖見圖2。上位機的主要功能包括系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據庫組態(tài)、歷史庫組態(tài)、圖形組態(tài)、控制算法組態(tài)、數(shù)據報表組態(tài)

17、、實時數(shù)據顯示、歷史數(shù)據顯示、圖形顯示、參數(shù)列表、數(shù)據打印輸出、數(shù)據輸人及參數(shù)修改、控制運算調節(jié)、報警處理、故障處理、通信控制和人機接口等各個方面，真正實現(xiàn)控制集中、危險分散、數(shù)據共享、完全開放的控制要求。1.2.3 FCS控制系統(tǒng)的優(yōu)點 （1） 高度的可靠性 FCS 具有高度的分散性,它的現(xiàn)場設備具有高度的智能化和功能自主性,可以完成控制的基本功能 ,由現(xiàn)場儀表組成的網絡結構簡單 ,不需依靠繁瑣的接線 ,設備檢修和維護相對容易 ,一旦某塊儀表發(fā)生故障,高 度的分散性使其不會影響其他設備的工作,使得 FCS 的整體可靠性和容錯能力得到提高。（2） 廣泛(gungfn)的兼容性和開放性 開放性是

18、現(xiàn)代計算機技術發(fā)展(fzhn)的主流思想,FCS 是一個(y )開放式的網 絡,采用通用的現(xiàn)場總線協(xié)議(如 PROFIBUS、CAN、MODBUS 等),不同廠家基于相同現(xiàn)場總線的產品可以實現(xiàn)信息交換,避免了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中 必須選用同一廠家產品的限制,有效降低了控制系統(tǒng)的成本。（3） 較高的環(huán)境適應能力 作為 FCS 基礎的現(xiàn)場總線協(xié)議是專用于生產現(xiàn)場的底層通信協(xié)議, 這使得現(xiàn)場總線對現(xiàn)場環(huán)境有較強的適應性,現(xiàn)場總線采用雙絞線、同軸電纜、光纖等介質,本身也具有較強的抗干擾能力。另外,現(xiàn)場總線全數(shù)字化的信號避免了模擬信號傳輸過程中的信號衰減,易被干擾等問題 （4） 維護方便 現(xiàn)場控制設備具有自診

19、斷和處理簡單故障的能力,并且用戶可以通過上位機監(jiān)控軟件很方便地查詢設備的運行和診斷信息,及時分析出故障原因,采取措施排除,縮短了維修時間,減少了維護工作量。（5） 節(jié)約企業(yè)資金由于硬件數(shù)目上的減少,并且減少了大量連接線纜,FCS 極大地節(jié)省了企業(yè)的安裝費用,同時,維護上的便利也使得維護費用大為降低。對于國內企業(yè)具有很大優(yōu)勢。 1.2.4 FCS 目前的局限和發(fā)展FCS 目前最大的局限就是由于軟硬件水平的限制造成的功能上的欠缺,體現(xiàn)在實際應用中主要是對于復雜、先進的控制算法還無法在儀表中實現(xiàn),需要中央控制設備的協(xié)助完成。另外作為一種新興的控制技術,產品的品種還不夠齊全。1.3 DCS 與 FCS

20、 的聯(lián)系與發(fā)展DCS的關鍵是通信。也可以說數(shù)據公路是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。為保證通完整，大部分DCS廠家都能提供冗余數(shù)據公路，為了保證系統(tǒng)的安全性，使用了復雜的通信規(guī)約和檢錯技術。FCS系統(tǒng)的本身是信息處理現(xiàn)場化。FCS整體結構上是DCS的繼承與發(fā)展，它將控制進一步分散到現(xiàn)場，同時又能集中監(jiān)控和管理整個生產過程。因此說，F(xiàn)CS是全數(shù)字的、全分散的、全開放的新一代控制系統(tǒng)。由于DCS應用廣泛、技術成熟，在現(xiàn)有的技術條件和市場條件下，F(xiàn)CS還不能完全取代DCS。對面對這種情況，我們應更多地考慮FCS與DCS的集成，保留了DCS豐富的監(jiān)控、協(xié)調管理功能，另一方面也發(fā)揮了FCS網絡化、分散化控制的

21、優(yōu)勢，從而提高生產過程的綜合自動化水平?；?hugng)自動化控制存在的問題我國化工自動化控制的控制規(guī)律及實施技術、規(guī)模與方案方面已經取得很大進步與不少(b sho)成功經驗，化工產業(yè)的經濟效益也不斷提高。但目前我國化工自動化控制仍存有一定的問題需我們進行解決與改善。業(yè)務流程不夠(bgu)規(guī)范我國的自動化控制應用中大部分為獨立開發(fā)模型，但其業(yè)務流程由于自動化控制模型與獨立開發(fā)模型之間進行了數(shù)據交換且各模型與工業(yè)之間的數(shù)據互相交換而存在混亂的情況，有待規(guī)范。另外，雖然各類模型具有先進技術水平，獨立于自動化控制的技術之上，但是總體來說卻缺乏競爭力，很多需增強多裝置流程模擬與過程優(yōu)化的一些工藝條件

22、。模型通用性能不強由于我國化工工藝流程越來越繁多，所以一些科研單位缺乏產品化所需要的資金，且化工生產工藝流程具有多樣性，導致模型的通用性很差，產業(yè)化規(guī)模比較小，得不到廣泛推廣與使用。而若將已有過程模型與優(yōu)化技術產品化則需大量的人力與資金，且需專業(yè)科研人員進行產品程序開發(fā)，從而須投入多人力物力及技術人員。質量控制參數(shù)亟待規(guī)范在自動化控制的質量控制中，需在實驗生產時確定其屬性與指標，對化工產品參數(shù)若不是整一規(guī)劃則不利于自動化控制對化工產品質量與工藝水平的提高，因此自動化控制中須加強對質量控制參數(shù)的規(guī)范。系統(tǒng)集成管理程度不夠高，產品化能力差大多數(shù)自動化控制系統(tǒng)采用基本常規(guī)的操作系統(tǒng)，很多裝置的潛力沒

23、能發(fā)揮，自動化控制系統(tǒng)集成管理程度有待提高。而產品化能力差不僅表現(xiàn)在缺乏對現(xiàn)有生產模型和技術優(yōu)化需要的資金與人力資源，而且不應該將很高學歷的研究人員都分配到開發(fā)產品化程序工作中，不能使人員得到合理配置，浪費了大量人力資源。合理(hl)的解決方法雖然(surn)化工自動化有各種各樣的問題,但是我們發(fā)現(xiàn)有一些合理(hl)的辦法能解決這個問題,比如:3.1 合理規(guī)范自動化業(yè)務流程，加強自動化控制模型通用性能增強化工自動化控制模型多裝置流程模擬及過程優(yōu)化的工藝條件，采用先進科技技術，增強其競爭力，使得自動化控制業(yè)務流程清晰合理，自動化控制模型與獨立開發(fā)模型之間以及各模型與工業(yè)之間數(shù)據交換時得以規(guī)范，從

24、而利于提高自動化控制的工作效率。3.2 合理進行質量控制參數(shù)選擇，強化產品化能力在實驗生產過程中選擇質量良好的控制屬性與指標，并正確選用正態(tài)分布理論描述化工自動化控制的各項指標，提高其合理正確性。并加大對生產模型與技術升級所需的資金及人力資源，對科研人員進行合理分配，使得人力資源得到合理配置，利于提高產品化能力。3.3 采用預防式質量控制管理模式，提高自動化控制系統(tǒng)集成管理程度預防式模型是最基本的質量控制模型，即在主顯示器上接收數(shù)據信息，并可以繪制出相應的質量控制圖，在發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存有問題時立即產生警報通知相關人員，以利于及時有效地采取措施解決。加強自動化控制系統(tǒng)集成化的管理程度，增強質量控制效果

25、，生產合格可靠的產品，從而大大降低生產成本，提高化工生產效率與經濟效益。3.4 注重使用最先進控制系統(tǒng)，加強技術與應用技術的研究由于目前有很多化工企業(yè)仍然使用傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，使得裝置潛能未能完全發(fā)揮，為此需注重采用先進控制系統(tǒng)，以利于實現(xiàn)化工經濟的增長。我們并需注重加強科研力度，努力開發(fā)集成化管理程度更高的化工自動化控制系統(tǒng)，提高流程模擬與過程中的自動化優(yōu)化技術，并對其進行廣泛推廣與使用?；?hugng)自動化的發(fā)展趨勢化工自動化控制的發(fā)展趨勢一是自動化技術水平越來越高，二是化工企業(yè)規(guī)模越來越大，因此，化工自動化控制的發(fā)展必須服從和服務于化工企業(yè)發(fā)展的大局(dj)，不斷適應化工企業(yè)發(fā)展的需要

26、 不斷提高化工(hugng)自動化控制水平。4.1 化工自動化控制對控制硬件的需求隨著計算機技術的不斷發(fā)展和互聯(lián)網應用范圍的日益擴大， 微電子技術和信息技術在自動化控制系統(tǒng)與自動化設備中的廣泛應用，信息控制網絡和化工自動化控制網絡呈現(xiàn)一體化發(fā)展趨勢?；み^程的控制體現(xiàn)在數(shù)據采集、自動化控制、技術調解、計算機監(jiān)控、經營決策、設備維護等各個環(huán)節(jié)，通過化工過程控制一體信息平臺集中到自動化控制系統(tǒng) 如 MIS 系統(tǒng)。這個過程控制對自動化控制的硬件要求提出了挑戰(zhàn)，因為，過程控制的各個環(huán)節(jié)所采用的技術設備的生產經營商的硬件設備并不是同一的，開發(fā)經營商獨立經營自己的硬件設施，在資源整合的過程中，可能存在不兼

27、容，接口不統(tǒng)一等問題，并且影響到技術產品的升級換代。因此，化工自動化控制硬件必須具備兼容、連接接口統(tǒng)一、便于升級換代、速度快的特點。只有滿足這些要求的化工過程控制技術設備，才能夠在化工自動化控制領域得到廣泛應用，并且實現(xiàn)化工過程控制各個階段、各個系統(tǒng)的無縫連接，確保任一化工過程控制設備的升級換代不影響化工企業(yè)的正常生產。這就要求化工過程控制所采用的技術設備要有統(tǒng)一的接口，需要協(xié)調不同的硬件供應商采用化工企業(yè)通用的接口， 實現(xiàn)化工過程現(xiàn)場的設備之間數(shù)據交換的暢通， 采用光纜作為連接介質作為化工過程自動化控制系統(tǒng)鏈接成為必須， 可以充分實現(xiàn)不同的技術設備如分布式 I/O 控制站、 智能儀表、 變頻器、 工業(yè)鍵盤等與控制器之間數(shù)據交換的順暢?；ぷ詣踊刂茖刂朴布陌l(fā)展只有在靈活性、 過程控制精度、抗干擾性能、過程控制速度等方面取得領先優(yōu)勢，才能在化工過程自動化控制中發(fā)揮重要作用。4.2 化工自動化控制對控制軟件的需求化工自動化控制的核心是信息集成，信息集成的重要部分是數(shù)據庫管理系統(tǒng)。 由于大多數(shù)化工企業(yè)采用流程管理模式，反映化工過