現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在石化行業(yè)的應(yīng)用及發(fā)展

1、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在石化行業(yè)的應(yīng)用及開展劉聰俐;周開華;古正龍摘要:簡要介紹了現(xiàn)場總線系統(tǒng)在石化行業(yè)的重要地位，并結(jié)合實際對其進展優(yōu)勢分析，對其應(yīng)用開展發(fā)表了個人看法關(guān)鍵詞:fs控制系統(tǒng);構(gòu)造特點;優(yōu)勢分析;前景展望“信息化帶開工業(yè)化，工業(yè)化促進信息化是中國的國策。如今石油和化工企業(yè)的信息化分為三層構(gòu)造：第一層以ps(pressntrlsyste，過程控制系統(tǒng))為代表的消費過程根底自動化層，主要內(nèi)容包括先進控制系統(tǒng)ds、fs、先進控制軟件、軟測量技術(shù)、實時數(shù)據(jù)庫等。第二層以es(anufaturingexeutinsyste，制造執(zhí)行系統(tǒng))為代表的消費過程運行優(yōu)化層，主要內(nèi)容包括現(xiàn)金方案與調(diào)度技

2、術(shù)aps、消費實時跟蹤技術(shù)、動態(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(enterpriseresureplanning，企業(yè)資源方案)為代表的消費過程經(jīng)營優(yōu)化層，主要內(nèi)容包括企業(yè)資源管理erp、供給鏈管理、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)管理、設(shè)備資源管理、企業(yè)電子商務(wù)平臺等。三層構(gòu)造在功能劃分上雖有重疊，但各有側(cè)重。目前中國石油內(nèi)部正在es和erp這兩層平臺推廣施行先進的管理系統(tǒng)。ps層雖然處于最底層，但是本層各種控制系統(tǒng)及技術(shù)應(yīng)用效果的好壞，直接關(guān)系到信息化進程的快慢和應(yīng)用效果。在目前，ds集散控制系統(tǒng)還是主流，國內(nèi)已有近800套應(yīng)用。但是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)fsfieldbusntrlsyste代

3、表當(dāng)今控制技術(shù)和ds的開展方向，并已經(jīng)進入工業(yè)化應(yīng)用階段。人們對fs有各種評論，既有對新技術(shù)的贊嘗，也有對現(xiàn)狀的困惑。盡管眾說紛紜，筆者將fs結(jié)合本公司裝置實例，對其應(yīng)用開展，略表以下個人之見：一、(fs)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點根據(jù)ie/isa定義，現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支的通信網(wǎng)絡(luò)。它是用于過程自動化最底層的現(xiàn)場設(shè)備以及現(xiàn)場儀表的互連網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)的集成。它具有系統(tǒng)開放性；互可操作性和互用性；現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性；系統(tǒng)構(gòu)造的高度分散性；對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性等技術(shù)特點。fs與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)如ds的構(gòu)造比照方下圖二、(fs)現(xiàn)場總線控制

4、系統(tǒng)的優(yōu)勢分析出于平安角度考慮，煉油化工裝置與操作控制人員所處的間隔 一般較遠，采用fs比采用ds優(yōu)勢更明顯。以我公司20萬噸/年催化重整和10萬噸/年柴油加氫結(jié)合裝置為例，來分析一下采用現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)勢。目前本結(jié)合裝置采用ds系統(tǒng)，從裝置到控制站之間間隔 為大約450。ds系統(tǒng)現(xiàn)場控制站i/點數(shù)統(tǒng)計為不包括esd系統(tǒng)點數(shù)：模擬量輸入點ai帶控制106點、指示208點；溫度指示t/、rtd：340點；模擬量輸出a：93點；數(shù)字量輸入di:50點；數(shù)字量輸出d：22點。根據(jù)點數(shù)統(tǒng)計，集散控制系統(tǒng)規(guī)模最低設(shè)置考慮20%備用余量應(yīng)至少配控制柜4塊，包括：8點ai卡57塊，6路t/卡68塊，8點a卡

5、27塊，16點di卡：4塊，16點d卡2塊。平安柵柜4塊，對所有輸入輸出配平安柵、繼電器端子等。電源柜1塊，為控制柜和平安柵柜提供電源。操作站4個，工程師站1個。電纜敷設(shè)采用從現(xiàn)場儀表到接線箱，再通過多芯電纜至控制室內(nèi)接線端子的方式。這樣所用8芯電纜電纜數(shù)量大約41k，2芯電纜電纜數(shù)量大約41k。假如采用fs系統(tǒng)，從控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝、投運到日常檢維修都可以表達其優(yōu)越性：一節(jié)約初期投資和安裝費用以采用prfibus-dp為例，構(gòu)成多主站控制系統(tǒng)。由于現(xiàn)場的智能設(shè)備具有多種功能，因此可不再需要單獨的控制器、報警設(shè)定器、及ds系統(tǒng)的多種卡件、隔離柵等。所以說可以省去本結(jié)合裝置中4個控制柜和4個平安

6、柵柜中所有卡件、隔離柵及其他變送器、設(shè)定器等控制設(shè)備。但是相比擬電型儀表，現(xiàn)場智能儀表價位稍高，總體上來說硬件投資低于ds系統(tǒng)。由于控制室內(nèi)設(shè)備減少，并且現(xiàn)場總線系統(tǒng)接線簡單，一對雙絞線上可掛接多個設(shè)備，因此電纜、槽盒、橋架用量和規(guī)格大大減少，既節(jié)約了投資，也減少了設(shè)計、安裝工作量。橋架寬度規(guī)格減小，能相應(yīng)減少土建專業(yè)施工難度?？傮w上而言，可減少初期投資。二節(jié)約后期安裝和日常維護費用當(dāng)后期需要增加現(xiàn)場控制設(shè)備時，無需增設(shè)新電纜，就近連在原電纜即可，節(jié)省了后期電纜投資和相應(yīng)的施工工作量，普遍認為可節(jié)約安裝費用60%。由于現(xiàn)場控制設(shè)備本身具有自診斷、故障自處理才能，并且控制網(wǎng)絡(luò)可以將現(xiàn)場控制設(shè)備的

7、狀態(tài)、診斷信息傳輸?shù)娇刂剖?，操作管理人員可以快速、準(zhǔn)確的理解和查詢消費現(xiàn)場和自控設(shè)備的運行狀態(tài)。作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的智能現(xiàn)場設(shè)備，具備數(shù)字計算和數(shù)字通訊才能，位于現(xiàn)場的測量變送與執(zhí)行機構(gòu)之間直接借助網(wǎng)絡(luò)傳送信號，因此控制功能可直接在現(xiàn)場完成，實現(xiàn)了徹底的分散到現(xiàn)場的控制系統(tǒng)功能，從根本上進步了控制系統(tǒng)運行的可靠性和有效性。2.3用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)控制網(wǎng)絡(luò)打破了ds系統(tǒng)中因?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)的封閉造成的缺陷，采用開放化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，用戶可根據(jù)廣泛認可的、開放的協(xié)議選用總線系統(tǒng)，不會為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而煩惱。三、國內(nèi)工程應(yīng)用存在的問題一價格問題fs的主要特點是節(jié)省安裝費用和維護開銷，在

8、硬件的價格方面并不比傳統(tǒng)的ds或者pl低，甚至要略高于它們。國外的fs應(yīng)用試點報告已說明了這種情況，fs的總費用低。但在國內(nèi)，一方面用戶對硬件的價格非常敏感，而進口fs硬件的價格高得驚人；另一方面，由于國內(nèi)目前人工費用低，所以工程設(shè)計，管理，安裝，調(diào)試等費用遠比國外低。這是fs在國內(nèi)應(yīng)用不多的一個重要原因。二冗余問題按照現(xiàn)場總線的設(shè)計思想，低速部分不需要冗余，因為它已經(jīng)將危險分散了，部分故障不會導(dǎo)致全局的故障?，F(xiàn)場總線的智能化儀表又有實現(xiàn)維修預(yù)報的功能，可以事先防范；而且萬一現(xiàn)場儀表故障，調(diào)節(jié)回路失靈，也可以由主機進展操作干預(yù)。主機出現(xiàn)故障時，現(xiàn)場儀表在現(xiàn)場自成調(diào)節(jié)回路而實現(xiàn)自主調(diào)節(jié)。但在實際

9、消費中的一些特殊應(yīng)用場合，控制系統(tǒng)用戶(尤其是出現(xiàn)過由于控制系統(tǒng)失靈導(dǎo)致工廠事故的消費企業(yè))特別強調(diào)冗余，有的甚至要冗余到底(包括電源，網(wǎng)絡(luò)等等)，而目前現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)ff的f1和prfibus的pa都沒有冗余。當(dāng)然，要完全冗余，在技術(shù)上不是完全不可能的，但這樣一來，在經(jīng)濟上往往是不允許的。三調(diào)試和運行維護比意料的難由于現(xiàn)場總線技術(shù)包含許多新的技術(shù)內(nèi)容，尤其是像ff這樣的現(xiàn)場總線本身相當(dāng)復(fù)雜，在調(diào)試過程和運行維護中經(jīng)常會遇到這樣那樣的困難。四、前景展望目前，在我國絕大部分過程工業(yè)都以ds作為主流控制系統(tǒng)，電皿型儀表作為主導(dǎo)儀表；加上因認識上的原因和現(xiàn)場總線智能儀表尚為非主導(dǎo)產(chǎn)品，暫不能大量普及fs。單從利用現(xiàn)有資源角度，ds系統(tǒng)的消失或完全被取代，短期內(nèi)也是不合理的，應(yīng)立足于現(xiàn)有ds，充分挖掘現(xiàn)有設(shè)備的潛力(如可以在ds與fs之間安裝網(wǎng)關(guān)，以實現(xiàn)信息的傳遞)，使既有投資又不至于浪費。另外，ds是一個不斷開展的控制系統(tǒng)，它必然采用現(xiàn)場總線技術(shù)對自身