石油化工自動化技術的應用與發展趨勢 一、引言 在信息技術高度發達的今天，作為傳統工業的石油化工工業仍然是一個國家經濟發展的重要支柱性基礎產業。 幾十年來，石油化工工業自動化技術隨著工藝和裝備技術的不斷發展而發展，從初期簡單的手工操作到連續工藝及負荷不斷加大，對生產穩定性要求越來越高，對控制的要求及自動化水平也越來越高，儀表使用越來越普遍，從簡單回路的閉環控制到單元裝置的全面自動化，使用的控制工具也從氣動單元組合儀表、電動單元組合儀表到DCS的廣泛應用；控制水平也從單參數簡單控制回路到多變量復雜控制回路，先進控制系統、優化控制系統在各種場合都有成功應用的典范。 隨著工業規模的進一步推廣，快速反應、臨界穩定工藝、能量綜合平衡等工藝的開發成功，對自動化提出了更高的要求。另外，激烈的市場競爭也對自動化提出了新的目標與要求。同時，信息技術對石油化工自動化技術的發展也注入了新的活力。 二、現場總線的應用將逐步推廣 現場總線（fieldbus）是應用于生產現場，在現場儀表（包括變送器、執行器、記錄儀，單回路調節器、可編程序控制器等）之間、現場儀表和控制設備之間實現全數字化、串行、雙向、多變量數字通信的網絡互連技術。它的出現，給工業控制技術領域產生了非常大的影響。 雖然現場總線國際標準IEC61158包含了FF、Profibus、ControlNet、WorldFIP、P-NET等在內的八種類型（現已增加到十種類型）的現場總線，沒有實現它最初的“制定單一現場總線”的目標，同時也宣告了多種現場總線并存的局面已經形成。但與現有的DCS、PLC等相比，現場總線控制系統FCS由于具有的全數字多點通信、現場設備狀態可控、開放性、互可操作并能實現分散控制等特點，仍然是石油化工行業基礎自動化系統的發展趨勢。 但今后一段時間內，FCS的推廣應用將呈現以下幾個特點： （1）FCS將與DCS共存 DCS自上個世紀七十年代問世以來，經歷了發展、成熟到大規模應用幾個階段，并采用了大量先進成熟技術。DCS技術成熟，性能可靠，軟件豐富，功能完善，得到了用戶的信任，已經成為工業生產過程控制的主要手段。而FCS還處于發展階段，技術本身還不太成熟，（如網絡冗余性問題至今還沒有得到很好的解決）可靠性尚未得到充分驗證，功能還不如DCS完善。所以用戶雖然關注FCS的發展，但還存在疑慮，多持謹慎觀望的態度。 另外，對于系統規模較小、控制對象分布比較集中的場合，以及沒有擴展設備智能診斷和管理要求的場合，現場總線的優越性并不能得到充分體現，大規模更換已有的DCS設備勢必造成巨大的浪費。 基于現場總線的現場智能設備管理，也曾經被作為現場總線的一個熱賣點進行炒作，但對目前世界各大公司提供的設備管理產品進行認真分析之后來看，并沒有什么新意。比如，設備的故障診斷就是一門復雜的科學，它需要結合機械、電子、計算機等多學科知識，建立設備的故障模型，并采集大量設備運行狀態信息以后，進行詳細分析，才能作出準確和有意義的判斷，對設備的維護才具有真正的指導意義。但遺憾的是，目前的設備管理軟件產品基本上都沒有做到這一點。 總之，DCS至今已經發展得相當成熟和實用，仍是當前工業自動化系統應用及選型的主流，并不會隨著FCS的出現和發展馬上退出歷史舞臺，相反，在今后相當長一段時間內，DCS將會與FCS共存下去。 （2）現場總線與DCS相結合 將現場總線技術集成到現有控制系統中，將現場總線智能儀表連接到DCS上，利用DCS豐富而成熟的控制功能和軟、硬件產品帶動現場總線的推廣應用。一般來講，現場總線與傳統控制系統之間的集成主要有三種途徑：一是現場總線在DCS、PLC的I/O層次上的集成，現場總線設備作為I/O卡件集成在DCS、PLC中；第二是現場總線集成在DCS、PLC網絡上，現場總線設備通過網關集成到DCS、PLC上，統一組態、監控與管理；第三則是獨立FCS與DCS、PLC之間的信息集成，即FCS與DCS、PLC都獨立工作，兩者之間通過網關實現信息的映射與互訪。在目前傳統控制系統仍在大量使用的情況下，以上幾種方法不僅可以利用DCS、PLC成熟的技術與經驗，也可以發揮現場總線的優勢。 同時，在現場總線推廣應用的基礎上，逐步完善管控一體化功能。利用現場總線的全數字通信功能，收集現場智能設備所提供的大量非控制信息，建立現場智能設備數據庫，建立和完善現場智能設備的遠程狀態監控、故障診斷、預防維護、在線調校等遠程管理功能，實現對現場設備的一體化管理與控制。 （3）多總線集成與“自動化孤島” 現場總線國際標準IEC61158沒有能夠統一所有的現場總線，除了市場利益方面的因素外，由于不同的現場總線針對某一特定的應用領域而開發出來的，在技術上各有特色，所以至今還沒有一種總線能夠代替所有其他的現場總線。如FF、HART在連續信號的處理中具有一定的特色，而PROFIBUS、INTERBUS等在開關量信號的處理中又有一定的優勢。 因此，今后一段時間內，無論何種形式的基礎自動化控制系統，都將具備多種現場總線互聯與信息集成能力。 無論采用何種形式的控制系統，都必須解決不同現場總線、不同類型的控制系統之間的“自動化孤島”問題，將各個廠家DCS、PLC以及其它智能設備連接到一個統一的數據庫平臺上，以統一調度和共享。 （4）以太網現場總線 隨著互聯網技術的發展與普及，以太網具有應用廣泛、成本低廉、通信速率高、軟硬件資源豐富、可持續發展潛力大等特點，正從商用通信領域逐步滲透到控制領域，并廣泛應用于工業企業的控制層、管理層設備間的通信。 為此，國際跨國公司紛紛推出了基于以太網的現場總線技術，如浙大中控的EPA、西門子的ProfiNet I/O、歐洲開放網絡聯合會IAONA的EtherCAT和PowerLink等。這些實時以太網協議已列入IEC正在起草的實時以太網應用行規國際標準IEC61784-2。 由于實時以太網現場總線不僅融合了現有的現場總線的特點，而且與信息領域的成熟技術相結合，在石油化工自動化控制領域將會得到廣泛的應用。
