化工自动化调研报告(共16页)

1、调研(dio yn)报告书题目(tm)：化工自动化的现状 学 院 自动化科学(kxu)与工程学院 专 业 自动化 班 级 13级3班 学生姓名 班内序号 起止日期 2015.11 192015.11.26 目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc436224094 引言 PAGEREF _Toc436224094 h 1 HYPERLINK l _Toc436224095 1 目前化工生产采用的主流控制系统 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 与 FCS 的联系与发展 PAGEREF _Toc436224098 h 6 HYPERLINK l _Toc436224099 2化工自动化控制存在的问题 PAGEREF _Toc436224099 h 6 HYPERLINK l _Toc436224100 2.1业务流程不够规范 PAGEREF _Toc436224100 h 7 HYPERLINK l _Toc436224101 2.2模

3、型通用性能不强 PAGEREF _Toc436224101 h 7 HYPERLINK l _Toc436224102 2.3质量控制参数亟待规范 PAGEREF _Toc436224102 h 7 HYPERLINK l _Toc436224103 2.4系统集成管理程度不够高，产品化能力差 PAGEREF _Toc436224103 h 7 HYPERLINK l _Toc436224104 3合理的解决方法 PAGEREF _Toc436224104 h 7 HYPERLINK l _Toc436224105 3.1 合理规范自动化业务流程，加强自动化控制模型通用性能 PAGEREF _

4、Toc436224105 h 7 HYPERLINK l _Toc436224106 3.2 合理进行质量控制参数选择，强化产品化能力 PAGEREF _Toc436224106 h 8 HYPERLINK l _Toc436224107 3.3 采用预防式质量控制管理模式，提高自动化控制系统集成管理程度 PAGEREF _Toc436224107 h 8 HYPERLINK l _Toc436224108 3.4 注重使用最先进控制系统，加强技术与应用技术的研究 PAGEREF _Toc436224108 h 8 HYPERLINK l _Toc436224109 4化工自动化的发展趋势 P

5、AGEREF _Toc436224109 h 8 HYPERLINK l _Toc436224110 4.1 化工自动化控制对控制硬件的需求 PAGEREF _Toc436224110 h 8 HYPERLINK l _Toc436224111 4.2 化工自动化控制对控制软件的需求 PAGEREF _Toc436224111 h 9 HYPERLINK l _Toc436224112 结语 PAGEREF _Toc436224112 h 10 HYPERLINK l _Toc436224113 参考文献 PAGEREF _Toc436224113 h 10化工自动化的现状(xinzhung)

6、引言化学工业(huxu gngy)不仅是支柱产业，而且还是集能源,资金，技术于一体的密集型产业。伴随着我国经济和科技的飞速发展。近年来，我国的化工工业不只扩大了生产规模，而且还提高了生产的技术水平。化工自动化控制技术的实现，有利于提高化学工业的生产效率，增强化工企业的经营管理水平，降低生产的成本和能源的消耗，并一定(ydng)程度的改善化工工作人员的工作氛围，提高化工产品的生产质量，从而提高化工企业的社会效益和经济效益。为了深入了解化工自动化的发展现状、发现相关问题并提出相关解决方案，我们开展了这次调研活动。1 目前化工生产采用的主流控制系统集散控制系统DCS已经很广泛的应用在了现代工业中，

7、它能使得高科技时代出现的各种设备具有更加多样化和新型的功能。而上世纪 90年代走向实用化的现场总线控制系统FCS，正以迅猛的势头快速发展，是目前世界上最新型的控制系统,有逐渐取代DCS的趋势。不过由于化工行业最关注的还是过程控制，而且大量的参数为模拟量，故目前化工行业使用的最普遍的还是DCS控制系统。下面分别对DCS和FCS控制系统予以介绍。1.1 DCS 1.1.1 DCS控制系统的概述DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。DCS是集计算机技术、控制技术、通信技术和 CRT 显示技术为一体的高新技术产品，

8、其主要特点是：控制功能强，系统可靠性高；采用 CRT 操作站有良好的人机界面；软硬件采用模块化积木式结构，系统容易开发；采用组态软件，编程简单，操作方便；有良好的性价比。DCS 控制系统在化工、电力、冶金等自动化领域的应用已经十分普遍。下面是DCS系统结构图。图1 DCS控制系统(kn zh x tn)结构图1.1.2 DCS 控制系统的主要(zhyo)功能（1） 实时(sh sh)显示通过控制站，创建系统的 O/I 服务，完成对现场控制点的数据采集，对生产系统的整体运行状况在操作员站上通过流程画面(5 幅)、单回路控制画面(62 幅)、数据、声音的变化体现出来。（2） 参数调整在操作员站上，

9、操作员根据生产需要对运行参数做出及时、准确的调整，如压力、温度、流量、液位参数的调整。（3） 报警功能通过创建报警服务，对模拟量、开关量、硬件设备和系统运行状态进行报警监视，提供报警发生时间、报警点、报警说明等报警信息的列表显示。如当空压机、搅拌电动机出现故障时，屏幕画面会由绿色变成红色，并伴随灯光闪烁、声音提示的方式进行报警，从而提醒操作员及时处理，保证设备运行安全。（4） 监督功能通过对历史参数的浏览、查阅操作记录及报警信息的处理和分析，监督操作人员是否按时完成职责操作及有无误操作。当发生故障时，可利用实时和历史的数据，对故障进行及时分析，明确故障发生的原因，以避免故障再次发生，减少损失。

10、DCS 在化工生产(shngchn)中的应用（1） 联锁(lin su)控制(kngzh)联锁控制是通过计算机的逻辑运算自动对现场设备进行保护的手段。即当联锁条件满足时，自动采取一系列动作，如电磁阀动作、调节阀自动打开或关闭、电动设备的自动动作等。系统全部由计算机软件组态完成，具有较强的可靠性、准确性和关联性，带有事故记忆和逻辑判断、智能化功能，它能取代操作人员要进行的大量操作和紧急事故处理，避免了误停车及停车时的扩大化和停车的扰乱与失误。该项目共有 27 套联锁控制，主要是液位联锁、流量联锁和密度联锁，其中液位联锁电动机的控制原理为：自动控制，当液位低于设定下限时，由 D C S 发出启动信

11、号，控制开关触点闭合，电动机启动投入运行，当液位高于设定上限时，由DCS 发出停止信号，控制开关触点断合，电动机停止运行；手动控制，可以通过 DCS 直接发出启动停止信号，也可通过安装在现场操作柱上的旋转开关，人工操作控制电动机的起停。（2） 反应器反应温度的控制反应器控制是工艺的关键过程，其生产控制水平对产品质量和生产安全有至关重要的影响。产品的质量在很大程度上取决于工艺参数温度、压力的控制。长期生产实践证明，控制反应温度平稳是过程控制的一个重点。假如在运行过程中不及时有效地移去反应热，则由于反应器内部的正反馈，将使反应温度不断上升，以致达到无法控制的地步。针对工艺特点，该反应过程从控制角度

12、分为升温升压阶段、过渡阶段、恒温恒压阶段，其中，恒温恒压阶段对控制精度要求较高，因此这一阶段是整个反应过程控制的重点。为了减少由于温场不同引起的测量误差，测温单元采用精度等级为 A 级的 W Z P K 铠装双芯铂电阻，其具有精确、灵敏、热响应时间快、质量稳定、使用寿命长等优点。双芯铂电阻其中一芯是 Pt100 电阻信号，另一芯是通过智能温度变送器，并根据不同的工艺要求，输出代表不同温度范围的420mA 信号。Pt100 信号用于控制蒸汽的调节阀，420mA 信号用于控制循环水的调节阀。对于该项目中所用反应器，由于容量大，热效应强，而传热效果不太理想，以往采用一般(ybn)的单回路控制或内温-

13、夹套温度(wnd)的串级控制难于满足工艺要求，因此采用 DCS 进行程序控制(chngxkngzh)，从而克服反应器反应滞后特性，提高对其反应温度的控制精度。升温时，DCS 自动执行“反应温度(蒸汽)程控投入”程序，按设计程序以设定的速率升温，如升温过快或过慢，自动执行“反应温度(蒸汽)程控切除”程序，在手动状态下调节蒸汽调节阀阀位开度，使升温进入正常。恒温恒压时同此原理。采用该 DCS 控制系统后，可实现全过程的自动控制，合理调节夹套蒸汽和蛇管循环水的流量，可使温度稳定在设定值0.5范围之内。温度变化符合理想的工艺曲线，大大提高了产品质量，达到优质、稳定、可靠和节能降耗的目的，从而提高生产效

14、率，增加企业的经济效益。（3） 液位串级控制T1205 塔的液位稳定是通过控制塔底出料量来实现的，而 T1205 塔的出料量正好是萃取工段T1407 塔的进料量。因此在保证前塔液位稳定时，后塔进料量不可能稳定；反之，如果保证了后塔进料量的稳定，势必造成前塔的液位不稳定。为了保证前塔液位和后塔进料量的稳定而采用串级均匀控制系统，即将液位控制器的输出作为流量控制器的给定值，用流量控制的输出来操作执行器。由于在这个系统中加入了副回路，可以及时克服由于塔内或排出端压力改变所引起的流量变化，使系统的稳定性有了极大的提高，有效的解决了由于系统波动过大带来的不必要的损失，而且更好地节约了人力资源。1.2 F

15、CS1.2.1 FCS控制系统的概述FCS (Fieldbus Control System)，是现场总线控制系统的国际通用缩写。 FCS是伴随着现场总线技术的发展而壮大起来的。所谓现场总线,国际电工委员会制定的标准定一为 “现场总线是联接智能现场设备和自动化系统的数字式,双向传输,多分支结构的通信网络”。FCS正是基于目前已较为稳定成熟的现总线技术，体现了“信息集中，控制分散”的现代控制思想的自动控制系统。FCS具有开放性。FCS中软件和硬件都遵从同样的标准，互换性好，更新换代容易，编程和开发工具是完全开放的，同时还可以利用PC丰富的软/硬件资源。系统的效率高。FCS中一台PC可同时完成原来

16、要用两台设备才能完成的PLC和NC/CNC任务。在多任务的Windows NT操作系统下，PC中的软PLC可以同时执行多达十几个PLC任务，既提高了效率，又降低了成本。且PC上的PLC具有在线调试和仿真功能，极大地改善了编程环境。图2 FCS控制系统(kn zh x tn)结构图1.2.2 FCS控制系统的结构(jigu)和主要功能FCS中系统(xtng)的基本结构为：工控机或商用PC、现场总线主站接口卡、现场总线输人/输出模块、PLC或NC/CNC实时多任务控制软件包、组态软件和应用软件。结构图见图2。上位机的主要功能包括系统组态、数据库组态、历史库组态、图形组态、控制算法组态、数据报表组态

17、、实时数据显示、历史数据显示、图形显示、参数列表、数据打印输出、数据输人及参数修改、控制运算调节、报警处理、故障处理、通信控制和人机接口等各个方面，真正实现控制集中、危险分散、数据共享、完全开放的控制要求。1.2.3 FCS控制系统的优点 （1） 高度的可靠性 FCS 具有高度的分散性,它的现场设备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 ,由现场仪表组成的网络结构简单 ,不需依靠繁琐的接线 ,设备检修和维护相对容易 ,一旦某块仪表发生故障,高 度的分散性使其不会影响其他设备的工作,使得 FCS 的整体可靠性和容错能力得到提高。（2） 广泛(gungfn)的兼容性和开放性 开放性是

18、现代计算机技术发展(fzhn)的主流思想,FCS 是一个(y )开放式的网 络,采用通用的现场总线协议(如 PROFIBUS、CAN、MODBUS 等),不同厂家基于相同现场总线的产品可以实现信息交换,避免了传统控制系统中 必须选用同一厂家产品的限制,有效降低了控制系统的成本。（3） 较高的环境适应能力 作为 FCS 基础的现场总线协议是专用于生产现场的底层通信协议, 这使得现场总线对现场环境有较强的适应性,现场总线采用双绞线、同轴电缆、光纤等介质,本身也具有较强的抗干扰能力。另外,现场总线全数字化的信号避免了模拟信号传输过程中的信号衰减,易被干扰等问题 （4） 维护方便 现场控制设备具有自诊

19、断和处理简单故障的能力,并且用户可以通过上位机监控软件很方便地查询设备的运行和诊断信息,及时分析出故障原因,采取措施排除,缩短了维修时间,减少了维护工作量。（5） 节约企业资金由于硬件数目上的减少,并且减少了大量连接线缆,FCS 极大地节省了企业的安装费用,同时,维护上的便利也使得维护费用大为降低。对于国内企业具有很大优势。 1.2.4 FCS 目前的局限和发展FCS 目前最大的局限就是由于软硬件水平的限制造成的功能上的欠缺,体现在实际应用中主要是对于复杂、先进的控制算法还无法在仪表中实现,需要中央控制设备的协助完成。另外作为一种新兴的控制技术,产品的品种还不够齐全。1.3 DCS 与 FCS

20、 的联系与发展DCS的关键是通信。也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。为保证通完整，大部分DCS厂家都能提供冗余数据公路，为了保证系统的安全性，使用了复杂的通信规约和检错技术。FCS系统的本身是信息处理现场化。FCS整体结构上是DCS的继承与发展，它将控制进一步分散到现场，同时又能集中监控和管理整个生产过程。因此说，FCS是全数字的、全分散的、全开放的新一代控制系统。由于DCS应用广泛、技术成熟，在现有的技术条件和市场条件下，FCS还不能完全取代DCS。对面对这种情况，我们应更多地考虑FCS与DCS的集成，保留了DCS丰富的监控、协调管理功能，另一方面也发挥了FCS网络化、分散化控制的

21、优势，从而提高生产过程的综合自动化水平。化工(hugng)自动化控制存在的问题我国化工自动化控制的控制规律及实施技术、规模与方案方面已经取得很大进步与不少(b sho)成功经验，化工产业的经济效益也不断提高。但目前我国化工自动化控制仍存有一定的问题需我们进行解决与改善。业务流程不够(bgu)规范我国的自动化控制应用中大部分为独立开发模型，但其业务流程由于自动化控制模型与独立开发模型之间进行了数据交换且各模型与工业之间的数据互相交换而存在混乱的情况，有待规范。另外，虽然各类模型具有先进技术水平，独立于自动化控制的技术之上，但是总体来说却缺乏竞争力，很多需增强多装置流程模拟与过程优化的一些工艺条件

22、。模型通用性能不强由于我国化工工艺流程越来越繁多，所以一些科研单位缺乏产品化所需要的资金，且化工生产工艺流程具有多样性，导致模型的通用性很差，产业化规模比较小，得不到广泛推广与使用。而若将已有过程模型与优化技术产品化则需大量的人力与资金，且需专业科研人员进行产品程序开发，从而须投入多人力物力及技术人员。质量控制参数亟待规范在自动化控制的质量控制中，需在实验生产时确定其属性与指标，对化工产品参数若不是整一规划则不利于自动化控制对化工产品质量与工艺水平的提高，因此自动化控制中须加强对质量控制参数的规范。系统集成管理程度不够高，产品化能力差大多数自动化控制系统采用基本常规的操作系统，很多装置的潜力没

23、能发挥，自动化控制系统集成管理程度有待提高。而产品化能力差不仅表现在缺乏对现有生产模型和技术优化需要的资金与人力资源，而且不应该将很高学历的研究人员都分配到开发产品化程序工作中，不能使人员得到合理配置，浪费了大量人力资源。合理(hl)的解决方法虽然(surn)化工自动化有各种各样的问题,但是我们发现有一些合理(hl)的办法能解决这个问题,比如:3.1 合理规范自动化业务流程，加强自动化控制模型通用性能增强化工自动化控制模型多装置流程模拟及过程优化的工艺条件，采用先进科技技术，增强其竞争力，使得自动化控制业务流程清晰合理，自动化控制模型与独立开发模型之间以及各模型与工业之间数据交换时得以规范，从

24、而利于提高自动化控制的工作效率。3.2 合理进行质量控制参数选择，强化产品化能力在实验生产过程中选择质量良好的控制属性与指标，并正确选用正态分布理论描述化工自动化控制的各项指标，提高其合理正确性。并加大对生产模型与技术升级所需的资金及人力资源，对科研人员进行合理分配，使得人力资源得到合理配置，利于提高产品化能力。3.3 采用预防式质量控制管理模式，提高自动化控制系统集成管理程度预防式模型是最基本的质量控制模型，即在主显示器上接收数据信息，并可以绘制出相应的质量控制图，在发现系统存有问题时立即产生警报通知相关人员，以利于及时有效地采取措施解决。加强自动化控制系统集成化的管理程度，增强质量控制效果

25、，生产合格可靠的产品，从而大大降低生产成本，提高化工生产效率与经济效益。3.4 注重使用最先进控制系统，加强技术与应用技术的研究由于目前有很多化工企业仍然使用传统的控制系统，使得装置潜能未能完全发挥，为此需注重采用先进控制系统，以利于实现化工经济的增长。我们并需注重加强科研力度，努力开发集成化管理程度更高的化工自动化控制系统，提高流程模拟与过程中的自动化优化技术，并对其进行广泛推广与使用。化工(hugng)自动化的发展趋势化工自动化控制的发展趋势一是自动化技术水平越来越高，二是化工企业规模越来越大，因此，化工自动化控制的发展必须服从和服务于化工企业发展的大局(dj)，不断适应化工企业发展的需要

26、 不断提高化工(hugng)自动化控制水平。4.1 化工自动化控制对控制硬件的需求随着计算机技术的不断发展和互联网应用范围的日益扩大， 微电子技术和信息技术在自动化控制系统与自动化设备中的广泛应用，信息控制网络和化工自动化控制网络呈现一体化发展趋势。化工过程的控制体现在数据采集、自动化控制、技术调解、计算机监控、经营决策、设备维护等各个环节，通过化工过程控制一体信息平台集中到自动化控制系统 如 MIS 系统。这个过程控制对自动化控制的硬件要求提出了挑战，因为，过程控制的各个环节所采用的技术设备的生产经营商的硬件设备并不是同一的，开发经营商独立经营自己的硬件设施，在资源整合的过程中，可能存在不兼

27、容，接口不统一等问题，并且影响到技术产品的升级换代。因此，化工自动化控制硬件必须具备兼容、连接接口统一、便于升级换代、速度快的特点。只有满足这些要求的化工过程控制技术设备，才能够在化工自动化控制领域得到广泛应用，并且实现化工过程控制各个阶段、各个系统的无缝连接，确保任一化工过程控制设备的升级换代不影响化工企业的正常生产。这就要求化工过程控制所采用的技术设备要有统一的接口，需要协调不同的硬件供应商采用化工企业通用的接口， 实现化工过程现场的设备之间数据交换的畅通， 采用光缆作为连接介质作为化工过程自动化控制系统链接成为必须， 可以充分实现不同的技术设备如分布式 I/O 控制站、 智能仪表、 变频器、 工业键盘等与控制器之间数据交换的顺畅。化工自动化控制对控制硬件的发展只有在灵活性、 过程控制精度、抗干扰性能、过程控制速度等方面取得领先优势，才能在化工过程自动化控制中发挥重要作用。4.2 化工自动化控制对控制软件的需求化工自动化控制的核心是信息集成，信息集成的重要部分是数据库管理系统。 由于大多数化工企业采用流程管理模式，反映化工过