化工装置建设中的仪表自动化工程与控制策略

摘要：本文笔者结合实际，就化工装置建设中的检测执行仪表及相关控制策略进行了阐述，对于设备运行和提高企业经济效益具有很大的应用价值。

关键词：仪表自动化 执行仪表 控制

现代自动化仪表的智能化技术不但改善了仪表本身的性能，还影响到了控制网络的体系结构，它不再是功能单一的固定结构，其适应性越来越强，功能也越来越丰富。笔者根据自己的实践工作经验，针对化工装置中的检测执行仪表及相关控制策进行了阐述。

1、检测执行仪表

1.1温度仪表

石化现场设备或管道内介质温度一般都需要指示控制，温度范围为-200℃到l800℃。大多数采用接触式测量。在现场指示的水银玻璃温度计多被双金属温度计取代，最常用的是热电阻、热电偶。特殊热电阻有油罐平均温度计等特殊热电偶和耐磨热电偶、表面热电偶、多点式热电偶、防爆热电偶等。热电阻、热电偶信号多直接进入DCS或其它温度采集仪表，一体化的温度变送器（两线制）等因现场总线技术兴起而逐渐普及。

1.2压力仪表

因为与安全密切相关，所以压力仪表受到工程重视。压力传感器、变送器和特种压力仪表采用多种原理，而且可用于高温介质、脉动介质、枯稠状、粉状、易结晶介质的压力测量，精度可达0.l级。压力表分液柱式、弹性式、活塞式（ 压力校验仪）三类。

1.3物位仪表

石化行业一般以液位测量为主，由于测量过程与被测物料特性关系密切，所以除浮力式仪表外，物料仪表没有通用产品。按测量方式分为直读式、浮力式、静电式（差压、压力）、电接触式、电容式、超声波式、雷达式、重锤式、辐射式、激光式、磁致伸缩式、矩阵涡流式等，其中雷达式、磁致伸缩式以及矩阵涡流式液位计精度高，在石化行业正在逐步普及。

1.4流量仪表

流量仪表是石化行业温、压、液（位）、流四大参数中内容最丰富的一个门类。从控制的角度看稳定和优化是两大永恒的主题，都要用流量来考核。而流量本身与流体及管道的关系又很大。

1.5分析仪器和在线过程分析仪

从工艺上看，生产过程中对温度、压力、流量、液位等工艺参数的保证，只是间接保证最终产品或中间产品的质量合格，所以对过程中物料成分的直接分析和对最终产品的成份分析是非常重要的。从环境保护的角度看，排放的物质的成分也是要分析和在线监测的。总之，对于分析仪器和在线过程分析仪的需求是迫切的。除去需求旺盛外，分析仪器的高科技含量，特别是对多学科配合要求高等，使得近年来分析仪器的科研和应用投入力量大，主要有液相色谱、气相色谱、质谱、紫外及红外光谱、核磁、电镜、原子吸收及等离子发射光谱、电化学等分析仪器。

1.6执行器

执行器由执行机构和调节机构构成。石化行业经常使用的是气动执行器、少数液动执行器，其中气动薄膜调节阀又是最常使用的，还有少数气动活塞、气动长行程执行机构。气动薄膜调节阀与电气阀门定位器配合使用，所以新一代智能式电气阀的定位器的使用，可以帮助改善调节阀性能。调节阀在系统中的重要性自不待言。调节阀的特性计算、标准制定、测试验证及设计选用，一直是关键技术。

2、控制策略分析

2.1常规控制

从气动元组合学仪表、电动单元组合仪表、常规DCS、新一代DCS的变化来看，石化工业自动化的连续控制、批量控制、顺序控制的基本控制策略未变。其中主要为连续控制、回路控制，主要有单回路调节，串级调节、比率调节、均匀调节、前馈调节、自动选择调节、分程调节、非线性调节等，仍然以PID调节为基础，也就是说功能块或控制算法变化不大，变化较大的是组态能力和控制方案，功能块之间连接可以是多重串接、并联连接、选择性连接、自动补偿、自动跟踪、无扰切换，多配方自动改变参数或功能块连接方式。

2.2先进控制和优化

在现代控制论的推动下，各种智能化算法应适而生，其中除智能PID控制器外，多变量控制已在炼油、石化行业开始进入生产实践阶段，它以DCS为基础，可以是独立的，也可以是一个软件包，它与多变量动态过程模型辨识技术、软测量技术有关，多采用测控与PID串级控制相结合方式等。目前在炼油厂中应用较多单一油源更易成功。其中卡边控制等在平稳操作基础实现增效效果比较明显。

2.3人机界面

目前石化企业正在由一个装置一个控制室逐步过渡成数个装置一个控制室或全厂一个中央控制室，而且最终是以CRT或LCD屏幕显示为主，辅以少数显示仪表和指示灯，从鼠标、键盘操作为主，辅以触摸屏及少数旋钮和按钮，工业电视摄像头摄取的画面也由专用屏幕逐步纳入以DCS操作站的屏幕。

DCS在组态时，与控制策略相伴的是人机界面的操作策略的确定，工位号操作可相伴有典型的。仪表棒图及细目画面、分组画面、趋势画面等，这可以比较快的“组态”完成，而模拟图（工艺流程图）的制作则要按工艺要求来完成，这是关系到信息处理能力、优化操作、报警和事故判断处理等人机界面友好问题，另一方面就是在系统集成时除要注意控制方案等硬指标实现外，对人机界面这些软指标也要精益求精的完成，更要自控人员牢固的树立为工艺操作人员服务的思想，与工艺操作人员密切配合，最好是让相关工艺人员掌握流程画的制作的能力，把DCS、HMI的能力充分在对应工艺装置中发挥出来，让工艺操作人员能轻松操作。2

2.4安全仪表系统

石化装置由于大型化、连续化及工艺过程复杂、易燃、易爆，对环境保护要求高等原因，安全性要求日益提高，一般由DCS等设备完成安全连锁保护的方法，在某些企业已经不能满足要求，所以紧急停车系统（ESD）等在DCS之外单独设置。现在自动化仪表行业兴起的基于IEC6l508和EC6l5l1的安全仪表系统（SIS），正是为了进一步满足石化企业的需求。SIS是专门的工程解决方案，它连续在线运行，当侦测任何不安全过程事件时，能够立即采取行动以减轻可能造成的损失。功能安全还应结合风险度、安全指标、安全完整等级（SIL）等。

3、结语

虽然我国自动化仪表的不断发展进步，但是我们不能满足于现状，需要不断借鉴国外在这个方面的先进经验，不断加以改进和完善，使自动化仪表得到进一步的发展。

参考文献：

[1]陆德民.石油化工自动控制设计手册（第三版）[M].化学工业出版社，2000，

[2]解怀仁，杨彬彦.石油化工仪表控制系统选用手册[M].中国石化出版，2004，4.

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