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

“信息化帶動(dòng)工業(yè)化，工業(yè)化促進(jìn)信息化”是中國(guó)的國(guó)策現(xiàn)在石油和化工企業(yè)的信息化分為三層結(jié)構(gòu)：第一層以PCS（ProcessControlSystem，過(guò)程控制系統(tǒng)）為代表的生產(chǎn)過(guò)程基礎(chǔ)自動(dòng)化層，主要內(nèi)容包括先進(jìn)控制系統(tǒng)（DCS、FCS）、先進(jìn)控制軟件、軟測(cè)量技術(shù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)等。第二層以MES（ManufacturingExecutionSystem，制造執(zhí)行系統(tǒng)）為代表的生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行優(yōu)化層，主要內(nèi)容包括現(xiàn)金計(jì)劃與調(diào)度技術(shù)APS、生產(chǎn)實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)、動(dòng)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（EnterpriseResoursePlanning，企業(yè)資源計(jì)劃）為代表的生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)營(yíng)優(yōu)化層，主要內(nèi)容包括企業(yè)資源管理ERP、供應(yīng)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(tái)等。三層結(jié)構(gòu)在功能劃分上雖有重疊，但各有側(cè)重。

目前中國(guó)石油內(nèi)部正在MES和ERP這兩層平臺(tái)推廣實(shí)施先進(jìn)的管理系統(tǒng)。PCS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(jìn)程的快慢和應(yīng)用效果。在目前，DCS（集散控制系統(tǒng)）還是主流，國(guó)內(nèi)已有近800套應(yīng)用。但是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（Fieldcontrolsystem）代表當(dāng)今控制技術(shù)和DCS的發(fā)展方向，并已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用階段。人們對(duì)FCS有各種評(píng)論，既有對(duì)新技術(shù)的贊嘗，也有對(duì)現(xiàn)狀的困惑。盡管眾說(shuō)紛紜，筆者將FCS結(jié)合本公司裝置實(shí)例，對(duì)其應(yīng)用發(fā)展，略表以下個(gè)人之見(jiàn)：

一、（FCS）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

根據(jù)IEC/ISA定義，現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)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(guò)程自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以及現(xiàn)場(chǎng)儀表的互連網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)的集成。它具有系統(tǒng)開(kāi)放性；互可操作性和互用性；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性等技術(shù)特點(diǎn)。FCS與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)（如DCS）的結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖所示


二、（FCS）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)分析

出于安全角度考慮，煉油化工裝置與操作控制人員所處的距離一般較遠(yuǎn)，采用FCS比采用DCS優(yōu)勢(shì)更明顯。以我公司20萬(wàn)噸/年催化重整和l0萬(wàn)噸/年柴油加氫聯(lián)合裝置為例，來(lái)分析一下采用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。目前本聯(lián)合裝置采用DCS系統(tǒng)，從裝置到控制站之間距離為大約450m。DCS系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)為（不包括ESD系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)）：模擬量輸入點(diǎn)（AI）帶控制106點(diǎn)、指示208點(diǎn)，溫度指示T/C、RTD：340點(diǎn)；模擬量輸出AO：93點(diǎn)；數(shù)字量輸入DI:50點(diǎn)；數(shù)字量輸出DO：22點(diǎn)。根據(jù)點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)，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(diǎn)AI卡57塊，6路T/C卡68塊，8點(diǎn)AO卡27塊,l6點(diǎn)DI卡：4塊，l6點(diǎn)D0卡2塊。安全柵柜4塊，對(duì)所有輸入輸出配安全棚、繼電器端子等。電源柜l塊，為控制柜和安全柵柜提供電源。操作站4個(gè)，工程師站1個(gè)。電纜敷設(shè)采用從現(xiàn)場(chǎng)儀表到接線箱再通過(guò)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41km，2芯電纜電纜數(shù)量大約4lkm。如果采用FCS系統(tǒng)，從控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝投運(yùn)到日常檢維修都可以體現(xiàn)其優(yōu)越性：

（一）節(jié)約初期投資和安裝費(fèi)用

以采用PROFIBUS－DP為例，構(gòu)成多主站控制系統(tǒng)。由于現(xiàn)場(chǎng)的智能設(shè)備具有多種功能，因而可不再需要單獨(dú)的控制器、報(bào)警設(shè)定器、及DCS系統(tǒng)的多種卡件、隔離柵等。所以說(shuō)可以省去本聯(lián)合裝置中4個(gè)控制柜和4個(gè)安全柵柜中所有卡件、隔離柵及其他變送器、設(shè)定器等控制設(shè)備。但是相比較電Ⅲ型儀表，現(xiàn)場(chǎng)智能儀表價(jià)
位稍高，總體上來(lái)說(shuō)硬件投資低于DCS系統(tǒng)。由于控制室內(nèi)設(shè)備減少，并且現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)接線簡(jiǎn)單，一對(duì)雙絞線上可掛接多個(gè)設(shè)備，因而電纜、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(jì)、安裝工作量。橋架寬度規(guī)格減小，能相應(yīng)減少土建專(zhuān)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(hù)費(fèi)用

當(dāng)后期需要增加現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備時(shí)，無(wú)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(rèn)為可節(jié)約安裝費(fèi)用60％。由于現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備本身具有自診斷、故障自處理能力，并且控制網(wǎng)絡(luò)可以將現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備的狀態(tài)、診斷信息傳輸?shù)娇刂剖?，操作管理人員可以快速、準(zhǔn)確的了解和查詢(xún)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和自控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，具備數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通訊能力，位于現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量變送與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間直接借助網(wǎng)絡(luò)傳送信號(hào)，因而控制功能可直接在現(xiàn)場(chǎng)完成，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散到現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)功能，從根本上提高了控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和有效性。

2.3用戶(hù)具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)

控制網(wǎng)絡(luò)突破了DCS系統(tǒng)中因?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)的封閉造成的缺陷，采用開(kāi)放化標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，用戶(hù)可根據(jù)廣泛認(rèn)可的、開(kāi)放的協(xié)議選用總線系統(tǒng)，不會(huì)為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而煩惱。