隨著計算機技術(shù)迅速發(fā)展，石油化工儀表自控系統(tǒng)也逐漸向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、模型化，智能化方向發(fā)展。石化企業(yè)在發(fā)展現(xiàn)有信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，不斷深化企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)，加強安全控制系統(tǒng)的應(yīng)用，提高企業(yè)基礎(chǔ)自動化和先進控制水平，以增強企業(yè)的市場競爭力。
一、新型自動檢測與分析儀的應(yīng)用
國內(nèi)外儀表系統(tǒng)向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化的發(fā)展，使石化企業(yè)提高了自動檢測儀表的應(yīng)用水平。
為適應(yīng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)要求，現(xiàn)場總線型變送器獲得了迅速發(fā)展。此變送器是全數(shù)字式，結(jié)構(gòu)簡單，分辨力和穩(wěn)定性都高于一般智能型變送器。由于現(xiàn)場總線數(shù)字儀表產(chǎn)品日趨完善，并具有可靠性高、可互操作性（即可將不同品牌產(chǎn)品集成組態(tài)）等特點，在石化過程控制領(lǐng)域?qū)玫礁鄳?yīng)用。
國內(nèi)外商業(yè)貿(mào)易的發(fā)展，要求提高商品交割計量精確度，石化出廠計量應(yīng)用的質(zhì)量流量計精確度為±0.1%或更高。
石化企業(yè)為加強產(chǎn)品質(zhì)量管理，也促進了在線分析儀表的應(yīng)用。它會直接影響到石化企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量及先進控制應(yīng)用的水平，因此得到了石化系統(tǒng)的積極推廣，主要包括在線油品質(zhì)量分析儀，在線氣相或液相色譜儀及其他物理特性分析儀等。
最新的在線多路近紅外（NIR）光譜分析儀已應(yīng)用于石化企業(yè)煉油調(diào)合系統(tǒng)并取得較好效果。新一代實驗室低成本汽油質(zhì)量指標(biāo)快速測定儀已成功應(yīng)用于中石化杭州煉油廠等單位，受到了用戶的好評。軟測量技術(shù)發(fā)展也很快，主要用于解決石化企業(yè)部分分析檢測難題。
由于環(huán)境保護要求越來越高，環(huán)保儀表應(yīng)用也增多，如在線煙氣分析、綜合水質(zhì)分析儀、在線COD分析儀、DO分析儀及PH分析儀等。
目前，石化企業(yè)在線分析儀表的需求很大，國產(chǎn)在線分析儀表與國外產(chǎn)品相比，存在一定差距?，F(xiàn)在應(yīng)用的大多數(shù)在線分析儀表是進口產(chǎn)品。
石化對工廠維護工作越來越重視，特別是對預(yù)測維護保養(yǎng)問題更感興趣。有些公司要求提供在線聯(lián)機和實時傳感系統(tǒng)，用于監(jiān)控?zé)峤粨Q器和加熱爐的效率，振動和腐蝕及評估“健康“狀況的指示器。采用具有診斷和 預(yù)測維護保養(yǎng)能力的儀表與系統(tǒng)，可使現(xiàn)有設(shè)備的生產(chǎn)潛力增長1%～3%，同時非計劃的維護保養(yǎng)費用可降低10%～30%。
二、DCS與FCS應(yīng)用水平有很大提高
據(jù)不完全統(tǒng)計，我國石化、石油和化工系統(tǒng)共使用了近3000多套DCS，石化用的DCS約占近50%；由于計算機技術(shù)迅速發(fā)展，國內(nèi)外出現(xiàn)了新一代DCS，其主要特點是采用開放性系統(tǒng)、容錯的工業(yè)以太網(wǎng)和OPC等技術(shù)，從而解決了不同生產(chǎn)廠家DCS的互聯(lián)，并可組成大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。據(jù)國外ARC公司最新調(diào)研的結(jié)果：全球 DCS市場年增長率為6%。
（一）新一代DCS系統(tǒng)
其主要特點如下：
1．開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
采用Windows NT標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)，支持DDE/OPC。既可直接使用PC機通用的MS-Excel，Visual Basic編制報表，也可同在UNIX上運行的大型Oracle數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換。此外，還可提供系統(tǒng)接口和網(wǎng)絡(luò)接口用于與不同廠家產(chǎn)品管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)和安全管理系統(tǒng)進行通信。
2．高可靠性
控制站采用多CPU冗余容錯技術(shù)，可實現(xiàn)在任何故障及隨機錯誤產(chǎn)生的情況下連續(xù)不間斷控制；機柜采用微正壓結(jié)構(gòu)設(shè)計；I/O模件采用表面封裝技術(shù)，具有1500VAC/分抗沖擊性能。
3．控制網(wǎng)絡(luò)是容錯以太網(wǎng)
容錯以太網(wǎng)特點是：在容錯以太網(wǎng)節(jié)點間有4個通信路徑、允許有1個通信路徑故障、快速（1秒）檢測和恢復(fù)時間、可在線增加和減少節(jié)點、對應(yīng)用PC機完全透明、允許正常以太網(wǎng)結(jié)點接入、完全分布式結(jié)構(gòu)沒有主結(jié)點、快速100Mbps性能、傳輸介質(zhì)為同軸電纜或光纖。
4．可擴展性
具有構(gòu)造大型實時過程信息網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可構(gòu)成多工段，多集控單元，全廠綜合管理與控制綜合信息自動化系統(tǒng)。
石化企業(yè)的常減壓、催化裂化、加氫裂化等煉油生產(chǎn)裝置及乙烯裝置均采用了DCS控制系統(tǒng)。全廠各生產(chǎn)裝置的監(jiān)視、控制與操作都集中在一個中心控制室內(nèi)。
油品儲運系統(tǒng)是煉油廠生產(chǎn)過程中最后一道工序，煉油裝置生產(chǎn)的成品及半成品油品經(jīng)調(diào)合，最后要出廠。為加強管理和控制，石化企業(yè)的油品貯運系統(tǒng)也采用了DCS控制系統(tǒng)。
石化企業(yè)的主要生產(chǎn)裝置已采用DCS，新建裝置采用了新一代DCS。有些石化企業(yè)其DCS的功能并未得到充分的利用，因此，很有必要進一步提高DCS應(yīng)用水平，積極開展DCS先進控制的應(yīng)用，以充分發(fā)揮DCS的作用，取得更大的經(jīng)濟效益。
國產(chǎn)新一代DCS發(fā)展也很快，并配備了適合石化生產(chǎn)用的軟件， 國產(chǎn)DCS的功能會不斷增強，其可靠性也會進一步提高，將會在石化企業(yè)中得到更多應(yīng)用。
（二）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）具有開放性、全數(shù)字化和互操作性的特點，已成為新型工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展方向之一。隨著FCS技術(shù)完善和國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，其應(yīng)用將日益增加，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用有很大進展，石化系統(tǒng)已有近百家企業(yè)用FCS來控制生產(chǎn)裝置或罐區(qū)系統(tǒng)等。FCS主要特點如下：
1．開放式系統(tǒng)
現(xiàn)場總線工作站同時掛在現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)兩層網(wǎng)絡(luò)，通過后者可與其他計算機系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)進行高速信息交換，以實現(xiàn)資源共享。另外，現(xiàn)場總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是對所有制造商和用戶公開的，可實現(xiàn)技術(shù)共享。
2．全數(shù)字化通信
FCS智能型現(xiàn)場儀表傳感器及其Ａ/D轉(zhuǎn)換器其數(shù)字信號在傳送出儀表之前可得到補償，因此，提高了系統(tǒng)的測量和控制精確度。由于采用雙向數(shù)字通信，不僅系統(tǒng)的可靠性高，而且系統(tǒng)組態(tài)和調(diào)試也很方便。
3．可互操作性
現(xiàn)場總線智能儀表按統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的產(chǎn)品，只要遵守相同的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)就可互連互換，統(tǒng)一組態(tài)，即插即用，以方便設(shè)備更新或系統(tǒng)擴展。
4．控制分散度高
現(xiàn)場總線智能儀表除具有基本功能外，還有控制和運算等功能，可實現(xiàn)徹底分散控制。每條總線連接多臺現(xiàn)場儀表，可節(jié)省電纜，大幅度節(jié)省了用于系統(tǒng)安裝、調(diào)試和維修的費用。
石化系統(tǒng)的大型項目也有采用FCS進行生產(chǎn)過程控制，如，賽科90萬噸乙烯裂解裝置的FCS是國內(nèi)外最大的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括4.7萬個控制回路、4萬臺儀表和與世界最大基金會現(xiàn)場總線設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的1.3萬臺智能設(shè)備（10套自動化控制系統(tǒng)），這10套裝置由一個中心控制室進行高度集中控制。現(xiàn)場總線的PID控制功能在閥門控制器實現(xiàn)，實現(xiàn)集散控制，提高了可靠性，極大降低了自動控制系統(tǒng)和現(xiàn)場控制設(shè)備間數(shù)據(jù)通信負(fù)載，增強了系統(tǒng)可靠性。
石化企業(yè)主要控制系統(tǒng)的自控率可達98%，據(jù)統(tǒng)計，用DCS與FCS控制取得的經(jīng)濟效益可占整體效益的60%，投資回收期平均為1～2年。
現(xiàn)場總線FCS的國際標(biāo)準(zhǔn)趨于統(tǒng)一，技術(shù)性能提高，可靠性提高，因而市場占有率將大幅度提高。但因FCS尚無統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，配套的儀表產(chǎn)品有待進一步完善。而DCS發(fā)展很快，完備的功能和廣泛的應(yīng)用而占據(jù)不可替代的地位，預(yù)計今后很長一段時間，DCS與FCS將共存和互補。
另外，監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）在國內(nèi)外已得到廣泛的應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟效益。石化輸油管道控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系也應(yīng)用了SCADA。SCADA主要由遠程終端設(shè)備（RTU）、主站計算機（包括硬件和軟件）、操作人員數(shù)據(jù)顯示和控制盤及有關(guān)的外圍設(shè)備等部分組成。該系統(tǒng)是一個分級控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)將儀表、計量，大罐檢測及各類控制閥門通過RTU就地控制結(jié)合在一起，另外還包括在主站計算機與公司總部的數(shù)據(jù)處理計算機之間建立接口及配有應(yīng)用軟件。
三、企業(yè)綜合自動化發(fā)展較快
隨著信息技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，有些石化企業(yè)已建立了綜合自動化系統(tǒng)，并取得了較為明顯的效果。因此，今后將進一步推廣企業(yè)的綜合自動化系統(tǒng)，提高經(jīng)濟效益。
企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)是采取ERP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，過程控制層（PCS），制造執(zhí)行層（MES），經(jīng)營管理層（ERP）集成的現(xiàn)代化系統(tǒng)，可對生產(chǎn)經(jīng)營進行科學(xué)地分析、評價和預(yù)測，對生產(chǎn)計劃和經(jīng)營策略及時進行調(diào)整，以適應(yīng)多變的市場要求。
ERP是一種現(xiàn)代企業(yè)先進管理方法，采用企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)，將使企業(yè)獲得最大的經(jīng)濟效益。2002～2005年，石化系統(tǒng)經(jīng)試點，現(xiàn)已有20多家公司的ERP系統(tǒng)投入運行。正在全面推廣的ERP系統(tǒng)，實施面約占60%以上。
MES是企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，在ERP/MES/PCS整個系統(tǒng)中起到承上啟下的作用。MES主要完成生產(chǎn)計劃的調(diào)度與統(tǒng)計、生產(chǎn)過程成本控制、產(chǎn)品質(zhì)量控制與管理、物流控制與管理、設(shè)備安全控制與管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與處理等功能。MES將生產(chǎn)過程控制、生產(chǎn)過程管理和經(jīng)營管理活動中產(chǎn)生的諸多信息進行轉(zhuǎn)換、加工、傳遞，是生產(chǎn)過程控制與管理信息集成的重要橋梁。
石化企業(yè)積極開展MES技術(shù)的應(yīng)用，并推廣實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、物料平衡系統(tǒng)、煉油生產(chǎn)動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)、實驗室管理信息系統(tǒng)等，為企業(yè)ERP建設(shè)打下良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；制造執(zhí)行層MES的優(yōu)化管理和控制，為企業(yè)增效節(jié)能、降低成本，取得了良好經(jīng)濟效益。
近年來，石化企業(yè)在推廣應(yīng)用ERP的基礎(chǔ)上，積極開展MES、先進控制、供應(yīng)鏈技術(shù)等信息系統(tǒng)應(yīng)用工作。使石化企業(yè)管控一體化系統(tǒng)快速發(fā)展，提升了石化企業(yè)的競爭力、增強了市場應(yīng)變能力和提高了經(jīng)濟效益。
四、先進控制及優(yōu)化的應(yīng)用
先進控制技術(shù)用來處理常規(guī)PID控制效果不好，甚至無法控制復(fù)雜工業(yè)過程控制的問題。通過實施先進控制，可達到增強裝置運行穩(wěn)定性和安全性、提高產(chǎn)品質(zhì)量和收率、增加裝置處理量、降低運行成本、帶來顯著經(jīng)濟效益。
目前，一些先進控制技術(shù)已比較成熟，其中應(yīng)用比較成功的是魯棒PID控制和多變量預(yù)測控制技術(shù)。在多變量預(yù)測控制方面的先進控制軟件產(chǎn)品，國外的有美國Honeywell公司的RMPCT、美國Aspen Tech公司的DMC Plus等，國內(nèi)的有APC-HIECON（浙大中控）、SMART（清華大學(xué)）等多家軟件。至今石化企業(yè)中已有幾十套裝置應(yīng)用了先進控制，并取得了顯著的經(jīng)濟效益。
在石化企業(yè)推廣先進控制軟件，主要生產(chǎn)裝置已投入使用。石化系統(tǒng)齊魯石化公司煉油廠、大慶石油化工總廠、燕山石化公司引進Honeywell公司RMPCT先進控制軟件用于常減壓裝置成功；蘭煉常減壓裝置也應(yīng)用了先進控制。齊魯石化公司煉油廠還引進了美國Setpoint公司的多變量預(yù)測控制技術(shù)（IDCOM-M） 并成功用于催化裂化裝置。大慶石油化工總廠、 蘭州煉油化工總廠、前郭煉油廠、撫順石化公司煉油一廠、燕山石化公司、烏魯木齊石化總廠、荊門石化總廠等企業(yè)也從國外引進先進控制系統(tǒng)并合作開發(fā)應(yīng)用于催化裂化裝置，均取得了較好的經(jīng)濟效益。
廣州石油化工總廠連續(xù)重整裝置，采用美國Setpoint公司的多變量預(yù)估軟件SMCA；金陵石化公司煉油廠連續(xù)重整和抽提裝置，采用Honeywell公司的魯棒多變量預(yù)估控制器RMPCT；鎮(zhèn)海煉化股份有限公司煉油廠連續(xù)重整裝置，采用美國Aspen公司DMCplus先進控制軟件。揚子石化公司、上海石化、齊魯石化公司、燕山石化公司等在聚丙烯裝置實施先進控制技術(shù)，都獲得了明顯經(jīng)濟效益。
國內(nèi)開發(fā)的催化裂化裝置先進控制系統(tǒng)，已用于福建煉油廠、洛陽石油化工總廠、茂名石化公司煉油廠；國內(nèi)開發(fā)的多變量約束控制軟件包MCC，是一個處理約束的多變量、多目標(biāo)、多控制模式和模型預(yù)測的最優(yōu)控制器，已成功應(yīng)用于石家莊煉化公司催化裂化裝置，取得了較為明顯的經(jīng)濟效益。
五、安全控制系統(tǒng)的應(yīng)用
由于現(xiàn)代化石化企業(yè)裝置規(guī)模大、工藝過程復(fù)雜、易燃、易爆，對設(shè)備的安全性、可靠性和有效性的要求比較高。安全控制技術(shù)對石化企業(yè)的生產(chǎn)是至關(guān)重要的，緊急停車系統(tǒng)ESD 在避免工業(yè)災(zāi)難、減少工業(yè)事故損失方面起到了積極和重要的作用。
（一）緊急停車系統(tǒng)（ESD）
為適應(yīng)這種要求，緊急停車系統(tǒng)（ESD）和壓縮機組綜合控制系統(tǒng)（ITCC）相繼誕生。90年代國外一些大公司推出三重化（TMR）、冗錯功能的系統(tǒng)。如美國Woodward公司的Micro Net TMR系統(tǒng)、Triconex公司的Tricon系統(tǒng)、Honeywell公司的FSC系統(tǒng)、英國ICS Triplex公司的Regent系統(tǒng)Trusted系統(tǒng)等。有些公司總結(jié)多年對壓縮機的控制經(jīng)驗開發(fā)了應(yīng)用軟件，提高了壓縮機組的控制應(yīng)用水平。
現(xiàn)以TRICONEX公司TRICON為例，說明其ESD主要特點如下：
1．TRICON系統(tǒng)有三個主處理器，每一個主處理器的CPU 32位、50MHZ，32M RAM。其32 位浮點協(xié)處理器的使用得到了TUV 6級的安全認(rèn)證。
2．系統(tǒng)中所有的I/O信號都要經(jīng)過硬件的三取二表決。數(shù)字量輸入信號在DI模件中被分成隔離的三路，通過三個獨立的通道分別被送到三個主處理器中進行三取二表決；同樣，模擬量輸入信號在AI模件中被分成隔離的三路，通過AI模塊上每一個分電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成12位的數(shù)字量，用32位的協(xié)處理器進行處理，每個主處理器采用選取中間值的算法讀取正確值，并糾正任何分電路中的偏差，主處理器輸出的模擬量信號在AO模塊中的模擬輸出選擇器中進行選擇，以確保輸出信號的準(zhǔn)確。
3．DI、DO 模件均采用光電隔離方式。AI 模擬量輸入卡件每個通道都A/D轉(zhuǎn)換器（12位），精確度高達0.15%。TRISTATION 1131有支持TRICON過程控制和火災(zāi)&可燃?xì)夤δ軌K圖庫，這些功能塊包括：模擬輸入、指數(shù)濾波、PID、超前滯后、積分、中值選擇、模擬輸出、氣體檢測器、在線監(jiān)視、打印及其他TRICON特殊的功能塊，如防喘振控制模塊、調(diào)速控制模塊等。
4．TRISTATION 1131提供的用戶編程語言：功能塊圖（FBD）、梯形圖（LD）、結(jié)構(gòu)性文本（ST）。
5．TRICON 系統(tǒng)具有容錯控制能力?？刂葡到y(tǒng)可以識別控制系統(tǒng)元件的故障，自動把故障的元件加以排除，并允許在繼續(xù)完成指定任務(wù)的同時，對故障元件進行在線修復(fù)而不中斷過程的操作。TRICON系統(tǒng)這種高級別的系統(tǒng)容錯功能極大地提高了系統(tǒng)及工藝過程的安全性和可用性。
6．TRICON系統(tǒng)具有靈活可變的規(guī)模，系統(tǒng)的擴展性及通信功能很強，一套主控制系統(tǒng)最多可連接14個擴展或遠程機架，最遠距離12公里及多達4500個的I/O點數(shù)。
7．提供OPC連接。
煉油加氫裂化、催化裂化等裝置的聯(lián)鎖系統(tǒng)及乙烯裝置包括裂解爐、急冷、壓縮、分離和公用工程等5個生產(chǎn)單元，其中壓縮和分離單元的聯(lián)鎖系統(tǒng)由ESD系統(tǒng)實現(xiàn)，壓縮機組的控制系統(tǒng)由ITCC系統(tǒng)實現(xiàn)。
（二）生產(chǎn)裝置健康監(jiān)控技術(shù)
石化企業(yè)加強對生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測，尤其是對強腐蝕設(shè)備、高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備等高危設(shè)備，實現(xiàn)在線精確測量，這是故障預(yù)測和診斷的關(guān)鍵。開發(fā)故障預(yù)測和診斷模型及方法，提高故障檢測的及時性和魯棒性，以及故障定位的準(zhǔn)確性，防止誤報和漏報，及時消除隱患，以提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。采用設(shè)備管理系統(tǒng)和多元統(tǒng)計過程監(jiān)控（MSPM）對高壓、強腐蝕、高速旋轉(zhuǎn)等設(shè)備進行在線監(jiān)測和分析，有利于設(shè)備的安全運行。
（三）安全儀表系統(tǒng)發(fā)展迅速
國外推出了最新的SIS智能安全儀表管理方案，將傳感器數(shù)字智能和診斷技術(shù)運用到邏輯控制器中實施最終控制，也是首次通過采用整體安全回路的方式來進行控制。使得因儀表控制系統(tǒng)故障引起非計劃停車減至最少。
為保證安全生產(chǎn)，在危險場所設(shè)置了可燃?xì)怏w或有毒氣體檢測與報警系統(tǒng)，全廠還設(shè)置了火災(zāi)報警控制系統(tǒng)，并與可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)集成綜合安全檢測與報警系統(tǒng)。對于重要的工藝裝置也開展了控制與檢測的安全等級評估工作。
現(xiàn)代石化企業(yè)中的安全控制系統(tǒng)將向著儀表控制、安全儀表及信息管理系統(tǒng)一體化的方向發(fā)展。智能化安全儀表控制系統(tǒng)將會得到廣泛應(yīng)用。