現場總線控制系統在石化行業的應用及發展

“信息化帶動工業化，工業化促進信息化”是中國的國策現在石油和化工企業的信息化分為三層結構：第一層以PCS（ProcessControlSystem，過程控制系統）為代表的生產過程基礎自動化層，主要內容包括先進控制系統（DCS、FCS）、先進控制軟件、軟測量技術、實時數據庫等。第二層以MES（ManufacturingExecutionSystem，制造執行系統）為代表的生產過程運行優化層，主要內容包括現金計劃與調度技術APS、生產實時跟蹤技術、動態質量控制與管理技術、物料平衡技術等。第三層以ERP（EnterpriseResoursePlanning，企業資源計劃）為代表的生產過程經營優化層，主要內容包括企業資源管理ERP、供應鏈管理、產品質量數據管理、設備資源管理、企業電子商務平臺等。三層結構在功能劃分上雖有重疊，但各有側重。

目前中國石油內部正在MES和ERP這兩層平臺推廣實施先進的管理系統。PCS層雖然處于最底層，但是本層各種控制系統及技術應用效果的好壞，直接關系到信息化進程的快慢和應用效果。在目前，DCS（集散控制系統）還是主流，國內已有近800套應用。但是現場總線控制系統FCS（Fieldcontrolsystem）代表當今控制技術和DCS的發展方向，并已經進入工業化應用階段。人們對FCS有各種評論，既有對新技術的贊嘗，也有對現狀的困惑。盡管眾說紛紜，筆者將FCS結合本公司裝置實例，對其應用發展，略表以下個人之見：

一、（FCS）現場總線控制系統的特點

根據IEC/ISA定義，現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支的通信網絡。它是用于過程自動化最底層的現場設備以及現場儀表的互連網絡，是現場通信網絡和控制系統的集成。它具有系統開放性；互可操作性和互用性；現場設備的智能化與功能自治性；系統結構的高度分散性；對現場環境的適應性等技術特點。FCS與傳統控制系統（如DCS）的結構對比如圖所示


二、（FCS）現場總線控制系統的優勢分析

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，采用FCS比采用DCS優勢更明顯。以我公司20萬噸/年催化重整和l0萬噸/年柴油加氫聯合裝置為例，來分析一下采用現場總線系統的優勢。目前本聯合裝置采用DCS系統，從裝置到控制站之間距離為大約450m。DCS系統現場控制站I/O點數統計為（不包括ESD系統點數）：模擬量輸入點（AI）帶控制106點、指示208點，溫度指示T/C、RTD：340點；模擬量輸出AO：93點；數字量輸入DI:50點；數字量輸出DO：22點。根據點數統計，集散控制系統規模最低設置（考慮20％備用余量）應至少配控制柜4塊，包括：8點AI卡57塊，6路T/C卡68塊，8點AO卡27塊,l6點DI卡：4塊，l6點D0卡2塊。安全柵柜4塊，對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，工程師站1個。電纜敷設采用從現場儀表到接線箱再通過多芯電纜至控制室內接線端子的方式。這樣所用8芯電纜電纜數量大約41km，2芯電纜電纜數量大約4lkm。如果采用FCS系統，從控制系統設計、安裝投運到日常檢維修都可以體現其優越性：

（一）節約初期投資和安裝費用

以采用PROFIBUS－DP為例，構成多主站控制系統。由于現場的智能設備具有多種功能，因而可不再需要單獨的控制器、報警設定器、及DCS系統的多種卡件、隔離柵等。所以說可以省去本聯合裝置中4個控制柜和4個安全柵柜中所有卡件、隔離柵及其他變送器、設定器等控制設備。但是相比較電Ⅲ型儀表，現場智能儀表價
位稍高，總體上來說硬件投資低于DCS系統。由于控制室內設備減少，并且現場總線系統接線簡單，一對雙絞線上可掛接多個設備，因而電纜、槽盒、橋架用量和規格大大減少，既節約了投資，也減少了設計、安裝工作量。橋架寬度規格減小，能相應減少土建專業施工難度。總體上而言，可減少初期投資。

（二）節約后期安裝和日常維護費用

當后期需要增加現場控制設備時，無需增設新電纜，就近連在原電纜即可，節省了后期電纜投資和相應的施工工作量普遍認為可節約安裝費用60％。由于現場控制設備本身具有自診斷、故障自處理能力，并且控制網絡可以將現場控制設備的狀態、診斷信息傳輸到控制室，操作管理人員可以快速、準確的了解和查詢生產現場和自控設備的運行狀態。作為網絡節點的智能現場設備，具備數字計算和數字通訊能力，位于現場的測量變送與執行機構之間直接借助網絡傳送信號，因而控制功能可直接在現場完成，實現了徹底的分散到現場的控制系統功能，從根本上提高了控制系統運行的可靠性和有效性。

2.3用戶具有高度的系統集成主動權

控制網絡突破了DCS系統中因專用網絡的封閉造成的缺陷，采用開放化標準化的解決方案，用戶可根據廣泛認可的、開放的協議選用總線系統，不會為系統集成中不兼容的協議、接口而煩惱。