浅谈现场总线控制系统在石化行业的应用及发展前景

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1、浅谈现场总线控制系统在石化行业的应用及发展前景论文摘要:简要介绍了现场总线系统在石化行业的重要地位，并结合实际对其进行优势分析，对其应用发展发表了个人看法关键词:FCS控制系统;结构特点;优势分析;前景展望　　　　“信息化带动工业化，工业化促进信息化”是中国的国策。现在石油和化工企业的信息化分为三层结构：第一层以PCS(ProcessControlSystem，过程控制系统)为代表的生产过程基础自动化层，主要内容包括先进控制系统（DCS、FCS）、先进控制软件、软测量技术、实时数据库等。第二层以MES(ManufacturingExecutionSystem，制造执行系

2、统)为代表的生产过程运行优化层，主要内容包括现金计划与调度技术APS、生产实时跟踪技术、动态质量控制与管理技术、物料平衡技术等。第三层以ERP(EnterpriseResourcePlanning，企业资源计划)为代表的生产过程经营优化层，主要内容包括企业资源管理ERP、供应链管理、产品质量数据管理、设备资源管理、企业电子商务平台等。三层结构在功能划分上虽有重叠，但各有侧重。　　目前中国石油内部正在MES和ERP这两层平台推广实施先进的管理系统。PCS层虽然处于最底层，但是本层各种控制系统及技术应用效果的好坏，直接关系到信息化进程的快慢和应用效果。在目前，DCS（集散控

3、制系统）还是主流，国内已有近800套应用。但是现场总线控制系统FCS（fieldbuscontrolsystem）代表当今控制技术和DCS的发展方向，并已经进入工业化应用阶段。人们对FCS有各种评论，既有对新技术的赞尝，也有对现状的困惑。尽管众说纷纭，笔者将FCS结合本公司装置实例，对其应用发展，略表以下个人之见：　　　　一、(FCS)现场总线控制系统的特点　　　　根据IEC/ISA定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支的通信X络。它是用于过程自动化最底层的现场设备以及现场仪表的互连X络，是现场通信X络和控制系统的集成。它具有系统开放性；

4、互可操作性和互用性；现场设备的智能化与功能自治性；系统结构的高度分散性；对现场环境的适应性等技术特点。FCS与传统控制系统（如DCS）的结构对比如图所示　　　　　　二、(FCS)现场总线控制系统的优势分析　　　　出于安全角度考虑，炼油化工装置与操作控制人员所处的距离一般较远，采用FCS比采用DCS优势更明显。以我公司20万吨/年催化重整和10万吨/年柴油加氢联合装置为例，来分析一下采用现场总线系统的优势。目前本联合装置采用DCS系统，从装置到控制站之间距离为大约450m。DCS系统现场控制站I/O点数统计为（不包括ESD系统点数）：模拟量输入点（AI）带控制106点、指

5、示208点；温度指示T/C、RTD：340点；模拟量输出AO：93点；数字量输入DI:50点；数字量输出DO：22点。根据点数统计，集散控制系统规模最低设置（考虑20%备用余量）应至少配控制柜4块，包括：8点AI卡57块，6路T/C卡68块，8点AO卡27块，16点DI卡：4块，16点DO卡2块。安全栅柜4块，对所有输入输出配安全栅、继电器端子等。电源柜1块，为控制柜和安全栅柜提供电源。操作站4个，工程师站1个。电缆敷设采用从现场仪表到接线箱，再通过多芯电缆至控制室内接线端子的方式。这样所用8芯电缆电缆数量大约41km，2芯电缆电缆数量大约41km。如果采用FCS系统，

6、从控制系统设计、安装、投运到日常检维修都可以体现其优越性：（一）节约初期投资和安装费用　　以采用PROFIBUS-DP为例，构成多主站控制系统。由于现场的智能设备具有多种功能，因而可不再需要单独的控制器、报警设定器、及DCS系统的多种卡件、隔离栅等。所以说可以省去本联合装置中4个控制柜和4个安全栅柜中所有卡件、隔离栅及其他变送器、设定器等控制设备。但是相比较电Ⅲ型仪表，现场智能仪表价位稍高，总体上来说硬件投资低于DCS系统。由于控制室内设备减少，并且现场总线系统接线简单，一对双绞线上可挂接多个设备，因而电缆、槽盒、桥架用量和规格大大减少，既节约了投资，也减少了设计、安装

7、工作量。桥架宽度规格减小，能相应减少土建专业施工难度。总体上而言，可减少初期投资。　　（二）节约后期安装和日常维护费用　　当后期需要增加现场控制设备时，无需增设新电缆，就近连在原电缆即可，节省了后期电缆投资和相应的施工工作量，普遍认为可节约安装费用60%。由于现场控制设备本身具有自诊断、故障自处理能力，并且控制X络可以将现场控制设备的状态、诊断信息传输到控制室，操作管理人员可以快速、准确的了解和查询生产现场和自控设备的运行状态。作为X络节点的智能现场设备，具备数字计算和数字通讯能力，位于现场的测量变送与执行机构之间直接借助X络传送信号，因