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【摘要】现代自动化仪表的智能化技术不仅能够改善仪表本身的性能，还能影响和控制整个网络体系结构，其在油田化工企业生产建设中发挥着举足轻重的作用。本文介绍了自动化仪表的分类和发展趋势，探讨了石化企业生产过程中的先进控制技术。
【关键词】石油 企业 自动化 仪表 控制 技术
中图分类号：C29 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
现代科技的发展,已成为其标志在石油化工这一传统行业,石油化工自动化仪表技术经过了几十年的发展,如何迎接现代石油化工智能化, 信息化,数字化, 网络化发展要求,成为现代石油化工企业面临的新课题。
二、关于检测、执行仪表
1、温度仪表
石化现场设备或管道内界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。
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。压力范围为到300MPa( 高压聚乙烯反应器) 。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, 粘稠状、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。
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。
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。流量, 不是一般的流速, 而是单位时间内流体有效面截的流体的体积和温度及压力补偿。
5、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分分析是非常重要的。又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。
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用的, 还有少数气动活塞、气动长行程执行机构。
三、自动化仪表的具体介绍
自动化仪表，是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具。它一般同时具有数种功能，如测量、显示、记录或测量、控制、报警等。自动化仪表本身是一个系统，又是整个自动化系统中的一个子系统。自动化仪表是一种“信息机器”，其主要功能是信息形式的转换，将输入信号转换成输出信号。信号可以按时间域或频率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字量形式。
1、分类
自动化仪表分类方法很多，根据不同原则可以进行相应的分类。按仪表所使用的能源分类，可以分为气动仪表、电动仪表和液动仪表（很少见）；按仪表组合形式，可以分为基地式仪表、单元组合仪表和综合控制装置；按仪表安装形式，可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表；根据仪表有否引入微处理机（器）又可分为智能仪表与非智能仪表。根据仪表信号的形式可分为模似仪表和数字仪表。
2、组成
显示仪表根据记录和指示、模拟与数字等功能，又可分为记录仪表和指示仪表、模拟仪表和数显仪表，其中记录仪表又可分为单点记录和多点记录（指示亦可以有单点和多点），其中又有在纸记录或无纸记录，若是有纸记录又分笔录和打印记录。调节仪表可是以分为基地式调节仪表和单元组合式调节仪表。由于微处理机引入，又有可编程调节器与固定程序调节器之分。执行机构按能源划分有气动执行器、电动执行器和液动执行器，按结构形式可以分为薄膜式、活塞式（气缸式）和长行程执行机构。
四、对石油化工先进控制技术的探讨
石油化工企业生产过程存在着很多变量, 要想获得精确的数学模型十分困难, 因此为了解决控制与经济效益之间尖锐的矛盾, 就必须采用先进的控制方法。先进的控制方法可以解决很多常规控制方法不能解决的难题。当前比较先进的控制方法有模型预测控制和自整定控制等。
1、对石油化工企业进行模型预测控制(MPC) 是一个比较特殊的控制
他是一种基于模型的闭环优化控制策略。包括三个要素: 首先是可预测未来的动态模型预测模型是一种能够显示的拟合石油化工生产系统的动态模型。其次是反复优化并滚动实施控制作用, 在每一个对石油化工企业生产过程采样周期内基于系统当前的状态以及预测模型, 找到最有的控制序列, 并将序列施加胎石油化工企业的生产。最后是反馈校正。反馈校正本质上是一个检测对模型预测的精确度, 防止模型出现误差。MPC 模型基于系统脉冲或阶跃响应非参数模型。当前模型预测方法应用比较普遍的有基于非参数模型的模型预测控制、基于ARMA 或CARIMA 等输入输出参数化模型的预测控制、由LQ和LQG 算法衍生出的滚动时域控制。模型预测控制不断发展, 在石油化工企业已经大量存在成功的应用案例。
2、对石油化工企业自整定控制
自整定控制器当前在石油化工行业采用比较多的是临界振荡法。当控制器的Auto Tun ing 为ON 状态时, 控制器开始启动自整定, BANG一BANG 控制开始起作用, 然后把控制器输出至最大或者最小, 紧接着被控对象输出开始变化, 控制器调整BANG一BANG 的控制作用, 使被控对象输出产生等幅震荡, 震荡的幅度要在设定值的控制范围从而得出临界震荡周期Tc 和临界增益Kc , 再求出一组合适的PID 参数。最后把这组参数送到PID 算法块, 控制器最后关闭, 自整定结束。自整定控制器在目前的石油化工工业生产中是控制策略使用最广泛的一种。具有结构简单、可靠性强、鲁棒性强、操作简单等优点。但它也有自身的缺陷, 在实际石油化工生产中自整定控制器的参数非常麻烦。又因为石油化工企业的千差万别, 各不相同。又有非线性、滞后等因素使之很多控制器不能很好地整定。无法达到满意的效果。
五、现代石油化工自动化仪表技术的发展趋势"
1、石油化工自动化仪表技术发展方向
以知识经济为特征的信息时代,随着石油化工企业规模的进一步扩大,石油化工自动化仪表技术也将朝着数字化, 智能化, 网络化和信息化的方向发展。
2、具体应用系统
一方面DCS 将与FCS 长期共存, 另一方面FCS 也可与DCS 相结合运用于石油化工自动化仪表技术FCS 虽然先进于DCS ,但DCS 作为现代社会一种成熟的应用系统,将FCS技术应用到现有的DCS 控制系统中, 利用DCS 丰富而成熟的控制功能和软硬件产品带动FCS 的推广应用,这样不仅可以利用DCS 成熟的经验和技术, 还可以发挥FCS 的强大优点。
FCS的关键要点有三点：
1、FCS系统的核心是总线协议
2、FCS系统的基础是数字智能现场装置
3、FCS系统的本质是信息处理现场化
通过使用现场总线，可以大量减少现场接线，用单个现场仪表可实现多变量通信，系统集成大大简化，并且维护十分简便。传统的过程控制仪表系统每个现场装置到控制室都需使用一对专用的双绞线，以传送4~20mA信号，现场总线系统中，每个现场装置到接线盒的双绞线仍然可以使用，但是从现场接线盒到中央控制室仅用一根双绞线完成数字通信。例如FCS在硫磺回收工艺中的应用，如图一所示。
图一 硫磺回收装置FCS结构
3、仪表的软测量技术
生产过程的安全保护技术!设备过程故障诊断新技术以及对实时测量的数据进行处理的数据调整技术等,都是石油化工自动化仪表技术需要提高的研究方向。
结论
综上所言，由于石油化工业用石油、天然气作为原料，且配备了多种化工化学试剂，若僅凭借人工生产调配则难以保证石油产品的质量。自动化仪表的运用摆脱了传统检查测量的不足，既保证了原材料选购的质量，也为石油化工业走电子商务模式转型提供了条件。
【参考文献】
[1] 解怀仁.走向21 世纪的石油化工自动化技术[J].化工自动化及仪表,1998 年06 期.
[2] 王晓光,王 厉,厉 励.石油化学工业信息化和自动化控制技术的现状及发展[J].河南化工,2004 年03 期.
【关键词】石油 企业 自动化 仪表 控制 技术
中图分类号：C29 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
现代科技的发展,已成为其标志在石油化工这一传统行业,石油化工自动化仪表技术经过了几十年的发展,如何迎接现代石油化工智能化, 信息化,数字化, 网络化发展要求,成为现代石油化工企业面临的新课题。
二、关于检测、执行仪表
1、温度仪表
石化现场设备或管道内界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。
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。压力范围为到300MPa( 高压聚乙烯反应器) 。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, 粘稠状、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。
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。
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。流量, 不是一般的流速, 而是单位时间内流体有效面截的流体的体积和温度及压力补偿。
5、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分分析是非常重要的。又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。
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用的, 还有少数气动活塞、气动长行程执行机构。
三、自动化仪表的具体介绍
自动化仪表，是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具。它一般同时具有数种功能，如测量、显示、记录或测量、控制、报警等。自动化仪表本身是一个系统，又是整个自动化系统中的一个子系统。自动化仪表是一种“信息机器”，其主要功能是信息形式的转换，将输入信号转换成输出信号。信号可以按时间域或频率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字量形式。
1、分类
自动化仪表分类方法很多，根据不同原则可以进行相应的分类。按仪表所使用的能源分类，可以分为气动仪表、电动仪表和液动仪表（很少见）；按仪表组合形式，可以分为基地式仪表、单元组合仪表和综合控制装置；按仪表安装形式，可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表；根据仪表有否引入微处理机（器）又可分为智能仪表与非智能仪表。根据仪表信号的形式可分为模似仪表和数字仪表。
2、组成
显示仪表根据记录和指示、模拟与数字等功能，又可分为记录仪表和指示仪表、模拟仪表和数显仪表，其中记录仪表又可分为单点记录和多点记录（指示亦可以有单点和多点），其中又有在纸记录或无纸记录，若是有纸记录又分笔录和打印记录。调节仪表可是以分为基地式调节仪表和单元组合式调节仪表。由于微处理机引入，又有可编程调节器与固定程序调节器之分。执行机构按能源划分有气动执行器、电动执行器和液动执行器，按结构形式可以分为薄膜式、活塞式（气缸式）和长行程执行机构。
四、对石油化工先进控制技术的探讨
石油化工企业生产过程存在着很多变量, 要想获得精确的数学模型十分困难, 因此为了解决控制与经济效益之间尖锐的矛盾, 就必须采用先进的控制方法。先进的控制方法可以解决很多常规控制方法不能解决的难题。当前比较先进的控制方法有模型预测控制和自整定控制等。
1、对石油化工企业进行模型预测控制(MPC) 是一个比较特殊的控制
他是一种基于模型的闭环优化控制策略。包括三个要素: 首先是可预测未来的动态模型预测模型是一种能够显示的拟合石油化工生产系统的动态模型。其次是反复优化并滚动实施控制作用, 在每一个对石油化工企业生产过程采样周期内基于系统当前的状态以及预测模型, 找到最有的控制序列, 并将序列施加胎石油化工企业的生产。最后是反馈校正。反馈校正本质上是一个检测对模型预测的精确度, 防止模型出现误差。MPC 模型基于系统脉冲或阶跃响应非参数模型。当前模型预测方法应用比较普遍的有基于非参数模型的模型预测控制、基于ARMA 或CARIMA 等输入输出参数化模型的预测控制、由LQ和LQG 算法衍生出的滚动时域控制。模型预测控制不断发展, 在石油化工企业已经大量存在成功的应用案例。
2、对石油化工企业自整定控制
自整定控制器当前在石油化工行业采用比较多的是临界振荡法。当控制器的Auto Tun ing 为ON 状态时, 控制器开始启动自整定, BANG一BANG 控制开始起作用, 然后把控制器输出至最大或者最小, 紧接着被控对象输出开始变化, 控制器调整BANG一BANG 的控制作用, 使被控对象输出产生等幅震荡, 震荡的幅度要在设定值的控制范围从而得出临界震荡周期Tc 和临界增益Kc , 再求出一组合适的PID 参数。最后把这组参数送到PID 算法块, 控制器最后关闭, 自整定结束。自整定控制器在目前的石油化工工业生产中是控制策略使用最广泛的一种。具有结构简单、可靠性强、鲁棒性强、操作简单等优点。但它也有自身的缺陷, 在实际石油化工生产中自整定控制器的参数非常麻烦。又因为石油化工企业的千差万别, 各不相同。又有非线性、滞后等因素使之很多控制器不能很好地整定。无法达到满意的效果。
五、现代石油化工自动化仪表技术的发展趋势"
1、石油化工自动化仪表技术发展方向
以知识经济为特征的信息时代,随着石油化工企业规模的进一步扩大,石油化工自动化仪表技术也将朝着数字化, 智能化, 网络化和信息化的方向发展。
2、具体应用系统
一方面DCS 将与FCS 长期共存, 另一方面FCS 也可与DCS 相结合运用于石油化工自动化仪表技术FCS 虽然先进于DCS ,但DCS 作为现代社会一种成熟的应用系统,将FCS技术应用到现有的DCS 控制系统中, 利用DCS 丰富而成熟的控制功能和软硬件产品带动FCS 的推广应用,这样不仅可以利用DCS 成熟的经验和技术, 还可以发挥FCS 的强大优点。
FCS的关键要点有三点：
1、FCS系统的核心是总线协议
2、FCS系统的基础是数字智能现场装置
3、FCS系统的本质是信息处理现场化
通过使用现场总线，可以大量减少现场接线，用单个现场仪表可实现多变量通信，系统集成大大简化，并且维护十分简便。传统的过程控制仪表系统每个现场装置到控制室都需使用一对专用的双绞线，以传送4~20mA信号，现场总线系统中，每个现场装置到接线盒的双绞线仍然可以使用，但是从现场接线盒到中央控制室仅用一根双绞线完成数字通信。例如FCS在硫磺回收工艺中的应用，如图一所示。
图一 硫磺回收装置FCS结构
3、仪表的软测量技术
生产过程的安全保护技术!设备过程故障诊断新技术以及对实时测量的数据进行处理的数据调整技术等,都是石油化工自动化仪表技术需要提高的研究方向。
结论
综上所言，由于石油化工业用石油、天然气作为原料，且配备了多种化工化学试剂，若僅凭借人工生产调配则难以保证石油产品的质量。自动化仪表的运用摆脱了传统检查测量的不足，既保证了原材料选购的质量，也为石油化工业走电子商务模式转型提供了条件。
【参考文献】
[1] 解怀仁.走向21 世纪的石油化工自动化技术[J].化工自动化及仪表,1998 年06 期.
[2] 王晓光,王 厉,厉 励.石油化学工业信息化和自动化控制技术的现状及发展[J].河南化工,2004 年03 期.