- 关键词：
- 摘要：本文在消化引进设备和技术的基础上 ，结合炼油催化裂化装置生产实际应用 ，进行了以下内容的研究:
第1章绪论
1，1 课题概述
1.1.1课题题目及来源
课题题目:DCS在炼油催化装置生产过程中的应用与研究
课题来源:生产过程实际应用
1.1.2课题研究的背景
Dcs是集散控制系统[]l的简称 ，它集4C技术 ，即计算机技术 、控制技术 、图形显示技术、通讯技术，即以技术于一身 ，具有功能强大 ，组态灵活方便，人机界面友好，管理集中 ，危险分散等优点 ，具有模拟仪表不可比的优越性。自问世以来，随着其性能的不断完善和功能的不断增强 ，其应用领域不断扩大 ，应用水平也不断提高 。
DCS系统在我国各行各业得到了广泛应用[]z 。在石化行业，随着国际竞争的加剧 ，需要提高产品的质量 ，降低人工成本和原材料消耗，必须提高生产过程自动化程度。无论新建装置还是老装置改造 ，DCS得到了普遍的应用 。并且以DCS为基础的先进控制(APC)技术的开发与应用为提高企业的核心竞争力增强了后劲 。因此 ，DCS 成为从事石油化工过程控制专业技术人员的主要研究对象之一。日本横河CENTUM系统DCS具有强大的控制功能和完善的软硬件结构，但是 ，实际应用水平的高低并不完全取决于其先进性 ，要充分发挥系统的功能，实现其先进的控制手段，需要工程技术人员对特定的控制对象 、复杂的控制要求及系统的软硬件功能作深入的研究 ，以提高DCS的应用水平 。
1.1.3课题研究的目的与意义
随着科学技术的发展进步和控制技术的提高 ，DCS在我国各行各业生产过程中得到了广泛的应用 。在石油化工行业，随着能源经济全球化 ，国际竞争不断加剧 ，企业要生存，就要降低成本 ，提高质量和效益 ，就必须优化生产工艺，提高生产自动化水平。近几年 ，中国石化在加快改革改制的同时 ，也十分重视科技进步，加快了世界先进技术的引进与应用 ，结合生产实际加快了科研开发与研究。因而 ，进口DCS在石化生产过程中的应用发展迅猛，国产DCS技术在一定程度上也得到了快速发展 。工程技术人员对DCS技术以及相关控制技术的深入研究，对提高DCS应用水平和运行安全可靠性有着重大意义 。
1.2 国内外DCS在我国工业的应用现状
目前 ， 我国 工业应用的DCS主要有十几种 ，所占比例分别为:Honcwyell 12.6%，新华控制10.1% ，YOKOGAWA 10.1% ，北京和利时8.4%，ABB7.6% ，EMERSON7.6% ，IVENSYS6.7%，浙大中控6.3% ，上海自仪1.5% ，四联仪器仪表1.5%，浙江威盛0.8% ，其他合计25.3%。可见 ，以新华控制工程公司 、北京和利时和浙大中控为代表的国内自主知识产权的DCS，在系统功能、应用软件 、开放性等方面与国外系统进行竞争，在某些领域取得了可喜的成绩 ，但在国民经济各主要领域 ，特别是大型企业工程的控制方面，基本上还是国外系统占主导地位 。DCS在石化领域应用较早较普遍 ，其中Honcywel ，YOKOGA场凭产品占主导地位 。
洛阳石化自从一九九二年连续重整装置采用FISHER公司PROV0x.11系统以来，主要装置基本上都采用了DCS控制。炼油联合装置:常减压装置YOKOGA脚ACENTUM一CS3(X刃 ，一催化装置YOKOGA脚ACENTUM一CS3侧洲) ，二催化装置YOKOGA伪A CENTUM一CS， 连续重整装置YOKOGAWACENTt1M一cs3《拟) ，加氢装置YOKOGA伪凭CENTUM一CS3仪X);化纤联合装置:芳烃抽提装置YOKOGA脚ACENTUM一CS ，对二甲苯装置YOKOGA脚人CENTUM一cs，聚酷装置HoneywcllTps ，热电站和利时HsZ(xxj:精细化工装置:聚丙烯装置Honcywcl ，c3(x洲〕已更新改造为YOKOGA场ACENTUM一CS3侧X!，连续重整装置的FISHER公司PROVOX 系统也改造为YOKOGA认姚CENTUM一CS3峨】X)0日本 横 河 CENTUM系统DCS在洛阳石化的应用明显处于主流地位，因此把CENTUM系统DCS及其应用作为一个课题进行研究 ，对于提高其生产过程的控制水平 ，保障安全稳长满优生产具有深远意义 。
1.3 DCS技术的研究与发展趋势
近几年,DCS 自身技术及其相关技术都有了很大发展，影响较大的有DCS技术 、 技术、APC技术以及现场总线技术 。目前 ，DCS技术在逐渐“向上”和“向下 ”拓展tzl ，“向上 ”是指对收集的现场数据，利用先进的数据库技术、通讯技术 ，结合用户的工艺过程进一步深度加工 ，可以使用户提高生产效率。与用户的管理结合起来参与全厂的信息系统，帮助用户提高管理水平 。“向下”是指结合现场总线技术的发展和智能仪表的应用而开发新功能 。
1.4 研究内容
1 、分析研究日本横河Centmu 系统cos的软硬件资源的功能 ，为系统的二次开发提供技术支持。
2 、研究选择性控制系统的特点 ，结合实际应用，不断改进cos实现催化裂化装置反应器温度选择性控制功能的策略 ，组态方案得到了优化 。
3、经过cos与变频控制技术的结合应用与研究 ，实现了生产过程控制中调频与调节阀的无扰动切换 。
4 、研究了况5的多参数运算功能，与生产装置工艺技术结合，实现了生产工艺过程先进控制 ，并对软测量技术与应用进行了研究和探讨。
5 、与智能仪表技术的结合 ，对单回路变送器双冗余技术进行了开发和应用究，探讨了DCS运行中的问题和定期维护的策略与方式。
第2章 DCS系统概述
2.1 DCS的发展历程
过程计算机控制的发展开始于02世纪05年代 ，02世纪06年代至07年代中期为集中式计算机控制发展时期 ，70年代中期以后为以采集技术为特征的集散控制的发展时期[31 。计算机和自动化技术是当今发展最快的技术之一，它是工业自动化应用的基础 。
1、 20世纪05年代 ，计算机过程控制的开端在应 用 过 程控制之前 ，计算机仅仅在工厂 、实验室进行数据采集和分析，这时的计算机只作为数值运算的工具进行数值统计和数据分析 ，计算机与过程装置之间没有直接的物理连接。在后来的发展中 ，只是计算后的值被送给执行装置，操作仍由操作员人工完成 。1959年 ，美国TRW公司和TEXACO公司联合研制的TRW30计算机控制系统在美国德州阿塞港的炼油厂聚合装置上投用成功 。它主要用于数据记录和部分控制。
2 、 02世纪06年代至07年代中期 ，过程计算机控制系统的发展时期在这 之 前 ，虽然计算机已应用于过程系统，但仍不能称之为过程计算机控制 ，其根本原因在于它不能直接参与过程控制 ，充其量不过是一个离线数据分析的工具 。到20世纪50年代后期，由于在计算机上提供了过程与装置之间的接口 ，人们开始实验用直接的方法 ，使计算机与变送器和执行器之间的信号双向传递都不用人工干预，并获得了成功 。此时的计算机每台控制和管理的过程装置很少 ，多数情况下为单回路控制。1%2年 ，英国帝国工业公司(】CI)安装了Fe~ tiAlgus计算机控制系统，替代了全部模拟控制仪表.即模拟技术被代替 ，而系统的功能确保持不变 。这是集中式过程计算机控制系统应用的开端 。集中
式过程计算机控制系统的发展经历了直接数字控制系统、集中计算机控制系统和分层计算机控制系统。
3 、 集散性控制系统
集散性控制系统又名分布式计算机控制系统 ，由于其控制功能的分散性和信息管理的集中性，又称集散性控制系统 ，其实质是计算机技术对生产过程进行集中监视 、操作管理和分散控制的一种新型控制技术 。它是计算机技术 ，信号处理技术，测量控制技术，通讯网络技术和人工接口技术相互发展 ，相互渗透而产生的 ，即不同于分散的仪表控制系统，又不同于集中式计算机控制系统 ，它是吸收了两者的优点 ，在它们的基础上发展起来的一门系统工程技术，具有很强的生命力和显著的优越性 。集中管理部分可分为工程师站、操作站和管理计算机。工程师站主要用于组态和优化控制 ，操作站用于监视和操作 ，管理计算机用于全系统的信息管理和优化控制。分散控制系统检测部分按功能分为控制站 、检测站和现场控制站，它用于控制和检测 。通信部分连接集散控制系统的各个分布点 ，完成数据 、指令及其它信息的传递 。集散型控制系统软件是由
实时多任务操作系统、数据管理系统、数据通讯软件 、组态软件和各种应用软件组成。使用组态软件 ，就可以生成用户所要求的实时系统 。
2.2 DCS的优点和特点
集散型控制系统是采用标准化 、模块化和系列化设计，由过程控制级、控制管理级和生产管理级所组成的一个以通讯网络为纽带的集中显示操作管理 ，控制相对分散 ，具有灵活配置，组态方便的多级计算机网络系统 。
1 、 自主性
系统上各工作站是通过网络接口连接起来的，各工作站自主地完成合理分配给自己的规定任务。系统上各工作站采用最新技术的微型计算机 ，存储容量扩充 ，配置软件功
能，是一个能够独立运行的高可靠性的子系统 ，系统操作方便 ，显示直观，提供了装置运行的可监视性 。控制功能齐全 ，控制算法丰富 ，连续控制 、顺序控制集中于一体，还可实现串级、前馈 、解祸和自适应等复杂控制 ，控制功能分散 ，负荷分散，从而使危险分散 ，提高了系统的可靠性 。
2 、 协调性
各工作站间通过网络传送各种信息协调地工作 ，以完成控制系统的总体功能并进行优化处理。采用MAP/TOP实时性的、安全可靠的工业控制局域网络，使整个系统信息共享，提高了畅通性 。
3 、友好性
集散控制系统软件是面向工业控制技术人员 、工艺技术人员和生产操作人员设计的 ，其使用界面就会与之相适应 。
实用而简洁的人机会话系统 ，CRT彩色高分辨率图形显示、复合窗口技术 、画面日趋丰富:综合 、控制、调整、趋势流程图 、回路一览 、报警一览、批量控制 、计量报表 、操作指导等画面，菜单功能更具实时性。屏幕密封式薄膜操作键盘 ，触摸屏幕、鼠标器 、跟踪鼠标器等更方便于操作 。
提供 的 组 态软件包括系统组态 、过程控制组态、画面组态 、报表组态 ，是集散控制系统的关键部分，用户的方案及显示方式由它来解释生成内部的可理解的目标数据 ，它是DCS的“原料 ”加工处理软件 。使用组态软件可以生成相适应的实时系统 ，易于用户制定新的控制方案，便于灵活扩充。
4 、 适应性、灵活性和可扩充性
软件和硬件采用开放式 、标准化和模块化设计 ，系统积木式结构 ，具有灵活的配置，可适应不同的用户的需要。可根据生产要求 ，改变系统的大小配置 ，在工厂改变生产工艺 、生产流程时，只需要改变某些配置和控制方案 。以上的变化都不需要修改或重新开发软件，只是使用组态软件 ，填写一些表格即可实现 。
5、 在线性
通过人机接口和I/O接口 ，对过程对象的数据进行实时采集、分析 、记录 、监视、操作控制，并包括对系统结构和组态回路的在线修改 、局部故障的在线维护等 ，提高了系统的可用性。
6 、 可靠性
高可靠性、高效率和高可用性是集散控制系统的生命力所在 。制造厂商在确定系统结构的同时进行可靠性设计 ，所采用可靠性保证技术如下:
a) 系统结构采用容错技术 。
b) 系统的所有硬件包括操作站 、控制站 、通信链路都采用双重化。
c) 为提高软件的可靠性，采用程序分段与模块设计、积木式结构 ，采用程序卷回或指令复制的容错设计 。
d) 必结构 、组装工艺精心的可靠性设计 ，严格挑选元器件，降频使用 ，加强质量控制,尽可能地减少故障出现的概率 。新一代DCS 的采用专用集成电路(ASIC)和表面安装技术(SMT)。
e) 电磁兼容性设计 ，是指系统的抗干扰能力与系统内外的干扰相适应，并留有充分的余地 ，以保证系统的可靠性 。因此系统内外要采用各种抗干扰措施 ，如系统放置环境应远离磁场 、超声波等辐射的地方，作好接地系统，过程控制信号、测量和信号电缆一定要做好屏蔽和接地 。采用不间断电源供电 ，用带屏蔽的专用电缆供电 ，控制站的输入输出都要经过隔离，经过安全栅与装置现场的对象连接起来 ，以保证系统的安全运行。
f) 在线快速排除故障设计 ，采用硬件自诊断和故障部件的自动隔离 、自动恢复与热机插拔的技术 。
第3章洛阳石化催化裂化装置DCS应用
3.1催化裂化装置工艺简介
3.2一催化裂化装置DCS配置情况
一催化裂化装置Dcs网络11构成见图
1 、 DCS硬件
1) EWS工程师站1套
包含DE比PC站1个，MO磁盘驱动器(46MB)1个 ，彩色打印机1台 ，vF701网卡1个，wINNT’4.0(中文版)1套 ，Microso noficeZ〔xxX中文版)1套 ，visualBasic和巧sualC++各1套 。
3.3横河CENTUM系统DCS介绍
1、 CENTUM系统DCS构成
CE NT UM 系统具有开放型网络，采用了23位微处理器 ，能够实现国际标准化组织(150)提出的生产管理6层模型中的2~5层所要求的控制管理功能。在每个控制网络(v-nct)上最多可以连接64个站单元CFNTUM系统DCS构成参见图冬2.图中ICS一信息指令站(操作站) ，EWS-1程师工作站，APS一应用工作站，FCS一现场控制站 ，ABCe总线转换接口 ，ACG一通信门路单元，丫此t一实时控制网络 ，Etberne卜以太网络。
2、 CEN TUM系统DCS的通信网络〔E NT UM 系统Dcs的通信网络【01]是开放型网络 。通信网络体系由实时控制网络(从net) 、操作站信息网络(E.nct) 、局域信息网络太网(Ethcmct)、光缆分布式数据接口(FDDD等构成 。
)1 实 时 控制网络(-vnet)
丫n et是 一 种实时控制网络[l01。CENTUM一cs系统中的现场控制站(Fcs) 、操作站(ICS) 、总线转换接口(ABC)及通信门路单元(AGC)等站单元均连接在控制网络上 。
2) E一 cn t操作站信息网络E一en t 是 用于系统内Ics之间相互通信的局域网络lt12 。E一ent功能包括:显示其他ICS的趋势记录数据、使用连接到其他ICs 上的打印机或硬拷贝机 、将某一个ICS所生成的工程数据传输到另一个ICS 、ICS 之间的数据库等值化。
)3 E the met局域信息网络CEN TU M系 统民5使用Ethernet作为E朽和ICS之间 ，以及ICS与管理计算机之间的数据传输的局域信息网络(LAN) 。网络布线采用同轴电缆，网络为总线型 ，传输距离18腼 ，通信速率为10肠Ps 。Ethernet与IcS使用通信协议有传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)、文本传输协议(FTP) 、网络文本系统(NFS)。
4) FD D I光缆分布式数据接口
光缆 分 布 式数据接口有丫cnt和Ethcmet的功能，既是局域信息网(LAN) ，又是实时控制网络 。FDDI采用了表决式令牌环体系 。它的通信速率为loMbPs ，并允许音频和视频信号的通信。主要作用是实现FCS 用ICS 与管理计算机的通信 。
3 、人机接口单元
CE Nn UM 系统Dcs的人机接口单淤均，能够满足集成化生产过程的综合要求 。在友好的用户界面中仍保留了传统的回路操作方法。在ICS 的窗口中能够对生产过程进行监视。还可根据需要配置语音输出、记录仪模拟输出信号和报警用开关量输出信号 。DCS的人机接口单元有信息指令操作站(Ics) 和工程师工作站(EWS)两类 。】CS主要用于过程操作或组态 ，EWS主要用于组态 、系统生成及系统管理等工程化工作。规模较小的系统不配置EWS ，用ICS 即可完成上述工作 。EWS由一台工作站构成，具有很高的存储容量和信息处理速度，可以作为一台文件服务使用 ，对各个ICS 的组态文件进行统一管理和维护 。
CE NT UM 一CS的人机接口单元采用了UNIx ，CENTIJM一CS3侧洲〕的人机接口单元采用了Wi.dow.NT。操作系统及X.Windows和Motlf图形用户界面(GU】)，并可以配有汉化软件 。
1) 信 息 指令操作站(ICS)
ICs主要用于操作人员对生产过程的监视与操作[l6] ，也能够用于组态和维护 。ICS具有收集历史数据 、统计数据以及趋势和报告报表显示打印功能。
(1) ICS的构成
ICS由显示器、操作员键盘、工程师键盘 、方式切换钥匙开关 、系统维护开关板、站控单元 、ICS的外围设备组成 。
(2 )】 CS的功能
为了 满 足 联合装置内各个装置操作控制的独立性和管理上的统一性 ，可以把一套CENTUMesCS系统划分为若千个组 。每个组可以根据实际操作和控制需要由几台ICS和现场控制站组成。每个组内的IcS只能接受本组内的控制站所发出的信息和对现场控制站的控制测量回路进行操作 。根据需要ICs 可以同时被组态在几个操作组内，或不属于任一个操作组 。在ICs 功能体系中 ，包括操作员功能 、操作员实用功能、系统维护功能。
(3 )基本操作画面
IcS 有总貌画面 、流程画面 、操作指导画面、控制组画面 、调整画面 、报警摘要画面7种基本操作画面。
(4) 窗口操作功能
在CIS的基本操作画面上能够依据需要调出或自动显示相关的窗口 ，实现了一机多能 。在窗口中显示有关监视和操作的详细信息，还可以显示由管理计算机送来的信息 。在一幅基本操作画面上最多覆盖10个窗口。
(5 )趋势记录功能
趋势记录功能包括数据采集、数据存储及趋势显示三方面 。趋势记录的类型有:实时趋势 、存储趋势 、其他操作站的趋势数据、调整趋势 。
(6 )信息管理功能(MFI)
信息管理功能(ICs的数据处理功能)软件包 ，处理来自控制站的实时数据和来自存储在ICS 中的历史数据 ，对这些数据进行分析，制作报告、报表等。MIF的主要功能有数据采集功能 、生产报表及报警事件报告功能 、长周期趋势功能、统计质量管理趋势功能(5碳) 。
(7) 用户程序功能
用户程序功能是对Ics 标准功能和软件包功能的扩展 ，用户能够增加更友好的交互界面和数据处理功能 。在开发用户画面 、通信功能和数据处理程序中使用面向用户的胡SIC语言。在其他计算机上开发的程序可以方便地装入IcS.CENTUMseCS为用户程序的开发提供了一个解释程序开发环境 。IcS多任务功能允许多个用户同时开发用户程序 。常用的用户程序有与画面相关程序和后台程序。
2) 、工程师站(EWS)
EWS提供开放型工程化工作平台 。印5的工程化功能包括组态生成功能、调试功能及系统管理功能1 ，J.(1) E w S的组态生成功能CENT U M( 5的组态生成功能是在组态器(Biulder)的支持下实现的 。基本的组态器用可视图形方式显示在组态器主菜单上。由主菜单上选择需要的组态生成功能。
)a 系统组态器:用于对CENTU阶Cs的硬件配置 、系统常数及通用功能进行定义 。
)bIcS组态器:用于定义ICS的操作和监视功能，如趋势点设置 、操作画面资料定义、显示窗口定义等 。
)c FcS组态器:用于定义PcS的卡件配置 、控制及检测回路的功能等。
)d 系统通用功能组态器:用于生成供多台Ics共同使用的用户画面和帮助信息 。
e) 操作员实用功能组态器:用于操作员实用功能的定义 。操作员实用功能组态器功能。
(2 )EWS的调试功能
EwS提供了CFS仿真和无线调试两种离线调试功能 。
CIS的仿真功能:FCS仿真功能需要在ESW上实施 。组态生成的组态数据库建成之后，能够在FCS仿真功能下进行常规调节或顺序控制功能的模拟运行调试。经过调试完善的数据再下装到期FCS 的执行数据库中 。
在一个FSc中 ，或CFS的一个控制区中 ，或一个控制图范围内，能重复进行数据库的整体性能调试 ，可以同时进行多种控制功能的调试 。
无线调试功能:经过FcS仿真功能调试过的控制功能下装到FcS后 ，在FcS中可以通过无线调试功能进行再一次的调试。在FCS没有和现场的过程信号连接之前，利用无线调试功能中的软件生成的输入/输出信号 ，对控制功能进行模拟调试 。在FCS 仿真功能下不能进行的控制处理速度 、计时和参数设定等测试工作 ，均可以在无线调试功能下完成 。还可以对FCS之间或与其他站单元间的通信功能进行测试。
(3) 系统管理功能
CENTUM系统管理功能能够完成对系统的监视、诊断和维护等工作，保证了系统始终处在一个正常的工作状态。系统维护功能还允许对FCS的部分控制功能进行在线维护 。利用这个特点能够对在线运行中的FCS的一个控制区 、控制图或控制功能块相关的数据进行修改或追加 ，并将这些数据重新下装到运行中的FCS的数据库中 。
4 、 现场控制单元
CENT服系统的现场控制单元01主要有现场控制站(咒)5和先进控制站(AC)S两类.FCS能完成对连续过程和批处理过程的监控及管理。AcS能够提供先进控制功能的工作平台 ，可以对大规模系统中的FCS进行监控.AcS具有大容量的存储器具和很高的运算速度，能够运行先进功能控制软件或用户开发的先进控制功能程序 ，如多变量预估控制等 。
1) FCS的构成
CFS分为标准型和增强型两种 ，CFS又依据其配置情况分为非冗余型和冗余型两种 。FCS的安装形式分为专用机柜式和48cm(19’)架装式两类。机柜式适合于集中安装在中央控制室的机柜室内 。架装式适合于分散安装现场的机柜间内 。代5硬件由现场控制单元(CF)U、远程1/0总线(1R0bsu)以及节点(Ndo)e构成。
()1 现 场 控制单元(CF)U:CFU是此5的核心部分，由处理器卡、节点通信卡 、电源卡以及V一net祸合器 、RIO总线祸合器、电源连接等构成.处理 器 卡 ，主要由CPU(32位 ，30阳2) 、主存储器(12MB或16MB具有纠错代码存储功能) 、V-net接口三部分构成 。
(2 )远 程 1/0总线:CF’U和各节点之间的过程1/0信号的通信利用了IRO总线12] ，RIO总线允许在不停止Fcu运行时增加或改变节点，且不会对通信产生影响 。
()3 节 点 : 每 台CFS的IRO总线上最多接8个节点 ，每个节点上最多配置5个1/0卡笼(Nest)。在一个FCS机柜内最多安装6个节点 ，其中安装在FcU正面的3个节点，每个节点上能安装4个1/O卡座;背面的3个节点上能安装5个1/0卡座 。FCS的节点是由节点接口单元(NIU)、1/0 卡座 、1/0卡件及安装底板构成 。2) 现 场 控制单元的冗余技术
根据 用 户 的需要 ，FCU可以冗余配置。这种配置的FcU所具有的处理器卡 、节点通信卡、电源卡以及V一net祸合器总线祸合器均为冗配置。CFU 采 用 了“对后备 ”技术 ，在每个处理器卡上装有2个CPU和一个比较器以及一个具有纠错代码的主存储器;每个FcU 上配置有两块处理器卡，其中一块作为主控卡 ，另一块作为后备卡 。在正常工作时 ，两块处理器卡同时执行各种处理任务，但只有主控卡的处理结果被送到总线接口卡 。
每个处理器卡上的两个CPU 同时执行相同的控制计算任务 ，比较器在每一个扫描周期内比较一次它们的计算结果 ，当比较的结果一致时，就作为正确的结果送到主存储器和总线接口卡上。如果因为电气噪声或故障初发阶段的原因引起瞬间计算错误，比较器检测出错误 ，同时将原来作为后备的处理器卡切换为起主控作用 ，该卡的计算结果立即转输至总线接口卡，这一切工作都是在一个扫描周期内完成的 ，因此 ，能够实现两块处理器卡间的无扰动切换 。
由于“对后备”技术的采用，使得系统具有容错功能 。在每一个处理周期中 ，自诊断功能都要对控制计算过程是否发生异常进行检测。如果没有发现异常情况 ，却出现了计算错误，则这种计算错误被视作瞬间错误 ，这时能够由主存储的纠错代码功能对瞬间位反相错误进行修正 ，从而防止因偶然发生的瞬时错误而产生的严重后果 。
现场控制站的硬件除了FCU单元的冗余配置外，IRO总线以及节点接口单元均为冗余配置.
3) FcS的功能
CFS能实现过程连续控制 、批处理控制及计算机管理功能 ，能满足各种生产过程的监视 、控制及管理的需要 。Fcs的控制功能15]:包括基本控制功能、批处理控制功能 、软件1/0功能和用户程序功能。在结构体系上FCs采用了控制区控制图和功能块三层结构 。
()1 控 制 区:每个FcS最多可分为8个控制区 ，也可以只划为一个控制区 。在控制区内，进行下述的工程化工作:控制功能的下装/存储 、组态生成、调试、控制功能的启动/停止;
(2) 控 制 图:控制图是若干个控制功能块的组合。通常，把与某一个控制对象相关的一个复杂控制回路作为一个控制图 ，也可以把对于一个装置或一个工段的监视功能作为一个控制图 。
()3 功 能 块:功能块的组合能够实现各种常规的 、复杂的控制或顺序控制 。在FCS中主要有5类功能块:常规仪表功能块 、顺序控制功能块、计算功能块 、仪表面板功能块和可编程序功能块。常规仪表功能块共有10类40 种。常规仪表功能块主要由输入信号处理 、计算单元、输出信号处理及报警处理四个环节组成〔划 。
第4章选择取代系统在DcS上实现研究
4.1选择性控制系统概念
第6章DCS平台上的先进控制技术
6.1先进控制技术概述
先进过程控制技术均 ，包括适应控制 、多参数预估控制 、组分推断控制、神经网络 、模糊控制 、最佳控制及故障诊断系统等 。采用先进控制技术可提高系统的控制适应能力，克服由于系统本身的时变性、非线性 、不稳定性 、外部扰动的随机性及不可检测等带来的问题。炼油、石化行业的先进过程控制技术应用 ，是指利用上述技术 ，在现有常规控制技术系统的基础上，达到平稳生产、卡边控制 、节能降耗 、挖掘装置潜能 ，使之最终转变为经济效益的技术活动 。通过先进控制、在线或离线流程模拟与优化 、能量综合分析与优化等技术的应用 ，实现有装置级到全厂甚至企业级的联合整体优化，最大限度地提高产量 、保证质量、增加品种 、降低能耗物耗 、强化环保、保证安全 、提高劳动生产率 、增加经济效益 。
7.Z DcS维护中的问题与处理
1、 FCS 双冗余控制器中一个控制器出现停止工作现象。先检查判断是否是控制器本身硬件故障 ，后检查该侧CPU控制网终端电阻连接是否牢靠 、电阻阻值是否稳定为5以〕 ，排除故障 、启动CPU恢复正常 。
2、 操作站历史趋势图无法调出 。检查操作站E网及终端电阻连接是否有松动或接触不良情况，排除故障后恢复正常。
3、 操作站死机 。重新启动仍不能进入系统操作画面 ，要判断是否为硬盘故障 ，排除故障后恢复正常 。
4 、 DCS长趋势记录断线故障分析及排嚼切:
)a 怀疑操作站装机有问题，重新装机:怀疑操作站主机内存条有问题，更换内存条:
)c 操作站的长趋势记录分区不对 ，由于iwdnow NI禅.o不支持大硬盘 ，将长趋势记录的分区由30G分为4G，重新格式化 ，重新设置参数;
)d 该 操作 站的网卡有问题 ，检查网卡;
)c 检 查 断线的趋势参数工位所在的控制站CPu的空闲时间是否太小(保证205 以上):为了提高控制站的CPU空闲时间，合理调整控制站刀0点的扫描方式的分配 ，适当控制控制站的FO点的点数等:
5 、 有 X X运算功能块溢出报警信息出现 ，检查报警的逻辑运算功能块，分析问题原因并排除故障;同时 ，要简化和合并逻辑运算块减少CPU的执行时间 ，并确保使用的每一个逻辑功能块的正确引用、算式正确 、程序无误，确保正确执行。
7.3定期维护的策略与方式
1 、 定 期 专业性维护一点检34[]
2、 定 期 检查与清洗DCS 机柜风扇 、滤网 ，保持风扇运行正常 、滤网清洁 ，保持机柜间环境的温湿度在要求的范围内;
3、 DCs 的FO输入通道软件设置功能，在Des 组态时，对现场变送器的故障 、连线回路的开路 、短路等情况进行诊断信息预先设置 ，进而实现在正常运行期间 ，对现场变送器运行状态的监视、诊断及远程维护等 。
第8章工厂控制前景与预测----大型石化装置全集成自动化系统和FF现场总线技术的应用
8.1全集成管理系统
1 、全集成管理系统的结构
全集成管理系统的结构如图8-1 。
1) 一企业资源计划伍nterprlscRcsourcPI翻ins): 财务，人事(HR) ，采购 ，生产 计 划 ，维修(SAP) ，销售。
2) MI巧.一生产执行系统(M胡ufacturingExecution systcms):是工厂层面系统 ，能够优 化 从 发布命令到最终完成的整个生产活动。典型的生产执行系统包括:
实时 过 程 信息(Pl) 、质量信息(UM)s、成本，工厂生产事件信息的采集、历史 存 储 、分析和报告的信息系统集成 ，培训 ，CAD，HSE ，效评估绩 。
3) Pcs二过程控制系统(Proce sConlrolsystem):DCs控制系统 ，515安全连锁系统; 火 灾 和可燃气体报警连动系统(&FG);转动机器检测保护系统(MM)s;在线 色 谱 检测网络(GC);电气设备检测控制系统(Mcc);c(，v网络监视系统 [钊 。
我们不仅要将一个装置内各种控制系统信息集成起来，而且要将全厂所有装置的控制系统和信息集成起来 ，成为一个管 、控一体化的全集成主控制系统 ，使工厂各部门能够共享信息资源。实现这种全集成的手段是网络通信技术 。
2、全集成管理系统的总目标
1)健康 、安全及环境保护有可靠保证:
2) 高质量的过程测量，调节控制和先进控制 ，友好人机界面;
3)仪表及控制系统故障引起非计划停车最少;
勺提供准确 、无缝的信息数据(管理、操作 、技术 、实时及历史);匀提供维修计划 ，存量控制和采购计划:句提供生产计划调度优化，满足市场需求:乃工厂、供应商和客户信息集成在同一互联电子商务平台;孙降低生命周期成本 、获取最大的利润 。
3 、网络集成的可靠性要求
1)一般监视系统网络 ，可采用单路通信网络;
2为重要的控制、连锁系统网络 ，采用双冗余通信网络:
3)对于重要网络要求有最高等级的安全性，所有互连网络之间应配备防火墙 ;
4除了与生产装置现场的检测和控制设备外 ，DCS内部的数据高速公路上不应 与外部有直接的连接:
5 SIS安全连锁系统的DI 、DO信号使用硬导线连接;
6)数据库和应用软件的使用应通过密码保护的手段 ，使其限制在授权用户的范围内:
7)整个现场范围内通信光缆应至少有50% 的冗余量。在需要双冗余信号的情况下，应使用二种光缆路径敷设 。
8.FF现场总线技术的使用
1 、 现场总线的概念
现场总线是将自动化最低层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通讯网络 ，遵循150的051 开放系统互连参考模型的全部或部分通讯协议 。目前最具有影响力的现场总线有5种:F ，Profibus，HAR工CAN和切n认lorks，其中FF高基金会现场总线(Foundation Flcldbus)是有美国仪器协会(ISA)推出 ，代表公司有Honeywel和sherRosemcnt ，主要用于石油化工、连续工业过程控制中的仪表。F 的特色是其通讯协议在150的051物理层、数据链路层和应用层附加了用户层，通过对象字典OD() 和设备描述语言DDL() 实现可
4) 一些供货商的F现场设备DD文件版本与DCS总线版本不匹配 ，造成通信不正常 ，时好时坏，在网段上时有丢失情况 。这个问题由有关供货商与DCS的供货上配合处理解决 。例如E+H的雷达 ，泰科的ON一OF 电动阀等。
5)个别F变送器本身性能有问题 ，例如绝缘差，或信号太弱 ，它会对网段产生干扰 ，造成某个或某些表在网段上看不见，当将此表换掉 ，网段就正常了 。
8.3报警信号优化管理的研究探讨
1 、 问题的提出
石化工业生产过程中 ，通常报警系统设置较多，过量的流程参数报警给操作者的决策和诊断带来困难 。操作经验表明，对单个报普信息 ，在取消报警后 ，操作员忽视该报替的概率很小，当显示画面上有许多报警时 ，操作员再注意最先的报警的概率也很小。工程设备和材料用户协会(EMUA)推荐:保持操作者有效处理的报警频率为每10分钟1次报警 ，即每天150个报替;操作员可处理的最大报警频率为每5分钟1次报警，即每天300个报警。统计表明:某乙烯裂解炉连续15天的数据平均每天报警510次 ，远高于有效处理的报警频率 。
2 、 报警信息优化
由于流程工业生产数据特点是数据量巨大、工业噪声和数据的不确定性 、动态性和数据类型的多样性 、多目标与不完整性等 。因此 ，报警信息优化的目标是有效的处理某一报警频率。方法有对报警信号进行数据挖掘、分类和等级划分，根据流程工业生产数据的特点选择合适的处理方法1期 。以动态模糊聚类分级算法为例 ，报警信息优化处理过程见图今02
)a 涉及模糊集理论及其聚类方法 、随机变量的数据特征 、多元统计分析等;
句 应用动态模糊聚类方法对报警信号进行分类:
)c 采用数据矩阵的协方差构造模糊相似矩阵;
刃 采 用 主元分析确定聚类个数;
)e 类 内 需对各变量进行等级划分;
勺 类内求取各变量间平均相关系数 ，以此对各变量排队得等级序列;
)9 应用动态模糊聚类方法对报警信号进行分类;
h) 采用数据矩阵的协方差构造模糊相似矩阵;
)1 采 用 主元分析确定聚类个数;
)j 类内需对各变量进行等级划分;
k) 类内求取各变量间平均相关系数，以此对各变量排队得等级序列;
第9章结论
9.1研究结论
1、 DCS以其功能强大 、组态灵活 、界面友好、管理集中 、危险分散等优点 ，在石化行业得到广泛应用 。并且 ，以ocs为基础的先控(A代)技术的开发和应用为提高企业的核心竞争力增强了后劲。
2 、通 过 对 选择性控制系统在cos上三种不同实现方法的应用与研究、在民5上实现调频电机与调节阀无扰动自动切换技术应用与研究、ocs与智能仪表技术结合的应用技术的研究，可见ocs实际应用水平并完全取决于其先进性，还需要工程技术人员对特定的控制对象 、复杂的控制要求及系统的软硬件功能作深入的研究 。
3 、 常 压 加热炉、初馏塔先进控制器技术的应用研究表明 ，利用DCS提供的软硬件环境和应用平台 ，应用先进控制技术和软测量数据挖掘技术，可以达到平稳生产 、卡边控制 、节能降耗、挖掘装置潜能 ，使之最终转变为经济效益的目标 。
4 、 DCS技术应用的基础上 ，控制和信息管理系统应是纵向和横向 、点和面地构成工厂全集成管理系统;先控技术的开发和应用有待向着高水平高效率方向提高:软测量技术和数据挖掘技术的研究以及报警优化管理技术有待进一步深入。
9.2问题预测与展望
1、 DC S 普遍采用，提高了自控水平 ，实现了生产过程的集中监控 。存在问题是仅代替Pm控制 ，功能没有充分发挥:DCS提供的大量生产实时数据没充分利用，一些难控对象(如产品质量)PID控制无能为力 。
2 、 A PC 先进控制技术的成功应用是生产装置挖潜增效的有效手段 ，但问题是目前大部分先进控制系统软件由国外引进 ，价格昂贵 、技术复杂、维护管理不力，长期成功应用困难 ，先进控制系统不少控制器投用后并未达到预期效果 ，投用率低，即使在自动化基础好的大型石油化工厂，从国外引进的APC控制系统 ，其运行率也仅1/3。
3 、 如今 ，向生产优化操作要效率，向安全要效益 ，以人为本的安全理念对况5在生产过程中的健康监控提出了更高的要求 。
4 、 综合自动化的开发应用和研究已有01 余年 ，并在试点企业中取得了较大的经济效益和社会效益，多数石油化工企业在主要业务方面开发应用了Mls管理信息系统 ，其应用逐步普及 ，深度增加 。企业级管理信息系统己在大部分企业实现。但如何应用DCS 提供的大量生产数据为决策者提供科学的支持存在很大差距。
5、 数据挖掘技术和报警信号优化管理技术的研究有待深入;软测量技术的研究和应用成果很多，但工程化和商品化不够.
