浅议石化企业DCS、FCS系统的应用和发展(下)

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关键词:2. FCS的应用和发展   FCS是一种新型的分布式网络控制系统,它既是现场通信网络系统,也是现场自动化系统。它作为一种现场通信网络系统,具有开放式数字通信功能,可与各种通信网络互连。 它作为一种现场自动化系统,把安装于生产现场的具有输入、输出、运算、控制和通信功能的各种作为现场总线的节点,并直接在现场总线上构成分散的控制回路。  FCS代表当今控...
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2. FCS的应用和发展
  FCS是一种新型的分布式网络控制系统,它既是现场通信网络系统 ,也是现场自动化系统。它作为一种现场通信网络系统,具有开放式数字通信功能,可与各种通信网络互连 。 它作为一种现场自动化系统 ,把安装于生产现场的具有输入 、输出、运算、控制和通信功能的各种作为现场总线的节点,并直接在现场总线上构成分散的控制回路。  FCS代表当今控制技术和的发展方向,并以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,笔者认为,目前是FCS和DCS并存 ,FCS作为DCS框架下的重要分支应用发展,略表以下个人之见:  ①FCS的变革:不仅变革了传统的单一功能的模拟仪表,将其改为综合功能的数字仪表;而且变革了传统DCS的控制站 ,将输入 、输出、运算和控制功能分散分布到现场总线仪表中,在现场总线上构成控制回路,形成了全数字的彻底的分散控制系统。  ②FCS的特点:具有系统的分散性、系统的开放性 、产品的互操作性 、环境的适应性、维护的简易性、系统的可靠性和使用的经济性这7个方面的特点或优点。有人对“使用的经济性 ”有异议 ,这是正常的暂时现象,其原因是FCS尚未进入大批量应用阶段,现场总线仪表及辅助设备价格偏高 。随着FCS的推广应用 ,技术进步,市场竞争,优胜劣汰 ,FCS的经济性将会显现 。回想当年 ,DCS也是如此,现在人们已完全接收了DCS。  ③FCS的应用:典型工业应用实例是上海赛科(SECCO)90万吨/年乙烯工程,DCS采用Emerson公司的Delta V系统 ,控制站除常规I/O模块外,配置了FF-H1现场总线模块,每个模块的2个接口分别构成2段FF-H1总线 ,每段FF-H1总线设计9台仪表(实用6台,备用3台)。该工程实用FF-H1现场总线段2473条,FF-H1现场总线仪表14375台 ,平均每个FF-H1现场总线段上挂5.8台仪表 。FF-H1现场总线段上集成了不同厂家的现场总线仪表,除了Emerson的温度 、压力、流量等仪表,还有E+H的雷达液位计和流量计 ,ABB的阀门定位器,ROTORK的电动马达控制器,TYCO的电动马达控制器等 ,保证了多种产品的一致性和互操作性。  ④FCS的集成:小型工程项目中FCS自成系统 ,中、大型工程项目中FCS和DCS控制站集成,一般有两种集成方式。一种是FF-H1现场总线模块作为控制站的下属I/O模块,例如Emerson公司的Delta V系统 ,如图3所示;另一种是FF-H1现场总线模块独立,例如Honeywell公司的Experion PKS R300系统,如图4所示 。前者FF-H1依附于控制器 ,信息传输慢;后者FF-H1独立,信息传输快。图3和图4中工程师站(ES) 、操作员站(OS)、计算机站(CS)为DCS操作监控层设备,控制站中有冗余电源(P)、控制器(C) 、现场总线接口(H1)以及各类I/O模块。


图4FCS和DCS集成之二  ⑤FCS的发展:FF-H1现场总线通信速率为31.25Kbps ,不支持冗余总线,有人对这2点提出异议 。值得高兴的是目前有多种现场总线,既有中速也有高速现场总线 ,而且(Ethernet)也已进入实用阶段,正在从高层向底层延伸,有望实现“E(Ethernet)网到底”。FCS代表技术发展方向 ,在应用中不断改进 ,扬长避短,必将出现更加完美的FCS。
  3. 先进控制技术的应用  根据“十一五”时期信息化发展规划,先进控制技术在流程工业的应用普及率达70%以上 。  DCS和FCS为先进控制技术的应用提供了条件 ,先进控制软件作为DCS的可选件集成于系统之中。常用的先进控制技术主要有以下几种:  ①单回路整定技术:单回路PID控制始终占据过程控制的主导地位,但鲁棒性能不理想,对大滞后和强干扰的过程表现出明显的不足。为此 ,研发出单回路模型预测控制,自动调整控制参数,适用于大滞后和强干扰的过程 。例如 ,Honeywell公司的Experion PKS R300系统中的Profit Loop单输入单输出(SISO)模型预估控制算法 。  ②软仪表技术:这是基于过程机理模型或统计模型,对产品主要参数进行在线预估,并将预估参数参于在线控制产品质量。例如 ,Honeywell公司的针对常减压原油切换的Profit GCC软件包。  ③多变量模型预估控制技术:这是先进控制的核心技术,首先辨识过程模型,再预估过程参数和被控量 ,并与所要求的目标值比较 ,若有偏差,则计算出最优控制量,从而实现全装置的多变量控制 。例如 ,Honeywell公司的RMPCT软件包,Aspen Technology公司的DMC-plus软件包。  ④在线优化技术:这是基于过程机理模型和动态优化技术,找出最优操作点 ,再通过多变量控制器实现优化操作。例如,Honeywell公司开发了基于Profit Optimizer、Profit Bridge和机理模型的动态优化软件,应用于乙烯和炼油装置 。  ⑤性能监视和维护技术:先进控制的效益投运初期较高 ,随着运行时间增加、装置性能变化 、模型失配及操作变化等原因,致使先进控制性能降低,经济效益也随之下降。为此 ,开发商推出了先进控制性能监视和维护工具软件,来维护先进控制的效益。例如,Honeywell公司开发出Scout软件 ,Aspen Technology公司开发出Aspen Watch软件 。  今后推动DCS、FCS、先进控制技术的应用和发展寄希望于流程工业 ,尤其是石油和化工行业是领头军。在“信息化带动工业化,工业化促进信息化 ”国策的指引下,必将迎来DCS 、FCS 、先进控制技术的应用和发展的春天。

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