随着計算機控制系統應用的迅速發展，根據現代化控制理論開(kāi)發的先進控制軟件，現已取得較好的效益。在煉油化工(gōng)企業計算機的先進控制方法主要有自适應控制（包括PID自适應控制）、多參數預估控制、組分(fēn)推斷控制、神經網絡、 模糊控制、最佳控制及故障診斷系統等。采用先進控制可提高系統的控制适應能力，克服由于系統本身的時變性、非線性、不穩定性、外(wài)部擾動的随機性及不可檢測等帶來的問題。國外(wài)已有18家公司共有120多種先進的控制軟件，逐步向标準化、工(gōng)程化、商(shāng)品化發展。這些軟件已應用于煉油裝置、乙烯、芳烴生(shēng)産等，也有的用于工(gōng)廠蒸汽系統、油品調合、油品儲運以及全廠綜合控制系統。另外(wài)，神經網絡與學習控制系統已實用化。

　　先進的控制方法特别是預估控制技術、組分(fēn)推斷控制、模糊控制、神經網絡技術、自适應控制、故障診斷等已實用化并取得較好效果。下(xià)面簡要介紹幾種先進的控制方法。

　　1．1 組分(fēn)推斷控制

　　為了保證塔的産品質量，一(yī)般采用在線分(fēn)析儀進行反饋控制，組分(fēn)推斷控制可不用在線分(fēn)析儀，是根據塔的進料量、壓力和溫度等參數由計算機快速計算出每一(yī)種産品的餾程95%點、90%點和10%點，可精确地進行反饋控制。這種技術可用于催化裂化、加氫裂化、焦化主分(fēn)餾塔、潤滑油真空塔和石油華工(gōng)分(fēn)餾塔等，根據規模和能耗不同，典型收益為每年20到200萬美元，美國已有70套裝置采用。

　　大(dà)連七廠、錦西煉廠已采用組分(fēn)推斷控制，這種控制與中(zhōng)段回流節能控制組成實用的優化軟件，經濟效益明顯，值得推廣。

　　1.2 多參數預估控制

　　多參數預估控制（IDCOM）是運用現代化控制理論的一(yī)種先進控制，主要用于塔及反應器溫度控制，和處理難度較大(dà)的溫度影響動态特性問題。多輸入多輸出的（IDCOM）控制方法是使塔穩定操作的有效方法， 這種方法可采用脈沖響應模型為過程内部動态模型。

　　1．3 模糊控制和神經網絡技術

　　自90年代初模糊控制的熱潮波及到歐洲後，德國工(gōng)程師就緻力于研究工(gōng)業自動化方面應用模糊控制，他們認為模糊控制技術是一(yī)種關鍵技術。模糊控制技術主要用于滞後大(dà)、非線性的石油華工(gōng)對象。現已有商(shāng)用軟件。神經網絡技術可用于質量預測，與模糊控制技術相結合可用于控制石油華工(gōng)非線性對象，常規儀表是不能完成這樣的控制任務的。

　　2 用好在線質量分(fēn)析儀表，提高産品質量實現優化控制

　　在線質量分(fēn)析儀表的應用是實現工(gōng)藝過程先進控制和優化控制的有效手段。在線質量分(fēn)析儀表早裝置調節控制、産品質量控制、節能控制和環保等方面得到廣泛的應用。

　2．1 在線質量分(fēn)析儀

　　工(gōng)業色譜儀在乙烯、聚乙烯、丁二烯等裝置上已普遍使用。乙烯裂解裝置各種幹燥氣體(tǐ)中(zhōng)的水份分(fēn)析要用到微量水分(fēn)析儀。工(gōng)藝裝置循環水及鍋爐給排水的水質分(fēn)析需要用工(gōng)業酸度計和工(gōng)業電(diàn)導儀。工(gōng)業鍋爐使用氧化锆分(fēn)析儀可節能5%左右，如果配上微機系統，可節能10%以上。另外(wài)， 還可采用在線分(fēn)析儀和計算機組成環保監控西，對污水處理、有害氣體(tǐ)排放(fàng)等進行控制。可見在線質量分(fēn)析儀表在工(gōng)業上的應用是廣泛的。

　　近紅外(wài)（NIR）分(fēn)析儀發展很快， 它是利用全息幹涉栅掃描光譜技術實現的。第一(yī)台在線NIR是Guided Wave 1980年推出的Model 100，它的掃描光譜範圍是200 ~2000nm，精度為2nm。最近LT Industries推出的Quantum1200的掃描範圍為400 ~2400nm，精度為1nm。新近出現的固态傳感器有同樣高的光源效率，而且體(tǐ)積小(xiǎo)、結實、沒有活動部件，它能夠非常快地掃描整個所需求的區域。最近NIR試圖通過 Michelson幹涉儀得到中(zhōng)頻(pín)IR光譜（2~25mm），并利用快速傅立葉變換， 以得到更高的分(fēn)辨率，今後NIR将發展更精确的定位濾鏡，研究所需檢測物(wù)質的光譜帶， 開(kāi)發新的傳感器。NIR分(fēn)析儀已應用于煉油廠測量與控制汽油辛烷值。

　　在合成氨工(gōng)藝中(zhōng)，用質譜儀監視和控制進料氣體(tǐ)。質譜儀的優點具有高速、多路、多組分(fēn)的分(fēn)析能力。在線質譜儀的分(fēn)析範圍可以從很低的ppm級到百分(fēn)含量，可以在幾秒鐘之内分(fēn)析16種以上的成份，例如在丙烯腈（ACN）合成中(zhōng)，當丙烯同氫反應時，合成丙烯腈的同時出現許多付産物(wù)，質譜儀可以在幾秒鐘之内分(fēn)析多種組份，并且質譜儀的數據處理系統可以計算丙烯轉化率，以便控制系統對ACN生(shēng)産實現優化調節。

　　在工(gōng)業發達國家中(zhōng)，使用在線質量分(fēn)析儀表參與控制非常普遍。據日本1996年統計，僅常壓蒸餾裝置的在線分(fēn)析儀表就有295台套。其中(zhōng)34台套實現了閉環回路控制。菲利浦石油公司8座分(fēn)餾塔采用計算機和氣相色譜儀參與過程控制，使8座塔平均節能24.7%。

　　國内自己設計的裝置在線分(fēn)析技術也有所發展。長嶺煉油廠使用沙市分(fēn)析儀器廠生(shēng)産的PPA?/FONT>69型傾點分(fēn)析儀在催化裂化裝置上已形成控制回路，使用ZXZ-1汽油蒸汽壓儀在催化裂化裝置上實現在線監視；蘭州煉油廠也使用幹點儀、初餾點儀和凝固點儀進行在線分(fēn)析，基本上可代替人工(gōng)分(fēn)析，金陵石化公司煉油廠也實現了幹點儀、分(fēn)餾點儀、凝固點儀和氣相色譜儀進行在線分(fēn)析，作為人工(gōng)分(fēn)析的主要參考數據。許多企業都在工(gōng)業鍋爐煙氣中(zhōng)使用氧化锆在線分(fēn)析控制，以提高鍋爐效率、降低能耗。

　　國産表的性能，可靠性、穩定性、精度以及防爆、防振、防腐蝕、防塵等方面，與國外(wài)産品有相當大(dà)的差距。但進口的分(fēn)析儀表也不是都好用，如用進口質量分(fēn)析儀表價格很高，平均價格比國内産品高很多。

　　2．2 環境檢測分(fēn)析儀

　　随着石油華工(gōng)工(gōng)業的發展，其工(gōng)藝裝置對環境的污染越來越引起人們的注意。目前國家制定了法規來限制和監督工(gōng)業三廢的排放(fàng)，同時也發展了一(yī)系列的環境監視和分(fēn)析儀表。

　　環境檢測的指标主要有水中(zhōng)的PH、電(diàn)導率、溶解氧、濁度、總有機碳含量，化學物(wù)質如硝酸鹽、氨、某些金屬等，以及廢氣中(zhōng)的SO2、NO、CO、CO2和粉塵等。

　　當前，在工(gōng)業發達國家中(zhōng)，都在積極發展在線分(fēn)析儀和計算機監控的環保設施自動化技術。例如，ICI公司的Witton石油化工(gōng)廠在排放(fàng)管網區域選擇幾個有代表性的位置安放(fàng)儀表，在線檢測溫度、PH值和總有機碳量。ICI公司還根據生(shēng)物(wù)需要氧量（BOD）來确定氧消耗量，進而檢測出有機物(wù)的污染，該公司經過幾年的努力，已使BOD減少了75%，并計劃再減少50%。ICI公司還用比色儀檢測廢水廢氣中(zhōng)的金屬離(lí)子、氨、磷酸鹽、硝酸鹽和亞硝酸鹽以及用專用儀器監視煙氣中(zhōng)的粉塵等。 ICI公司的排出物(wù)監視系統的一(yī)個特點就是将各檢測數據集中(zhōng)到管理中(zhōng)心，這樣就可以根據檢測出的數據做出必要的處理。

　　Hartmann和Braun公司安裝的氣體(tǐ)監視和分(fēn)析軟件包，可用于監視焚燒爐排放(fàng)的氣體(tǐ)，它可從煙氣中(zhōng)采樣，分(fēn)析其中(zhōng)的SO2、NO、CO、HCI和固體(tǐ)顆粒。日本出光興産石油公司千葉煉油廠的污水排放(fàng)監視系統中(zhōng)設置了PH值、油分(fēn)、DO、COD等儀器，可集中(zhōng)監視并記錄。美國埃克森(sēn)公司煉油廠在污水生(shēng)化曝氣池出水處設置DO和PH值在線分(fēn)析儀連續監視，并按DO的檢測值調節曝氣機的轉速。美國聯碳公司得克薩斯城石油化工(gōng)廠采用了總碳分(fēn)析儀（TCA）和計算機控制的特定污染物(wù)（SOA）分(fēn)析系統，對工(gōng)廠的污水排放(fàng)進口監控管理，整個系統自動操作。美國馬拉松石油公司加利維爾煉油廠為了控制排氣污染，采用了更先進的自動化UV過程分(fēn)析儀和分(fēn)散控制的連續監督調節系統，提高H2S和NH3過程廢氣轉化過程的控制效率和可靠性。該系統将二台UV分(fēn)析儀測得的數字量和模拟量提供給DCS，大(dà)大(dà)降低了煙氣中(zhōng)SO2的排放(fàng)量，同時使過程操作和維修費(fèi)用節約了60%。

　　3 公用工(gōng)程及貯運自動化

　　3.1 公用工(gōng)程

　　公用工(gōng)程裝置不是石油化工(gōng)廠中(zhōng)的直接生(shēng)産裝置，公用工(gōng)程是向各工(gōng)藝裝置供應能源的，同時也消耗能源。如何使公用工(gōng)程裝置能源合理分(fēn)配，達到燃料、蒸汽和電(diàn)力優化分(fēn)配，則是公用工(gōng)程控制的目的。

　　在經濟發達國家中(zhōng)十分(fēn)重視公用工(gōng)程的能源優化控制管理。目前國外(wài)有許多公司都推出自己的能源優化控制管理軟件包，對能源管理進行優化，以達到節約能源、提高效益的目的。

　　美國SETPOINT公司的公用能源優化應用軟件包已在世界十幾個工(gōng)廠中(zhōng)安裝使用。它是結合模拟和先進控制來建立一(yī)個全廠範圍内的能源管理系統，以最低的費(fèi)用提供能源，它可以分(fēn)析蒸汽量，優化控制鍋爐蒸汽産量，可以直接同過程計算機相連接，在線進行優化控制，可節約能源費(fèi)用的2%~8%。

　　ABB Simcon公司的能源管理系統（EMS），也是一(yī)種優化控制系統。它可以管理和控制工(gōng)廠能源的發生(shēng)和分(fēn)配。它使用優化、能源預測、蒸汽和電(diàn)力平衡，産汽和發電(diàn)協調、自适應和預先控制，以達到燃料、 産汽控制優化的目的， 可以節約 5%~10%的能源消耗。

　　英國KBC公司的蒸汽和電(diàn)力控制包UTOPLA，已在世界範圍内安裝了50套。 它包括先進控制和公用工(gōng)程效率優化模型。據測定，一(yī)個年處理量500萬噸的煉油廠使用該軟件包的年平均效益為100~350萬美元。

　　美國應用自動化公司蒸汽系統編程（SSP）軟件包，是通用的蒸汽平衡軟件包，可根據實際情況最經濟地平衡蒸汽。它已在16個工(gōng)廠中(zhōng)使用，每小(xiǎo)時的節能效益為 50~400美元。

　　CFPicou公司的蒸汽系統控制軟件包和Profimatics公司的UMP功用工(gōng)程管理軟件包，通過對能源的優化管理，可節約公用工(gōng)程費(fèi)用1%~2%。我(wǒ)(wǒ)國的煉油廠或石油化工(gōng)廠中(zhōng)隻是對鍋爐的燃燒效率采取了某些節能措施，沒有很好地進行能源綜合管理，更沒有優化管理，所以能源的浪費(fèi)也是比較嚴重的。如果使用計算機優化控制管理，将會得到明顯的經濟效益。

　　3．2 儲運自動化系統

　　随着生(shēng)産管理水平的不斷提高，油品儲運自動化的發展也逐步地受到重視。目前使用的儲罐液位計主要有稱重式液位計和鋼帶式液位計。進入90年代，國内外(wài)又(yòu)有許多種液位計問世。着主要有非接觸式超聲波液位計、伺服馬達液位計、光導纖維液位計、靜壓式液位計、雷達式液位計等。

　　石油化工(gōng)産品的調合，是油品儲運系統中(zhōng)的重要組成部分(fēn)。目前在管理調合方面是我(wǒ)(wǒ)國油品儲運自動化中(zhōng)的一(yī)個薄弱環節，應引起注意。

　　下(xià)面介紹幾種國外(wài)正在運行的油品優化調合軟件及方案：

　　英國KBC過程自動化有限公司的BLENDOP也是一(yī)種調合優化軟件包，可以非線性地調整相關數據并連續做優化處理。到1990年已有兩套在使用，兩套正在安裝，該軟件包包括漸近和步近的組态模式，結合組分(fēn)價格和調合目标質量的優化模式，接收分(fēn)析儀或實驗室數據來校正調合的模式，以及離(lí)線優化确定最初的組态配方。美國休斯敦SETPOINT公司的産品調合控制軟件包已在幾個煉油廠中(zhōng)得到應用。

　　德國VEBA OEL公司的優化軟件包已在沙特阿拉伯Ras-Tanura煉油廠等三個煉油廠中(zhōng)使用。該軟件包用最少的昂貴組分(fēn)，降低洩漏機會和再調合的工(gōng)作，來改善煉油廠的卡邊操作。用該軟件包調合的汽油，僅由于多用丁烷一(yī)項，使每桶汽油至少降低10美分(fēn)。

　　近年來，國内的石化企業在油品儲運系統方面也有很大(dà)的進步。長嶺煉油廠的成品油罐就實現了計算機控制管理。該罐區中(zhōng)使用一(yī)台PC機對60個儲罐進行數據集中(zhōng)采集，并實現了閥門的遙控；使用計算機和辛烷值在線分(fēn)析實現了汽油管道調合，節省了高辛烷值汽油，在不到二年的時間裡，效益達195萬元。金陵石化公司約有 60個儲罐實現了自動數據采集，并利用凝固點在線分(fēn)析實現了柴油管道調合。揚子石化公司、上海煉油廠、大(dà)慶石化總廠等也都實現了計算機罐區管理，自動數據采集。上海煉油廠還采用YS-80系統實現了外(wài)輪油管道調合。 目前國内有的石化企業儲運自動化可以從灌區管理到成品油裝車(chē)計算機化。

　　國外(wài)油品儲運系統應用計算機控制與管理，多采用DCS層次比較高。美國Oil System公司為煉油廠安裝了原油儲運控制系統。這套系統由VAX計算機與DCS、PLC和儲罐儀表組成，實現自動控制管理。法國ELF煉油廠的儲運系統采用計算機控制，并配有儲運自動化檢測模型。它可完成比例調合，通過多參數控制實現優化調合、物(wù)料運輸、調合運輸、油罐運輸監測、管道運輸監測等功能。

　　今後儲運系統自動化将随着計算機的應用，逐步向綜合化、網絡化發展，儲運系統計算機控制與管理将納入全廠計算機綜合控制、管理與經營系統之中(zhōng)，組成計算機綜合信息系統。這種先進的控制系統不僅有生(shēng)産過程控制，而且還包括質量保證、工(gōng)程、采購、市場預測、銷售和通訊，以達到現代化綜合管理的目的。

　　4 建議

　　随着石化工(gōng)業的發展，對儀表控制系統提出了更高的要求，電(diàn)動儀表逐步向數字化、智能化方向發展，DCS向現場總線方向發展，計算機系統向網絡化、開(kāi)放(fàng)化發展。為了進一(yī)步發展我(wǒ)(wǒ)國儀表與控制系統。現提出以下(xià)幾點建議。

　　4.1重點搞好大(dà)型石化工(gōng)程儀表成套工(gōng)作

　　大(dà)型乙烯廠、煉油廠和化纖廠所用的儀表、控制系統數量大(dà)、品種多，而國内配套儀表的品種不全，缺口儀表較多，如高壓液位計、高精度流量計、特殊調節閥 DCS等都需要進口，有些國産儀表質量還不過關， 引進技術儀表國産化率一(yī)高則質量就下(xià)降。另外(wài)，儀表所用輔助材料也不能成套供應。建議針對大(dà)型石化裝置儀表的需求進行組織攻關，提高質量，提高成套率，促進儀表的發展。

　　4.2提高國産DCS可靠性并形成一(yī)定的生(shēng)産規模

　　我(wǒ)(wǒ)國石化生(shēng)産裝置規模大(dà)，生(shēng)産過程複雜(zá)，對計算機控制系統要求高，現在國産DCS還不能滿足要求，特别是可靠性方面差距較大(dà)。因此，石化裝置采用的400套 DCS大(dà)都是引進的，隻有8套是國産的，其他分(fēn)别從國外(wài)18家公司引進的，有20種型号。一(yī)個石化企業有時用3~5種不同型号的機型。 各種機型的通訊網絡标準不同，聯網困難，也給維護帶來不便。

　　我(wǒ)(wǒ)國工(gōng)業部門使用DCS數量較大(dà)，占儀表工(gōng)程投資(zī)比例也高， 經濟效益明顯，因此，建議我(wǒ)(wǒ)國儀表和計算機行業投入強有力的技術人員(yuán)，提高國産DCS可靠性。

　　DCS軟件應解決死機問題，也可以配置國外(wài)成熟的組态軟件，提高DCS系統的可靠性。近期内，國産中(zhōng)小(xiǎo)規模DCS系統可達到取代國外(wài)DCS的水平，占領國内一(yī)定的市場，如國内HS-2000、JX-300、友力-2000等，這是DCS國産化的曙光。

　　4.3加強先進控制應用的研究工(gōng)作

　　随着計算機控制系統應用的迅速發展，DCS配有先進控制軟件， 可取得明顯的效益。國外(wài)石化企業計算機控制系統中(zhōng)配有先進控制方法，主要有多參數預估控制、自适應控制、組分(fēn)推斷空制模糊控制、最佳化控制和故障診斷等取得了較好的效果。

　　國内石化企業所用DCS較多，但有些系統因采用一(yī)般控制方法， 效益不明顯，因此，現已組織開(kāi)發應用軟件。先進過程控制技術效益明顯，但技術難度大(dà)、投資(zī)較高，針對石化企業具體(tǐ)工(gōng)藝過程，可采用分(fēn)層次的方法開(kāi)展工(gōng)作。

　　（1）局部控制。有些不需要建立複雜(zá)模型的先進控制方法：前饋/反饋控制、支路平衡控制、約束控制、解耦控制等，可應用于工(gōng)藝單元控制，如塔、爐子等進行局部優化控制，以節約能源，提高産品質量，投資(zī)少，見效快。

　　　（2）裝置級控制。應用現代控制理論和其他控制理論如預估控制、 模糊控制等進行裝置級優化控制，難度大(dà)、效益好。重點研究開(kāi)發乙烯裂解爐轉化率及收率的優化控制、乙烯分(fēn)離(lí)塔的預測控制、聚乙烯熔融指數與氫/乙烯比值的控制、 聚丙烯的聚合釜出料程序控制、丁二烯萃取塔優化控制、常減壓質量預測、催化裂化多參數預測控制等。

　　（3）加強能源管理及優化軟件的開(kāi)發及應用工(gōng)作。 建議儀表計算機控制行業與石化工(gōng)藝專業人員(yuán)相結合，組織力量研究開(kāi)發先進的能源管理及優化控制軟件，并逐步形成專業軟件公司推廣應用。

　　7.4用好在線質量分(fēn)析儀，提高産品質量，實現優化控制為了提高在線質量分(fēn)析儀應用水平，首先抓好現有的在線質量分(fēn)析儀的應用，對長期沒使用的在線質量分(fēn)析儀，摸清情況，組織力量，解決儀表的薄弱環節如儀表的預處理系統，使儀表投運。制造商(shāng)應采用新技術、提高儀表質量。煉油、石油化工(gōng)裝置包括常減壓、催化裂化、乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙二醇、苯乙烯、丁二烯等十幾套裝置設置的在線質量分(fēn)析儀主要有工(gōng)業色譜儀（54台）、密度儀（7台）、PH計（75台）、紅外(wài)線及氧分(fēn)析儀（49台）、水份分(fēn)析儀（5台）、電(diàn)導儀（40台）、聚脂粘度計（12台）、可燃氣報警器（360台）及餾程、 閃點、蒸汽壓、傾點、冰點等分(fēn)析儀。近期重點搞好在線近紅外(wài)線分(fēn)析儀和原油含水分(fēn)析儀。

　　4.5 工(gōng)業PC機廣泛使用，占領相當大(dà)的市場。

　　PC機應用于工(gōng)業自動化是實現低成本自動化的重點途徑。我(wǒ)(wǒ)國工(gōng)業PC機的開(kāi)發和應用取得了較大(dà)的進展。石化企業應用工(gōng)業PC機對油品儲運監控、調合優化控制、計量數據采集、水處理監控以及加熱爐節能控制等，已取得較明顯的效益。我(wǒ)(wǒ)認為采用工(gōng)業PC機是生(shēng)産過程技術改造、技術進步行之有效的措施之一(yī)，有些中(zhōng)小(xiǎo)規模裝置或項目，不一(yī)定都采用價格比較高的DCS。

　　7.6重視現場智能儀表和現場總線控制系統試點工(gōng)作根據上述介紹，現場總線有很多優點，但是，現場總線和産品現隻是在簡單工(gōng)廠試運行，還未用于比較複雜(zá)、規模較大(dà)的生(shēng)産裝置，現場總線技術達到安全成熟階段，也有一(yī)個過程。用戶真正采用現場總線是有一(yī)個逐步過渡的過程。

　　（1）研究從現有模拟儀表系統向FF現場總線全數字系統過渡的方式。國内外(wài)都在研究過渡的方式，機械部專家經調研，提出采用HART通訊協議作為先導，逐步向現場總線過渡，是比較穩妥和易被人接受的方式。這種方式是可行的。在石化工(gōng)程項目進行儀表與控制系統改造時，若考慮企業儀表更新的過渡方式，建議可優先考慮HART協議産品。國外(wài)HART協議已使用多年，技術成熟可靠。我(wǒ)(wǒ)們也有使用的經驗。

　　（2）密切關注現場總線發展動向及時抓好試點工(gōng)作。我(wǒ)(wǒ)們有必要及時了解國内外(wài)現場總線的發展動向和試用情況，尤其要關心現場總線将會對石化企業自控系統發展的影響。石化企業在制定儀表控制應用、發展規劃以及科研開(kāi)發規劃時，建議要考慮現場總線技術的影響，并制定相應的對策，新建項目用DCS時，不應再選老式DCS，應選開(kāi)放(fàng)式DCS或選基于PC機的操作站以适應今後的發展。 抓好現場總線智能儀表和控制系統的試點工(gōng)作，以取得經驗，指導新技術的應用工(gōng)作。

　　5　結束語

　　随着20世紀的結束21世紀的到來，人類迎來了知(zhī)識經濟的時代。在知(zhī)識經濟的條件下(xià)，社會生(shēng)産方式、經濟活動空間、經濟組織形式都将發生(shēng)深刻的變化。每個企業都隻能在知(zhī)識密集、信息密集的産業鍊上實現其價值。企業内部的組織形式從金字塔式的管理方式轉化為網絡化的平面管理。這時，企業的綜合信息管理系統的建立和應用就顯得更加重要。因此，石化企業的領導應該更加重視發展儀表自動化技術，更好地預見和占有市場，以取得更大(dà)的經濟效益。

文章轉自：http://www.tonglitech.com/index.php/industrytrends/179.html