摘要：从控制系统在石化行业装置中的地位以及石化装置对控制系统的需求出发，重点阐述了控制系统全生命周期各阶段的使用和维护，探讨控制系统长周期安全运行的方法和措施，对实际操作有一定的借鉴意义。

关键词：石化  控制系统  长周期  安全运行

1. 控制系统在石化行业装置中的地位

石化行业在国民经济的发展中有重要作用，是我国的支柱产业之一。石化行业的特点是以处理连续或间歇物料流、能量流为主，产品多以大批量的形式生产，非常适应于采用流程自动化控制系统来提高行业的自动化水平和生产效率。同时石化行业经常要求在高温、高压、易燃、易爆、强腐蚀的环境下进行，其生产必须依赖于高可靠、高安全性的自动化设备。

当前石化产品质量、节能减排要求越来越高，也迫使石化企业通过不断提高自动化水平。多年的实践证明，控制系统已成为石化行业生产必不可少的重要组成部分，成为石化行业提高生产效率、保障生产安全的关键手段，在将来的工业信息化过程中必将发挥越来越重要的作用。

2 .石化行业装置对控制系统的要求和趋势

石化企业生产装置具有规模大、耦合性高、运行周期长、流程连续等特点，如果误操作或者误控制将导致停产、原料泄漏、装置损坏等生产事故，严重的可能对人身和环境造成灾难性的破坏。因此，在石化行业的主要装置上使用高安全、高可靠的控制系统具有重要的意义，可以有效保障装置长周期、安全运行。同时利用先进可靠的控制算法可以提高主要装置的综合生产效率，还会产生更大的经济效益和社会效益。

2.1 控制系统的稳定性

对于大型石化行业的现代化装置而言，通常进入自动化控制系统的信号点数由数千点到数万点，加上石化行业高温、高压、易燃、易爆的特点，目前更是呈大型化、信息化和联合化趋势，只要有某一部位、某一环节发生故障或操作失误，就会牵一发而动全身，因此控制系统长期运行的稳定性就显得尤为重要。如何在长期运行状态下保障整个生产工艺的稳定运行就成了面向石化主要装置的控制系统首要保证，而其中首要的要求就是控制系统本身要具备更加可靠稳定运行和在线维护的能力，主要表现在控制系统的冗余深度、容错能力以及平均无故障运行时间（MTBF）、平均故障修复时间（MTTR）等可定量指标。

2.2 控制系统的安全性

石化生产过程中，需要经历很多物理、化学过程和传质、传热单元操作，一些过程控制条件异常苛刻，如高温、高压，低温、真空等。这些苛刻条件，对石化行业生产中居核心地位的控制系统安全性提出了严格要求，任何一个小的失误就有可能导致灾难性后果。《IEC 61069》标准把一个工业过程的测量和控制系统的特性分成：功能性、性能、可信性、可操作性、安全性、与任务无关的系统特性等六大类。安全性是其中的一大特性，可见控制系统的安全性及认证的重要性。控制系统要充分考虑抵御来自电气、机械、磁场、生化、光等各方面的危害，一般在设计、使用、维护过程中可以从控制危害源，切断危害的传播途径和减少危害后果几方面综合考虑。

2.3 控制系统的开放性

由于市场竞争激烈和规模经营发展，企业为增强竞争优势，需要更及时、准确的信息为企业决策服务，并使经营决策能有效地转变为生产操作成果。控制，管理和经营一体化的信息系统的应用开发将会得到石化企业的重视，这就要求控制系统要具备良好的开放性来支持企业级信息化的需求。

企业级信息化主要由过程控制级、生产管理和经营决策级组成。过程控制级包括现场仪表、调节控制、先进控制和优化，实现过程的最佳控制；生产管理级包括跟踪产品质量的实验室信息管理系统，采集、加工和分析信息，生产计划调度等；经营决策级是企业的最高决策层，包括原料供给、产品销售、市场营销等活动，通过信息整合，及时作出正确决策，实现企业的最大利润。

另一方面还表现在多种仪表、现场总线标准的并存，相应要求控制系统具备多种现场总线接入的集成能力。

2.4 行业适用性

行业适用性主要表现在石化行业装置对先进控制水平和装置综合效益的要求。石化行业生产的大规模和高能耗特点，决定了使用的控制系统必需要具备此方面的能力。通过实施先进控制，可达到增强装置运行稳定性和安全性、提高产品质量和收率、增加装置处理量、降低运行成本的作用，同时带来显著经济效益。另一方面，如何使公用工程装置能源合理分配，达到燃料，蒸汽和电力优化分配，则是公用工程控制的目的。这些都要求控制系统必须面对和考虑。国内控制系统制造企业经过十几年的发展，已经逐步掌握了一些石化行业对于控制系统的应用需求，并逐步在所提供的自动化控制系统产品中丰富了相应的功能。比如浙江中控自主开发的APC-Suite先进控制软件包，已成功应用于镇海炼化、扬子石化、仪征化纤等中石化企业，取得了很好的效果。

3 .整个安全生命周期各阶段的使用与维护

3.1 控制系统选型

不论在新建装置还是老装置进行的控制系统改造，均面临着尽可能选择合适控制系统的问题，不成熟的控制系统是装置长周期安全运行的最大隐患，因此控制系统选型要慎重。

选择控制系统时要优先考虑有在类似装置上具有良好运行业绩的控制系统。其次控制系统的硬件一定要具有高可靠性，在电子元器件上的生产工艺各环节上采用了成熟技术。电子模件能热拔插；IO卡件具有很强的抗干扰能力；再者控制系统从结构上要全面地采用了冗余技术；最后控制系统软件的可维护性要好，主要表现在以下几个方面：程序及软件的稳定性好，不会出现系统或单个控制器死机等问题；系统自诊断性好：控制器及I/O信号有错误报警；人机交换界面友好：可以在线修改程序及下装；备品备件有可靠保证：在使用周期内采购容易且供货及时，价格低；系统功能强大，控制系统的软件的可读性好，其组态功能块的种类、数量能方便实现各种工艺需要。

3.2 施工质量与环境

对DCS控制系统的安装和施工有严格规定，尤其是对于改造系统，选择有良好资质和施工经验，最好有改造经验的施工单位尤其重要。

良好的运行环境是控制系统长周期可靠运行的基本保障，主要应从温度、湿度、灰尘、腐蚀、干扰、接地、震动、动物危害等方面来加以保证，严格按照国际、国家、石化行业的标准和规范执行。

3.3 供 电

要保证控制系统可靠地运行，在重视DCS、PLC自身设置可靠性的同时，必须重视它们的动力源--电源系统的可靠性设计。为保证电源系统在任何情况下都万无一失，必须遵照系统安全运行的法则实行保守设计。大型石油化工装置中，仪表电源应实行双UPS配置，并各自配置蓄电池，工作时间宜达到30分钟以上；电源额定容量按照仪表实际耗电量总和的2倍计算，并且应环行向负载母线供电；与电源系统配套的辅助设备、材料，如空气开关、熔断丝、导线等，在选型时应采用优质产品，其容量必须按仪表实际耗电量总和的2～3倍考虑，以满足仪表回路、电磁阀、行程开关等现场个体仪表出现短路、接地等准故障时造成的电流冲击承载力；要设计电源系统故障预报系统，利用报警系统将电源系统出现的接地、过流等准故障及时检出，以便及时排除，防止故障扩大；针对当前仪表电源由电气、仪表两个专业共同设计管理的现实，仪表专业要深入介入控制与联锁电源系统的设计，防止专业分工间出现的薄弱环节。

3.4 程序设计和调试验收

在程序组态设计中，一定要采用保障装置和关键设备安全运行的控制策略。保护或联锁的逻辑判据必须是充分必要的，有必要时进行安全评价。在控制系统选型、设计、测试、验收、投入运行和在线调整各阶段，程序设计和测试人员一定要全程参与，要结合类似控制系统使用中存在的问题，严格审核控制、保护逻辑设计和组态的合理性，测试中一定要全面测试所有的回路。要仔细记录各次检查和试验结果，若发现与软件相关的问题要立即与供应商取得联系，并将情况完整地反馈给他们以尽快解决问题。要有必需的后备手段：重要的保护和联锁，除了有通讯连接外，还必须具有硬接线方式；对重要的调节设备，除了在操作员站上有软手操外，还必须有后备手操，以便在DCS控制系统控制器或I/O模件发生故障时，仍然可以对重要设备进行及时干预。对维护人员要加强管理，采用授权制，且任何人改动程序都必须履行相关审批手续，并做好异动前后的记录工作。

3.5 人员管理和技术培训

无论是新控制系统投运还是旧系统改造，DCS控制系统选型一旦确定后，在进行系统搭建、硬件测试和和程序组态前，必须对有较强实践经验的自控或仪表工程师、运行操作人员进行相关的培训工作，培训工作最好以仿真系统和实际系统相结合的方式进行，做到有的放矢。

另外要求维护人员对于控制系统多次出现的问题，一定要多分析，勤总结，寻找问题的共性，并有针对性地采取措施进行改进，同时大力推广在线诊断和预防维护新技术的应用，以此更好地保障系统平稳运行。

3.6 系统维护中的点检与评价

石化装置控制系统一般要求达到10到15年的生命周期，而在此过程中定期点检对控制系统以后的正常使用是非常必要的，这也是对控制系统生命过程中的体检与再评价，通过点检是对控制系统进行的一次预防性维护，以掌握系统运行状态，消除故障隐患，恢复系统工作能力，延长系统使用寿命。按目前石化生产装置3～5年的检修周期，点检亦可按此周期进行。

4. 结束语

保证石化行业装置控制系统长周期安全可靠运行，是控制系统整个生命周期过程中的系统工程，要结合行业和具体装置的特点，从系统选型、设计、实施、环境、调试、维护和定期评价的各个阶段给予计划和重视，同时辅以严格的管理制度和新技术的应用，方可取得令人满意的结果。

参考文献： 
 [1] 佚名，DCS控制系统可靠性的提高。
 [2] 熊菊秀等，测量控制系统的安全性。