前言
    催化裂化過(guò)程是石油二次加工過(guò)程中最重要的一環(huán)，實(shí)現整個(gè)過(guò)程的自動(dòng)監控和管理可以極大地提高企業(yè)自動(dòng)化水平、降低生產(chǎn)成本、增加經(jīng)濟效益。本催化裂化系統利用北京三維力控科技有限公司的力控組態(tài)軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，系統組成結構原理圖如下：

1.監控要求及對象流程簡(jiǎn)介
    系統的監控對象為反應再生、分餾和吸收穩定三大部分。反應再生系統主要任務(wù)是把直餾蠟油和其他加工方法所得的重質(zhì)油料在一定的溫度下靠催化劑的作用，使原料油經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)反應裂解成輕質(zhì)產(chǎn)品。分餾系統則利用各組份揮發(fā)度的不同把從沉降器出來(lái)的混合油氣分離為粗汽油、柴油和富氣等其他產(chǎn)品。吸收穩定系統將粗汽油和壓縮富氣進(jìn)一步分離為干氣、液化氣和穩定汽油。
    監控滿(mǎn)足以下要求：
    1）信號采集和數據預處理
    采集標準信號；對來(lái)自工業(yè)現場(chǎng)的非標準信號數據通過(guò)組態(tài)軟件進(jìn)行轉換、預處理和運算。
    2）動(dòng)態(tài)顯示
    將工藝流程通過(guò)組態(tài)軟件真實(shí)地反映在動(dòng)態(tài)立體流程圖上，顯示各測量點(diǎn)的參數變化趨勢，并使畫(huà)面具有實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)效果。
    3）監控操作
    完成各工位的參數設定，并對溫度、液位、流量和壓力進(jìn)行自動(dòng)監測，實(shí)現部分閥門(mén)的自動(dòng)開(kāi)啟、關(guān)閉和流量操作控制。
    4）操作畫(huà)面
    在操作畫(huà)面上可查詢(xún)各工位點(diǎn)的溫度、液位、流量等實(shí)時(shí)和歷史數據，并可按要求設定和打印出實(shí)時(shí)報表和歷史報表。
　5）系統擴展與第三方軟件的結合
    實(shí)現與專(zhuān)家系統開(kāi)發(fā)工具CLIPS及MATLAB的集成，以實(shí)現一些常規控制不易完成的先進(jìn)控制。
2. 系統硬件配置
    由一臺以上的工控機組成的以太局域網(wǎng)，并配21英寸監視器以及報表和事件打印機等其他設備。為提高系統冗余性，配置兩臺與下位機通訊的I/O服務(wù)器，一臺為主服務(wù)器，另一臺為熱備服務(wù)器。
網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器的操作系統為Windows NT Server 2000，在此完成管理級功能，如局域網(wǎng)的管理任務(wù)、形成管理部門(mén)所需數據的記錄報表、統計報表等。系統通過(guò)此服務(wù)器與企業(yè)Intranet及Internet相連，以實(shí)現與其他系統的信息交互。
3.系統軟件組態(tài)
    此部分完成監控系統與操作人員間的交互界面，是實(shí)現對整個(gè)系統的監視、控制、調度和管理的核心與關(guān)鍵。
    人機界面分為兩部分：用于日常監視、系統參數設置的主界面和用于非日常監視信息、各種報表、趨勢圖及幫助信息或完成各工藝流程操作的子界面。同時(shí)對工藝參數、設備運行參數通過(guò)一覽表的形式來(lái)匯總。系統組態(tài)的過(guò)程實(shí)質(zhì)是把組態(tài)顯示界面上的按鈕、報警以及生產(chǎn)趨勢圖形等與現場(chǎng)執行設備或儀表建立對應連接，使操作員在操作站通過(guò)系統組態(tài)畫(huà)面上相應地控制對象實(shí)現對現場(chǎng)的執行設備和儀表所進(jìn)行操作和監視的過(guò)程。
3.1 反再系統組態(tài)
    首先完成系統工藝流程，除了動(dòng)態(tài)顯示一些關(guān)鍵工位的工作狀態(tài)外，如閥門(mén)的開(kāi)度等，還顯示其他重要工藝參數，如原料油進(jìn)料量等。其主畫(huà)面如下：

    反再系統涉及三大平衡：物料平衡、熱量平衡和壓力平衡。這三大平衡是整個(gè)裝置進(jìn)行正常生產(chǎn)的基礎。因此要對其中的各關(guān)鍵工位給出各自的控制與監視界面，以對其溫度、流量、壓力分別進(jìn)行監控。其中反應溫度是控制反應深度、產(chǎn)品分布及產(chǎn)品性質(zhì)的重要參數。而溫度的保證和維持主要是通過(guò)調節催化劑流量，即調節再生單動(dòng)滑閥開(kāi)度來(lái)實(shí)現。對單動(dòng)滑閥的開(kāi)度可通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)調節實(shí)現。反應壓力則通過(guò)控制氣壓機輸出氣壓來(lái)實(shí)現控制的。
3.2 分餾系統組態(tài)
    分餾系統的首要原則是控制好各段回流和溫度，穩住各處液面，合理調整熱平衡，實(shí)現平穩操作。因此在組態(tài)時(shí)要重點(diǎn)監控各段回流溫度、流量。其組態(tài)主畫(huà)面如下圖示：

    對分餾塔底液位、塔底循環(huán)油漿流量和容201（油氣分離器）液位實(shí)行串級控制，分餾塔頂溫度采用模糊控制，以保證粗汽油干點(diǎn)的質(zhì)量。當運行過(guò)程出現故障時(shí)，系統自動(dòng)報警并將出現故障的時(shí)間、類(lèi)型、報警級別等參數記錄下來(lái)，如圖4所示：

3.3 吸收穩定系統組態(tài)
    該部分完成吸收穩定總覽圖、報警圖和數據表。數據表由溫度、壓力、流量、液位和氣壓狀態(tài)等組成。與其他系統一樣，每天的運行情況都能自動(dòng)匯總，形成報表如下圖所示：

3.4 控制策略
3.4.1 常規控制
    對系統中的常規控制采用組態(tài)軟件力控控制策略生成器中的控制算法功能塊來(lái)實(shí)現，如PID功能塊，如下圖示：

    控制器根據設定值（SV）和過(guò)程測量值（PV）的偏差完成PID（比例積分微分）算法，其中OP為PID輸出，控制回路可以采用三種控制方法：手動(dòng)(MAN)、自動(dòng)（AUT）和串級（CAS）。
    當回路處于MAN狀態(tài)時(shí)，SV具有自動(dòng)跟蹤PV功能，以便從MAN切換到AUT狀態(tài)時(shí)，確保切換是無(wú)擾動(dòng)的。在串級控制回路中，當下一級回路處于A(yíng)UT狀態(tài)時(shí)，上一級控制回路具有下一級控制回路SV自動(dòng)跟蹤功能，以便當下一級控制回路從AUT切換到CAS時(shí)，轉換過(guò)程也是無(wú)擾動(dòng)的。其中PID參數的設置和整定在屬性框中實(shí)現。
3.4.2 模糊控制
    采用模糊控制以求解決常規控制方法控制效果不理想的場(chǎng)合。將先進(jìn)控制和優(yōu)化控制通過(guò)控件編程接口與實(shí)時(shí)數據庫相連，實(shí)現組態(tài)軟件的第三方軟件融合。
    模糊化模塊將一個(gè)精確的輸入變量通過(guò)定義在其論域上的隸屬度函 數計算出其屬于各模糊集合的隸屬度，并將其轉化成為一個(gè)模糊變量。

    以偏差為例其論域上定義了{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}七個(gè)模糊子集f(Zi)。隸屬度函數采用三角形函數。知識庫包含了具體應用領(lǐng)域中的知識和所要求的控制目標，由數據庫和模糊控制規則庫組成。模糊規則推理由一系列的“IF …THEN…”型的模糊條件語(yǔ)句構成。.精確化采用最大隸屬度法：利用加權平均法

3.4.3 關(guān)鍵設備故障診斷專(zhuān)家系統
    催化裂化設備是煉油廠(chǎng)的核心效益設備，工藝裝置復雜，操作條件繁多。據統計由各種故障引起的非計劃停工，占效益流失的70%以上。因此 ，研究如何預防和減少設備與工藝操作故障引發(fā)的非計劃停工有重要的現實(shí)意義。運用本組態(tài)力控軟件的DBCOM接口，將由CLIPS軟件所開(kāi)發(fā)的故障診斷專(zhuān)家系統也作為第三方軟件嵌入到組態(tài)軟件中。
    專(zhuān)家系統根據現場(chǎng)監測數據，利用知識庫中的規則、程序和模型對監測數據進(jìn)行分析和推理，尋找和判斷這些故障趨勢，并能較快的診斷出問(wèn)題，進(jìn)行信息提示、險情預報或報警，并提前采取正確措施以防止故障的發(fā)生，從而減小經(jīng)濟損失。
    我們應用嵌入了第三方軟件方法對組態(tài)軟件系統進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的自動(dòng)監控系統已在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行了測試，目前在催化裂化生產(chǎn)中監控系統主要通過(guò)監視氣壓機、主分機、取熱器等關(guān)鍵設備及各系統的運行工況來(lái)實(shí)現對催化裂化的故障診斷，并取得了良好的實(shí)驗效果。
3.5 班組核算及網(wǎng)絡(luò )通訊
    計算機控制系統應用的普及使得管控一體化的實(shí)現成為可能，利用數據采集系統得到的生產(chǎn)數據直接參與核算，消除了繁瑣的人工計算過(guò)程和工作強度，提高了管理水平，實(shí)現了遠程監控與管理功能。目前國內普遍采用的經(jīng)濟管理方式是班組核算制。它把實(shí)際生產(chǎn)中的有關(guān)參數取出來(lái)，然后按企業(yè)確定的核算公式進(jìn)行計算，從而得到班組一定時(shí)間內的經(jīng)濟效益及各崗位的費用支出，用戶(hù)可以根據需要定時(shí)打印班組核算表，并利用數據庫把相關(guān)參數保存起來(lái)，也可以通過(guò)WEB服務(wù)器上傳。
    應用網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和信息管理技術(shù)一方面可提高生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)效率和管理水平，實(shí)現優(yōu)化物料平衡，減少庫存和中間儲存，另一方面可實(shí)現全廠(chǎng)實(shí)時(shí)、準確、全面系統化的信息系統，為高層領(lǐng)導決策提供支持。
4. 結束語(yǔ)
    我們所開(kāi)發(fā)的嵌入第三方軟件技術(shù)的組態(tài)軟件自動(dòng)控制系統，通過(guò)調試和測試運行表明：整體系統操作簡(jiǎn)便，人機界面友好，運行穩定，智能性強，監控程序功能完善，綜合性強，預警功能突出，監控效果良好，遠程監控能力強，是一套理想的、確保裝置的安全、生產(chǎn)的穩定和系統的長(cháng)周期運行的自動(dòng)監控系統。