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过程控制系统在流程设备中的角色?

行业聚焦点中国仪表网2012年06月07日 13:53人气:9320

  导读:2011年Namur大会的口号是“过程控制技术的去向”,口号折射了这一技术的多样性。570多名听众参加了Namur2011年大会,他们一致认为实现控制系统最佳优化的途径不再是惟一的。在不同的过程系统优化过程中,所涉及到的自动化设备、企业和人员都是完全不同的。


Namur协会主席ThomasTauchnitz先生在他主持的发言中问道:“现在已经有了现代化的过程控制系统,但是为什么不在实际生产中应用它们的所有功能?”
  
  您用的是什么类型的操作系统?您只使用性能可靠的过程控制系统吗?您对系统的更新换代感到满意吗?您对使用模型预测控制、传感器和实施的技术优化感到满意吗?无论您使用什么类型的过程控制系统,无论您是属于保守型用户,还是勇于创新的过程控制系统使用者,2011年Namur大会都为您展示了新的流程设备控制方案。
  
  2011年Namur大会的口号是“过程控制技术的去向”,口号折射了这一技术的多样性。570多名听众参加了Namur2011年大会,他们一致认为实现控制系统最佳优化的途径不再是惟一的。在不同的过程系统优化过程中,所涉及到的自动化设备、企业和人员都是完全不同的。
  
  过程控制系统应满足什么要求?最高层次的要求是复杂生产流程的操作必须简单,同时针对性很强。而且需要在高速运行时有很高的调节质量,还能与商务系统连接。控制系统的所有性能都达到最佳状态不是一件容易的事情,因为流程工艺技术的发展、新型传感器和执行器的问世等都会对流程设备过程控制系统提出新的要求。同时还有外部的影响因素,例如企业的合并、人口的增长以及所安装设备使用年限的延长等。总体上,流程设备控制系统的成本费用在下降,硬件的价格越来越低廉;操作系统已经标准化,因此系统也更加经济实惠。但它们所使用的软件越来越复杂,软件的价格也越来越高。由于流程工业企业的职工人数在不断减少,因此企业对流程设备操作者和工程技术人员的要求更高。
  
  图1“企业只要将能源管理系统集成到自动化控制系统之中,就可以优化整体性能,节约能源费用,减少维护保养的费用。”
  
  ——PeterTerwiesch,ABB欧洲公司总经理
  
  两派不同的用户
  
  过程控制系统究竟在流程设备中扮演着什么样的角色,这完全取决于流程设备的操作者。“保守型的流程设备操作者仅仅把流程设备过程控制系统视为一件必要的工具,而创新型的操作者则把过程控制系统看作是一个重要的生产要素。”拜耳技术服务公司的UlrichSchlagowski博士说道。但流程设备的自动化技术改造总是紧跟流程工业生产要求之后,而且最终还是由用户自己决定。流程设备的生产厂家们在实际应用中遇到了这两种不同类型的用户,即创新的支持者和保守的使用者。对于这两种不同类型的过程控制系统使用者来讲,应有统一的自动化控制解决方案。同时,那些保守派也要在今后几年里对原来的老设备控制系统进行更新改造。流程设备的生产厂家能够给这部分使用者很大的帮助,使他们能够有一套使用寿命较长的过程控制系统,并能够在不同版本控制系统之间兼容运行;也能够把老的自动化控制软件移植到新的应用软件之中,能够通过设定应用白名单来代替杀毒软件。
  
  创新派则完全不同,他们需要的是表示新系统优点的可靠数字。他们推行版本政策,即使用成熟版本软件的政策,能够实现在线升级、在线签订合作伙伴协议、标准化的输入输出接口和功能以及批处理等都属于创新派的希望和要求。Schlagowski博士认为,无论升级版本改动多少,都有利于过程控制系统更加稳定。
  
  图2“保守型的流程设备操作者只把流程设备过程控制系统视为一件必要的工具,而创新型的操作者则把过程控制系统看作是一个重要的生产要素。”
  
  ——UltichSchlagowski,拜耳技术服务公司
  
  创新的潜力
  
  2011年度Namur会议的赞助商、ABB欧洲和德国公司的总经理PeterTerwiesch博士认为:“我们需要的是坚固的内核。”目前,流程设备控制系统都留有足够的创新应用接口。PeterTerwiesch博士列举了硬件的虚拟化或者流程设备运行过程中报警提示方案的优化。他认为:“把长期以来一直分离的系统整合起来有很大潜力可以挖掘,例如把能源管理和自动化系统整合起来,集成化的应用能够提高流程设备的生产能力,优化能源费用,降低维护保养成本。”
  
  在石油和天然气工业领域,利用一体化的工程设计可以节约投资高达20%。例如Statoil-HydroGrane公司采用了一体化的工程设计节约了20%~30%的投资,供应链缩短了50%,技改合同减少了90%~95%。同时,一体化集成设计的流程设备运行费用能节约20%。Petrobras公司在安装800xA过程控制系统时,也在控制系统中集成了安全管理系统和能源管理系统,改善了能源利用率,降低了投资费用。据ABB公司介绍,流程设备的生产能力提高了40%。
  
  一些貌似很小的创新应用技术也有很大的潜力。例如某化肥生产厂通过对5台通风机的优化改造,每年节约了4000MWh的电力消耗。另一个例子,生产厂用变频器代替调节阀,这一小的技术改造措施不仅节约了20%~30%的流程设备运行费用,而且改善了控制调节的质量,变频器技术改造的投资成本可以在几个月内收回。
  
  创新的方向
  
  在成功之后,回顾所有采取的措施似乎都非常简单。但为了产生一个新的理念,则需要人们看得更远。2010年度ABB公司在研发方面的资金投入高达13.3亿美元,正因为有了这么大的投入,ABB公司才能够开发出耗电极低,利用生产过程中的余热获取能量的无线自供电温度变送器。来自石油和天然气工业领域也有一些创新性的理念,例如石油生产过程中,创新的核心是完全集成的工作过程。造纸企业则是用完全不同的另外一种方式展示操作过程。从ABB公司展示的实例中可以看到,即使是操作非常熟练的、有着多年工作经验的操作者也必须非常小心谨慎,只有这样才能把流程设备的运行稳定性和效率保持在较高的水平上。为了把这些新的解决方案应用到实际生产中,像ABB这样的业内巨头也会与其他行业建立合作关系,Terwiesch博士问道:“战斗机飞行员在驾驶舱中如何能够迅速的获取和处理信息,或者游戏机是如何把手势图片转移到游戏机屏幕上?”
  
  提高能源利用率
  
  尽管有很多很好的技术,但目前的技术在可行性、安装使用方面还存在很多漏洞。Namur协会主席ThomasTauchnitz博士在他的主持发言中问道:“尽管已经有了现代化的过程控制系统,为什么不在实际生产中应用它们的功能?或者,为什么只是向用户提供现代化的调节技术,但不投入使用?”在过去几年里,很多流程设备控制系统供应商都开发了先进控制解决方案,但在化工生产领域中的应用至今寥寥无几。
  
  长期以来,真正得到应用并获得了效益的是能源管理,早在2009年Namur就把节能、提高能源利用效率列为跨领域的问题,并成立了一个专门的工作组。在该工作组颁布的NA140标准中描述了利用自动化技术系统提高能源利用率的方法。提高能源利用率最有效方法是改进流程工艺技术,例如:热集成、热能利用增强装置以及现代化高效率的热电厂。其应用范围非常广泛,例如驱动装置的转速调节,利用控制模块对流程设备运行参数进行优化的控制调节,电力和蒸汽网络标准化的实时优化等。
  
  巴斯夫公司的HansLinnenbrink博士,是一个寻找节能潜力的专家,他介绍了一些实例。在他介绍的实例中,无论氯生产过程的节能潜力多大,凡是采用氧气去极化阴极技术的生产过程都比使用传统的电气控制技术节约30%的电力能源。
  
  Linnenbrink先生建议:“眼睛要盯着传统电气控制中的无用功率和功率损耗。另外,使用现代化的变压器像使用路灯(有晨昏光控自动开关)或者LED发光二极管照明灯一样,能够长期降低功率损耗。同时使用由室外温度控制的防冻加热器也能节约大量的电力。巴斯夫公司中的电梯也必须经过严格的审查,据统计,在巴斯夫公司700部左右的电梯中每年可以节约的电力总和高达10GWh。根据平均为10000台电机来计算,若整个巴斯夫化工厂都改用转速可调的变频控制或者高性能的节能电机之后,节能总量非常可观。但是,倍受称赞的节能电机政策并不适用于耗能大户——化学工业。化工领域中3/4的电机都有很高的防爆等级要求和规定,法律法规对这类电气产品的要求是可靠的节约能源。但这并不妨碍Namur协会用NA122号标准把安全和节能结合在一起。
  
  展望未来
  
  Namur大会指出,很多细小的技术改进都能带来丰硕的成果。现成的解决方案将会越来越少,创新性的应用和稳定的流程设备控制系统将会越来越受欢迎。但同时这也要求流程工艺技术与电气控制技术领域中的工作人员密切合作。长期以来,稳固的机械技术和智能化的控制系统一直是化学工业领域中的主要支柱。没有流程工艺调节元器件的保障,控制系统就不会有市场。在2012年的Namur大会的主要议题中可以充分体现,“执行机构——从简单的手动调节到智能化的调节装置。”
  
  Namur协会新掌门人
  
  不仅流程设备控制系统在不断的变化,Namur协会也在不断变化。NorbertKuschnerus博士在掌管Namur协会大印9年之后,把协会主席的头把交椅让给了Evonik公司的WilhelmOtten博士。协会执行委员会的新人还包括巴斯夫公司的MatthiasFankhänel博士和SanofiAventis公司的ThomasTauchnitz博士。
  
  Namur协会打算进一步加快这一组织的国际化进程,为此他们加强了与欧洲用户组织的合作。1998年起与荷兰的WIB(国际仪器设备用户协会)建立了合作关系,2010年开始与英国的EEMUA(英国工程设计设备材料用户协会)开始了密切的合作,2011年与法国的EXERA(设备测量,控制和自动化操作员协会)开展了广泛的接触。Namur协会在没有自己用户组织的国家里建立了自己的办事机构,例如中国。中国Namur大会于2011年11月23~24日在上海召开。
  
  2012年度的工作重点包括Wireless无线通信技术、自动化设备的模块化、安全和人机界面。另外,生物工程技术领域中的过程自动化也将是一个重点。
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