課程概述課程目標掌握石油化工自動化控制系統(tǒng)基本原理學習內容從基礎測量到先進控制技術全面覆蓋考核方式第一章：石油化工自動化概述1定義利用自動化技術實現(xiàn)石化生產(chǎn)過程的控制與優(yōu)化2發(fā)展歷程從機械式→電氣式→電子式→計算機控制系統(tǒng)3重要性石油化工自動化的特點復雜性工藝流程多變，控制關系復雜連續(xù)性生產(chǎn)過程常年連續(xù)不間斷運行高風險性自動化控制系統(tǒng)的基本組成檢測單元測量工藝參數(shù)，如溫度、壓力、流量等控制單元處理數(shù)據(jù)，執(zhí)行控制算法，生成控制信號執(zhí)行單元接收控制信號，調節(jié)工藝過程第二章：石油化工過程參數(shù)測量溫度反映物質熱狀態(tài)的物理量壓力單位面積上的作用力流量單位時間通過的介質體積或質量液位容器中液體的高度溫度測量熱電偶基于熱電效應，測量范圍廣熱電阻基于電阻溫度效應，精度高紅外測溫非接觸式，適用于高溫或移動物體壓力測量壓力變送器測量絕對壓力或表壓差壓變送器測量兩點間壓力差壓力表現(xiàn)場直觀顯示壓力值流量測量流量計類型測量原理適用介質差壓式流量計壓力差與流量關系液體、氣體渦街流量計卡門渦街頻率低粘度流體質量流量計科里奧利力要求高精度場合液位測量1浮球式液位計利用浮力原理，簡單可靠2差壓式液位計測量液柱壓力確定液位3雷達液位計電磁波反射時間測量，非接觸式第三章：自動控制系統(tǒng)基礎控制系統(tǒng)的分類按結構、功能、控制方式等多維度劃分開環(huán)控制與閉環(huán)控制有無反饋是關鍵區(qū)別反饋控制原理測量→比較→控制→執(zhí)行→反饋循環(huán)PID控制微分控制預測偏差變化趨勢積分控制消除靜態(tài)誤差比例控制控制輸出與偏差成比例PID參數(shù)整定整定方法試錯法、臨界比例法、衰減曲線法參數(shù)影響分析比例增大響應快但易震蕩實際應用案例溫度控制、壓力控制等實例第四章：分散控制系統(tǒng)（DCS）1985年中國首套DCS標志自動化控制系統(tǒng)現(xiàn)代化99.99%系統(tǒng)可用率高可靠性設計要求1000+控制點數(shù)大型裝置常見規(guī)模DCS硬件組成控制器系統(tǒng)核心，執(zhí)行控制算法I/O模塊連接現(xiàn)場設備，信號轉換操作員站人機交互界面，過程監(jiān)控DCS軟件組成系統(tǒng)配置軟件硬件組態(tài)，網(wǎng)絡配置應用程序控制邏輯，連鎖保護人機界面軟件圖形界面，趨勢顯示，報警管理DCS網(wǎng)絡結構數(shù)據(jù)網(wǎng)絡連接上層管理系統(tǒng)控制網(wǎng)絡連接控制器和操作站現(xiàn)場總線連接智能儀表和I/O第五章：安全儀表系統(tǒng)（SIS）特性SISDCS主要功能安全保護過程控制可靠性要求極高高響應時間極短一般冗余設計必須選配SIS系統(tǒng)結構傳感器子系統(tǒng)檢測危險狀態(tài)，高可靠性要求邏輯解算子系統(tǒng)處理安全邏輯，決策判斷執(zhí)行機構子系統(tǒng)執(zhí)行安全動作，如緊急停車SIS的設計原則獨立性：與基本控制系統(tǒng)分離多樣性：不同設備和技術實現(xiàn)同一功能冗余性：多重備份確?？煽啃許IS在石油化工中的應用緊急停車系統(tǒng)異常情況下安全停車保護火氣檢測系統(tǒng)檢測火災和可燃氣體泄漏高完整性壓力保護系統(tǒng)防止設備超壓破裂第六章：先進過程控制（APC）APC與傳統(tǒng)PID控制的區(qū)別多變量、預測性、優(yōu)化能力APC優(yōu)勢提高產(chǎn)品質量穩(wěn)定性降低能耗提高裝置產(chǎn)能減少排放模型預測控制（MPC）PID控制MPC控制MPC控制效果更平穩(wěn)，波動較小多變量控制多變量控制的概念處理多輸入多輸出系統(tǒng)多變量控制策略解耦控制，協(xié)調優(yōu)化應用案例分析蒸餾塔控制，反應器溫度控制神經(jīng)網(wǎng)絡控制神經(jīng)網(wǎng)絡基礎模擬人腦結構的算法模型過程控制應用復雜非線性過程建模控制案例分析催化裂化裝置產(chǎn)品質量預測控制第七章：過程優(yōu)化生產(chǎn)計劃優(yōu)化資源配置，長期規(guī)劃調度優(yōu)化短期生產(chǎn)計劃，任務分配實時優(yōu)化操作條件即時調整實時優(yōu)化技術靜態(tài)優(yōu)化穩(wěn)態(tài)模型，尋找最優(yōu)操作點動態(tài)優(yōu)化考慮時變因素，優(yōu)化過程軌跡優(yōu)化算法線性規(guī)劃，非線性規(guī)劃，啟發(fā)式算法調度優(yōu)化不同優(yōu)化方法效率提升百分比對比生產(chǎn)計劃優(yōu)化優(yōu)化方法適用場景優(yōu)勢線性規(guī)劃資源配置求解速度快整數(shù)規(guī)劃設備選擇處理離散決策非線性規(guī)劃復雜工藝處理非線性關系第八章：工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線工業(yè)以太網(wǎng)高速通信，TCP/IP協(xié)議現(xiàn)場總線數(shù)字通信，減少接線通信協(xié)議Modbus、Profibus、FoundationFieldbus工業(yè)以太網(wǎng)特點高速率開放性好支持多種拓撲拓撲結構星型環(huán)形樹形應用場景DCS通信網(wǎng)絡MES系統(tǒng)接入遠程監(jiān)控PROFIBUS總線PROFIBUS-DP高速現(xiàn)場設備通信速率：12Mbps用于離散控制PROFIBUS-PA過程自動化應用本質安全設計兩線制供電通信應用案例石化裝置現(xiàn)場總線網(wǎng)絡減少70%接線量故障診斷能力強FoundationFieldbusFF-H131.25kbps，用于連接現(xiàn)場儀表FF-HSE100Mbps，高速以太網(wǎng)標準應用優(yōu)勢分布式控制，減少中央控制器負擔應用案例煉油廠過程控制網(wǎng)絡HART協(xié)議HART原理：數(shù)字信號調制在4-20mA模擬信號上HART設備：變送器、控制閥、分析儀器等應用優(yōu)勢：兼容傳統(tǒng)系統(tǒng)，遠程配置診斷第九章：儀表選型與安裝儀表選型原則滿足工藝需求，考慮環(huán)境適應性防爆要求基于危險區(qū)域等級選擇適當防爆型式安裝規(guī)范遵循行業(yè)標準，確保安全可靠儀表選型考慮因素測量范圍覆蓋工藝正常范圍與異常范圍精度要求滿足控制精度與質量要求環(huán)境條件溫度、濕度、振動、腐蝕等成本效益初始投資與全生命周期成本防爆儀表3種主要防爆型式隔爆型、本質安全型、增安型2區(qū)危險區(qū)域分級0區(qū)最危險，2區(qū)相對安全IIC氣體分組IIC級別最危險，適用所有場合儀表安裝規(guī)范管道安裝符合流體力學原理，避免沉積儀表間距便于維護，避免干擾接地要求防靜電，抗干擾，安全保護第十章：控制閥控制閥類型單座閥、雙座閥、角閥、蝶閥等控制閥特性快開特性、線性特性、等百分比特性控制閥選型基于工況、流體特性、控制需求常見控制閥類型單座閥雙座閥蝶閥球閥其他控制閥特性曲線快開特性閥開度小時流量變化大適用于開關控制線性特性流量與開度成正比適用于液位控制等百分比特性開度變化產(chǎn)生與當前流量成比例的流量變化適用于壓力、溫度控制控制閥選型考慮因素流量系數(shù)Cv值，表征閥流通能力壓降控制閥上下游壓力差，能量消耗調節(jié)比最大流量與最小可控流量之比材質選擇基于介質腐蝕性和工作溫度第十一章：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）SCADA功能數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制、報警管理2SCADA系統(tǒng)結構主站、通信網(wǎng)絡、遠程終端SCADA定義遠程監(jiān)控分散場站的自動化系統(tǒng)SCADA硬件組成遠程終端單元（RTU）現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理，執(zhí)行控制命令主站系統(tǒng)中心，數(shù)據(jù)處理，人機交互通信系統(tǒng)光纖、無線電、衛(wèi)星等多種方式SCADA軟件功能數(shù)據(jù)采集采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，歷史存儲報警管理異常檢測，分級報警趨勢分析數(shù)據(jù)趨勢顯示，預測分析遠程控制遠程操作現(xiàn)場設備SCADA在石化行業(yè)的應用1油氣管道監(jiān)控壓力、流量監(jiān)測，泄漏檢測2儲罐管理液位監(jiān)測，溫度控制，庫存管理3生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計產(chǎn)量統(tǒng)計，能耗分析，性能評估第十二章：石化裝置自動化控制系統(tǒng)設計1設計流程需求分析→方案設計→詳細設計→實施2系統(tǒng)架構分層設計：設備層→控制層→監(jiān)控層→管理層3控制策略PID控制、先進控制、安全保護系統(tǒng)自動化系統(tǒng)設計流程需求分析工藝需求、控制目標、操作要求概念設計系統(tǒng)架構、主要功能、技術路線詳細設計硬件選型、軟件開發(fā)、通信協(xié)議實施與調試安裝配置、聯(lián)調測試、試運行系統(tǒng)架構設計管理層生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)分析、決策支持監(jiān)控層過程監(jiān)視、報警處理、數(shù)據(jù)記錄3控制層過程控制、保護功能、邏輯控制典型控制回路設計溫度控制加熱爐溫度控制反應器溫度控制冷卻系統(tǒng)控制壓力控制管道壓力控制容器壓力控制壓縮機控制流量控制進料流量控制產(chǎn)品流量控制循環(huán)流量控制第十三章：自動化系統(tǒng)的運行維護日常維護定期檢查，預防性維護故障診斷故障定位，原因分析系統(tǒng)升級軟硬件更新，功能擴展日常維護內容硬件檢查電源檢查接線檢查設備清潔冗余切換測試軟件備份系統(tǒng)配置備份應用程序備份歷史數(shù)據(jù)歸檔系統(tǒng)性能監(jiān)測CPU負載內存使用率通信質量響應時間常見故障及診斷方法故障類型可能原因診斷方法傳感器故障接線松動，傳感器損壞信號測試，替換法控制器故障電源問題，程序錯誤指示燈檢查，程序校驗執(zhí)行機構故障機械卡死，驅動電路異常手動操作測試，信號追蹤系統(tǒng)升級注意事項兼容性分析確保新舊系統(tǒng)兼容性升級計劃制定詳細步驟，應急預案升級后的測試驗證功能測試，性能驗證第十四章：石化自動化技術發(fā)展趨勢智能化人工智能和機器學習的廣泛應用網(wǎng)絡化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)全連接集成化IT與OT深度融合人工智能在石化自動化中的應用專家系統(tǒng)知識庫+推理機，輔助決策機器學習數(shù)據(jù)驅動，自適應模型3深度學習多層神經(jīng)網(wǎng)絡，復雜模式識別工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設備連接數(shù)據(jù)分析遠程運維優(yōu)化控制決策