解析DCS石油化工行業(yè)的發(fā)展情況及其應(yīng)用

20世紀(jì)70年代中期，大規(guī)模集成電路取得實破性的發(fā)展，8位微處理器普及，使自動化儀表工業(yè)發(fā)生巨大的變化，其中原來正處在十字路口的集中式計算機(jī)控制系統(tǒng)，很快吸收了微處理器技術(shù)，誕生了微機(jī)集散系統(tǒng)，全稱為微處理器的總體分散型控制系統(tǒng)（Total Distributed Control System with μp），在1975年首先由美國Honeywell公司發(fā)表了TDC2000總體分散型控制系統(tǒng)，其特征是完成8個回路控制的基本控制器（BC）可以分散的設(shè)置，通過數(shù)據(jù)高速公路（DHW）的數(shù)據(jù)總線把多臺BC與CRT（陰極射線管）操作站連接在一起，形成各節(jié)點都有計算機(jī)的分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)，與其同時，美國、日本、英國、法國、加拿大等國都開發(fā)出相應(yīng)的產(chǎn)品，相繼應(yīng)用在以模擬量回路控制為主的系統(tǒng)中，應(yīng)用行業(yè)遍及石油、化工、冶金、電力、輕工，建材、公用工程等各行業(yè)，這類產(chǎn)品統(tǒng)稱DCS（ Distributed Control System）。

70年代，煉油和石油化工這些以石油原油和天燃?xì)鉃樵系牧鞒坦I(yè)發(fā)展非常迅猛，如我國那個時期就引進(jìn)了多套年產(chǎn)30萬噸乙烯為首的整套裝置，其它還有大型化肥、化纖、塑料合成橡膠等裝置，所以DCS在市場細(xì)分中以滿足石油化工等流程工業(yè)為主，這是市場的需要。在這些行業(yè)中，溫度、壓力、流量、液位的檢測和控制占了絕大部分，所以這些模擬量的數(shù)據(jù)采集和控制成為DCS的首先應(yīng)滿足的功能，而DCS的前身（集中計算機(jī)控制系統(tǒng)），已有了成熟的DDC（直接數(shù)字控制）技術(shù);此外石化工業(yè)中，在塔、釜、罐等大型工藝設(shè)備運轉(zhuǎn)中，少不了各種機(jī)電設(shè)備如風(fēng)機(jī)、泵類及各種閥門的開關(guān)量的檢測和控制，所以開關(guān)量的順序控制也是很重要的，這是DCS應(yīng)滿足的第二個功能;在石化工業(yè)中，反應(yīng)罐等設(shè)備是間歇式工作的，即一批原料投入，經(jīng)過反應(yīng)，形成產(chǎn)品，產(chǎn)出后，經(jīng)過間歇，再投第二批原料，這種批量控制是石化行業(yè)中不少產(chǎn)品的生產(chǎn)裝置的控制形式，這要求開關(guān)量、模擬量結(jié)合進(jìn)行控制，現(xiàn)在也有稱它為混合控制系統(tǒng)（Hybrid Control System）。當(dāng)然，除此三項控制功能外，還有人機(jī)界面友好、安全可靠、易于安裝、容易使用、便于維護(hù)、便于擴(kuò)展和升級換代等要求。另外在石油化工大型裝置和中、小型裝置要求對應(yīng)DCS產(chǎn)品又有所細(xì)分，所以產(chǎn)生了大型DCS和中小型DCS產(chǎn)品，而且各DCS廠家在應(yīng)用實績方面也產(chǎn)生了細(xì)分市場，如有些廠家的DCS產(chǎn)品用于鍋爐控制能力更強，有些廠家的DCS用于海上采油平臺業(yè)績更多等等。目前，世界上有數(shù)十家DCS廠家，據(jù)美國ARC（Automation Research Corporation）1996年統(tǒng)計，下述排名前10家公司占到80%以上的市場份額：Honeywell（21.6%）、Elsag Bailay（12.6%，包括H&B公司）、ABB（9.7%）、Yokogawa（9.6%）、Foxboro-Eckardt（9.3%）、Fisher-Rosemount（6.0%） Yamatake Honeywell（4.6%）、Siemens（4.0%）、Cegelec/AEG Automatic System（ATT）（3.2%）、Westinghouse（3.1%）。在亞洲（日本以外）的市場份額為：Honeywell（27.4%）、Yokogawa（12.6%）、Foxboro-Eckardt（1.4%）、ABB（8.1%）、Elsag Bailay（6.4%）、Cegelec/ATT（5.5%）、Fisher-Rosemount（4.8%）、Yamatak Honeywell（4.2%）、其它公司19.6%。ARC對1996-2004年的DCS市場分析指出：亞洲D(zhuǎn)CS市場增長較快，1996年DCS整個世界市場為70.08億美元，2000年為96.37億美元，其中亞洲市場分別為11.388億美元和20.67億美元，即由亞洲占世界份額由16.25%增至21.45%，或稱亞洲2000年比1996年DCS市場增長了82%，即每年增長20%。其中小型DCS（10萬美元，30回路以下）增長最快，其次為中型DCS（50萬美元，150回路以下），具體見附表，事實表明，21世紀(jì)開放幾年亞洲形勢更好。

關(guān)于DCS應(yīng)用行業(yè)的分布，以日本CENTVM系統(tǒng)應(yīng)用實績?yōu)槔夯ぃê突ぃ┱?0.74%，石油和天燃?xì)庹?5.73%，鋼鐵占7.72%，水處理（自來水廠等）占4.81%，有色金屬占4.24%，紙槳和造紙占8.25%，其它占8.4%。當(dāng)然這個比例與日本國情有關(guān)，如其中未計入電力行業(yè)應(yīng)用DCS，這是因為橫河公司雖然在鍋爐控制方面應(yīng)用實例很多，但多屬于石化等企業(yè)內(nèi)工業(yè)鍋爐和自備電廠鍋爐，而未進(jìn)入火力發(fā)電廠、原子能發(fā)電廠等電力行業(yè)。而日本電力行業(yè)應(yīng)用DCS是比較多的，日本東芝、富士、日立、三菱等公司火力發(fā)電設(shè)備均由本公司產(chǎn)的DCS配套，又日本貝利公司的DCS，在日本電力市場中占有率也較高。

我國在大型進(jìn)口設(shè)備成套中引入國外的DCS及石化等行業(yè)改造中設(shè)計采用國外DCS以外，經(jīng)過20多年的努力，國內(nèi)已有多家生產(chǎn)DCS的廠家，其中和利時、浙江中控、上海新華3家已具有相當(dāng)規(guī)模。國內(nèi)石化行業(yè)已使用國內(nèi)外出產(chǎn)的700多套DCS，應(yīng)用水平也較高，自動投運率在90%以上，目前正向充分發(fā)揮DCS功能和開展先進(jìn)控制和優(yōu)化方向發(fā)展。據(jù)估計，由于DCS在石化行業(yè)大中型自控裝置中近5年內(nèi)沒有可替代產(chǎn)品，到2005年，我國石化行業(yè)要有1000多套裝置需要應(yīng)用DCS控制，而設(shè)備更新改造擴(kuò)容也需要擴(kuò)大原來DCS系統(tǒng)，至于日常維護(hù)、備品備件，那也是很可觀的，所以今后一段時間內(nèi)，DCS在石化行業(yè)中的重要性是不容置疑的，但改善功能、兼容新技術(shù)、降低價格、提高應(yīng)用水平、改善服務(wù)水平的任務(wù)也迫在眉睫的。溫故而知新，讓我們順著DCS的發(fā)展軌跡來了解DCS吧！

到目前為止，用戶對DCS所存在的問題，有3個方面的意見是一致的，即系統(tǒng)開放性問題;與現(xiàn)場傳感器、變送器、執(zhí)行器的接線問題;價格較貴問題。這些問題在第三代DCS中已開始得到解決。在21世紀(jì)，新一代的DCS應(yīng)滿足用戶這方面的需求。下面談?wù)勗谑突ば袠I(yè)中應(yīng)用DCS兩個問題。

（1） 選型問題

石化行業(yè)在應(yīng)用DCS中，無論新建項目或是改造項目，首先是DCS的選型問題。監(jiān)于各種DCS有其通用性，而且參與競爭的DCS廠家或系統(tǒng)集成商較多，所以各設(shè)計院或業(yè)主在標(biāo)書中均不指定DCS的型號，只規(guī)定I/0點數(shù)、控制回路數(shù)、控制室與現(xiàn)場工藝裝置之間的物理位置、人機(jī)界面要求、先進(jìn)控制或數(shù)學(xué)模型優(yōu)化等方面的要求、與整個企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)之間關(guān)系等項要求，標(biāo)書中為了顯示公平、公正、公開的原則，還提出DCS應(yīng)符合各種標(biāo)準(zhǔn)或特殊的性能指標(biāo)等等。這里要提醒買方，由于這些年國產(chǎn)DCS水平提高，應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)和各項特殊指標(biāo)和投標(biāo)資格的規(guī)定方面給以重視，如以往在標(biāo)書中多列出國際或國外的各項標(biāo)準(zhǔn)，而對國內(nèi)DCS等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)重視不夠或不了解，如目前國內(nèi)DCS是依據(jù)GB/T、18271.1-2000、GB/T、18271.2-2000、GB/T、18271.3-2000過程測量和控制裝置通用性能評定方法和程序等標(biāo)準(zhǔn)，這應(yīng)列入標(biāo)書中，這種要求是正當(dāng)?shù)?，正直的?/p>

關(guān)于業(yè)績問題，這是DCS選型和投標(biāo)方資格論證的一個敏感問題。DCS的功能比較復(fù)雜，DCS開發(fā)過程是針對不同行業(yè)的，而且具體的工程項目的要求也很多，很難對DCS作唯一的選擇，所以如某DCS用于本類工程較多，這樣業(yè)主選用該DCS，選型風(fēng)險就比較小，這是合情合理的。但國產(chǎn)DCS歷史較短，在某些行業(yè)大型工藝裝置上使用的業(yè)績較少或沒有，所以“實績”這個門檻問題還要具體情況具體分析，如某國產(chǎn)DCS可靠性很高，在類似工藝的中小裝置上應(yīng)用很好，又有系統(tǒng)擴(kuò)充能力等再加上國產(chǎn)DCS廠家，掌握原程序，可以按照業(yè)主要求增加某些特殊功能等，所以在同等價格的條件下，可以參加竟?fàn)帯?/p>

（2） 服務(wù)問題

DCS發(fā)展到今，DCS廠家的硬件、軟件自己生產(chǎn)的部分愈來愈少，而提供全面解決方案（Solutions），卻成了時髦的口號，這其中包括了多項軟技術(shù)，所以服務(wù)問題成了DCS廠家或系統(tǒng)集成商的新亮點。如何全面的為用戶服務(wù)呢？對一個工程項目來說，包括前服務(wù)、中服務(wù)、后服務(wù)。DCS是技術(shù)含量很高的產(chǎn)品，所以在合同簽訂前的方案認(rèn)證、報價，技術(shù)談判等方面，DCS是廠家應(yīng)無償?shù)姆?wù);在合同簽訂后，開工后、投產(chǎn)前硬件方案最終確認(rèn)，軟件（指系統(tǒng)組態(tài)等）編制和鍵入生成，整機(jī)出廠前的驗收，工程技術(shù)人員和操作人員的技術(shù)培訓(xùn)等中期服務(wù)是義不容辭的;貨到現(xiàn)場后的開箱驗收、整機(jī)現(xiàn)場安裝通電驗收、回路靜態(tài)連調(diào)、順序控制邏輯關(guān)系的確認(rèn)。直至整個工藝裝置開車中系統(tǒng)投運的指導(dǎo)，程序修改后的拷貝和工程驗收，這是后服務(wù)。后服務(wù)可以延伸至保質(zhì)期內(nèi)的維修服務(wù)（無償）及以后的日常運行中的有償維修服務(wù)（全球24小時響應(yīng)）等及Intermet網(wǎng)遠(yuǎn)程服務(wù)。這些都是現(xiàn)在應(yīng)該享受的，這是DCS廠家或系統(tǒng)集成商的義務(wù)。這方面國內(nèi)DCS廠家應(yīng)該有條件做得更好，而且前正是弱項，應(yīng)該迎頭趕上。

所謂工程就應(yīng)該有頭有尾，我們應(yīng)該把DCS工程有始有終的做好，搞好服務(wù)，使DCS工程經(jīng)濟(jì)效益、社會效益雙豐收。

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