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《科技創業家雜志》2014年第九期

1系統簡介和應用

1.1APCS先進過程控制系統，即通過先進的控制理論和現代控制方法來實現實現復雜的過程功能和特定目標，具有連續自動實現動態平衡的系統。空分中常用的高級控制有：基于物理平衡的線性模型系統，線性模型預測控制系統等。實現的復雜功能和特定目標有：自動變負荷，專家自穩定系統，產品產量自適應系統，能耗優化系統等等可以實現各種復雜控制功能。

1.2SIS即安全儀表系統，是按照IEC61511和IEC61508標準設計和確定的，用于實現功能安全，提高裝置安全級別，減少危險失效率的儀表系統。安全儀表系統的核心是邏輯解算器，由早期的繼電器邏輯回路演進到可編程邏輯控制器進一步。一般有兩種模式：一種是硬接線模式，即通過智能儀表產生越限報警信號，觸發繼電器邏輯回路實現預定安全聯鎖目標和動作的智能儀表完全回路。空分安全一般有以下四類低溫壓力容器液位超負荷問題；低溫液體氣化產品失熱問題；危險微量易爆物質集聚問題；大型轉動機組的保護和診斷問題。SIS將就木桶原理，其安全完整性等級是有最低等級的部件決定的。所以高等級邏輯解算器不一定能夠構成高等級的系統，講究適用即可，空分裝置一般只需要最低等級即SIL1等級的安全儀表系統即可解決保護層問題。

2三種系統之間的關系

2.1從控制層來看(圖1）先進控制系統是附著與基本過程控制系統之上，他不能獨立于基本控制系統。先進過程控制系統不直接測量也不直接控制閥門，即先進過程控制系統不直接與裝置接觸卻可以更全面本質的了解裝置的動態。先進控制是基于基本控制的基礎上的高級應用，一般只涉及到軟體部分。BPCS是控制的基本依托和基本形式，實現的事最基本的控制層，其與控制對象通過測量儀表直接感觸和通過執行器（一般是指閥門）直接控制。由于基本過程控制系統的局限性，往往控制都是單回路或者是簡單多回路，對裝置的感受和控制都是分區域的局部的單體的。甚或通過一定保護關系行程一種松散整體，但終究不是具有全局的整體。SIS對于控制層來說只是一種安全保護貫穿始終的。

2.2從安全角度看（圖2）安全性由里而外提高。SIS是具有可驗證且認證過的符合IEC61511標準的安全系統。BPCS是具有使用經驗的具有一定安全性時效性的系統，但不足以成為獨立的保護層。APCS則完全沒有被賦予安全的責任，沒有時效性和安全要求是當前APCS的消極特征。

3實例

以下以空分裝置主要產品高壓氧氣的產量GOF為對象實例，解釋一下三個功能系統的作用和關系。基本過程控制系統自動控制功能對氧氣產量即流量的控制機理是，氧氣流量需要提高時提高內壓縮泵的轉速OPS以使更多液氧被送往換熱器蒸發輸出并開大產品送出閥門GOSV增加氧氣輸送到產品管網。當氧氣流量需要減少時降低內壓縮泵的轉速以使較少的液氧被送往換熱器蒸發輸出并關小閥門減少氧氣輸送到產品管網。先進過程控制系統的自動控制功能對氧氣流量的變化控制機理是：如果需要增加氧氣產量，則需要增加原料空氣的進料量AIRinF，或者減少液氧LOF的產量使其轉換為氣氧產量，同時減少膨脹流量EXPTF或者增加液氮產量LNF減少氣氮產量GNoutF等不同方案，可以根據預設模型、裝置狀態等多種情況調整裝置的負荷后在通過基本控制系統實現氧氣產量的變化。安全儀表系統對氧氣流量的變化觸發的保護機理是：如果氧氣產量減少到一定限值FSLGOout而可能使裝置處于危險狀態時采取相同切斷裝置原料空氣進料，這里所謂危險狀態是指主冷凝蒸發器由于液氧排放不暢而集聚各種不溶顆粒易爆物質。

4發展方向

由上述可知APCS與SIS直接是完全沒有聯系的兩個系統，BPCS與SIS直接的聯系經歷了由密切到分開完全獨立，最后又走向融合的趨勢。顯然同一過程對象的各種系統之間建立聯系比沒有聯系好，密切的聯系會增加所控對象的可操作性，但目前在安全性上還有疑慮。所以應進一步思考增加APCS的安全預警功能，建立APCS與SIS的聯系，發展三大不同功能系統間的融合，這是一種可能的趨勢和潮流。發展的方向和目標是使各功能系統的各個階段與保護系統融合信息流又在安全上相互獨立。

作者：葉逍榮單位：林德工程（杭州）有限公司