自动化控制系统在炼油厂的应用
对美国犹他州石油炼造业而言，企业只有“自动化”或“死亡”两种选择，但传统集散控制系统DCS过于昂贵，犹他州的Flying J公司因而转向TCS系统。结果，每年节省2百万美圆的显著业绩令人信服地表明了控制效果。
Flying公司是一家资产近十亿美元、垂直型组织形式、产业涵盖加油站、汽车旅店到油田的石油公司。1986年Flying J收购了北部盐湖城炼油厂作为行业扩张的举动之一。
Flying J炼油厂生产能力每天2700吨（约每年100万吨）成品泊，炼油厂每年从犹他州、怀俄明州和克罗拉多州的油田运来原油、天然气和其他原料，加工成汽油、柴油、丙皖、航空汽油和特种石蜡产品。其中一部分燃料柴油和汽油通过公司自己的销售渠道销售，而其余的燃料柴油和汽油通过对外公开市场销售。
Flying J公司因是货车泊车行业的龙头企业，故在燃料柴油供应公司中特别有竞争力，对于自动化控制系统的需求是由于想在炼油厂安装一套脱硫装置以提高柴油产量而产生的。
1992年，也就是准备在炼油厂配备柴油脱硫装置时，Flying J公司决定提升现有的炼油厂子工控制系统为自动控制系统，但是与此同时他们发现了一个问题，炼油所需自动化设备通常由DCS供应投标商如霍尼韦尔和罗斯蒙特等公司提供，这些供应商对于各种不同规模系统需求只能提供一种一成不变的设计方案，而对于Flying J公司这种规模的炼油厂（日产2千多吨成品油）情况而言，其控制系统的规模要小于霍尼韦尔和罗斯蒙特等公司的DCS系统适用的规模，从经济上看浪费太大，使DCS解决方案对于象Flying J公司的中小型规模的炼油厂不可行。
虽然Flying J公司不在DCS系统经济性合理范围规模内，但实际对炼油行业而言，和Flying J公司相近规模的炼油厂并不少，在今天全世界700多家炼油厂当中，有60%（420家）
炼油厂与FlyingJ炼油厂规模相当，所有这些厂家都处在这个为难的两难境地。
问题是，根据过程控制工程师卡尔-居迪肯先生长年工作经验，不进行炼油自动化决不是一个好的解决方法。他认为：“如果下个十年你要在这个行业生存竞争下去，就必须搞过程控制自动化，否则就退出这个行业竞争”。
传统的DCS是分散控制，但这是与过去由一台大型计算机控制运行的高度集中化生产厂情况对比而言的。DCS设计是围绕一个小型机而配置的（实际是相对集中），这种传统的DCS也是极端昂贵、专用和不灵活的，一家大型DCS投标商对Flying J公司炼油厂开出的DCS系统报价为800万美元。
“这就是说使用那套系统根本得不到回报”。换句话说，炼油厂难以因使用该DCS系统而收回在该系统上所花费的钱。
另一个关于DCS系统的问题是在它的技术支持费用，使用DCS系统的大多数炼油厂至少要有一名系统供应商派来的维护人员常驻以维护设备，加上各项费用后，总的费用就相当昂贵了。
很清楚，传统的DCS对Flying J炼油厂是不适合的，现在还有其他可用的办法吗?为找到答案，公司决定返回最初阶段一切从头考虑，重新选择方案并检验选择的正确性。
一 工艺情况：
石油炼制行业在美国是一项竞争异常激烈的行业。
一个炼油厂代表了一个严密控制各项参数的工程。这个控制过程结合了精练和化学处理过程，原油被按分子重量分成几个部分，这几个部分再被热能和催化剂作用裂解成其他更加有用的产品。
例如，Flying J炼油厂取来丁炕（一种用来加热和烧食用品的气体），通过一种加工设备把它加工成一种叫固丁烧的液体，这种液体是汽油中重要的添加剂。
在这个行业保持竞争力的取决于“一桶原油中最后那10%”。换句话说，一家炼油厂能否赢利取决于对每桶原油提炼出的高质量产品的数量（行业术语为“收率勺”。加强控制是获取每桶原油的最大产出的重要措施之一。
“反应的动力原理是真正动态变化”的，过程控制师卡尔居迪肯先生解释说，用行话讲就是如果温度、压力和其他反应生产工艺条件不能被仔细严密地加以控制，你不会得到最大收率的。
高收率是炼油厂自动化所希翼达到的重要目标，原炼油厂生产能力局限于低效手工控制系统。Flying J公司想达到对过程更好的控制，用炼油和工程部总经理温瑟.默蒙特的话来说：“我们不得不与我们的同行保持同等水平，而且最好比他们领先一步”。
同时也有安全因素的考虑，石油提炼加工厂和一枚大炸弹的唯一分别就是控制系统。石油提炼的有些工序必须被严格的加以控制，以防止火灾和爆炸的危险。高度可靠性还是运行寿命的保证。
所有过程实施起来是有一定规模的。在一个炼油厂的过程控制系统中有几千个I/O点，系统必须能够在同一时间对几百个P I D回路进行全部处理。由于过程特性需求，在诸如P I D环路等基本的控制性能不能因为UO点增多而降低。而TCS控制系统的设计特点是，最大效率地使用前端智能单元（一种分布式I/O处理器），这一设计能允许诸如P I D环路、流量测量等基本功能在I/O模件级上进行，这样就从根本上杜绝规模增加而引起系统控制反馈所需的时间太长的问题。另一方面，Flying J公司的咨询顾问们也发现基于P L C系统的解决方案也不能构建成支持炼油加工环境的要求，并且一旦使用会使Flying J公司所需的P I D回路控制陷入泥潭。
二 解决方案：
Flying J公司指示它的顾问公司FBU公司越过常规DCS系统来源去寻找更好的解决办法，在寻遍市场情况后，FBU发现只有一种控制系统能结合低成本、高性能、高可靠性三个特长——TCS。
“顾问公司没有花很多时间找到了TCS，因为这是唯一最好的解决方案”。
但风险并不是不存在，就日前Flying J公司所知，还没那家炼油厂以前使用过基于TCS自动化控制系统。虽然Flying J公司所需求的要降低成本很迫切，但基于P C的控制系统能满足炼油厂所需的控制系统的要求吗?
即使是该系统能达到节省成本的要求，那它所需成本多少?一旦系统开发制造完成好后，系统维护所需费用会合理有效吗?一开始，Flying J公司没有答案，而F B U咨询公司也不知道。
“我们给了对方一些必须达到的技术指标，我们要形成满足公司自身控制需求的系统，而不是象其他炼油厂那样只是买了一套控制系统机架丽对工艺没有根本改善”。总经理认为：“我们要确定答案，而我们的顾问们一直给不出。”
包括Flying J和顾问们都认为在行动前必须确信他们做了正确的选择。因为Flying J正在开始一项以前没有人试过的事业。公司决定对TCS解决方案进行广泛调查，顾问们配备有广泛经验的专家组，他们包括炼油、化工、数控、计算机、通讯和系统安装等各项领域专家，紧接后，他们建立一个专门场所对硬件实物进行模拟运行试验和测试。
经过几个月的测试过程后，顾问们和Flying J公司都感到满意。TCS系统能以相当低的成本胜任传统DCS系统的工作。不仅系统硬件能处理3000多个I/O点，且满足反应速度所需要，而且TCS的软件被证明是一项好的选择。工程师们发现，使用TCS软件，他们能很快确定在炼油过程控制中出现的任何问题的地点和原因。
另一项TCS的长处即模块化设计，它使得炼制过程能被逐个装置地予以自动化调试（从而不影响整个工序）。首先进行调试的是重整装置，这个单元包含200个I/O点，由于工序的连续性要求，安装在线进行而不允许停产——即“热切换”，为此新系统的切换被限于一次一个控制回路。
在对这种开通工作准备之前，控制设备先经过并现场模拟运行，每个I/O点都被从硬件上模拟在人机界面显示屏上，以确保程序控制是正确的。这要感谢TCS程序语言具有自归档的特性，使得对控制软件的检查和确认都容易。
凭借TCS硬件的强大和TCS的编程软件灵活编程语言，每天开通的控制回路仅产生非常少的干扰。
这种开通方法虽然使得该项目的预算增加了15%，但却极大的增加了TCS系统技运的可靠性，而且避免了停产损失。到最后TCS控制系统硬件价格仅为DCS硬件价格的25%，而总价则为传统DCS系统的35%。
三 结论：
自从1993年以来，公司分阶段陆续投运TCS系统，每次开通一部分，94年公司己有五套TCS控制器，它们被安装运行在炼油厂和其他炼油厂灌区的各个不同备件上。另有两套炼油生产装置在1996年也使用了TCS系统。
系统广泛地使用TCS的前端智能单元作分布式控制使用。
在设计上，一块νo导轨上的P I D回路通常不多于4个，这能使控制过程快速且高度分散从而带来安全上的好处。因为主要的控制发生在UO导轨一级的模块上，因此，一个基本过程控制失灵仅被局限在单独的UO点上而不至于影响其他的点。
现在，在Flying J公司有两个TCS控制器用于柴油脱硫装置，两个用于原油处理装置，一个用于重整装置。控制器将数据送到炼油厂的控制室中人机界面的486和奔腾系统个人计算机中。由于TCS的系统开放式结构，Flying J能够用人机界面方式和另一种Wonderware的软件交互使用，这是TCS对第兰方软件开放的另一个佐证。
TCS系统的使用每年正在使Flying J炼油厂节约资金约2百万美圆，系统在头14个月运行里就赚回了成本。除了降低生产成本之外，TCS系统也极大地改进了 Flying J公司的过程控制水平。
“有些改进甚至是我们没有想到我们能取得的，”居迪肯工程师这样说，“比如说，重整装置中有一加热炉，当我们以前用于动控制时炉温波动幅度是20华氏度，现在我们一般能控制在1℉最多不越过5℉；”其结果是更完善的过程控制和一致性更好的优良产品。“当您能使温度保持稳定时，在炼油反应中分子动力学过程是完全不同的，我们现在能在99%的时间内保证产品的参数在要求的控制精度内。”
Flying公司是一家资产近十亿美元、垂直型组织形式、产业涵盖加油站、汽车旅店到油田的石油公司。1986年Flying J收购了北部盐湖城炼油厂作为行业扩张的举动之一。
Flying J炼油厂生产能力每天2700吨（约每年100万吨）成品泊，炼油厂每年从犹他州、怀俄明州和克罗拉多州的油田运来原油、天然气和其他原料，加工成汽油、柴油、丙皖、航空汽油和特种石蜡产品。其中一部分燃料柴油和汽油通过公司自己的销售渠道销售，而其余的燃料柴油和汽油通过对外公开市场销售。
Flying J公司因是货车泊车行业的龙头企业，故在燃料柴油供应公司中特别有竞争力，对于自动化控制系统的需求是由于想在炼油厂安装一套脱硫装置以提高柴油产量而产生的。
1992年，也就是准备在炼油厂配备柴油脱硫装置时，Flying J公司决定提升现有的炼油厂子工控制系统为自动控制系统，但是与此同时他们发现了一个问题，炼油所需自动化设备通常由DCS供应投标商如霍尼韦尔和罗斯蒙特等公司提供，这些供应商对于各种不同规模系统需求只能提供一种一成不变的设计方案，而对于Flying J公司这种规模的炼油厂（日产2千多吨成品油）情况而言，其控制系统的规模要小于霍尼韦尔和罗斯蒙特等公司的DCS系统适用的规模，从经济上看浪费太大，使DCS解决方案对于象Flying J公司的中小型规模的炼油厂不可行。
虽然Flying J公司不在DCS系统经济性合理范围规模内，但实际对炼油行业而言，和Flying J公司相近规模的炼油厂并不少，在今天全世界700多家炼油厂当中，有60%（420家）
炼油厂与FlyingJ炼油厂规模相当，所有这些厂家都处在这个为难的两难境地。
问题是，根据过程控制工程师卡尔-居迪肯先生长年工作经验，不进行炼油自动化决不是一个好的解决方法。他认为：“如果下个十年你要在这个行业生存竞争下去，就必须搞过程控制自动化，否则就退出这个行业竞争”。
传统的DCS是分散控制，但这是与过去由一台大型计算机控制运行的高度集中化生产厂情况对比而言的。DCS设计是围绕一个小型机而配置的（实际是相对集中），这种传统的DCS也是极端昂贵、专用和不灵活的，一家大型DCS投标商对Flying J公司炼油厂开出的DCS系统报价为800万美元。
“这就是说使用那套系统根本得不到回报”。换句话说，炼油厂难以因使用该DCS系统而收回在该系统上所花费的钱。
另一个关于DCS系统的问题是在它的技术支持费用，使用DCS系统的大多数炼油厂至少要有一名系统供应商派来的维护人员常驻以维护设备，加上各项费用后，总的费用就相当昂贵了。
很清楚，传统的DCS对Flying J炼油厂是不适合的，现在还有其他可用的办法吗?为找到答案，公司决定返回最初阶段一切从头考虑，重新选择方案并检验选择的正确性。
一 工艺情况：
石油炼制行业在美国是一项竞争异常激烈的行业。
一个炼油厂代表了一个严密控制各项参数的工程。这个控制过程结合了精练和化学处理过程，原油被按分子重量分成几个部分，这几个部分再被热能和催化剂作用裂解成其他更加有用的产品。
例如，Flying J炼油厂取来丁炕（一种用来加热和烧食用品的气体），通过一种加工设备把它加工成一种叫固丁烧的液体，这种液体是汽油中重要的添加剂。
在这个行业保持竞争力的取决于“一桶原油中最后那10%”。换句话说，一家炼油厂能否赢利取决于对每桶原油提炼出的高质量产品的数量（行业术语为“收率勺”。加强控制是获取每桶原油的最大产出的重要措施之一。
“反应的动力原理是真正动态变化”的，过程控制师卡尔居迪肯先生解释说，用行话讲就是如果温度、压力和其他反应生产工艺条件不能被仔细严密地加以控制，你不会得到最大收率的。
高收率是炼油厂自动化所希翼达到的重要目标，原炼油厂生产能力局限于低效手工控制系统。Flying J公司想达到对过程更好的控制，用炼油和工程部总经理温瑟.默蒙特的话来说：“我们不得不与我们的同行保持同等水平，而且最好比他们领先一步”。
同时也有安全因素的考虑，石油提炼加工厂和一枚大炸弹的唯一分别就是控制系统。石油提炼的有些工序必须被严格的加以控制，以防止火灾和爆炸的危险。高度可靠性还是运行寿命的保证。
所有过程实施起来是有一定规模的。在一个炼油厂的过程控制系统中有几千个I/O点，系统必须能够在同一时间对几百个P I D回路进行全部处理。由于过程特性需求，在诸如P I D环路等基本的控制性能不能因为UO点增多而降低。而TCS控制系统的设计特点是，最大效率地使用前端智能单元（一种分布式I/O处理器），这一设计能允许诸如P I D环路、流量测量等基本功能在I/O模件级上进行，这样就从根本上杜绝规模增加而引起系统控制反馈所需的时间太长的问题。另一方面，Flying J公司的咨询顾问们也发现基于P L C系统的解决方案也不能构建成支持炼油加工环境的要求，并且一旦使用会使Flying J公司所需的P I D回路控制陷入泥潭。
二 解决方案：
Flying J公司指示它的顾问公司FBU公司越过常规DCS系统来源去寻找更好的解决办法，在寻遍市场情况后，FBU发现只有一种控制系统能结合低成本、高性能、高可靠性三个特长——TCS。
“顾问公司没有花很多时间找到了TCS，因为这是唯一最好的解决方案”。
但风险并不是不存在，就日前Flying J公司所知，还没那家炼油厂以前使用过基于TCS自动化控制系统。虽然Flying J公司所需求的要降低成本很迫切，但基于P C的控制系统能满足炼油厂所需的控制系统的要求吗?
即使是该系统能达到节省成本的要求，那它所需成本多少?一旦系统开发制造完成好后，系统维护所需费用会合理有效吗?一开始，Flying J公司没有答案，而F B U咨询公司也不知道。
“我们给了对方一些必须达到的技术指标，我们要形成满足公司自身控制需求的系统，而不是象其他炼油厂那样只是买了一套控制系统机架丽对工艺没有根本改善”。总经理认为：“我们要确定答案，而我们的顾问们一直给不出。”
包括Flying J和顾问们都认为在行动前必须确信他们做了正确的选择。因为Flying J正在开始一项以前没有人试过的事业。公司决定对TCS解决方案进行广泛调查，顾问们配备有广泛经验的专家组，他们包括炼油、化工、数控、计算机、通讯和系统安装等各项领域专家，紧接后，他们建立一个专门场所对硬件实物进行模拟运行试验和测试。
经过几个月的测试过程后，顾问们和Flying J公司都感到满意。TCS系统能以相当低的成本胜任传统DCS系统的工作。不仅系统硬件能处理3000多个I/O点，且满足反应速度所需要，而且TCS的软件被证明是一项好的选择。工程师们发现，使用TCS软件，他们能很快确定在炼油过程控制中出现的任何问题的地点和原因。
另一项TCS的长处即模块化设计，它使得炼制过程能被逐个装置地予以自动化调试（从而不影响整个工序）。首先进行调试的是重整装置，这个单元包含200个I/O点，由于工序的连续性要求，安装在线进行而不允许停产——即“热切换”，为此新系统的切换被限于一次一个控制回路。
在对这种开通工作准备之前，控制设备先经过并现场模拟运行，每个I/O点都被从硬件上模拟在人机界面显示屏上，以确保程序控制是正确的。这要感谢TCS程序语言具有自归档的特性，使得对控制软件的检查和确认都容易。
凭借TCS硬件的强大和TCS的编程软件灵活编程语言，每天开通的控制回路仅产生非常少的干扰。
这种开通方法虽然使得该项目的预算增加了15%，但却极大的增加了TCS系统技运的可靠性，而且避免了停产损失。到最后TCS控制系统硬件价格仅为DCS硬件价格的25%，而总价则为传统DCS系统的35%。
三 结论：
自从1993年以来，公司分阶段陆续投运TCS系统，每次开通一部分，94年公司己有五套TCS控制器，它们被安装运行在炼油厂和其他炼油厂灌区的各个不同备件上。另有两套炼油生产装置在1996年也使用了TCS系统。
系统广泛地使用TCS的前端智能单元作分布式控制使用。
在设计上，一块νo导轨上的P I D回路通常不多于4个，这能使控制过程快速且高度分散从而带来安全上的好处。因为主要的控制发生在UO导轨一级的模块上，因此，一个基本过程控制失灵仅被局限在单独的UO点上而不至于影响其他的点。
现在，在Flying J公司有两个TCS控制器用于柴油脱硫装置，两个用于原油处理装置，一个用于重整装置。控制器将数据送到炼油厂的控制室中人机界面的486和奔腾系统个人计算机中。由于TCS的系统开放式结构，Flying J能够用人机界面方式和另一种Wonderware的软件交互使用，这是TCS对第兰方软件开放的另一个佐证。
TCS系统的使用每年正在使Flying J炼油厂节约资金约2百万美圆，系统在头14个月运行里就赚回了成本。除了降低生产成本之外，TCS系统也极大地改进了 Flying J公司的过程控制水平。
“有些改进甚至是我们没有想到我们能取得的，”居迪肯工程师这样说，“比如说，重整装置中有一加热炉，当我们以前用于动控制时炉温波动幅度是20华氏度，现在我们一般能控制在1℉最多不越过5℉；”其结果是更完善的过程控制和一致性更好的优良产品。“当您能使温度保持稳定时，在炼油反应中分子动力学过程是完全不同的，我们现在能在99%的时间内保证产品的参数在要求的控制精度内。”
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