化工生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用探討

梁力昭

【摘 要】隨著科技的飛速發(fā)展，大量新技術(shù)、新設(shè)備投入了現(xiàn)代化工工業(yè)生產(chǎn)的過程中。本文將針對(duì)化工生產(chǎn)中自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行探討，詳細(xì)介紹了自動(dòng)化控制系統(tǒng)中各方面不同控制設(shè)備的特點(diǎn)，以進(jìn)一步推廣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】化工生產(chǎn)；自動(dòng)化控制系統(tǒng)；控制

隨著國(guó)內(nèi)化工行業(yè)飛速向高科技、新技術(shù)方向發(fā)展，大量先進(jìn)的化工裝置、設(shè)備相繼投入運(yùn)行，同時(shí)部分傳統(tǒng)落后的化工企業(yè)不斷進(jìn)行技術(shù)改造及應(yīng)用新技術(shù)，其中就包括了自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用?；どa(chǎn)過程的自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)，可縮小我國(guó)化工行業(yè)和發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，從而推動(dòng)我國(guó)化工生產(chǎn)的發(fā)展。下面，就化工生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1.單回路控制

單回路過程控制系統(tǒng)一般是指針對(duì)一個(gè)被控過程（調(diào)節(jié)對(duì)象），采用一個(gè)測(cè)量變送器檢測(cè)被控過程，采用一個(gè)控制（調(diào)節(jié)）器來保持一個(gè)被控參數(shù)恒定（或在很小范圍內(nèi)變化），其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）。從圖1所示可知，該系統(tǒng)只有一個(gè)閉環(huán)回路。

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，易于調(diào)整和投入，能滿足不少化工工業(yè)生產(chǎn)過程的控制要求，因此在我國(guó)化工生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，尤其適用于被控過程的純滯后、慣性小以及負(fù)荷和擾動(dòng)變化比較平緩，或者對(duì)被控質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合。

2.串級(jí)控制

單回路控制系統(tǒng)解決了化工工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化中大量的參數(shù)定值控制問題，這種簡(jiǎn)單系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)工藝的要求，但僅適用于比較簡(jiǎn)單的單輸出生產(chǎn)過程的控制，不能解決多輸出過程的控制問題。即使對(duì)于簡(jiǎn)單的單輸出生產(chǎn)過程，也存在這樣的情況：其調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性決定了很難控制（如過程的滯后常數(shù)很大或擾動(dòng)量很大）；調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性雖不復(fù)雜，但工藝對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的要求很高或很特殊。

串級(jí)控制系統(tǒng)是改善控制質(zhì)量的有效方法之一，在過程控制中得到了廣泛的應(yīng)用。與其余單回路控制系統(tǒng)相比有一個(gè)顯著的區(qū)別，即在結(jié)構(gòu)上多了一個(gè)副回路，形成了兩個(gè)閉環(huán)——雙閉環(huán)。其主回路（外環(huán)）是一個(gè)單回路控制系統(tǒng)，而副回路（內(nèi)環(huán)）則為一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)。

與單回路控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)多用了一個(gè)測(cè)量變送器與一個(gè)控制器（調(diào)節(jié)器），增加的投資并不多，但控制效果卻有顯著的提高。使系統(tǒng)改善了被控過程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作效率，同時(shí)提高了對(duì)一、二次擾動(dòng)的克服能力和對(duì)回路參數(shù)變化的適應(yīng)能力。串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

串級(jí)控制在化工工業(yè)生產(chǎn)中可以用來克服被控過程較大的容量滯后、純滯后和非線性，也可以用于抑制變化劇烈而且幅度大的擾動(dòng)。

3.前饋控制

單回路控制和串級(jí)控制都是當(dāng)系統(tǒng)被控過程受到擾動(dòng)后，必須等到被控參數(shù)出現(xiàn)偏差時(shí)，控制器才動(dòng)作，以補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響。前饋控制就是在系統(tǒng)擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)就進(jìn)行控制（圖3），而不是等到偏差發(fā)生后再進(jìn)行控制。其特點(diǎn)主要有：

a.擾動(dòng)發(fā)生后，前饋控制器“及時(shí)”動(dòng)作，對(duì)抑制被控量由于擾動(dòng)引起的動(dòng)、靜態(tài)偏差較有效；

b.前饋控制屬于開環(huán)控制，所以只要系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)是穩(wěn)定的，則控制系統(tǒng)必然穩(wěn)定；

c.前饋控制只適合克服可測(cè)而不可控的擾動(dòng)，而對(duì)系統(tǒng)中的其他擾動(dòng)無抑制作用，因此，該控制具有指定性補(bǔ)償?shù)木窒扌裕?/p>

d.前饋控制器的控制規(guī)律取決于被控對(duì)象的特性，因此控制規(guī)律往往比較復(fù)雜。

4.比值控制

在現(xiàn)代化工工業(yè)生產(chǎn)過程中，許多情況下會(huì)要求兩種或多種物料流量成一定比例關(guān)系，一旦比例失調(diào)，就會(huì)影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行，影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至發(fā)生生產(chǎn)事故。比值控制系統(tǒng)可以保證兩個(gè)或多個(gè)參數(shù)自動(dòng)維持一定的比值關(guān)系。比值控制系統(tǒng)方案眾多，但都類似，下面以變比值為例，其控制框圖如圖4所示。

5.分程與選擇性控制

單回路控制、串級(jí)控制、前饋控制及比值控制等都是應(yīng)用在正常生產(chǎn)情況下的，組成系統(tǒng)的各部分一般工作在一個(gè)較小的工作區(qū)域內(nèi)。為使系統(tǒng)工作范圍擴(kuò)大或在系統(tǒng)受到大擾動(dòng)甚至事故狀態(tài)下仍能安全生產(chǎn)，就必須選用分程與選擇性控制。該控制是通過有選擇的非線性切換方式使不同部件工作在不同區(qū)域內(nèi)來實(shí)現(xiàn)工作范圍的擴(kuò)大。

分程與選擇性控制可用于節(jié)能控制、擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍、保證生產(chǎn)過程的安全以及穩(wěn)定和不同工況下的控制。下面以選擇器位于調(diào)節(jié)器之前的系統(tǒng)為例，其系統(tǒng)如圖5所示。

6.結(jié)束語

化工工業(yè)是創(chuàng)造價(jià)值經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，它不僅直接影響國(guó)計(jì)民生，還和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的其他部門密切相關(guān)。因此，我們要將先進(jìn)的控制方法應(yīng)用到化工行業(yè)中去。但化工行業(yè)的自動(dòng)化控制不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工程，在化工生產(chǎn)過程中一般都是幾種控制方案交錯(cuò)采用的，所以為了達(dá)到化工生產(chǎn)的整體控制效果，就要防止子控制方案脫離整體控制方案，讓每一種方案都在生產(chǎn)過程中起到各自的作用。

參考文獻(xiàn)：

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