自動(dòng)化控制技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用

（長(zhǎng)春市職業(yè)危害檢測(cè)檢驗(yàn)中心，吉林 長(zhǎng)春 130000）

自動(dòng)化控制技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用

王 麗 劉 碩

（長(zhǎng)春市職業(yè)危害檢測(cè)檢驗(yàn)中心，吉林 長(zhǎng)春 130000）

在現(xiàn)代科技迅速發(fā)展的背景下，自動(dòng)化控制方面的科學(xué)技術(shù)也獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，自動(dòng)化控制技術(shù)在許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。作為一門(mén)綜合性科學(xué)技術(shù)，自動(dòng)化控制同其他專(zhuān)業(yè)技術(shù)存在緊密聯(lián)系，并與這些專(zhuān)業(yè)技術(shù)相互促進(jìn)，共同發(fā)展。本文對(duì)自動(dòng)化控制的若干相關(guān)概念進(jìn)行了闡述，在此基礎(chǔ)上，對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)在該領(lǐng)域的發(fā)展前景做了展望。

自動(dòng)控制技術(shù)；化工工業(yè)； 溫度控制

近些年以來(lái)，在科技進(jìn)步的帶動(dòng)下，自動(dòng)化儀表及裝置領(lǐng)域的技術(shù)也獲得較大進(jìn)步，自動(dòng)化儀表及裝置開(kāi)始向數(shù)字化、智能化、模塊化、高精度化及輕型化方向發(fā)展，與此相伴的是可編程控制器（PLC）、分散型控制系統(tǒng)（DCS）、總線式工控機(jī)以及新型現(xiàn)場(chǎng)總線式智能儀表等技術(shù)設(shè)備的出現(xiàn)，而智能化則代表了自控裝置的未來(lái)發(fā)展方向。智能化應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自控裝置之間信號(hào)輸送方式的標(biāo)志性轉(zhuǎn)變，即從模擬量向編碼的數(shù)字量轉(zhuǎn)化。

1 相關(guān)理論

作為一種小型計(jì)算機(jī)，可編程邏輯控制器以高速運(yùn)行的速度實(shí)現(xiàn)了對(duì)過(guò)程系統(tǒng)當(dāng)中的單一設(shè)備或多個(gè)設(shè)備工藝流程的控制。傳統(tǒng)使用的硬接線繼電器在進(jìn)行工藝流程的變更或進(jìn)行產(chǎn)品改選后需要進(jìn)行手動(dòng)重新布線，應(yīng)用PLC，只對(duì)工藝流程進(jìn)行重新編程就完成了全部操作，傳統(tǒng)繼電器存在的能耗高與低效率的不足則被克服。DCS作為一種微處理器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程系統(tǒng)所有環(huán)節(jié)分別進(jìn)行單一和精細(xì)的控制。過(guò)程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價(jià)高昂，應(yīng)用的是專(zhuān)用硬件與專(zhuān)用軟件，使用專(zhuān)用控制語(yǔ)言。DCS 具有處理最大和最復(fù)雜過(guò)程系統(tǒng)的功能，DCS的缺點(diǎn)是一旦安裝后，難以適應(yīng)隨時(shí)間而變化的工藝。所以，DCS的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榫哂羞B續(xù)性生產(chǎn)的行業(yè)，如電力行業(yè)、石油和天然氣生產(chǎn)行業(yè)、水處理與污水處理行業(yè)、紙漿生產(chǎn)行業(yè)以及造紙行業(yè)等。

人工智能理論與控制理論的有機(jī)融合形成了智能控制理論，該理論是對(duì)人類(lèi)的思維方式與行為方式的模擬，以此為基礎(chǔ)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)行智能控制，應(yīng)用智能控制理論只需被控對(duì)象提供相關(guān)定性知識(shí)，而不需要被控對(duì)象提供精確的定量模型。到現(xiàn)在為止，智能控制理論方面研究成果較豐富的領(lǐng)域是模糊控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論與專(zhuān)家控制方法等領(lǐng)域。

2 自動(dòng)控制技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用分析

現(xiàn)代科技快速發(fā)展的背景下，化工生產(chǎn)領(lǐng)域引進(jìn)了自動(dòng)化控制系統(tǒng)，操作者通過(guò)操縱自動(dòng)化裝置就可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的控制與管理，自動(dòng)化裝置已經(jīng)同生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備有機(jī)融合為一體。而 PLC 控制系統(tǒng)是其中相對(duì)成熟的控制技術(shù)，在許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。PLC的主要優(yōu)勢(shì)是：結(jié)構(gòu)與編程簡(jiǎn)單、具有較高的性?xún)r(jià)比、具有高可靠性，能夠適應(yīng)各種惡劣生產(chǎn)環(huán)境。

目前，在國(guó)內(nèi)許多化工企業(yè)，仍采用手工方式來(lái)控制化學(xué)反應(yīng)爐的溫度，手工操作使操作工人精神高度緊張、而且作業(yè)環(huán)境較差、反應(yīng)爐的溫度具有波動(dòng)性大的特點(diǎn)，控制室的溫度也較高。應(yīng)用PLC 控制系統(tǒng)，則能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工藝流程的控制，并能將溫度的精度控制在±0.5 ℃范圍之內(nèi)。

化學(xué)反應(yīng)爐內(nèi)通常發(fā)生聚合反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制是由爐內(nèi)攪拌器與爐外夾層間流動(dòng)的冷卻水共同完成的。按照聚合反應(yīng)原理，把反應(yīng)物按規(guī)定比例加至反應(yīng)爐內(nèi)，再向爐外夾層間通入蒸氣使?fàn)t內(nèi)升溫，在達(dá)到規(guī)定溫度后停止加熱，此時(shí)，系統(tǒng)的報(bào)警裝置出現(xiàn)加催化劑的提示，在催化劑的作用下，爐中反應(yīng)物發(fā)生聚合反應(yīng)，并放出大量的熱，在這一反應(yīng)階段，關(guān)鍵是控制好溫度，使溫度保持恒定。恒溫階段，事先設(shè)定的時(shí)刻提醒裝置提醒在某一時(shí)刻加入某種原料。聚合反應(yīng)在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)，還伴隨強(qiáng)烈的放熱放熱效應(yīng)。依據(jù)生產(chǎn)工藝流程，聚合反應(yīng)過(guò)程有多個(gè)升溫階段、多個(gè)恒溫階段和多個(gè)冷卻階段。

我們將溫度控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)算法進(jìn)行了改進(jìn)，應(yīng)用了 PID 控制算法。在積分部分應(yīng)用的處理方法為“變速積分”與 “抗積分飽和”等。試驗(yàn)表明，控制系統(tǒng)符合預(yù)定效果，溫度誤差不超過(guò)±0.5℃，并具有良好的動(dòng)態(tài)性能。在擠出多吹塑成型機(jī)上目前開(kāi)始應(yīng)用PLC 控制系統(tǒng)。這種生產(chǎn)設(shè)備是用于制造容器與生產(chǎn)中空制品的一種吹塑成型設(shè)備，它的特點(diǎn)是同類(lèi)型設(shè)備中產(chǎn)出量最大的一種 其生產(chǎn)的各類(lèi)容器，容器其容積范圍從1mL至10000L，既有裝牛奶、飲料、洗滌用品和化妝品等不同型號(hào)的瓶，也有裝飲料、礦泉水和各種化學(xué)試劑的桶。目前，擠出吹塑成型機(jī)正向自動(dòng)化、智能化、高速化和高精度化演變。

擠出吹塑成型機(jī)在應(yīng)用德維森科技（深圳） 公司研發(fā)的V80系列 PLC 控制器后，其高精度熱電偶模塊與模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊能夠?qū)π团鳒囟?、擠出壓力與型坯壁厚進(jìn)行高精度控制，生產(chǎn)出來(lái)的制成品全部符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并具有良好的精度重復(fù)性。CPU模塊應(yīng)用的是高速硬件解析技術(shù)，模擬量擴(kuò)展模塊則裝有CPU芯片與專(zhuān)用共享數(shù)據(jù)區(qū)，這兩種模塊能夠使熔料塑化、擠出和開(kāi)合模速度得到迅速提升，使成型生產(chǎn)周期得到縮減，確保制品成型符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

以介紹溫度為例，在擠出吹塑過(guò)程中，需要加熱和散熱工作在平衡狀態(tài)，以使擠出熔料溫度達(dá)到某一動(dòng)態(tài)平衡。因此，擠出過(guò)程的溫度需要實(shí)時(shí)測(cè)量和控制。擠出機(jī)的溫度經(jīng)熱電偶采集到熱電偶模塊中，模塊內(nèi)本身內(nèi)置CPU芯片，具有5路熱電偶輸入和5路晶體管 PWM 輸出，可以在模塊內(nèi)完成 PID 控制算法，控制精度為±1℃。

這種采用德維森科技（深圳）有限公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的V80 系列PLC控制器在擠出吹塑成型系統(tǒng)中的應(yīng)用，有效地提高了型坯溫度、擠出壓力、冷卻時(shí)間和型坯壁厚的控制精度，進(jìn)而提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

3 自動(dòng)控制技術(shù)在化工領(lǐng)域的前景分析

在科技快速發(fā)展的今天，化工生產(chǎn)中應(yīng)用的控制技術(shù)，其裝備的軟件和硬件都獲得了很大進(jìn)步，進(jìn)而使化工生產(chǎn)中的控制技術(shù)也得到提高。電子信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，也促進(jìn)了自動(dòng)化儀表和裝置技術(shù)的發(fā)展，其更新?lián)Q代頻率也在提升，而儀表智能化與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)則代表了自動(dòng)化控制設(shè)備的發(fā)展方向。而采用非參數(shù)模型的預(yù)測(cè)與控制方法和不需要模型支持的自整定控制方法等技術(shù)的推廣，也為自動(dòng)控制理論的開(kāi)拓了新的發(fā)展途徑。

[1] 劉仁志.未來(lái)的電鍍模式和若干可能的技術(shù)改進(jìn)方案[J].電鍍與精飾，2010（10）.

[2] 王明忠.自動(dòng)控制技術(shù)在燒堿蒸發(fā)工藝中的應(yīng)用[J].氯堿工業(yè)，2009（05）.

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