化工自動(dòng)化控制及其應(yīng)用研究

王頔

摘要：經(jīng)過多年的攻關(guān)和不斷的技術(shù)開發(fā)研究，我國(guó)近年來在化工自動(dòng)化控制的控制規(guī)律、方案以及實(shí)施技術(shù)和規(guī)模集中方面，都已經(jīng)取得了一定的成功經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)濟(jì)效益也得以顯著提升，全國(guó)的在建百萬噸乙烯廠猶如雨后春筍一般出現(xiàn)，為今后我國(guó)護(hù)工自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。但是現(xiàn)階段我國(guó)的化工自動(dòng)化控制及其應(yīng)用研究工作，仍然有許多亟待解決的問題，需要我們進(jìn)一步深日研究?；み^程控制對(duì)于提高化工工藝水平，提升化工產(chǎn)能、產(chǎn)量、質(zhì)量和淘汰落后產(chǎn)能，以及改善化工企業(yè)勞動(dòng)效率等方面都將發(fā)揮越來越主要的作用。

關(guān)鍵詞：化工自動(dòng)化；控制；應(yīng)用

1 化工自動(dòng)化控制的現(xiàn)狀和發(fā)展

近幾年，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，自動(dòng)化儀表正在朝著智能化的方向發(fā)展，并且已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步，智能化儀表實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、小型化、輕量化，發(fā)展轉(zhuǎn)變最大的就是實(shí)現(xiàn)了信號(hào)傳遞，也就是說化工自動(dòng)化使用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，這樣一來，將傳統(tǒng)的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂芯幋a功能的數(shù)字量，大大減少了儀表電纜的使用量和人工鋪設(shè)費(fèi)用?；ぷ詣?dòng)化控制技術(shù)涉及到很多的現(xiàn)代技術(shù)，例如：控制理論技術(shù)、儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，從而對(duì)化工生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、管理等目的，最終增加化工產(chǎn)量、減少能耗、生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品的技術(shù)?；ぷ詣?dòng)化控制技術(shù)主要有三大系統(tǒng)組成，即化工自動(dòng)化軟件、硬件、應(yīng)用系統(tǒng)。現(xiàn)如今，化工自動(dòng)化控制成為制造行業(yè)中的最重要的技術(shù)，通過此技術(shù)可以有效的解決化工生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題。現(xiàn)如今，當(dāng)前我國(guó)化工自動(dòng)化控制發(fā)展大部分都是從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備，在投入使用一段時(shí)間后，根據(jù)企業(yè)的特點(diǎn)進(jìn)行再次開發(fā)與利用。

2 一般控制與自動(dòng)化的區(qū)別

2.1 一般在化工生產(chǎn)的過程當(dāng)中

可以把不同種類的工藝平衡狀態(tài)當(dāng)作相對(duì)穩(wěn)態(tài)的一個(gè)狀態(tài)。如果在化工生產(chǎn)過程中趨于穩(wěn)態(tài)狀態(tài)時(shí)，一旦發(fā)生了干擾情況，所控制的變量則會(huì)偏離，然而，這時(shí)則可以通過在系統(tǒng)設(shè)備當(dāng)中的裝置從而促使變量逐漸的往穩(wěn)定方向發(fā)展。在這個(gè)過程中，把受到干擾出現(xiàn)偏離的又回到穩(wěn)態(tài)的過程則可以稱作是動(dòng)態(tài)過程。在一般情況下，我們把回復(fù)的過程可以看作是震蕩式，把控制變量歸位到初始狀態(tài)，而也可以通過把控制變量轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌姆€(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)前，在部分的生產(chǎn)設(shè)備當(dāng)中，一般都可以通過預(yù)測(cè)把可能發(fā)生偏離的動(dòng)態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不能把所有的穩(wěn)態(tài)進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)。

2.2 由于化工自動(dòng)化控制在發(fā)展過程中的效果是與信息反饋緊密相聯(lián)的

通常在控制系統(tǒng)當(dāng)中，主要是通過控制器進(jìn)行采集信號(hào)，一旦把預(yù)期想要控制的信息傳送到控制器里，并且對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，再由控制器決定應(yīng)怎樣對(duì)其校正，因此，我們把這種傳遞的過程就稱作是信息閉環(huán)回路的負(fù)反饋。由于信息反饋?zhàn)钪匾淖饔镁褪翘岣呖刂瀑|(zhì)量，這也是比較有效的一個(gè)重要措施，信息反饋通過改變其規(guī)律和大小等方面，則可以產(chǎn)生一定的控制效果，此外，也可以把相對(duì)不夠穩(wěn)定控制通過轉(zhuǎn)變和調(diào)節(jié)作為質(zhì)量控制的最佳狀態(tài)，所以，在控制系統(tǒng)當(dāng)中，閉環(huán)回路的負(fù)反饋則是最重要的一部分。

3 如何提高自動(dòng)化控制水平

3.1 選取好質(zhì)量控制的參數(shù)

如果參數(shù)本身很不符合正態(tài)分布，一般其平均值（算術(shù)平均，幾何平均，重均，數(shù)均等等）能夠符合正態(tài)分布。如果還是效果不行，則應(yīng)該換更本質(zhì)的，能夠反映其性能的其它參數(shù)。比如某種氧化物產(chǎn)品，最初是微米大小，其粒度分布可由激光散射粒度儀準(zhǔn)確測(cè)量，用體積平均值做指標(biāo)來衡量就很好。后來產(chǎn)品改進(jìn)成納米級(jí)，粒度儀難以給出準(zhǔn)確的結(jié)果，用高分辨顯微鏡則時(shí)間太長(zhǎng)，不適合做為過程質(zhì)量控制手段。

3.2 預(yù)防式質(zhì)量控制管理

主動(dòng)預(yù)防式更包括研究開發(fā)人員定期主動(dòng)介入生產(chǎn)和質(zhì)保過程，及時(shí)從一些異常痕跡中發(fā)現(xiàn)問題解決問題。許多異常痕跡往往不是工廠或質(zhì)保人員的知識(shí)體系可以意識(shí)到的。此外，有時(shí)候問題并非真正在生產(chǎn)上，而是在質(zhì)檢人員的操作程序誤差上，這些往往不是質(zhì)檢部門本身能夠迅速發(fā)現(xiàn)解決的。

4 提高化工自動(dòng)化控制水平的有效措施

4.1 質(zhì)量控制參數(shù)要合理選擇

在試驗(yàn)生產(chǎn)過程中，必須要選擇質(zhì)量較好的控制屬性與指標(biāo)。但是，對(duì)于化工企業(yè)來說，參數(shù)大多數(shù)都不是統(tǒng)一、規(guī)劃的，大多數(shù)都呈個(gè)分布的。通常情況下，參數(shù)都符合正態(tài)分布，那么我們就可以選用正態(tài)分布的理論來描述化工自動(dòng)化控制的各項(xiàng)指標(biāo)。

4.2 采用預(yù)防式質(zhì)量控制管理模式

在主顯示器上接收數(shù)據(jù)信息，并且可以繪制出相應(yīng)的質(zhì)量控制圖，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，就應(yīng)該立即產(chǎn)生警報(bào)，通知有關(guān)人員要及時(shí)采用有效的措施加以解決。此模式就是與方式的質(zhì)量控制管理模式，而且這也是最常見的質(zhì)量控制模式?；ぷ詣?dòng)化控制管理目標(biāo)是要獲得穩(wěn)定的可靠產(chǎn)品。一旦質(zhì)量控制效果不好，那么生產(chǎn)的產(chǎn)品也就不符合要求，所以，必須重新就行加工，結(jié)果大大增加了生產(chǎn)成本。然而，如果質(zhì)量控制效果良好，那么就會(huì)使化工企業(yè)生產(chǎn)效率大大提高，而生產(chǎn)成本也就相應(yīng)的會(huì)減少。

5 化工生產(chǎn)中自動(dòng)化控制具體應(yīng)用舉例

5.1 自動(dòng)化控制在急停系統(tǒng)中的應(yīng)用

安全生產(chǎn)事故大部分是由人和物的不安全因素導(dǎo)致的，為最大限度的保障生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免因事故帶來的人身和財(cái)產(chǎn)上的損失，化工自動(dòng)化在急停系統(tǒng)中的應(yīng)用顯得尤為重要。其主要工作原理是某一生產(chǎn)環(huán)節(jié)一旦出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)設(shè)置好的程序?qū)φ谶\(yùn)行的程序進(jìn)行依次關(guān)閉，從而避免安全事故的擴(kuò)大化這就是安全儀表聯(lián)鎖系統(tǒng)。另外需要注意的是在完善自動(dòng)化急停系統(tǒng)時(shí)，必須保證其獨(dú)立性，避免其他設(shè)備故障對(duì)急停系統(tǒng)造成影響，也不可以各種方式繞開安全儀表聯(lián)鎖系統(tǒng)。

5.2 自動(dòng)化控制在故障分析中的應(yīng)用

對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)有效地?cái)?shù)據(jù)分析是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制在化工生產(chǎn)過程中最重要的環(huán)節(jié)之一。在化工生產(chǎn)過程中，利用自動(dòng)化控制技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，將故障信息以數(shù)據(jù)報(bào)告形式顯示出來，以便技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理。由此可見自動(dòng)化控制技術(shù)不僅可提高化工生產(chǎn)企業(yè)的工作效率，合理規(guī)范生產(chǎn)流程，還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的安全隱患，為避免安全生產(chǎn)事故的發(fā)生提供有力保障。

6 化工自動(dòng)化控制的產(chǎn)生及發(fā)展

同其他技術(shù)科學(xué)的發(fā)展歷程相仿，自動(dòng)化控制理論的產(chǎn)生也基本是基于生產(chǎn)與發(fā)展的需求，在人類已有的技術(shù)和科研知識(shí)成果基礎(chǔ)上，順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展需求而產(chǎn)生。自動(dòng)化技術(shù)首先在上世紀(jì) 30 年代的電子通訊工程中取得了較大的發(fā)展而本世紀(jì) 60 年代自動(dòng)控制理論進(jìn)一步得以深化和延伸。現(xiàn)代控制理論作為一種設(shè)計(jì)和分析復(fù)雜控制系統(tǒng)的科學(xué)方法，以Kalman 等的最優(yōu)濾波理論、Bel1man 的動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論為標(biāo)志，特別是近年來的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中對(duì)工業(yè)過程自動(dòng)化的大量生產(chǎn)和中試實(shí)踐活動(dòng)，使得公共自動(dòng)化控制從穩(wěn)定單個(gè)工藝變量的 SISO系統(tǒng)，擴(kuò)展到對(duì)于整個(gè)單元操作運(yùn)行的 MIMO 系統(tǒng)操作，推動(dòng)了生產(chǎn)裝置的優(yōu)化，加速了工藝流程改進(jìn)的步伐。

7 結(jié)語

化工自動(dòng)化控制是一門主要應(yīng)用自動(dòng)控制儀器表的學(xué)科，一般情況下這個(gè)學(xué)科主要是在化工這方面應(yīng)用。進(jìn)入二十一世紀(jì)之后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速的發(fā)展的同時(shí)，化工自動(dòng)化控制也因此受到影響而飛速的發(fā)展。這篇文章中，我們就我國(guó)現(xiàn)在的發(fā)展情況和化工自動(dòng)化控制的自身特點(diǎn)進(jìn)行研究討論，從而指出化工自動(dòng)化控制存在的一些不足，進(jìn)而提高使化工自動(dòng)化控制更好的發(fā)展的措施，使我國(guó)化工自動(dòng)化控制發(fā)展的更加完善。

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（作者單位：天津聯(lián)維乙烯工程有限公司）