石化行業(yè)儀器儀表自動化控制技術(shù)應(yīng)用淺析

葛 飛，劉永志

（1.河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000；2.北京北分麥哈克分析儀器有限公司，北京 100095）

在石化工業(yè)中，許多原料具有易燃、易爆、輻射等特點(diǎn)，對化工生產(chǎn)和員工健康具有潛在的威脅。因此，很多石化企業(yè)都在推行全自動化，這不僅可以減少員工的直接接觸，而且可以快速地提升生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。隨著石化行業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的自動化控制技術(shù)已經(jīng)不能滿足石化生產(chǎn)的要求，必須從單一的自動化控制向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、高級控制方向發(fā)展。

1 自動化控制技術(shù)的基本特點(diǎn)

1.1 自動化儀表控制有助于工藝措施的優(yōu)化

近年來，國內(nèi)的自動控制技術(shù)不斷得到改善和提高，從根本上優(yōu)化了當(dāng)前的控制技術(shù)。在化工行業(yè)中，自動化控制一般可以采用PID自動跟蹤控制，作為DCS系統(tǒng)內(nèi)一個獨(dú)立的系統(tǒng)控制模塊，將軟件技術(shù)和動態(tài)變量跟蹤控制技術(shù)緊密結(jié)合起來。在實(shí)際應(yīng)用過程中，許多化工企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識到PID技術(shù)的巨大作用，紛紛采用PID串級控制的儀表測量和控制方法對生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行控制。

1.2 儀器儀表系統(tǒng)控制的交互式接口的建立

儀器儀表的自動控制離不開人機(jī)接口。采用人機(jī)交互技術(shù)對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時顯示，滿足了化工系統(tǒng)一體化生產(chǎn)的需要。借助顯示器，可以根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)信號的顯示為化工生產(chǎn)的生產(chǎn)決策提供依據(jù)。從目前的情況來看，人性化的互動界面正逐漸被廣泛應(yīng)用，它具有可視化和人性化的特點(diǎn)，可以幫助建立一個人機(jī)交互的架構(gòu)。

1.3 從根本上保證安全的自動化控制

石油化工企業(yè)在實(shí)際運(yùn)行過程中，自動化控制能夠發(fā)揮非常重要的作用，但是石油化工企業(yè)由于各種生產(chǎn)經(jīng)營存在潛在的風(fēng)險，呈現(xiàn)出很高的風(fēng)險。為了排除潛在的危險，在生產(chǎn)過程的每一個環(huán)節(jié)都要進(jìn)行監(jiān)控，并設(shè)置危險報警和聯(lián)鎖停車等?；どa(chǎn)企業(yè)在日常管理工作中要做好各項應(yīng)急防范措施，以保證生產(chǎn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)自動化控制的基本目的是確保生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高企業(yè)的盈利能力，確?；て髽I(yè)在生產(chǎn)過程中具備安全性，避免出現(xiàn)意外情況。這對于行業(yè)的發(fā)展來說是至關(guān)重要的，同時也能夠促進(jìn)社會的發(fā)展和進(jìn)步。

2 石油化工儀表的自動化控制系統(tǒng)

石化企業(yè)在發(fā)展過程中，通過不斷對生產(chǎn)系統(tǒng)自動化過程控制技術(shù)的升級改造，從而帶動相應(yīng)的儀器設(shè)備系統(tǒng)的升級，有利于企業(yè)在生產(chǎn)過程中，控制其成本費(fèi)用，提高生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定性。采用計算機(jī)芯片技術(shù)，通過自動控制儀表，可以有效地防止人為操作造成的各種安全隱患。以自動化儀表為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，其主要內(nèi)容有3部分：

首先，是集散控制體系。由于石化企業(yè)生產(chǎn)過程中各單元分散布置比較多，所以其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，集散控制系統(tǒng)在國內(nèi)石油化工行業(yè)的應(yīng)用也得到了持續(xù)的創(chuàng)新和提高。比如在實(shí)際生產(chǎn)中，通過智能化的數(shù)字化控制可以極大地提高自動化程度。同時，它還可以利用自己的設(shè)備，利用自己的優(yōu)勢，將各個獨(dú)立的系統(tǒng)通過通訊協(xié)議高效地連接起來，而不會受到系統(tǒng)廠家和型號的限制。通過這種連接可以使其各個系統(tǒng)的分散優(yōu)點(diǎn)得到全面的發(fā)揮，從而大大地提升了它們的生產(chǎn)效率。在連接后的分布式系統(tǒng)中，企業(yè)能夠動態(tài)地對其整個生產(chǎn)過程進(jìn)行動態(tài)控制，并能在生產(chǎn)中及時發(fā)現(xiàn)問題，做出相應(yīng)的調(diào)整，從而極大地提高生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

第二，它是一種新型的分布式控制系統(tǒng)。在石油化工行業(yè)，它起著非常重要的作用，將各個工段、不同產(chǎn)品工藝進(jìn)行組合控制，從而得到想要的產(chǎn)品，滿足更高端市場的需求。這種分散系統(tǒng)對處理產(chǎn)品的品質(zhì)至關(guān)重要，所以必須采用一種新的分散體系來處理。然而，就目前石油化工企業(yè)的產(chǎn)品分散化處置的情況來看，這一工作的成效并不盡如人意，所以必須對其工藝體系進(jìn)行持續(xù)地完善，利用這種新型的分散控制系統(tǒng)能夠更好地對其進(jìn)行分離處理后的操作性能進(jìn)行控制，從而達(dá)到最佳的控制效果。

第三，本系統(tǒng)還包含了總線控制。在石油化工企業(yè)的發(fā)展中，采用這種技術(shù)可以使其生產(chǎn)智能化，從而達(dá)到最佳的生產(chǎn)效益。在石油化工企業(yè)的生產(chǎn)中，通過智能接口可以將不同系統(tǒng)的所有生產(chǎn)過程都記錄下來，通過各種數(shù)據(jù)的輸入和分享，從而掌握生產(chǎn)的全過程，達(dá)到控制生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。以上是自動化控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容分析，該項系統(tǒng)在運(yùn)行過程中要想保證其具備一定的穩(wěn)定性和可靠性，就要了解其構(gòu)成以及主要的內(nèi)容，這樣才能夠及時地發(fā)現(xiàn)問題并且解決問題，使其提升整體的工作效率，這對于企業(yè)來說是至關(guān)重要的。

3 石化行業(yè)儀器儀表自動控制技術(shù)的研究

3.1 通用自動控制技術(shù)

自動控制技術(shù)在石油化工行業(yè)中有著不可替代的地位。在石油化工行業(yè)對儀器設(shè)備的自動控制，主要采用了連續(xù)控制和批量控制兩種方式，這兩種方式都是傳統(tǒng)的自動控制技術(shù)。它在實(shí)施控制時，主要是通過DCS系統(tǒng)來完成它的控制。隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，企業(yè)要想充分發(fā)揮其儀表控制功能就必須對DCS系統(tǒng)進(jìn)行版本升級改造，開發(fā)新的產(chǎn)品，以達(dá)到有效的控制目的。與傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)相比，升級后的DCS系統(tǒng)具有智能化、開放性等優(yōu)點(diǎn)，有利于企業(yè)的管理。采用此控制系統(tǒng)，可以有效地優(yōu)化對石油化工企業(yè)的自動控制工作。通過這種技術(shù)，企業(yè)的生產(chǎn)安全性和可靠性得到了明顯的改善。從而使本設(shè)備在系統(tǒng)控制中的管理內(nèi)容變得簡單，但不適合本控制系統(tǒng)的其它設(shè)備，只有在石化行業(yè)具有一定的特殊性，才能使其達(dá)到較好的控制效果。在當(dāng)前的發(fā)展形勢下，根據(jù)用戶對化工產(chǎn)品和能源的需求，要求企業(yè)在生產(chǎn)過程中，對儀器儀表系統(tǒng)的自動控制技術(shù)進(jìn)行深入研究，并在實(shí)際應(yīng)用中不斷地改進(jìn)其使用效果，使其達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

3.2 自動控制技術(shù)的優(yōu)化發(fā)展

在石油化工企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行和發(fā)展過程中，采用的自動化控制技術(shù)也在不斷地發(fā)展和演變，以更好地適應(yīng)各種生產(chǎn)需求。其中，將智能算法運(yùn)用到了DCS系統(tǒng)的控制中，并對這一技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。比如，它在實(shí)際應(yīng)用中，可以很好地控制多個變量的控制器。它的控制器在使用的時候有一種基本的附件，即DCS可以在實(shí)際使用中發(fā)揮出它的獨(dú)立功能，或者說它的軟件包的功能，從而保證生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行?；诙嘧兞康目刂葡到y(tǒng)，它在控制裝置的儀器儀表時，還涉及到了APC控制技術(shù)和無線傳輸測量技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，它的控制功能主要是由PID測控技術(shù)和串級來完成。

3.3 安全監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展

石化企業(yè)的儀器儀表設(shè)備在實(shí)施自動控制技術(shù)時，都會對安全監(jiān)控技術(shù)產(chǎn)生很大的依賴，DCS系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控儀器儀表的工作狀態(tài)，可以有效地保證生產(chǎn)系統(tǒng)安全。目前，國家的發(fā)展離不開石化產(chǎn)品和能源，所以必須要不斷地增加安全監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。這是為了滿足用戶的需求，也使很多石油化工企業(yè)不斷地擴(kuò)張企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模，從而在生產(chǎn)過程中的自動化控制方案出現(xiàn)了一些問題。因此，必須對其儀器儀表設(shè)備進(jìn)行自動監(jiān)測控制，運(yùn)用安全監(jiān)控技術(shù)，防止其在使用過程中發(fā)生意外的高溫、損壞等現(xiàn)象，在監(jiān)控的范圍內(nèi)能夠長時間地穩(wěn)定自動運(yùn)行，從而提高企業(yè)的安全生產(chǎn)水平。

3.4 人機(jī)界面技術(shù)

在企業(yè)的DCS系統(tǒng)自動控制技術(shù)中，使用最多的是人機(jī)接口技術(shù)。通過這種技術(shù)可以使企業(yè)在生產(chǎn)過程中，更好地發(fā)揮其對儀器儀表設(shè)備的控制作用。這種技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中，通過特定的人機(jī)接口協(xié)議，從而使操作人員能夠更好地掌握自己設(shè)備的工作狀態(tài)，從而提高其操作的靈活性，達(dá)到對其設(shè)備的自動控制。在過去的儀表控制中，一般都是采用一對一的方式，這種方式會造成大量的人力、物力投入，從而大大增加了生產(chǎn)的運(yùn)營費(fèi)用。而人機(jī)交互技術(shù)，則可以有效地避免傳統(tǒng)的控制技術(shù)的缺陷，從而降低生產(chǎn)的運(yùn)行成本，從而達(dá)到最優(yōu)的人力資源配置。同時，利用此技術(shù)，通過人機(jī)界面監(jiān)測設(shè)備，對其具體的生產(chǎn)操作狀況進(jìn)行實(shí)時檢測。根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，可以按照顯示界面進(jìn)行實(shí)時調(diào)整。這種技術(shù)的有效運(yùn)用，主要是通過屏幕和控制器來完成，而在進(jìn)行操作的過程中，大部分可以通過PID控制進(jìn)行自動操作，少數(shù)需要通過鍵盤、觸摸屏、鼠標(biāo)等方式來完成。在操作站人機(jī)顯示界面上進(jìn)行相應(yīng)的操作，進(jìn)而達(dá)到對儀器儀表設(shè)備的有效監(jiān)測控制。同時，也方便了接口監(jiān)控者對此信息進(jìn)行有效的監(jiān)測。實(shí)時的人機(jī)界面技術(shù)在實(shí)際使用中，其控制效果非常好，并且操作者在操作其設(shè)備時，要嚴(yán)格按照工藝技術(shù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，以免儀器儀表設(shè)備發(fā)生誤動作。如果在實(shí)際運(yùn)行過程中有什么問題，這個界面就會發(fā)出報警信號。這個報警信號必須要經(jīng)過操作員的實(shí)際操作，才能消除。在此過程中，更是將人機(jī)接口技術(shù)在儀器儀表的自動控制中的具體運(yùn)用。

4 石化行業(yè)的儀器儀表控制策略

4.1 石油化工自動化儀器儀表的科學(xué)設(shè)計

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對儀器儀表的快速檢測與處理，不僅可以減少儀器儀表的體積，而且可以改進(jìn)儀器儀表的操作功能和控制技術(shù)，使儀器的自動控制精度得到提高。具體的實(shí)現(xiàn)方式：一是在對石化行業(yè)中有關(guān)的自動化儀器儀表進(jìn)行安裝時，采用計算機(jī)程序設(shè)計，使儀器與各種軟件系統(tǒng)相結(jié)合，提高儀表電路和芯片的軟件控制能力；二是以計算機(jī)編程為基礎(chǔ)，利用存儲器控制軟件對有關(guān)的自動儀器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對儀器的集成電路的控制；三是要充分利用隨機(jī)存貯器的功能，完成儀器測量資料的存儲和基本運(yùn)算，為以后的數(shù)據(jù)處理及有關(guān)工作流程打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。設(shè)計人員在設(shè)計過程中要針對自動化儀器進(jìn)行科學(xué)合理地設(shè)計和分析，相關(guān)部門要注重人才的引進(jìn)以及技術(shù)的探討，這樣才能夠促進(jìn)這個行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

4.2 加強(qiáng)石化行業(yè)工業(yè)自動化儀器的采集和分析

要加強(qiáng)對石化行業(yè)自動化儀器的有效采集和處理：首先要加強(qiáng)對自動化儀器儀表的信息化管理，如儀表設(shè)備管理系統(tǒng)（AMS系統(tǒng)）；二是在實(shí)現(xiàn)信息管理的前提下，將有關(guān)數(shù)據(jù)采集的軟件嵌入到執(zhí)行控制的電腦中，采用快速重復(fù)的測量方法，可以提高儀器的實(shí)時精度；三是在保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的前提下，通過計算機(jī)上的工業(yè)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并對其進(jìn)行計算。因此，自動化儀器儀表在運(yùn)行過程中要注重采集和分析工作的有效進(jìn)行，這樣才能夠保證系統(tǒng)的有效性和可靠性，從而對行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步來說也是至關(guān)重要的。

4.3 建立石化行業(yè)自動化儀器的糾錯系統(tǒng)

為了構(gòu)建石油化工自動化儀器儀表的糾錯系統(tǒng)，首先要通過計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行收集和處理化工生產(chǎn)優(yōu)勢數(shù)據(jù)、控制對象和工藝參數(shù)，并建立數(shù)據(jù)模型；其次，要根據(jù)對石化行業(yè)生產(chǎn)優(yōu)勢數(shù)據(jù)、被控對象和工藝參數(shù)進(jìn)行全面的分析，采用儀器或電腦排除干擾、小信號切除等方法，以達(dá)到主動改善石化儀器精度的目的。由此可以看出石化自動化儀器儀表在運(yùn)行過程中糾錯系統(tǒng)能夠發(fā)揮重要的作用，該項系統(tǒng)的運(yùn)行能夠使整個石化行業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行更加可靠和安全，對于行業(yè)來說是至關(guān)重要的。

5 石化行業(yè)工業(yè)自動化儀器的可靠性與發(fā)展動向

石化工業(yè)在具體發(fā)展過程中自動化儀器儀表設(shè)備發(fā)揮了非常重要的作用，其在運(yùn)行過程中具備很好的可靠性，并且也是未來主要的發(fā)展趨勢。

首先，它的測量數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。采用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對儀器儀表的測量精度與運(yùn)行可靠性，它的準(zhǔn)確運(yùn)算在很大程度上得益于安裝在自動化儀器儀表中的微機(jī)芯片。而在軟件界面上，芯片可以提高運(yùn)算的精細(xì)程度，儀器在長時間的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)下可以自動進(jìn)行錯誤的控制，并進(jìn)行重復(fù)的操作，從而提高了計算的準(zhǔn)確性。

其次，自動化儀器具有更多的存儲能力。與傳統(tǒng)的儀器相比，自動化儀器在存儲數(shù)據(jù)時具有更多的信息，在它的內(nèi)部安裝了一個實(shí)時存儲裝置可以激發(fā)它強(qiáng)大的邏輯功能，因而在存儲數(shù)據(jù)時不但精度高，而且具有很好的抗干擾性。該微機(jī)芯片安裝在儀器內(nèi)，不僅能夠準(zhǔn)確地存儲數(shù)據(jù)，而且具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和再現(xiàn)能力。這種方法可以有效地解決傳統(tǒng)儀器只記錄某一數(shù)據(jù)點(diǎn)的不足，改變儀器儀表一次記錄的歷史。

6 結(jié)束語

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，石化企業(yè)要在開發(fā)能源的同時將自動控制技術(shù)運(yùn)用于石油化工行業(yè)，以期在市場上取得更大的市場份額和更大的市場。在開發(fā)能源資源時，必須持續(xù)運(yùn)用自動化控制技術(shù)，在實(shí)施的時候要根據(jù)企業(yè)發(fā)展的實(shí)際狀況，使企業(yè)的應(yīng)用效果得到最大程度的發(fā)揮，從而使企業(yè)獲得更大的發(fā)展空間，從而使企業(yè)能夠穩(wěn)定、健康地發(fā)展。