楊培瑞

摘 要：隨著我國(guó)化工自動(dòng)化水平的不斷提高，自動(dòng)控制系統(tǒng)在其中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也是顯而易見(jiàn)的，可以在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)不斷推進(jìn)化工技術(shù)的發(fā)展，化工生產(chǎn)的過(guò)程也會(huì)不斷被精簡(jiǎn)。然而，由于自動(dòng)控制技術(shù)在我國(guó)發(fā)展時(shí)間較短，在實(shí)際的化工生產(chǎn)當(dāng)中必然還存在較多的技術(shù)問(wèn)題需要去解決。本文首先對(duì)化工自動(dòng)機(jī)控制的概念及意義進(jìn)行了概述，接著對(duì)化工自動(dòng)控制過(guò)程中的系列問(wèn)題進(jìn)行逐一分析并給出解決的措施及對(duì)策，從而對(duì)實(shí)際的化工生產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)，促進(jìn)化工自動(dòng)控制工藝的完善和安全的保證。

關(guān)鍵詞：化工;自動(dòng)控制系統(tǒng);問(wèn)題;對(duì)策

中圖分類號(hào)：TQ056 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）22-0030-02

0 引言

當(dāng)前計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)越來(lái)越多地運(yùn)用在各行各業(yè)，且隨著化工企業(yè)的發(fā)展壯大，二者會(huì)越來(lái)越多地形成技術(shù)融合，自動(dòng)控制系統(tǒng)在化工自動(dòng)化中的廣泛運(yùn)用，必然會(huì)推進(jìn)該行業(yè)的大力發(fā)展，化學(xué)反應(yīng)中的數(shù)據(jù)和生產(chǎn)流程也會(huì)越來(lái)越精準(zhǔn)，但是難免還存在諸多問(wèn)題，需要不斷改進(jìn)和完善。

1 化工自動(dòng)化控制概述

1.1 化工自動(dòng)化的概念和意義

當(dāng)前，加工行業(yè)在進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的控制中，都在追求更好的效率，使用更少的人力，采用更為先進(jìn)高效的流程，因此可以根據(jù)制定好的方案進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析，形成后臺(tái)系統(tǒng)，進(jìn)而對(duì)前臺(tái)的操作管理進(jìn)行準(zhǔn)確執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)使用者的要求的過(guò)程，就是自動(dòng)化控制的過(guò)程?；ぷ詣?dòng)化在我國(guó)發(fā)展十分迅速，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與化工儀表和控制技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的融合，且不斷創(chuàng)新改革，此外，還有很多新興的技術(shù)也運(yùn)用到了自動(dòng)化技術(shù)中，形成的化工自動(dòng)化系統(tǒng)，大大促進(jìn)的化工行業(yè)自動(dòng)化控制的發(fā)展進(jìn)程?；ぷ詣?dòng)化控制技術(shù)一項(xiàng)綜合性強(qiáng)，復(fù)雜程度高的多學(xué)科特點(diǎn)的技術(shù)，涵蓋了電氣、化工、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、建筑等各個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)?；ぷ詣?dòng)化系統(tǒng)把電子技術(shù)與化工的機(jī)械操作結(jié)合在一起，整合而成全新的系統(tǒng)用于化工系統(tǒng)的操作中，旨在提高化工行業(yè)的加工效率，同時(shí)也在不斷改善化工反應(yīng)的工藝參數(shù)并優(yōu)化工藝流程，從而提高化工生產(chǎn)的效率及產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，更能保障生產(chǎn)的安全性和環(huán)保性。

1.2 當(dāng)前化工自動(dòng)化控制的現(xiàn)狀

隨著我國(guó)自動(dòng)化控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不斷提升，化工行業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中已大量運(yùn)用自動(dòng)化控制技術(shù)，化工自動(dòng)化中運(yùn)用較多的為DIS集散系統(tǒng)，我國(guó)已研發(fā)出很多此類的系統(tǒng)產(chǎn)品，在中小型企業(yè)中運(yùn)用較多，因此系統(tǒng)的復(fù)雜程度不高，規(guī)模也不大;大型的國(guó)有化工企業(yè)雖然也使用自動(dòng)控制系統(tǒng)，但多數(shù)都是引進(jìn)后進(jìn)行改造及擴(kuò)建，其DIS系統(tǒng)的技術(shù)較為復(fù)雜，由此可見(jiàn)當(dāng)前化工企業(yè)在自動(dòng)控制技術(shù)之間并不均衡，受到經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)規(guī)模的影響，化工企業(yè)的自動(dòng)化程度也有很大的差別，這就大大影響了企業(yè)的發(fā)展，造成整個(gè)行業(yè)自動(dòng)化水平發(fā)展緩慢。比如氯堿、農(nóng)藥、肥料等這些農(nóng)用化工都是中小型企業(yè)，自動(dòng)化水平就不高，而橡膠、石油、可燃材料、復(fù)合材料等自動(dòng)化水平就較高，DIS系統(tǒng)的大量運(yùn)用，給企業(yè)的生產(chǎn)注入的動(dòng)力。由以上分析可見(jiàn)，我國(guó)化工行業(yè)的自動(dòng)化控制技術(shù)的運(yùn)用，還有很大的發(fā)展空間。

2 化工自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)存在的問(wèn)題及對(duì)策分析

2.1 熱電偶溫度檢測(cè)布線環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題及對(duì)策

在化工行業(yè)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，常常需要使用熱電偶和熱電阻對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，而監(jiān)測(cè)的設(shè)備通常機(jī)柜設(shè)備、端子電柜、安全柵設(shè)備，并在其中安裝感溫的熱電偶組件測(cè)量反應(yīng)中的溫度。在此環(huán)節(jié)這，熱電偶的布線是技術(shù)的關(guān)鍵所在，因此必須注重其中的每個(gè)細(xì)節(jié)問(wèn)題，防止重要的線路布置錯(cuò)誤和元器件存在質(zhì)量問(wèn)題。譬如，熱電偶溫度監(jiān)測(cè)當(dāng)中的DCS系統(tǒng)，很容易在布線環(huán)節(jié)產(chǎn)生問(wèn)題，比如接收熱電偶中的感溫組件傳輸?shù)降暮练盘?hào)，測(cè)得的數(shù)據(jù)會(huì)通過(guò)相關(guān)端子和采集設(shè)備傳輸?shù)诫姽癞?dāng)中，如果其中的信號(hào)線或者傳輸設(shè)備存在問(wèn)題，那么測(cè)量得到的溫度數(shù)值就會(huì)存在差異，也就導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度不佳。此外，由于控制柜及電子組件具備散熱的功能，但是端子電柜卻不具備，因此兩頭的電勢(shì)數(shù)值肯定是不一致的，溫度值的差異也必然存在。要解決布線環(huán)節(jié)的問(wèn)題，可以在熱電偶的數(shù)據(jù)采集裝置與端子的電柜之間加設(shè)補(bǔ)償導(dǎo)線，讓電勢(shì)相同，如此可以讓前后的溫度數(shù)值沒(méi)有差異，測(cè)得的溫度也就準(zhǔn)確了。

2.2 沖程泵出口流量測(cè)量表的選用問(wèn)題及對(duì)策

在現(xiàn)代化工行業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程里，沖程泵主要用來(lái)測(cè)量化工原料的含量，通常在出口的位置設(shè)置好測(cè)量流量的儀表，對(duì)瞬時(shí)的化工原料進(jìn)行測(cè)量，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出化工原料輸送量的多少。沖程泵一般有單頭和雙頭兩類，其主要原理為，柱塞在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，把化工原料輸送至管線內(nèi)，而物料的多少可以計(jì)量，因此必須選擇型號(hào)規(guī)格合適的流量?jī)x表，當(dāng)前，有的化工企業(yè)存在選用不恰當(dāng)?shù)膯?wèn)題，如此就會(huì)影響整個(gè)反應(yīng)過(guò)程。比如，某橡膠生產(chǎn)裝置在生產(chǎn)中，沖程泵使用的是轉(zhuǎn)子流量計(jì)，但是經(jīng)常存在測(cè)量不準(zhǔn)確及損壞的情況，對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子類的流量計(jì)由于浮子飄動(dòng)，導(dǎo)致流量信號(hào)也不穩(wěn)定，因此被監(jiān)測(cè)的物料數(shù)值也會(huì)忽上忽下存在變化，因此不符合使用需求。針對(duì)這類型問(wèn)題，一般會(huì)采用質(zhì)量流量計(jì)，該類型的儀表流量計(jì)在測(cè)量20mm管線內(nèi)的原料時(shí)，出入口處的直徑都是1mm，如此就可以在工藝管線和泵之間形成帶緩沖介質(zhì)的裝置，從而可以連續(xù)準(zhǔn)確地測(cè)量流量。

2.3 攪拌設(shè)備內(nèi)溫度檢測(cè)套管的安裝問(wèn)題及對(duì)策

化工生產(chǎn)中，原料自動(dòng)送入管線后，就要進(jìn)入攪拌設(shè)備進(jìn)行反應(yīng)前的混合，通常攪拌設(shè)備內(nèi)部會(huì)有監(jiān)測(cè)溫度的套管，該部分對(duì)于這個(gè)生產(chǎn)過(guò)程十分重要，安裝質(zhì)量的高低會(huì)影響到設(shè)備的使用效率，因此必須做好質(zhì)量的控制。攪拌設(shè)備內(nèi)部的檢測(cè)套管通常由熱電偶或熱電阻組成，測(cè)溫端會(huì)深入設(shè)備中攪拌的內(nèi)部，但是攪拌過(guò)程中會(huì)形成渦流產(chǎn)生的動(dòng)力，這個(gè)力會(huì)導(dǎo)致測(cè)溫的套管長(zhǎng)期受到作用，長(zhǎng)此以往就會(huì)斷裂，如果沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的故障，嚴(yán)重地會(huì)造成安全問(wèn)題，企業(yè)因此也會(huì)蒙受損失。因此，必須重視攪拌設(shè)備中溫度檢測(cè)儀中套管的質(zhì)量問(wèn)題，可以在測(cè)溫?zé)犭娕继坠艿耐獠考由媳Ｗo(hù)套管，與渦流的作用力形成抵抗，保護(hù)測(cè)溫端不受影響而得到準(zhǔn)確的數(shù)值。當(dāng)然，除了做好保護(hù)措施，還應(yīng)確保攪拌設(shè)備生產(chǎn)中各項(xiàng)參數(shù)的正確，還要做好日常的保養(yǎng)維護(hù)和檢查，防止套管質(zhì)量問(wèn)題造成該設(shè)備運(yùn)行效率。

2.4 差壓計(jì)量?jī)x表的溫壓補(bǔ)償問(wèn)題及對(duì)策

化學(xué)反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的壓力差，計(jì)量?jī)x表的使用因此是必須的，而且在其他環(huán)節(jié)，如原材料的進(jìn)出廠，都需要計(jì)量?jī)x表來(lái)進(jìn)行測(cè)量，可以說(shuō)該裝置質(zhì)量的好壞及利用的程度，對(duì)化工企業(yè)生產(chǎn)有著重要影響。在化工工藝設(shè)計(jì)中，很多介質(zhì)和流量都會(huì)使用計(jì)量類的儀表來(lái)測(cè)量，尤其是差壓流量計(jì)，但是它只能在平穩(wěn)的工作情況下才能測(cè)量得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，然而化工生產(chǎn)中的反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，介質(zhì)的壓力和溫度等求數(shù)值都在不斷地改變，同時(shí)介質(zhì)的密度也會(huì)受到外界的影響而變化，特別是氣體狀態(tài)的介質(zhì)，更會(huì)存在很顯著的變化，這就使得壓差流量計(jì)不能很準(zhǔn)確地測(cè)得數(shù)據(jù)。要解決計(jì)量?jī)x表使用中的這個(gè)問(wèn)題，就需要化工技術(shù)人員進(jìn)行合理的溫度及壓力的計(jì)算，設(shè)置好檢測(cè)的點(diǎn)，得出溫度壓力通常會(huì)被什么影響，進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算，繼而進(jìn)行計(jì)量，對(duì)得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，矯正計(jì)量中因外界因素造成的影響，得出較為精準(zhǔn)的數(shù)值。

2.5 自動(dòng)化水平不足的問(wèn)題及對(duì)策

化工行業(yè)已經(jīng)越來(lái)越多地在使用自動(dòng)化的裝置，自動(dòng)化控制技術(shù)也在不斷發(fā)展，化工流程也在不斷優(yōu)化，尤其是可編程的控制系統(tǒng)，更為化工自動(dòng)化提供了更多的可能性，工藝流程也在不斷優(yōu)化。以化工中的注塑成型加工設(shè)備舉例，注塑成型設(shè)備通常較大，以往的操作往往需要操作人員爬上設(shè)備進(jìn)行操作，在使用自動(dòng)化的控制系統(tǒng)以后，能夠加工出更多難度大的產(chǎn)品;同時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)的使用，可以保持準(zhǔn)確的反應(yīng)溫度、還可以模擬生產(chǎn)過(guò)程，調(diào)節(jié)并控制壓力的大小，此外模具的尺寸也能夠精準(zhǔn)校正，從而一次性加工出質(zhì)量較好的產(chǎn)品。雖然自動(dòng)化控制在化工行業(yè)發(fā)揮了很大作用，但是控制的過(guò)程還存在著很多問(wèn)題，由于化學(xué)工業(yè)與其他工業(yè)不同，工藝流程復(fù)雜，反應(yīng)過(guò)程受多種因素的影響，且生成的物質(zhì)大多存在易燃爆、毒性等問(wèn)題，因此對(duì)檢測(cè)的方法和要求特別高，對(duì)自動(dòng)化控制也提出了更高的要求，但是在實(shí)際生產(chǎn)中，由于我國(guó)化工行業(yè)的自動(dòng)控制系統(tǒng)和技術(shù)發(fā)展較晚，因此在系統(tǒng)功能上還不夠完善，尤其是儀表系統(tǒng)，對(duì)于精密度要求很高，因此如果不做好妥善的維護(hù)，稍有不慎就會(huì)造成化工生產(chǎn)中的問(wèn)題;此外，自動(dòng)控制中對(duì)物料的控制及計(jì)算等，由于化工原料的種類繁多，因此也存在著較多的計(jì)量精準(zhǔn)方面的問(wèn)題，這很容易降低生產(chǎn)的效益。因此，要提高化工行業(yè)自動(dòng)化水平，就要不斷做好技術(shù)的開(kāi)發(fā)及其與專業(yè)領(lǐng)域的融合，將集成化、系統(tǒng)化的技術(shù)巧妙地運(yùn)用在化工生產(chǎn)控制所需的環(huán)節(jié)?；ぷ詣?dòng)化的過(guò)程控制通常有三個(gè)步驟，第一步為傳統(tǒng)的控制，就是利用化學(xué)反應(yīng)的數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，推算出各項(xiàng)控制的時(shí)間和方法流程，比如轉(zhuǎn)化率、回流等數(shù)值，通過(guò)對(duì)原料進(jìn)量、溫度、壓力等數(shù)值，計(jì)算出蒸餾點(diǎn)，才能做好催化、裂化、石油的分餾等的控制，第二步則是先進(jìn)方法的控制，這種控制方法是運(yùn)用先進(jìn)的控制理論，對(duì)化工反應(yīng)中的塔合反應(yīng)進(jìn)行溫度及氣體特性的額控制，由于存在時(shí)間滯后、非線性溫度數(shù)值以及各種交叉多變的過(guò)程數(shù)值，因此采用當(dāng)前先進(jìn)的控制理論基礎(chǔ)指示，對(duì)這些數(shù)值進(jìn)行有效分析，采用脈沖量分析及階躍等建模方法，設(shè)置好處理的頻率，將控制反饋量與經(jīng)濟(jì)效益有機(jī)結(jié)合，形成約束數(shù)據(jù)來(lái)處理，最后一種為優(yōu)化控制的方法，也叫自適應(yīng)控制法，就是基于已經(jīng)建好的模型及其參數(shù)進(jìn)行控制數(shù)據(jù)及信息的分析，根據(jù)化工反應(yīng)中壓力、溫度變化等的不確定性，來(lái)進(jìn)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)信息的改變并進(jìn)行辨識(shí)，計(jì)算機(jī)根據(jù)辨識(shí)結(jié)果形成函數(shù)，函數(shù)會(huì)進(jìn)行計(jì)算并生成補(bǔ)償及反饋，電路系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行響應(yīng)，相應(yīng)的化工儀表就會(huì)執(zhí)行指令動(dòng)作，對(duì)化工設(shè)備的生產(chǎn)進(jìn)行控制，也就是人們常見(jiàn)的智能化。當(dāng)前，智能化在化工中已有廣泛的運(yùn)用，采用模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行各方面的生產(chǎn)控制，同時(shí)也能對(duì)化工自動(dòng)化生產(chǎn)進(jìn)行故障診斷，其識(shí)別水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人的操作和辨識(shí)水平，尤其是石油化工蒸餾技術(shù)中，模糊控制可以完成推斷、聯(lián)想，完成普通儀表不能實(shí)現(xiàn)的非線性任務(wù)。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，化工行業(yè)中自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用是十分必要，可以讓整個(gè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化發(fā)展，實(shí)際自動(dòng)化運(yùn)行生產(chǎn)中，面對(duì)各種問(wèn)題，技術(shù)人員應(yīng)尋求方法，不斷進(jìn)行改善，使得系統(tǒng)能夠維持穩(wěn)定的運(yùn)行，化工儀表和設(shè)備能夠安全使用，雖然當(dāng)前還存在耦合性差、自動(dòng)化程度不高、反應(yīng)中實(shí)時(shí)性不佳等問(wèn)題，但是隨著化工行業(yè)集成化、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化，必然會(huì)實(shí)現(xiàn)更好的化工自動(dòng)化控制的技術(shù)。

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