姚 明，甘學青

（青海大學，青海西寧 810000）

化學工業(yè)在國民經(jīng)濟體系中占據(jù)重要位置，對于我國經(jīng)濟社會的發(fā)展起到了重要的推動作用。隨著科學技術的進步，化學工業(yè)不僅實現(xiàn)了規(guī)模的擴展，同時也提升了自身的科學技術水平，但是整體水平依舊和國外化工業(yè)存在一定的差異。在國內(nèi)，一些資源和能源被浪費，資源和能源的實際利用率并不高，這難免會影響化學工業(yè)的長遠發(fā)展。所以要重點探討化工自動化控制的關鍵技術，以推動化學工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 化工自動化控制技術概述

化工自動化是化工產(chǎn)品加工的具體環(huán)節(jié)，需要依靠大量的科學技術手段，也就是要求使用自動化控制技術，盡可能避免人為操作誤差的出現(xiàn)。尤其是在產(chǎn)品加工方面，針對流量、溫度、壓力、儀表液位等關鍵指標的調(diào)控都需要進行計算機編程，通過參數(shù)設置來實現(xiàn)高效的控制，確保產(chǎn)品加工能夠更加規(guī)范化、精準化、標準化[1]。

一般來說，自動化設備組裝和運用能夠實現(xiàn)部分人工替代目標，這有助于適應高質量化工生產(chǎn)需要，提供生產(chǎn)安全性保障。化工行業(yè)一直以來都在為發(fā)展經(jīng)濟事業(yè)做巨大貢獻，化工安全生產(chǎn)也引起了人們高度的關注，而對于存在一定危險性的化工操作流程，不僅會威脅到操作人員的生命安全，對于生產(chǎn)作業(yè)效率也會帶來較大的負面影響。以往的加工模式已經(jīng)無法滿足時代的需求，現(xiàn)實的生產(chǎn)效率無法得到對應的提升。為了妥善解決問題，必須要做好技術創(chuàng)新工作，最終推動化工業(yè)健康快速發(fā)展。因此，考慮到化工行業(yè)生產(chǎn)作業(yè)帶有危險性，為了進一步提升化工生產(chǎn)效率，防范安全事故的發(fā)生，就需要考慮對化工自動化控制技術的合理使用，增大監(jiān)管力度，通過合理有效的技術手段和監(jiān)管避免這類情況的出現(xiàn)。

2 化工自動化控制和通?；し椒ㄖg的差別

相比普通的化工生產(chǎn)方式，化工自動化控制最為明顯的差別在于動態(tài)與反饋兩個方面，找準兩者之間的差別能夠對化工自動化控制有更直觀的理解。

2.1 動態(tài)

在控制流程之中，穩(wěn)態(tài)指的是各種各樣的工藝所依托的均衡狀態(tài)。當生產(chǎn)處于穩(wěn)態(tài)的狀態(tài)下，被意外因素干擾的時候就可能導致偏離穩(wěn)態(tài)的情況出現(xiàn)，最后在控制作用下才能緩慢恢復，這個過程就稱之為動態(tài)過程。一般來說，出現(xiàn)偏離現(xiàn)象之后無法完全恢復，有繼續(xù)偏離的可能，也有偏離出全新穩(wěn)態(tài)的可能。大部分工藝設施的設計都需要基于可能出現(xiàn)的最大偏離來進行分析，不能按照穩(wěn)態(tài)進行處理。

2.2 反饋

自動化控制是否成功的關鍵在于是否反饋消息。在控制系統(tǒng)之中，如果在控制器發(fā)生控制動作以后可以直接向控制器傳遞控制效果，進行對比處理，就可以明確下一步校正，向控制器回傳控制效果的流程就是消息反饋[2]。

3 化工自動化控制存有的問題分析

3.1 自動化業(yè)務流程不夠標準

目前，運用自動化控制模式的大多是獨立研發(fā)模型，原因主要在于自動化操控模型和獨立研發(fā)模型進行了信息的交換，工業(yè)信息和模型也有互換關系的存在。因此，自動化業(yè)務流程對出現(xiàn)混亂的、不標準的情況，盡管各種模型有著自己獨立的自動化控制水平，但整體缺乏競爭力，很多時候都不具備設備流程模式和優(yōu)化流程工藝的條件。

3.2 自動化控制質量管控參數(shù)規(guī)范性偏差

質量管控存在于自動化控制中，是一個重要流程，要求做好屬性與標準的明確，這部分數(shù)據(jù)在實際的生產(chǎn)活動中就需要加以明確。如客戶要求的主要數(shù)據(jù)信息，實際的化工產(chǎn)品參數(shù)標準通常都沒有整體性規(guī)劃，從而使實際的自動化控制過程受到一定的負面影響。

3.3 自動化產(chǎn)業(yè)規(guī)模偏小

如今化工工藝類型越來越多，科研單位盡管具備一定的科研水平，但往往缺少資金力量，最終導致研發(fā)模型通用能力相對較低，并且產(chǎn)業(yè)化規(guī)模不足，從而導致已經(jīng)存在的過程模型消耗大量人力與財力，技術產(chǎn)品優(yōu)化也是如此。并且高級研究人員直接參與產(chǎn)品化程序的研發(fā)，耗費大量財力、人力和技術力量。

3.4 自動化控制體系集成管理水平有待進一步加強

在自動化控制體系之中，一般來說都是采取常規(guī)化的操作體系，但是這樣會導致超過九成的設施難以發(fā)揮其作用，研發(fā)與普及集成管控能力更強的自動化管控體系，就可以提升其自主優(yōu)化技術與流程模擬，同時也要求能夠增強相關的科研力度。

4 化工自動化控制的關鍵技術

化工自動化的傳統(tǒng)控制模式主要依靠機械或者單一線性程序，但是在實際生產(chǎn)中可能會出現(xiàn)突發(fā)情況或者非線性關系，進而無法準確判斷程序，需要依靠人工操作的方式進行生產(chǎn)。有時候工作人員不能及時發(fā)現(xiàn)程序故障，極有可能引發(fā)安全事故，產(chǎn)生經(jīng)濟損失。如今電子信息技術持續(xù)發(fā)展和更新，化工自動化生產(chǎn)水平和質量得到相應的提升，更多企業(yè)紛紛在自動化控制系統(tǒng)里面添加計算機網(wǎng)絡設備，以便積極應對復雜的情況。但是大部分化工企業(yè)在實施自動化控制的過程中依舊是考慮到傳統(tǒng)的PID控制，這就要求進一步加快創(chuàng)新，建立可靠的、先進的控制程序，以此來減輕化工企業(yè)的負擔，提升經(jīng)濟效益和社會效益。因此，主要探討了預測控制、人工智能控制、自適應控制、MIS控制、監(jiān)測模型控制以及緊急停車控制，以便對化工自動化控制關鍵技術有更全面的了解。

4.1 預測控制

PID控制涵蓋定值、隨動以及程序等類型不同的傳統(tǒng)控制，不過核心機制統(tǒng)一，要通過儀表監(jiān)測參數(shù)指示值和測量值的區(qū)別，然后通過負反饋控制系統(tǒng)來加以調(diào)整，讓測量值和指示值能夠保持相互一致。PID控制對應的時間精度要求不高，能發(fā)揮更大的作用，然而現(xiàn)代化工產(chǎn)品正逐漸朝著高效化、精密化發(fā)展，PID控制存在時間上的滯后性，不能適應產(chǎn)品生產(chǎn)需要。在這一情況下預測控制出現(xiàn)了，基于PID控制進行模型算法的預測，系統(tǒng)在一次負反饋校正之后就可以利用算法進行下一次指示值的自動預估，接下來利用反饋系統(tǒng)把測量值直接調(diào)整為預估值水平。最后結合指示值進行預估值的調(diào)控，因為指示值與預估值屬于相對接近關系，調(diào)整速度極大高于PID控制?；诓粩嗟姆e累提升預測模型算法精度，最終提升系統(tǒng)的整體效率[3]。

4.2 人工智能控制

在21世紀，隨著機器學習理論的發(fā)展，在理論計算、數(shù)據(jù)分析等方面取得了驚人的成果，化工行業(yè)引入人工智能概念。目前，很多化工企業(yè)都嘗試添加人工智能程序，以便提升自動化水平。專家系統(tǒng)是較為簡單的一種人工智能控制系統(tǒng)，涉及大量理論知識、生產(chǎn)實踐經(jīng)驗。當系統(tǒng)在特殊條件下無須人工操作時，就可以直接利用專家系統(tǒng)，基于相應的理論與經(jīng)驗來實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的合理調(diào)整。專家系統(tǒng)既有最初知識信息寫入，又能通過專家實現(xiàn)新知識與新內(nèi)容的不斷補充，同時修改錯誤的、過時的信息[4]。

如國電赤峰3052煤制尿素項目就屬于智能制造裝備發(fā)展的專項項目，屬于國電智深公司控制系統(tǒng)在化工領域的首次運用。在項目控制中，按照現(xiàn)實要求涵蓋了兩個部分：中央控制系統(tǒng)、動力車間控制系統(tǒng)，系統(tǒng)配置如圖1所示。利用域管理技術可以科學分解系統(tǒng)處理模塊，實現(xiàn)不同功能的接入、隔離，為獨立裝置監(jiān)控、全流程集中監(jiān)控提供支持。

圖1 化工項目智能化控制系統(tǒng)圖

4.3 自適應控制

傳統(tǒng)程序控制系統(tǒng)對應比較簡單的算法程序，在工作人員設定好算法之后，系統(tǒng)就根據(jù)固定參數(shù)算法完成所需操作。在時間的推移中，算法最后會失去效用。有的時候在實際操作中反應器內(nèi)部環(huán)境會有突發(fā)性的改變，造成既有算法很難發(fā)揮應有效用。所以，傳統(tǒng)的程序控制系統(tǒng)在實際的運行中需要配合人工的算法調(diào)節(jié)，一旦沒能第一時間調(diào)節(jié)，就可能造成原材料的損失，也可能會直接損壞設備。自適應控制系統(tǒng)的出現(xiàn)能夠很好地解決這類問題，自適應系統(tǒng)基于傳統(tǒng)的程序控制增加了決策控制和環(huán)境評估，系統(tǒng)主要是利用儀表對反應器的環(huán)境做出綜合性評估，然后通過決策程序來產(chǎn)生控制決策，實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)算法的自動調(diào)節(jié)[5]。

4.4 MIS控制

隨著化工自動化技術的不斷發(fā)展，化工自動化技術必定會滲透到數(shù)據(jù)采集整理、經(jīng)營管理、生產(chǎn)決策等多個環(huán)節(jié)中。就MIS控制系統(tǒng)而言，它本身在化工行業(yè)擁有較為廣闊的發(fā)展前景，通過一體化信息平臺，在科學技術的推動下成為自動化控制系統(tǒng)。圖2展示的MIS控制系統(tǒng)圖，能夠實現(xiàn)更為科學的自動化管理，促進化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

圖2 MIS控制系統(tǒng)圖

4.5 監(jiān)測模型控制

針對這一環(huán)節(jié)，具體的化工生產(chǎn)監(jiān)督涉及對模型的分析，其本身對于保護整個生產(chǎn)鏈的安全性有至關重要的作用。在化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用監(jiān)控模型技術加以分析，主要是分析實際執(zhí)行情況，能夠提供工具和有關工作人員的其他信息，很多都可以直接進行現(xiàn)實生產(chǎn)情況的用戶化處理。只要能夠全面把握，快速確定生產(chǎn)設備發(fā)生的故障和問題，尤其是在大范圍出現(xiàn)的時候，依舊有助于化工生產(chǎn)安全性與可靠性的提升。

在實際控制中，需要對化工生產(chǎn)細節(jié)有更準確的理解、把控，提高整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全性、可靠性。通過細致地分析化工生產(chǎn)涉及的每一個環(huán)節(jié)，知道生產(chǎn)設備的故障和一些安全隱患，以便及時進行挖掘，這樣才能夠及時發(fā)展問題，并且將設備對應的質量風險與安全風險真正解決。

4.6 緊急停車系統(tǒng)控制

在應用自動化控制技術中，運用緊急停車系統(tǒng)是非常關鍵的，特別是對化工自動化控制有重要意義。為了能夠有效地避免安全事故的發(fā)生，如果生產(chǎn)設備或者生產(chǎn)裝置達到相應標準值，就會觸發(fā)這一系統(tǒng)，從而避免惡性安全事故的出現(xiàn)[6]。對于化工自動化控制、緊急停車系統(tǒng)，兩者是有區(qū)別的，前者以連續(xù)的、動態(tài)的控制為主，做好生產(chǎn)設備監(jiān)測處理，確保將各項生產(chǎn)指標均控制在合理的標準范疇；后者則以檢測關鍵參數(shù)的對應臨界值為主，只要設備的參數(shù)超過臨界值，緊急停車系統(tǒng)即刻進行干預，保證整個生產(chǎn)過程安全可靠。

針對緊急停車系統(tǒng)，其本身主要是結合實際的停車方式，將其直接劃分成為全面緊急停車、局部緊急停車、正常停車，以此確?；どa(chǎn)安全。對于全面緊急停車而言，以由突發(fā)意外事件引發(fā)的停電停水問題為主；局部緊急停車以由電源損壞或者設備發(fā)生故障等引起的問題為主；正常停車是有規(guī)律的、有計劃的停車現(xiàn)象，以便工作人員能夠做好全面的檢查與維護。所以，就需要盡可能避免出現(xiàn)太多的中間設備。針對故障安全原則，主要涉及執(zhí)行單元、檢測單元，一旦故障出現(xiàn)，就可能會滋生危險，即刻啟動緊急停車系統(tǒng)，以此來規(guī)避事故的發(fā)生，保證運行效益。

5 結語

科學技術的不斷發(fā)展和更新使得化工自動化控制技術也跟隨時代的發(fā)展步伐而不斷創(chuàng)新?；诩夹g層面分析，在化工業(yè)發(fā)展中需要做好對應的自動化控制探究與實踐，這樣才能實現(xiàn)自動化控制技術的不斷創(chuàng)新，推動化工行業(yè)的有序、穩(wěn)定發(fā)展，最終推動國民經(jīng)濟實現(xiàn)高質量發(fā)展。