＊顧佳林 陳佳楠

（江蘇優(yōu)普生物化學(xué)科技股份有限公司 江蘇 226000）

自動化控制技術(shù)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用對于提高安全性、穩(wěn)定性和效率具有重要意義。它可以實時監(jiān)測和控制化工過程中的關(guān)鍵參數(shù)，如溫度、壓力、流量和pH值，以確保反映條件在安全和有效的范圍內(nèi)。然而，自動化控制在化工安全生產(chǎn)中面臨一些困境，其中包括PLC程序設(shè)計的復(fù)雜性、通信穩(wěn)定性和傳感器技術(shù)的可靠性。這些困境可能影響系統(tǒng)的故障診斷、實時數(shù)據(jù)傳輸和傳感器的準(zhǔn)確性，從而對化工安全產(chǎn)生具有潛在威脅。本文將從PLC、通信和傳感器這三個角度來探討自動化控制在化工安全生產(chǎn)中的應(yīng)用困境，并提出相應(yīng)的解決措施，以優(yōu)化化工安全生產(chǎn)的效果。

1.自動化控制技術(shù)的概述及重要性分析

（1）PLC自動化控制技術(shù)概述。PLC可以實時監(jiān)測和控制化工生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)，例如溫度、壓力、液位、流量等。通過與傳感器和執(zhí)行器的連接，PLC能夠獲取準(zhǔn)確的實時數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯規(guī)則和算法自動調(diào)節(jié)設(shè)備操作，確?；み^程在安全、穩(wěn)定和在規(guī)定的范圍內(nèi)運行?；どa(chǎn)過程中存在著各種危險和風(fēng)險，如高溫、高壓、有毒物質(zhì)等。PLC可以實施安全邏輯控制，通過監(jiān)測和驗證不同設(shè)備之間的安全間隔，防止操作員在危險區(qū)域內(nèi)工作。PLC還可以實現(xiàn)設(shè)備互鎖、安全啟停和緊急停止等功能，確保設(shè)備在安全條件下運行，保護(hù)人員和環(huán)境的安全?；どa(chǎn)中的反應(yīng)過程通常需要精確地控制和調(diào)節(jié)。PLC可以根據(jù)預(yù)設(shè)的控制算法，實時監(jiān)測反應(yīng)過程中的溫度、壓力、濃度等參數(shù)，并自動調(diào)節(jié)反應(yīng)條件，以保持反應(yīng)的穩(wěn)定性和效率。

通過PLC的反應(yīng)控制功能，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗，并實現(xiàn)更高的生產(chǎn)效率。在化工生產(chǎn)中，批處理是一種常見的生產(chǎn)方式，PLC可以實現(xiàn)批處理過程的自動化控制，包括配料、攪拌、加熱、冷卻等操作。PLC能夠?qū)崟r采集和記錄化工生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)和事件數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用于后續(xù)的分析和優(yōu)化，以改進(jìn)工藝和提高生產(chǎn)效率。PLC系統(tǒng)還可以通過網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作。通過遠(yuǎn)程監(jiān)視和操作界面，操作人員可以實時查看化工生產(chǎn)過程的狀態(tài)和參數(shù)，并進(jìn)行必要的調(diào)整和干預(yù)。這樣，即使不在現(xiàn)場，工程師和操作人員也能夠?qū)どa(chǎn)進(jìn)行監(jiān)控和控制，提高生產(chǎn)效率和響應(yīng)能力[1]。

（2）自動化控制技術(shù)應(yīng)用在化工安全生產(chǎn)中的重要性分析。自動化控制技術(shù)在化工企業(yè)安全生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用。隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，化工企業(yè)面臨著越來越復(fù)雜的生產(chǎn)過程和安全挑戰(zhàn)。自動化控制技術(shù)，尤其是PLC（可編程邏輯控制器）和總線通信技術(shù)，能夠提高生產(chǎn)過程的安全性、可靠性和效率，下面我將從幾個方面進(jìn)行分析。

首先，自動化控制技術(shù)能夠減少人為錯誤。在化工企業(yè)中，許多生產(chǎn)過程需要對溫度、壓力、流量等參數(shù)進(jìn)行精確控制。傳統(tǒng)的手動控制方式容易出現(xiàn)人為操作失誤，導(dǎo)致事故和安全隱患的發(fā)生。而通過PLC和總線通信技術(shù)，可以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動化控制，減少了人為錯誤的可能性，提高了生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和可靠性。

其次，自動化控制技術(shù)能夠提供實時監(jiān)測和報警功能。化工生產(chǎn)中存在著一些潛在的危險因素，如溫度過高、壓力異常、液位過低等。通過PLC和總線通信技術(shù)，可以對這些參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，并在超出設(shè)定范圍時及時發(fā)出報警信號。這樣，操作人員可以及時采取措施，防止事故的發(fā)生或者最小化事故的損害。

最后，自動化控制技術(shù)還可以提供大量的數(shù)據(jù)記錄和分析功能。PLC和總線通信技術(shù)可以將生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和存儲，提供給管理人員進(jìn)行分析和決策。通過對大量數(shù)據(jù)的分析，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題，預(yù)測設(shè)備的故障，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行預(yù)防和維修，從而進(jìn)一步提高生產(chǎn)的安全性和可靠性。

綜上所述，自動化控制技術(shù)在化工企業(yè)安全生產(chǎn)中起到了不可忽視的作用。通過PLC和總線通信技術(shù)的應(yīng)用，可以減少人為錯誤、提供實時監(jiān)測和報警功能、實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作，并提供大量的數(shù)據(jù)記錄和分析功能。這些技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了化工企業(yè)生產(chǎn)過程的安全性和可靠性，也為管理人員提供了更多的信息和決策支持，有助于提升整體的生產(chǎn)效率和競爭力。

2.自動化控制技術(shù)在化工生產(chǎn)中的困境探究

（1）程序設(shè)計復(fù)雜。由于化工過程中涉及的參數(shù)和設(shè)備較多，當(dāng)出現(xiàn)異?；蚬收蠒r，PLC程序需要能夠準(zhǔn)確地識別問題并快速做出響應(yīng)。復(fù)雜的PLC程序設(shè)計可能導(dǎo)致故障診斷時間延長，從而延遲采取必要的措施來保護(hù)人員和設(shè)備?；どa(chǎn)過程中，系統(tǒng)故障可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。在PLC程序設(shè)計中，需要考慮各種故障情況，并確保系統(tǒng)具有良好的容錯能力。復(fù)雜的程序設(shè)計可能增加了錯誤和故障的風(fēng)險，從而對化工安全產(chǎn)生潛在威脅?；どa(chǎn)中涉及多個設(shè)備和系統(tǒng)之間的復(fù)雜交互。PLC程序設(shè)計需要綜合考慮各種設(shè)備的狀態(tài)和控制策略，以確保安全和穩(wěn)定地運行。由于交互效應(yīng)的復(fù)雜性和難以預(yù)測性，PLC程序設(shè)計可能面臨困難，可能導(dǎo)致意外情況的發(fā)生?；どa(chǎn)過程中的要求和環(huán)境條件可能會發(fā)生變化，需要對PLC程序進(jìn)行更新和演進(jìn)。復(fù)雜的程序設(shè)計可能使得程序的修改和改進(jìn)變得困難，增加了更新的復(fù)雜性和風(fēng)險。

（2）數(shù)據(jù)傳輸延遲和丟失。在化工生產(chǎn)過程中，PLC設(shè)備之間需要進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)傳輸和通信。由于環(huán)境干擾、設(shè)備故障或通信線路問題，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃钥赡軙艿接绊?。?dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、傳輸延遲或通信中斷，進(jìn)而影響到對化工過程的實時監(jiān)控和控制，對安全產(chǎn)生潛在威脅。在化工生產(chǎn)中，涉及多種不同品牌和型號的PLC設(shè)備。不同設(shè)備使用的通信協(xié)議和接口可能存在差異，導(dǎo)致設(shè)備之間的通信困難。缺乏通信協(xié)議的兼容性可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯誤、解析問題或無法實現(xiàn)設(shè)備之間的有效交互，從而影響到化工安全生產(chǎn)的可靠性。在系統(tǒng)集成過程中，設(shè)備之間的通信設(shè)置和故障排查可能變得復(fù)雜，特別是當(dāng)涉及多個廠商的設(shè)備時。這可能增加了故障排查的困難，影響到化工生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

（3）維護(hù)和校準(zhǔn)困難。傳感器受到環(huán)境影響、磨損、老化或故障等因素的影響，導(dǎo)致測量結(jié)果的不準(zhǔn)確或不可靠。傳感器提供錯誤的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致操作人員做出錯誤的決策或無法及時采取必要的措施，對化工安全產(chǎn)生潛在風(fēng)險?；み^程的復(fù)雜性要求選擇適合的傳感器類型，并確保其能夠適應(yīng)不同的工作條件和環(huán)境。不同參數(shù)的傳感器種類繁多，涉及溫度、壓力、流量、pH值等多個方面，選擇和配置合適的傳感器可能具有一定的挑戰(zhàn)性。選擇不當(dāng)或配置不正確，導(dǎo)致傳感器無法滿足實際需求，影響化工過程的安全性和可靠性?；どa(chǎn)環(huán)境常常具有惡劣的條件，如高溫、高壓、腐蝕性介質(zhì)等，這對傳感器的穩(wěn)定性和壽命產(chǎn)生影響。維護(hù)和校準(zhǔn)傳感器可能需要耗費大量時間和資源，并導(dǎo)致生產(chǎn)中斷或停工，對化工安全生產(chǎn)帶來潛在風(fēng)險。在化工生產(chǎn)中，傳感器故障會影響到實時監(jiān)測和控制系統(tǒng)的正常運行[2]。故障檢測和故障排除會變得復(fù)雜，特別是當(dāng)涉及大量的傳感器和復(fù)雜的生產(chǎn)過程時。傳感器故障未能及時檢測和處理，導(dǎo)致誤導(dǎo)性的測量數(shù)據(jù)、操作失誤或生產(chǎn)事故，對化工安全產(chǎn)生潛在威脅。

3.自動化控制技術(shù)在化工生產(chǎn)中優(yōu)化分析

(1)簡化程序邏輯

①控溫系統(tǒng)流程概述。具體化工生產(chǎn)過程中可以通過流程簡化解決程序設(shè)計復(fù)雜的問題，針對溫度檢測的問題，可以通過測量溫度→轉(zhuǎn)換成電信號→在PLC內(nèi)與設(shè)定溫度比較→控制加熱的流程，從而實現(xiàn)恒溫控制。這個任務(wù)的關(guān)鍵在于當(dāng)前溫度值如何獲取，具體方案中使用0～100℃對應(yīng)0～10V的溫度變送器，PLC選擇自帶模擬量輸入/輸出的CPU224XP。通過PLC的模擬量輸入處理從而通過相關(guān)數(shù)據(jù)處理即可讀取[3]。

②變量與PLC的地址分配。根據(jù)任務(wù)分析，PLC需要2個輸入點：加熱開關(guān)I0.1、報警確認(rèn)鍵I0.2；需要3個輸出點：加熱輸出Q0.1、報警燈Q0.2、報警喇叭Q0.3。其PLC的I/O地址分配見表1。

表1 I/O地址分配表

③PLC優(yōu)化編程。梳理邏輯控制流程，合理分配I/O口資源之后，通過流程圖實現(xiàn)最終控制程序的編寫（如圖1所示）。

圖1 PLC程序圖

(2)優(yōu)化通訊協(xié)議

選擇廣泛使用和支持的通信協(xié)議，如MODBUS、Profibus、Foundation Fieldbus等。這些標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議能夠確保不同品牌和型號的PLC設(shè)備之間的互操作性，簡化通信設(shè)置和集成。

引入現(xiàn)場總線技術(shù)，如Profibus DP、Foundation Fieldbus、Ethernet/IP等，可以實現(xiàn)多個PLC設(shè)備之間的實時數(shù)據(jù)傳輸和通信?，F(xiàn)場總線技術(shù)提供了高速、可靠的通信通道，能夠滿足化工生產(chǎn)過程對實時性和可靠性的要求。在PLC設(shè)備之間的通信鏈路中引入冗余和容錯機(jī)制，如備份通信線路、冗余控制器等。這樣可以提高通信的可靠性，當(dāng)一個通信路徑出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)能夠自動切換到備用路徑，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性和穩(wěn)定性。確保PLC設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)具有適當(dāng)?shù)陌踩Ｗo(hù)措施。使用防火墻、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）等技術(shù)來保護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)的安全性，限制未經(jīng)授權(quán)的訪問和數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險。通過系統(tǒng)集成和配置工作，確保PLC設(shè)備之間的通信設(shè)置正確，并建立監(jiān)控機(jī)制來實時監(jiān)測通信狀態(tài)。定期進(jìn)行故障排查和維護(hù)工作，及時解決通信故障，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性[4]。

(3)實時監(jiān)測及故障診斷

在實時監(jiān)測和故障診斷中，PLC技術(shù)在數(shù)據(jù)采集和處理方面起著關(guān)鍵作用，如圖2所示。自動控制系統(tǒng)通過傳感器采集化工生產(chǎn)中的各項主要數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被傳輸?shù)絇LC控制器中進(jìn)行處理和分析。PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能允許對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、濾波、校正等操作，以消除噪聲和干擾，提取出有用的信息。通過應(yīng)用數(shù)據(jù)處理算法和模型，PLC系統(tǒng)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和判斷，判別當(dāng)前狀態(tài)是否正常，并進(jìn)一步診斷潛在故障。實時監(jiān)測和故障診斷算法可以基于設(shè)定的規(guī)則和故障模式，監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化和偏離，以檢測異常和故障事件。一旦異?；蚬收媳粰z測到，PLC系統(tǒng)可以觸發(fā)相應(yīng)的報警和通知，使操作人員能夠及時采取措施來解決問題。此外，PLC系統(tǒng)還可以記錄和存儲歷史數(shù)據(jù)，以便后續(xù)的故障分析和優(yōu)化。在故障診斷方面，PLC系統(tǒng)可以利用故障數(shù)據(jù)庫、專家經(jīng)驗和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)來進(jìn)行故障診斷。通過分析故障發(fā)生時的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，PLC系統(tǒng)可以比對已知的故障模式和規(guī)則，以確定具體的故障原因，并提供相應(yīng)的解決方案[5]。

圖2 化工過程監(jiān)測結(jié)構(gòu)圖

4.結(jié)論

自動化控制技術(shù)在化工安全生產(chǎn)中扮演著重要的角色，通過PLC、通信和傳感器的應(yīng)用，實現(xiàn)了對溫度、壓力、流量等參數(shù)的實時監(jiān)測和精確控制。在科技的應(yīng)用下，化工企業(yè)通過自動化控制技術(shù)的深度應(yīng)用，能夠不斷提高生產(chǎn)力，保障生產(chǎn)安全性，實現(xiàn)行業(yè)經(jīng)濟(jì)與企業(yè)效益的同步發(fā)展。