化工生产自动化控制系统的应用探析

王瑶琴 1 侯婕 2 张海伟 3 杨博 4

摘要:随着科技的飞速发展，大量新技术、新设备投入了现代化工工业生产中。本文将对化工生产中自动化控制系统的应用进行探讨，详细介绍了自动化控制系统中各方面不同控制设备的特点，以进而推广自动化控制系统在化工生产中的应用。

关键词:化工生产；自动化控制系统；控制

一、单回路控制

单回路过程控制系统一般是指针对一个被控过程(调节对象)，采用一个测量变送器检测被控过程，采用一个控制(调节)器来保持一个被控参数恒定(或在很范围内变化)，其输出也只控制一个执行机构(调节阀)。

该系统结构简单，投资少，易于调整和投入，能满足不少化工工业生产过程的控制要求，因此在我国化工生产中应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后、惯性小以及负荷和扰动变化比较平缓，或者对被控质量要求不高的场合。

二、前馈控制

单回路控制和串级控制都是当系统被控过程受到扰动后，必须等到被控参数出现偏差时，控制器才动作，以补偿扰动对被控参数的影响。前馈控制就是在系统扰动出现时就进行控制，而不是等到偏差发生后再进行控制。其特点主要有:

a．扰动发生后，前馈控制器“及时”动作，对抑制被控量由于扰动引起的动、静态偏差较有效;

b．前馈控制属于开环控制，所以只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必然稳定;

c．前馈控制只适合克服可测而不可控的扰动，而对系统中的其他扰动无抑制作用，因此，该控制具有指定性补偿的局限性;

d．前馈控制器的控制规律取决于被控对象的特性，因此控制规律往往比较复杂。

三、分程与选择性控制

单回路控制、串级控制、前馈控制及比值控制等都是应用在正常生产情况下的，组成系统的各部分一般工作在一个较小的工作区域内。为使系统工作范围扩大或在系统受到大扰动甚至事故状态下仍能安全生产，就必须选用分程与选择性控制。该控制是通过有选择的非线性切换方式使不同部件工作在不同区域内来实现工作范围的扩大。分程与选择性控制可用于节能控制、扩大调节阀的可调范围、保证生产过程的安全以及稳定和不同工况下的控制。下面以选择器位于调节器之前的系统为例。

四、串级控制

单回路控制系统解决了化工工业生产过程自动化中大量的参数定值控制问题，这种简单系统能满足生产工艺的要求，但仅适用于比较简单的单输出生产过程的控制，不能解决多输出过程的控制问题。即使对于简单的单输出生产过程，也存在这样的情况:其调节对象的动态特性决定了很难控制(如过程的滞后常数很大或扰动量很大);调节对象的动态特性虽不复杂，但工艺对调节质量的要求很高或很特殊。串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一，在过程控制中得到了广泛的应用。与其余单回路控制系统相比有一个显著的区别，即在结构上多了一个副回路，形成了两个闭环———双闭环。

五、化工生产中自动化控制具体应用例举

5.1自动化控制在故障分析中的应用

对生产设备进行及时有效地数据分析是实现自动化控制在化工生产过程中最重要的环节之一。在化工生产过程中，利用自动化控制技术对设备进行数据分析，将故障信息以数据报告形式显示出来，以便技术人员及时发现并进行处理。由此可见自动化控制技术不仅可提高化工生产企业的工作效率，合理规范生产流程，还可以及时发现生产过程中的安全隐患，为避免安全生产事故的发生提供有力保障。

5.2自动化控制在急停系统中的应用

安全生产事故大部分是由人和物的不安全因素导致的，为最大限度的保障生产的正常运转，避免因事故带来的人身和财产上的损失，化工自动化在急停系统中的应用显得尤为重要。其主要工作原理是某一生产环节一旦出现故障，该系统就会根据设置好的程序对正在运行的程序进行依次关闭，从而避免安全事故的扩大化。另外需要注意的是在完善自动化急停系统时，必须保证其独立性，避免其他设备故障对急停系统造成影响。

六、化工生产自动化控制的现状分析

随着我国经济社会逐渐发展，我国化工专业自动化控制技术已经取得非常大的改善，在当前的应用中已经日臻成熟。化工自动化控制技术已经逐渐发展成为一种高科技智能化手段。化工自动化控制技术通过自动化仪表将信息的管理测量进行全方位处理，加强了模拟信号的传递质量，从本质上提高了传输效率。化工自动化已经逐渐实现数字化、小型化、轻量化，成功将总线技术运用到自动化控制中，实现了模拟信号批量转移。

我国化工自动化技术在实际运用中主要采用数字量功能进行信息控制和传输，采用控制理论和仪表技术对管理细节进行把握，通过计算机技术将信号控制串联在一起，实现了增加化工产量的目的。将化工生产、化工技术、化工消耗等进行革新，从硬件和软件两方面加强化工自动化控制技术，完善了化工自动化控制过程。

七、化工自动化控制应用的发展前景

随着科技水平的不断发展，自动化控制的应用领域将不断扩大，不再是仅仅局限于生产系统过程中，同时也将延伸到企业现代化管理系统中。当前化工自动化控制不仅提高了对硬件设备的技术要求，而且对数据信息的集成化要求也越来越高。随着化工生产不断朝着大型化、集成化、控制化方向的发展，PLC、DCS、FCS控制方式在化工生产中的应用越来越广泛。在使用中，随着经验的不断积累，技术的不断发展与改进，需要加强对这三种控制方式的相互融合与兼容，并重视管理和控制的一体化。例如，在新一代的DCS产品中，鉴于现场总线的开放性和互操作性思想理念，引入了基于HART协议的现场总线接口，并在通信网络上挂接了通信接口，实现了与PLC设备连接，如此便可以将数台PLC通过网络直接介入高速数据公路，组成过程控制级的顺序控制。此外，新一代的DCS产品还联合了第三方管理软件平台，实现了整个企业生产过程的管理自动化。因此DCS的控制速度与功能、系统的可靠性以及分散控制功能得到了进一步提高，越来越接近现场总线控制系统FCS。目前，DCS-FCS相结合的控制系统模式是自动化系统发展的特点之一。但是，随着技术的进步、成本的进一步降低，全开放式的现场总线控制系统必将是化工自动化控制未来的发展趋势。

八、我国自动化控制系统存在的问题简述

8.1集成能力差

各模型均为独立开发，在模型和模型之间的数据交换、模型和工业实时数据之间的数据交换上存在着标准不统一的混乱局面。使得各类模型虽然独立在技术上具有先进水平，但尚不具备多装置流程模拟、先进控制和过程优化的条件，在总体上不具有竞争力。

8.2模型通用性差

某一模型往往是针对特定企业的特定装置而开发的，而国内的石油化工企业工艺流程种类繁多，导致所开发的模型通用性差，大规模的推广应用很困难。

8.3产品化能力差

首先，将已有的过程模型和优化技术产品化需要大量的资金和人力资源，一般科研单位虽然科研实力雄厚，但往往存在资金不足的现象。其次，产品化程序的开发，工作量大，但技术含量相对核心技术的开发较低，这种工作采用大量中级技术人员即可完成，但是目前我国此类技术人员缺乏，产品化程序的开发工作往往也需要由高级的科研人员来完成，这是高科技人力资源的巨大浪费。

总而言之，市场经济的飞速发展及城市化建设进程的不断深入，我国的化工自动化控制系统发展水平必将快速迈向更高的阶段，在大规模生产发展中，自动化控制的逐步完善，必定会提升我国整体发展水平，促进工业向着更高的层次不断迈进。

参考文献：

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[2]刘燕，杨光华，闫昭.化工自动化控制及其应用[J].化学工程与装备，2017（10）.

[3]盛定高.现代制造技术概论[M].北京：机械工业出版社，2017.