化工自動控制系統(tǒng)存在問題及對策分析

楊培瑞

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

關(guān)鍵詞：化工;自動控制系統(tǒng);問題;對策

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

0 引言

當(dāng)前計算機(jī)自動化技術(shù)越來越多地運用在各行各業(yè)，且隨著化工企業(yè)的發(fā)展壯大，二者會越來越多地形成技術(shù)融合，自動控制系統(tǒng)在化工自動化中的廣泛運用，必然會推進(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)流程也會越來越精準(zhǔn)，但是難免還存在諸多問題，需要不斷改進(jìn)和完善。

1 化工自動化控制概述

1.1 化工自動化的概念和意義

當(dāng)前，加工行業(yè)在進(jìn)行生產(chǎn)過程的控制中，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，形成后臺系統(tǒng)，進(jìn)而對前臺的操作管理進(jìn)行準(zhǔn)確執(zhí)行，實現(xiàn)使用者的要求的過程，就是自動化控制的過程?；ぷ詣踊谖覈l(fā)展十分迅速，將計算機(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)也運用到了自動化技術(shù)中，形成的化工自動化系統(tǒng)，大大促進(jìn)的化工行業(yè)自動化控制的發(fā)展進(jìn)程。化工自動化控制技術(shù)一項綜合性強(qiáng)，復(fù)雜程度高的多學(xué)科特點的技術(shù)，涵蓋了電氣、化工、計算機(jī)、機(jī)械、建筑等各個領(lǐng)域的專業(yè)知識。化工自動化系統(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)前化工自動化控制的現(xiàn)狀

隨著我國自動化控制技術(shù)和計算機(jī)系統(tǒng)的不斷提升，化工行業(yè)在實際生產(chǎn)中已大量運用自動化控制技術(shù)，化工自動化中運用較多的為DIS集散系統(tǒng)，我國已研發(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;大型的國有化工企業(yè)雖然也使用自動控制系統(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，由此可見當(dāng)前化工企業(yè)在自動控制技術(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，造成整個行業(yè)自動化水平發(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)，自動化水平就不高，而橡膠、石油、可燃材料、復(fù)合材料等自動化水平就較高，DIS系統(tǒng)的大量運用，給企業(yè)的生產(chǎn)注入的動力。由以上分析可見，我國化工行業(yè)的自動化控制技術(shù)的運用，還有很大的發(fā)展空間。

2 化工自動控制系統(tǒng)應(yīng)用時存在的問題及對策分析

2.1 熱電偶溫度檢測布線環(huán)節(jié)存在的問題及對策

在化工行業(yè)的自動化控制系統(tǒng)中，常常需要使用熱電偶和熱電阻對溫度進(jìn)行檢測，而監(jiān)測的設(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細(xì)節(jié)問題，防止重要的線路布置錯誤和元器件存在質(zhì)量問題。譬如，熱電偶溫度監(jiān)測當(dāng)中的DCS系統(tǒng)，很容易在布線環(huán)節(jié)產(chǎn)生問題，比如接收熱電偶中的感溫組件傳輸?shù)降暮练盘枺瑴y得的數(shù)據(jù)會通過相關(guān)端子和采集設(shè)備傳輸?shù)诫姽癞?dāng)中，如果其中的信號線或者傳輸設(shè)備存在問題，那么測量得到的溫度數(shù)值就會存在差異，也就導(dǎo)致測量結(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)補償導(dǎo)線，讓電勢相同，如此可以讓前后的溫度數(shù)值沒有差異，測得的溫度也就準(zhǔn)確了。

2.2 沖程泵出口流量測量表的選用問題及對策

在現(xiàn)代化工行業(yè)生產(chǎn)的過程里，沖程泵主要用來測量化工原料的含量，通常在出口的位置設(shè)置好測量流量的儀表，對瞬時的化工原料進(jìn)行測量，從而實時監(jiān)測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)運動的過程中，把化工原料輸送至管線內(nèi)，而物料的多少可以計量，因此必須選擇型號規(guī)格合適的流量儀表，當(dāng)前，有的化工企業(yè)存在選用不恰當(dāng)?shù)膯栴}，如此就會影響整個反應(yīng)過程。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，但是經(jīng)常存在測量不準(zhǔn)確及損壞的情況，對設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子類的流量計由于浮子飄動，導(dǎo)致流量信號也不穩(wěn)定，因此被監(jiān)測的物料數(shù)值也會忽上忽下存在變化，因此不符合使用需求。針對這類型問題，一般會采用質(zhì)量流量計，該類型的儀表流量計在測量20mm管線內(nèi)的原料時，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)確地測量流量。

2.3 攪拌設(shè)備內(nèi)溫度檢測套管的安裝問題及對策

化工生產(chǎn)中，原料自動送入管線后，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)部會有監(jiān)測溫度的套管，該部分對于這個生產(chǎn)過程十分重要，安裝質(zhì)量的高低會影響到設(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)部的檢測套管通常由熱電偶或熱電阻組成，測溫端會深入設(shè)備中攪拌的內(nèi)部，但是攪拌過程中會形成渦流產(chǎn)生的動力，這個力會導(dǎo)致測溫的套管長期受到作用，長此以往就會斷裂，如果沒有及時發(fā)現(xiàn)就會導(dǎo)致設(shè)備的故障，嚴(yán)重地會造成安全問題，企業(yè)因此也會蒙受損失。因此，必須重視攪拌設(shè)備中溫度檢測儀中套管的質(zhì)量問題，可以在測溫?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)量問題造成該設(shè)備運行效率。

2.4 差壓計量儀表的溫壓補償問題及對策

化學(xué)反應(yīng)時會產(chǎn)生一定的壓力差，計量儀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，都需要計量儀表來進(jìn)行測量，可以說該裝置質(zhì)量的好壞及利用的程度，對化工企業(yè)生產(chǎn)有著重要影響。在化工工藝設(shè)計中，很多介質(zhì)和流量都會使用計量類的儀表來測量，尤其是差壓流量計，但是它只能在平穩(wěn)的工作情況下才能測量得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，然而化工生產(chǎn)中的反應(yīng)過程是一個動態(tài)變化的過程，介質(zhì)的壓力和溫度等求數(shù)值都在不斷地改變，同時介質(zhì)的密度也會受到外界的影響而變化，特別是氣體狀態(tài)的介質(zhì)，更會存在很顯著的變化，這就使得壓差流量計不能很準(zhǔn)確地測得數(shù)據(jù)。要解決計量儀表使用中的這個問題，就需要化工技術(shù)人員進(jìn)行合理的溫度及壓力的計算，設(shè)置好檢測的點，得出溫度壓力通常會被什么影響，進(jìn)行補償運算，繼而進(jìn)行計量，對得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，矯正計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 自動化水平不足的問題及對策

化工行業(yè)已經(jīng)越來越多地在使用自動化的裝置，自動化控制技術(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;同時自動控制系統(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。雖然自動化控制在化工行業(yè)發(fā)揮了很大作用，但是控制的過程還存在著很多問題，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、毒性等問題，因此對檢測的方法和要求特別高，對自動化控制也提出了更高的要求，但是在實際生產(chǎn)中，由于我國化工行業(yè)的自動控制系統(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)，稍有不慎就會造成化工生產(chǎn)中的問題;此外，自動控制中對物料的控制及計算等，由于化工原料的種類繁多，因此也存在著較多的計量精準(zhǔn)方面的問題，這很容易降低生產(chǎn)的效益。因此，要提高化工行業(yè)自動化水平，就要不斷做好技術(shù)的開發(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)巧妙地運用在化工生產(chǎn)控制所需的環(huán)節(jié)?；ぷ詣踊倪^程控制通常有三個步驟，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，推算出各項控制的時間和方法流程，比如轉(zhuǎn)化率、回流等數(shù)值，通過對原料進(jìn)量、溫度、壓力等數(shù)值，計算出蒸餾點，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，這種控制方法是運用先進(jìn)的控制理論，對化工反應(yīng)中的塔合反應(yīng)進(jìn)行溫度及氣體特性的額控制，由于存在時間滯后、非線性溫度數(shù)值以及各種交叉多變的過程數(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，來進(jìn)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)信息的改變并進(jìn)行辨識，計算機(jī)根據(jù)辨識結(jié)果形成函數(shù)，函數(shù)會進(jìn)行計算并生成補償及反饋，電路系統(tǒng)會進(jìn)行響應(yīng)，相應(yīng)的化工儀表就會執(zhí)行指令動作，對化工設(shè)備的生產(chǎn)進(jìn)行控制，也就是人們常見的智能化。當(dāng)前，智能化在化工中已有廣泛的運用，采用模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)來進(jìn)行各方面的生產(chǎn)控制，同時也能對化工自動化生產(chǎn)進(jìn)行故障診斷，其識別水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人的操作和辨識水平，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現(xiàn)的非線性任務(wù)。

3 結(jié)語

總而言之，化工行業(yè)中自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用是十分必要，可以讓整個行業(yè)實現(xiàn)智能化發(fā)展，實際自動化運行生產(chǎn)中，面對各種問題，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、自動化程度不高、反應(yīng)中實時性不佳等問題，但是隨著化工行業(yè)集成化、計算機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化，必然會實現(xiàn)更好的化工自動化控制的技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張?zhí)煲?化工自動控制系統(tǒng)應(yīng)用存在的問題與對策[J].化工設(shè)計通訊，2019，45（08）：185+187.

[2] 朱小平，蔡小峰，吳海燕.化工自動控制系統(tǒng)應(yīng)用問題及對策探究[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2018（12）：185-186.

[3] 潘長明.化工自動控制系統(tǒng)應(yīng)用存在的問題及對策[J].住宅與房地產(chǎn)，2017（29）：235.

[4] 吳凌鋒.化工自動控制系統(tǒng)應(yīng)用問題分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（21）：165.

[5] 李濤，孫海軍.化工自動控制系統(tǒng)應(yīng)用存在的問題及對策[J].化工管理，2016（18）：76.