精細化工生產過程控制系統(tǒng)分析與設計

李曉倩

（海灣工程有限公司天津高新區(qū)分公司，天津 300384）

1 精細化工生產過程控制系統(tǒng)的優(yōu)勢和不足

1.1 優(yōu)點

我國精細化工市場不斷發(fā)生變化，各類產品的使用壽命比較短暫，在短期內將會被淘汰，產品的更新速度非?？?，因此化工企業(yè)通常不會大批量的生產某種產品，要求技術人員具備較強的新產品研發(fā)能力。為了滿足產業(yè)發(fā)展，化工企業(yè)需要嚴格控制研發(fā)周期，提高產品更新?lián)Q代的速度。企業(yè)在生產過程中需要收集整合相關數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)處理能力，構建精細化工生產體系，改善產品的生產技術。為了提高化工企業(yè)的產品更新能力，滿足化工市場的發(fā)展需求，企業(yè)需要利用計算機技術，完善產品生產技術和作業(yè)標準，保障控制系統(tǒng)的實效性。靈活變換產品各項參數(shù)，保障精細化工生產過程的安全性和高效性。在精細化工生產過程中，可以柔性管理生產過程，嚴格控制產品的生產時間，提升整體作業(yè)效率，滿足市場發(fā)展形勢。

1.2 缺點

在精細化工生產過程中，具有較多的作業(yè)工序，在作業(yè)中可能會發(fā)生物理反應和化學反應等，增加了精細化工生產工作的復雜性。為了提升整體工作效率，化工企業(yè)需要增加勞動力，工作者在開展工作的過程中，長期處于高強度作業(yè)環(huán)境當中，保證可以實時觀察生產狀態(tài)。在生產過程中發(fā)生異常問題，或者管理人員沒有根據(jù)規(guī)定管理溫度或水，將會增加資源消耗，還會降低產品質量，甚至會引發(fā)安全事故，導致化工企業(yè)承受巨大的經濟損失。

2 精細化工生產過程控制系統(tǒng)分析和設計

2.1 工藝分析

精細化工生產過程控制的重點工作環(huán)節(jié)是反應釜，在各種領域廣泛利用反應釜，在反應釜中可以完成危險化學反應和存儲以及蒸餾等工作，精細化工反應釜可以自動化進料、出料，反應釜主要包括電機和減速機以及攪拌槳等。本文論述了精細化工生產過程控制系統(tǒng)，主要生產工藝分為配液、反應以及后處理，不同的工藝利用不同的反應釜，通過配液為生產提供物料，其中反應工段非常復雜，需要控制較多的工藝指標，在后處理工藝段要萃取回收反應釜中水相的有機物。

2.1.1 配液環(huán)節(jié)

在配液環(huán)節(jié)中，工作人員需要提前準備物料，首先加入適量的物料，利用管線加入溶劑，充分攪拌物料和溶劑之后，在反應釜中輸送處理材料的過程中需要發(fā)揮氮氣壓力的作用，在這一過程中，反應釜會發(fā)生放熱反應，并且具有明顯的表現(xiàn)，可根據(jù)反應釜溫度、壓力等參數(shù)調整加料速度，同時可以自動調節(jié)溫度參數(shù)和壓力參數(shù)等。

2.1.2 反應工段

反應工段非常復雜和繁瑣，添加了物料之后需要充分攪拌，利用加料系統(tǒng)添加液堿，在這一過程中會提升反應釜的溫度，通過有效調節(jié)液堿流量，可以控制反應溫度。利用配液釜向反應釜中輸送物料，完成輸送工作之后，根據(jù)施工進度實施升降溫處理，提高反應速度，最后利用重力分離方式分離水相。

2.1.3 后處理工藝

進一步處理反應工段分離的水，利用同一種方式進行分離。所有的工序完成之后，需要向相應的釜中傳送有機物，通過有效結合之后實施干燥處理等工序。

2.2 安全工藝設計

2.2.1 物料安全性

為了保障精細化工工藝的安全性，在生產中需要可靠的生產設備。在設計過程中需要考慮物料危險性，利用多種控制方式、技術消除物料的危險因素，提升精細化工生產的安全性。在安全設計階段，工作人員需要整合物料的危險系數(shù)，確定物料的理化特征和腐蝕性等特征，合理選擇工藝設施和工藝管道等，根據(jù)原料性質和生產需求合理選擇物料，避免發(fā)生危險，同時可以有效控制后續(xù)運維工作的成本。

2.2.2 生產過程

在精細化工生產過程中，要利用各種化工裝置單元，涉及不同的處理工藝，不同裝置生產的產品也具有差異性，因此在工藝設計階段，工作人員需要動態(tài)了解生產和設計情況，注重觀察危險程度較高的材料，嚴格控制生產溫度和生產壓力，避免精細化工生產活動嚴重損耗設備。如果生產活動具有較高的危險系數(shù)，工作人員需要根據(jù)規(guī)定制定專業(yè)的安全防護方案。例如在開展磺化生產活動的時候，材料屬性和磺化試劑的腐蝕性都是重要的安全風險因素，在生產過程中不會放熱，此外原料添加順序和數(shù)量以及冷卻處理等工作都會導致高溫，從而引發(fā)安全事故。因此在精細化工生產過程中，工作人員需要高度關注反應釜的變化，維護生產運行的安全性和穩(wěn)定性。

2.2.3 工藝裝置

精細化工設備和其他生產模式的區(qū)別比較小，為了提高精細化工生產過程的穩(wěn)定性，需要合理選擇工藝裝置。因為精細化工生產產能較低，而不同產品需要利用不同的裝置，很多工作裝置具有專屬性，因為裝置具有非常高的制造標準，這類主要是在有毒和易燃易爆的生產環(huán)境中利用，整體運行工作具有較高的風險系數(shù)，需要嚴格控制工藝裝置的標準。在工業(yè)設計階段，需要合理選用工作材料和制造工藝，提升裝配工作的標準化。在生產過程中需要根據(jù)安全標準合理選擇各類工作設備，利用的材料要具備較高的抗腐蝕性，安排專業(yè)人員安裝生產設備。在工藝設計階段，要分析安全裝置的安全性，不斷提高操作工藝的安全水平，提升精細化工生產過程的安全性[2]。

2.2.4 管道設計

在精細化工生產過程中需要利用各種管道部件，管道部件要具備抗腐蝕性和抗毒性等，維護生產工作的安全性，避免安全事故。在工藝設計過程中設置各種防護措施，可以降低資金投入量，相關作業(yè)也非常簡單，需要連接多個部件，同時具有較多的連接點，這部分危險系數(shù)比較高。此外精細化工生產活動利用繁雜的材料，材料的屬性也不同，因此化工企業(yè)需要重視管道設計工作，避免發(fā)生危險事故。

2.2.5 車間工藝設計

車間工藝設計涉及復雜的工作環(huán)節(jié)，例如工作人員需要判斷工藝路徑，確定了生產形式之后，需要制定作業(yè)過程，合理選擇生產形式和反應器，整合生產工作的數(shù)據(jù)資料，合理計算物料能量和裝置工藝，提升生產過程的科學性。通過車間工藝設計，可以合理布局車間和管道，根據(jù)既定標準落實生產活動的非工藝環(huán)節(jié)，滿足車間工藝設計標準。

3 精細化工生產過程控制系統(tǒng)的設計與研究

3.1 自動化系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)結構：自動化系統(tǒng)主要包括兩個子系統(tǒng)，結構包括兩個分區(qū)的UR2H，各個分區(qū)具有獨立的中央控制器。中央控制器具有中央處理器，發(fā)揮著容錯能力。系統(tǒng)利用同步子模塊連接中央處理器，在中央處理器中利用光纜實現(xiàn)互聯(lián)效果。

（2）系統(tǒng)控制：自動化系統(tǒng)利用冗余原理，發(fā)生了故障之后，在無擾動狀態(tài)中可以實現(xiàn)快速切換。沒有故障的狀態(tài)中，各個子單元可以穩(wěn)定運行，如果發(fā)生了故障，子單元仍舊可以完成正常控制工作。為了無擾動的切換，保障中央控制器快速地交換數(shù)據(jù)，控制器利用統(tǒng)一的用戶程序，接受同樣的數(shù)據(jù)。促使控制器同步更新工作內容，即使某個子系統(tǒng)發(fā)生了故障，也可以順利完成工作任務。

自動化系統(tǒng)同步驅動所有的事件，即使兩個子單元處于不同的工作狀態(tài)，也可以同步操作兩個子單元。發(fā)揮通信功能修改數(shù)據(jù)，通過操作系統(tǒng)同步工作，無須自行變成。自動化系統(tǒng)可以自檢存儲器和鏈接以及中央處理器，系統(tǒng)啟動之后，可以測試各個子單元。在特定周期內落實特定功能，有效降低中央處理器的工作壓力。

3.2 分布式I/O

（1）設備介紹：在組建系統(tǒng)的時候，在自動化系統(tǒng)中集成過程輸入和輸出。如果可編程控制器輸入和輸出的距離比較遠，需要敷設長距離線路，增加了工作的難度。需要利用分布式設備，設備中央處理器實現(xiàn)分布式運行，同時可以高速傳輸數(shù)據(jù)，保障設備通信效果[1]。

（2）ET200M：因為精細化工生產現(xiàn)場具有較多的儀表和閥門，需要控制較多的點位數(shù)，利用S7-400模塊連接現(xiàn)場設備，為了降低成本，可以利用綜合方案。利用ET200M 分布式輸入和輸出，發(fā)揮S7-300支持租用，可以拓展不同的模塊，并且連接上百個通道，提升整體工作性能。

3.3 過程監(jiān)控

過程監(jiān)控主要是針對操作員站和觸摸屏，在操作員站中利用WINCC 組態(tài)軟件設計模式，可以實時監(jiān)控整個車間，正確操作各類設備，合理修改工藝參數(shù)。在中控室中具有兩個操作員站，如果一個操作員站發(fā)生故障，另外一個操作員站仍舊可以繼續(xù)完成監(jiān)控工作。觸摸屏可以控制附近釜，現(xiàn)場工作人員可以利用觸摸屏完成相關工作操作。

3.4 通信方式

觸摸屏和操作員站可以和S7-400H 進行通信，有效監(jiān)控和操作各類設備。通信工作需要利用工業(yè)以太網(wǎng)。因為在精細化工生產過程中需要增加各類溶劑，利用獨立S7-300進行控制。添加溶劑的時候，利用S7-400H 發(fā)布請求的指令，S7-300接收指令之后，判斷溶劑添加條件，滿足條件之后再添加溶劑。在整個工作過程中，需要利用通信協(xié)議完成通信工作。

4 精細化工生產過程控制技術發(fā)展趨勢

4.1 計算機化

利用傳統(tǒng)的精細化工生產過程控制模式，過于重視產品生產成本。為了節(jié)省生產成本，利用儀表實現(xiàn)精細化工生產過程控制效果，這種工作模式效率比較低，不利于提升精細化工生產過程控制系統(tǒng)的自動化水平。在信息時代，在各行各業(yè)都開始利用計算機技術，自動化技術也越來越成熟，為精細化工生產過程控制提供了良好的條件。在未來發(fā)展過程中，精細化工生產過程控制技術也將不斷提升計算機化。

4.2 自動批量生產

在傳統(tǒng)的精細化工生產中利用投料工作方式，循環(huán)生產不同批次的產品，雖然這種生產效率比較高，但是開關機操作過于頻繁，嚴重損耗了精細化工生產機器。利用自動批量控制方式，可以彌補傳統(tǒng)工作模式的不足之處，充分發(fā)揮出計算機控制效果。

4.3 技術智能化

精細化工需要根據(jù)控制策略生產產品，在生產過程中存在較多的內外部因素，工作人員的技術水平關系到化工產品質量，同時還會影響到參數(shù)數(shù)據(jù)，化工產品質量缺乏統(tǒng)一的標準，利用智能化控制技術，可以嚴格控制精細化工產品質量，同時可以提高化工產品的可靠性。

5 結語

當前化工企業(yè)廣泛利用精細化工生產過程控制系統(tǒng)，并且可以達到顯著的使用效果。利用精細化工生產過程控制系統(tǒng)，可以保障化工生產工作的穩(wěn)定性，同時可以發(fā)揮容錯能力，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的異常問題，維護化工生產工作的安全性，避免發(fā)生安全事故。