自動(dòng)化控制在化工安全生產(chǎn)中的應(yīng)用及優(yōu)化

＊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(dòng)化控制技術(shù)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用對(duì)于提高安全性、穩(wěn)定性和效率具有重要意義。它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制化工過(guò)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(dòng)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(jì)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和傳感器的準(zhǔn)確性，從而對(duì)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(gè)角度來(lái)探討自動(dòng)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(dòng)化控制技術(shù)的概述及重要性分析

（1）PLC自動(dòng)化控制技術(shù)概述。PLC可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制化工生產(chǎn)過(guò)程中的各種參數(shù)，例如溫度、壓力、液位、流量等。通過(guò)與傳感器和執(zhí)行器的連接，PLC能夠獲取準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯規(guī)則和算法自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備操作，確保化工過(guò)程在安全、穩(wěn)定和在規(guī)定的范圍內(nèi)運(yùn)行?；どa(chǎn)過(guò)程中存在著各種危險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)，如高溫、高壓、有毒物質(zhì)等。PLC可以實(shí)施安全邏輯控制，通過(guò)監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證不同設(shè)備之間的安全間隔，防止操作員在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)工作。PLC還可以實(shí)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(yùn)行，保護(hù)人員和環(huán)境的安全?；どa(chǎn)中的反應(yīng)過(guò)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)過(guò)程中的溫度、壓力、濃度等參數(shù)，并自動(dòng)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(guò)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(shí)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(jiàn)的生產(chǎn)方式，PLC可以實(shí)現(xiàn)批處理過(guò)程的自動(dòng)化控制，包括配料、攪拌、加熱、冷卻等操作。PLC能夠?qū)崟r(shí)采集和記錄化工生產(chǎn)過(guò)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(guò)網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)視和操作界面，操作人員可以實(shí)時(shí)查看化工生產(chǎn)過(guò)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(chǎng)，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(dòng)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(dòng)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(lái)越復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程和安全挑戰(zhàn)。自動(dòng)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(guò)程的安全性、可靠性和效率，下面我將從幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

首先，自動(dòng)化控制技術(shù)能夠減少人為錯(cuò)誤。在化工企業(yè)中，許多生產(chǎn)過(guò)程需要對(duì)溫度、壓力、流量等參數(shù)進(jìn)行精確控制。傳統(tǒng)的手動(dòng)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(guò)PLC和總線通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制，減少了人為錯(cuò)誤的可能性，提高了生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性和可靠性。

其次，自動(dòng)化控制技術(shù)能夠提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警功能?；どa(chǎn)中存在著一些潛在的危險(xiǎn)因素，如溫度過(guò)高、壓力異常、液位過(guò)低等。通過(guò)PLC和總線通信技術(shù)，可以對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并在超出設(shè)定范圍時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。這樣，操作人員可以及時(shí)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(dòng)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(guò)程中的各種參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和存儲(chǔ)，提供給管理人員進(jìn)行分析和決策。通過(guò)對(duì)大量數(shù)據(jù)的分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題，預(yù)測(cè)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(dòng)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(guò)PLC和總線通信技術(shù)的應(yīng)用，可以減少人為錯(cuò)誤、提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警功能、實(shí)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(guò)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(jìng)爭(zhēng)力。

2.自動(dòng)化控制技術(shù)在化工生產(chǎn)中的困境探究

（1）程序設(shè)計(jì)復(fù)雜。由于化工過(guò)程中涉及的參數(shù)和設(shè)備較多，當(dāng)出現(xiàn)異常或故障時(shí)，PLC程序需要能夠準(zhǔn)確地識(shí)別問(wèn)題并快速做出響應(yīng)。復(fù)雜的PLC程序設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致故障診斷時(shí)間延長(zhǎng)，從而延遲采取必要的措施來(lái)保護(hù)人員和設(shè)備?；どa(chǎn)過(guò)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(jì)中，需要考慮各種故障情況，并確保系統(tǒng)具有良好的容錯(cuò)能力。復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)可能增加了錯(cuò)誤和故障的風(fēng)險(xiǎn)，從而對(duì)化工安全產(chǎn)生潛在威脅?；どa(chǎn)中涉及多個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)之間的復(fù)雜交互。PLC程序設(shè)計(jì)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(yùn)行。由于交互效應(yīng)的復(fù)雜性和難以預(yù)測(cè)性，PLC程序設(shè)計(jì)可能面臨困難，可能導(dǎo)致意外情況的發(fā)生?；どa(chǎn)過(guò)程中的要求和環(huán)境條件可能會(huì)發(fā)生變化，需要對(duì)PLC程序進(jìn)行更新和演進(jìn)。復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)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(xiǎn)。

（2）數(shù)據(jù)傳輸延遲和丟失。在化工生產(chǎn)過(guò)程中，PLC設(shè)備之間需要進(jìn)行實(shí)時(shí)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(wèn)題，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃钥赡軙?huì)受到影響。導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、傳輸延遲或通信中斷，進(jìn)而影響到對(duì)化工過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制，對(duì)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(hào)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(cuò)誤、解析問(wèn)題或無(wú)法實(shí)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(guò)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(gè)廠商的設(shè)備時(shí)。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(cè)量結(jié)果的不準(zhǔn)確或不可靠。傳感器提供錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致操作人員做出錯(cuò)誤的決策或無(wú)法及時(shí)采取必要的措施，對(duì)化工安全產(chǎn)生潛在風(fēng)險(xiǎn)?；み^(guò)程的復(fù)雜性要求選擇適合的傳感器類(lèi)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(lèi)繁多，涉及溫度、壓力、流量、pH值等多個(gè)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(wú)法滿足實(shí)際需求，影響化工過(guò)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(duì)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(fèi)大量時(shí)間和資源，并導(dǎo)致生產(chǎn)中斷或停工，對(duì)化工安全生產(chǎn)帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)。在化工生產(chǎn)中，傳感器故障會(huì)影響到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行[2]。故障檢測(cè)和故障排除會(huì)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(guò)程時(shí)。傳感器故障未能及時(shí)檢測(cè)和處理，導(dǎo)致誤導(dǎo)性的測(cè)量數(shù)據(jù)、操作失誤或生產(chǎn)事故，對(duì)化工安全產(chǎn)生潛在威脅。

3.自動(dòng)化控制技術(shù)在化工生產(chǎn)中優(yōu)化分析

(1)簡(jiǎn)化程序邏輯

①控溫系統(tǒng)流程概述。具體化工生產(chǎn)過(guò)程中可以通過(guò)流程簡(jiǎn)化解決程序設(shè)計(jì)復(fù)雜的問(wèn)題，針對(duì)溫度檢測(cè)的問(wèn)題，可以通過(guò)測(cè)量溫度→轉(zhuǎn)換成電信號(hào)→在PLC內(nèi)與設(shè)定溫度比較→控制加熱的流程，從而實(shí)現(xiàn)恒溫控制。這個(gè)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(duì)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(guò)PLC的模擬量輸入處理從而通過(guò)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(gè)輸入點(diǎn)：加熱開(kāi)關(guān)I0.1、報(bào)警確認(rèn)鍵I0.2；需要3個(gè)輸出點(diǎn)：加熱輸出Q0.1、報(bào)警燈Q0.2、報(bào)警喇叭Q0.3。其PLC的I/O地址分配見(jiàn)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(guò)流程圖實(shí)現(xiàn)最終控制程序的編寫(xiě)（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(hào)的PLC設(shè)備之間的互操作性，簡(jiǎn)化通信設(shè)置和集成。

引入現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，如Profibus DP、Foundation Fieldbus、Ethernet/IP等，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)PLC設(shè)備之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和通信。現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程對(duì)實(shí)時(shí)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(cuò)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(gè)通信路徑出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)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(lái)保護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)的安全性，限制未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)和數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)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(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通信狀態(tài)。定期進(jìn)行故障排查和維護(hù)工作，及時(shí)解決通信故障，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性[4]。

(3)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及故障診斷

在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)傳感器采集化工生產(chǎn)中的各項(xiàng)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(duì)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(guò)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)的變化和偏離，以檢測(cè)異常和故障事件。一旦異?；蚬收媳粰z測(cè)到，PLC系統(tǒng)可以觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警和通知，使操作人員能夠及時(shí)采取措施來(lái)解決問(wèn)題。此外，PLC系統(tǒng)還可以記錄和存儲(chǔ)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(kù)、專家經(jīng)驗(yàn)和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)來(lái)進(jìn)行故障診斷。通過(guò)分析故障發(fā)生時(shí)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，PLC系統(tǒng)可以比對(duì)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(guò)程監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)圖

4.結(jié)論

自動(dòng)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(guò)PLC、通信和傳感器的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度、壓力、流量等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精確控制。在科技的應(yīng)用下，化工企業(yè)通過(guò)自動(dòng)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(shí)現(xiàn)行業(yè)經(jīng)濟(jì)與企業(yè)效益的同步發(fā)展。