自動化控制技術在化工領域的應用

（長春市職業危害檢測檢驗中心，吉林 長春 130000）

自動化控制技術在化工領域的應用

王 麗 劉 碩

（長春市職業危害檢測檢驗中心，吉林 長春 130000）

在現代科技迅速發展的背景下，自動化控制方面的科學技術也獲得了長足的進步，自動化控制技術在許多領域都得到了廣泛的應用。作為一門綜合性科學技術，自動化控制同其他專業技術存在緊密聯系，并與這些專業技術相互促進，共同發展。本文對自動化控制的若干相關概念進行了闡述，在此基礎上，對自動化控制技術應用于化學工業的現狀進行了分析，并對自動控制技術在該領域的發展前景做了展望。

自動控制技術；化工工業； 溫度控制

近些年以來，在科技進步的帶動下，自動化儀表及裝置領域的技術也獲得較大進步，自動化儀表及裝置開始向數字化、智能化、模塊化、高精度化及輕型化方向發展，與此相伴的是可編程控制器（PLC）、分散型控制系統（DCS）、總線式工控機以及新型現場總線式智能儀表等技術設備的出現，而智能化則代表了自控裝置的未來發展方向。智能化應用現場總線技術，實現了自控裝置之間信號輸送方式的標志性轉變，即從模擬量向編碼的數字量轉化。

1 相關理論

作為一種小型計算機，可編程邏輯控制器以高速運行的速度實現了對過程系統當中的單一設備或多個設備工藝流程的控制。傳統使用的硬接線繼電器在進行工藝流程的變更或進行產品改選后需要進行手動重新布線，應用PLC，只對工藝流程進行重新編程就完成了全部操作，傳統繼電器存在的能耗高與低效率的不足則被克服。DCS作為一種微處理器網絡系統，可實現對過程系統所有環節分別進行單一和精細的控制。過程系統結構復雜造價高昂，應用的是專用硬件與專用軟件，使用專用控制語言。DCS 具有處理最大和最復雜過程系統的功能，DCS的缺點是一旦安裝后，難以適應隨時間而變化的工藝。所以，DCS的應用領域為具有連續性生產的行業，如電力行業、石油和天然氣生產行業、水處理與污水處理行業、紙漿生產行業以及造紙行業等。

人工智能理論與控制理論的有機融合形成了智能控制理論，該理論是對人類的思維方式與行為方式的模擬，以此為基礎對生產過程實行智能控制，應用智能控制理論只需被控對象提供相關定性知識，而不需要被控對象提供精確的定量模型。到現在為止，智能控制理論方面研究成果較豐富的領域是模糊控制理論、神經網絡控制理論與專家控制方法等領域。

2 自動控制技術在化工領域的應用分析

現代科技快速發展的背景下，化工生產領域引進了自動化控制系統，操作者通過操縱自動化裝置就可實現對生產的控制與管理，自動化裝置已經同生產工藝和生產設備有機融合為一體。而 PLC 控制系統是其中相對成熟的控制技術，在許多工業生產領域得到廣泛應用。PLC的主要優勢是：結構與編程簡單、具有較高的性價比、具有高可靠性，能夠適應各種惡劣生產環境。

目前，在國內許多化工企業，仍采用手工方式來控制化學反應爐的溫度，手工操作使操作工人精神高度緊張、而且作業環境較差、反應爐的溫度具有波動性大的特點，控制室的溫度也較高。應用PLC 控制系統，則能夠自動實現對整個工藝流程的控制，并能將溫度的精度控制在±0.5 ℃范圍之內。

化學反應爐內通常發生聚合反應，反應溫度控制是由爐內攪拌器與爐外夾層間流動的冷卻水共同完成的。按照聚合反應原理，把反應物按規定比例加至反應爐內，再向爐外夾層間通入蒸氣使爐內升溫，在達到規定溫度后停止加熱，此時，系統的報警裝置出現加催化劑的提示，在催化劑的作用下，爐中反應物發生聚合反應，并放出大量的熱，在這一反應階段，關鍵是控制好溫度，使溫度保持恒定。恒溫階段，事先設定的時刻提醒裝置提醒在某一時刻加入某種原料。聚合反應在發生化學反應的同時，還伴隨強烈的放熱放熱效應。依據生產工藝流程，聚合反應過程有多個升溫階段、多個恒溫階段和多個冷卻階段。

我們將溫度控制系統的傳統算法進行了改進，應用了 PID 控制算法。在積分部分應用的處理方法為“變速積分”與 “抗積分飽和”等。試驗表明，控制系統符合預定效果，溫度誤差不超過±0.5℃，并具有良好的動態性能。在擠出多吹塑成型機上目前開始應用PLC 控制系統。這種生產設備是用于制造容器與生產中空制品的一種吹塑成型設備，它的特點是同類型設備中產出量最大的一種 其生產的各類容器，容器其容積范圍從1mL至10000L，既有裝牛奶、飲料、洗滌用品和化妝品等不同型號的瓶，也有裝飲料、礦泉水和各種化學試劑的桶。目前，擠出吹塑成型機正向自動化、智能化、高速化和高精度化演變。

擠出吹塑成型機在應用德維森科技（深圳） 公司研發的V80系列 PLC 控制器后，其高精度熱電偶模塊與模擬量輸入輸出擴展模塊能夠對型坯溫度、擠出壓力與型坯壁厚進行高精度控制，生產出來的制成品全部符合質量標準，并具有良好的精度重復性。CPU模塊應用的是高速硬件解析技術，模擬量擴展模塊則裝有CPU芯片與專用共享數據區，這兩種模塊能夠使熔料塑化、擠出和開合模速度得到迅速提升，使成型生產周期得到縮減，確保制品成型符合質量標準。

以介紹溫度為例，在擠出吹塑過程中，需要加熱和散熱工作在平衡狀態，以使擠出熔料溫度達到某一動態平衡。因此，擠出過程的溫度需要實時測量和控制。擠出機的溫度經熱電偶采集到熱電偶模塊中，模塊內本身內置CPU芯片，具有5路熱電偶輸入和5路晶體管 PWM 輸出，可以在模塊內完成 PID 控制算法，控制精度為±1℃。

這種采用德維森科技（深圳）有限公司開發生產的V80 系列PLC控制器在擠出吹塑成型系統中的應用，有效地提高了型坯溫度、擠出壓力、冷卻時間和型坯壁厚的控制精度，進而提高了生產效率和產品質量。

3 自動控制技術在化工領域的前景分析

在科技快速發展的今天，化工生產中應用的控制技術，其裝備的軟件和硬件都獲得了很大進步，進而使化工生產中的控制技術也得到提高。電子信息技術與計算機技術的普及，也促進了自動化儀表和裝置技術的發展，其更新換代頻率也在提升，而儀表智能化與現場總線技術則代表了自動化控制設備的發展方向。而采用非參數模型的預測與控制方法和不需要模型支持的自整定控制方法等技術的推廣，也為自動控制理論的開拓了新的發展途徑。

[1] 劉仁志.未來的電鍍模式和若干可能的技術改進方案[J].電鍍與精飾，2010（10）.

[2] 王明忠.自動控制技術在燒堿蒸發工藝中的應用[J].氯堿工業，2009（05）.

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