試論化工儀表自動(dòng)化在生產(chǎn)中的應(yīng)用

王雪松

摘要：近年來(lái)，伴隨著化工業(yè)的不斷發(fā)展，其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要作用。伴隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，化工生產(chǎn)的自動(dòng)化進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化儀表的推廣和普及，在化工生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用。本文就化工儀表自動(dòng)化技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：化工儀表;自動(dòng)化技術(shù);應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TQ056 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）04-0008-02

自改革開(kāi)放后，我國(guó)化工領(lǐng)域飛速發(fā)展，并且逐漸成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，在國(guó)民生產(chǎn)總值中占據(jù)重要地位。化工生產(chǎn)由于其特殊的性質(zhì)決定了其對(duì)設(shè)備可靠性提高了較高的要求，而化工儀表自動(dòng)化能夠保證化工生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

1 化工儀表自動(dòng)化概述

1.1 化工儀表自動(dòng)化的含義

化工儀表自動(dòng)化控制其主要指的是化工企業(yè)在其生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)，將生產(chǎn)過(guò)程作為控制的對(duì)象，借助各種自動(dòng)化控制技術(shù)，運(yùn)用科學(xué)的控制策略和控制算法等等，達(dá)到控制理論與工作技術(shù)時(shí)間二者的協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)中的流量、壓力、溫度以及液位等模擬量的自動(dòng)化控制。

1.2 化工儀表自動(dòng)化的意義及目的

化工自動(dòng)化的控制系統(tǒng)對(duì)化工過(guò)程實(shí)時(shí)控制可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低用人成本，同時(shí)減小由人員的不安全行為造成事故的幾率;可以自動(dòng)控制進(jìn)出物料，工藝的溫度壓力條件，提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量;通過(guò)安全儀表系統(tǒng)能夠保證生產(chǎn)安全，防止事故發(fā)生或擴(kuò)大，達(dá)到延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備利用率、保障人身安全的目的。[1]控制系統(tǒng)的服務(wù)器可以保存歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警聯(lián)鎖信息，有助于分析化工生產(chǎn)中物料的反應(yīng)情況，設(shè)備是否運(yùn)行正常，當(dāng)發(fā)生事故的時(shí)候，可以通過(guò)歷史趨勢(shì)和事件分析出事故的發(fā)生原因;現(xiàn)在大部分控制系統(tǒng)有自診斷功能，可以檢測(cè)出現(xiàn)場(chǎng)安裝的變送器是否開(kāi)路或者過(guò)載，系統(tǒng)模塊或者CPU是否報(bào)錯(cuò)，帶冗余功能的控制系統(tǒng)，可以在線的更換故障設(shè)備。

2 化工儀表自動(dòng)化的組成

2.1 控制系統(tǒng)

常用的化工儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)：（1）有可編程控制器（PLC），其優(yōu)點(diǎn)是使用靈活，通用性強(qiáng)?？煽啃愿撸垢蓴_能力強(qiáng)，接口簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。體積小，功耗小，性價(jià)比高主要用于成套設(shè)備或者小型化工生產(chǎn)的順序控制。（2）集散控制系統(tǒng)（DCS）其優(yōu)點(diǎn)是靈活性強(qiáng)，可以支持帶熱拔插，能夠支持在線下載新增加的控制邏輯程序和添加IO模板。集散控制系統(tǒng)還能夠在局域星型環(huán)網(wǎng)對(duì)多個(gè)控制站數(shù)據(jù)的共享，因此被廣泛應(yīng)用在規(guī)模較大的連續(xù)性控制過(guò)程和監(jiān)管工廠。（3）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS），該系統(tǒng)通過(guò)具有互操作性、開(kāi)放性的現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)生產(chǎn)中所有儀表、控制器等連接起來(lái)，便形成了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。（4）安全儀表系統(tǒng)和緊急停車系統(tǒng)。當(dāng)生產(chǎn)裝置發(fā)生異常時(shí)，安全儀表系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出聯(lián)鎖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，降低危險(xiǎn)帶來(lái)的損失。

2.2 被控過(guò)程

在化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，被控過(guò)程主要指的是工藝變量需要控制的設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程，化工中所有儀器和設(shè)備，甚至儲(chǔ)罐、容器、管道等均可以被控過(guò)程。[2]

2.3 執(zhí)行器

在化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，閥門(mén)執(zhí)行器作為主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其主要是根據(jù)工藝和流程控制的不同由控制器以輸出信號(hào)的形式控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，待執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生動(dòng)作后將信號(hào)反饋給控制器，經(jīng)過(guò)判斷后完成指定動(dòng)作，完成控制過(guò)程。

2.4 變送器

變速器的主要功能是將由傳感器檢測(cè)到的工藝參數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA或者0～10V的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。

3 化工生產(chǎn)過(guò)程中常用的控制回路系統(tǒng)

3.1 單回路控制系統(tǒng)

只有一個(gè)被控過(guò)程、一個(gè)檢測(cè)變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器和一個(gè)執(zhí)行器所組成的單閉環(huán)系統(tǒng)稱為單回路控制系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于分析設(shè)計(jì)，滿足一般生產(chǎn)過(guò)程的控制要求。

3.2 串聯(lián)控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要包含1個(gè)調(diào)節(jié)閥、2個(gè)調(diào)節(jié)器以及2個(gè)檢測(cè)變送器構(gòu)成，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的工作模式為串聯(lián)，副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值來(lái)自主調(diào)節(jié)器輸出，然后對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。

3.3 比值控制系統(tǒng)

使兩個(gè)或兩個(gè)以上物料量保持一定比值關(guān)系以達(dá)到某種控制要求的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。在化工生產(chǎn)中經(jīng)常需要兩種或者兩種以上物料按一定比例混合進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，比值控制的目的是保持幾種物料混合后符合一定比例關(guān)系。

3.4 前饋控制系統(tǒng)

前饋控制是改善和克服反饋控制不及時(shí)的另一種控制方法。它是利用補(bǔ)償原理，采用開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)，按擾動(dòng)作用的大小進(jìn)行控制。前饋控制相對(duì)于反饋控制來(lái)說(shuō)，控制作用及時(shí)，對(duì)擾動(dòng)的影響理論上可以完全補(bǔ)償，使用恰當(dāng)可大大提高控制質(zhì)量。

3.5 均勻控制系統(tǒng)

均勻控制主要指的是某控制系統(tǒng)可以運(yùn)用儲(chǔ)罐的緩沖把原本波動(dòng)大的流量變成波動(dòng)小的流量。

3.6 超馳控制系統(tǒng)

當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程趨向限制條件時(shí)，選擇器自動(dòng)選擇一個(gè)取代調(diào)節(jié)器取代正常工作狀況下的調(diào)節(jié)器，通過(guò)取代調(diào)節(jié)器的控制作用，使生產(chǎn)過(guò)程脫離危險(xiǎn)狀態(tài)，生產(chǎn)操作重新回到安全范圍后，取代調(diào)節(jié)器自動(dòng)退出，轉(zhuǎn)為備用狀態(tài)，正常調(diào)節(jié)器恢復(fù)工作。

3.7 分程控制系統(tǒng)

一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出同時(shí)送往兩個(gè)或更多個(gè)調(diào)節(jié)閥，每個(gè)調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)其輸出信號(hào)的某段范圍內(nèi)做全行程動(dòng)作，以滿足工藝生產(chǎn)的特殊要求，這樣的控制系統(tǒng)稱為分程控制系統(tǒng)。

4 化工儀表自動(dòng)化在生產(chǎn)應(yīng)用中存在的問(wèn)題

結(jié)合本人近年對(duì)國(guó)內(nèi)化工企業(yè)的服務(wù)與了解，主要存在以下問(wèn)題：

4.1 對(duì)于中小型化工企業(yè)安全性有待提高

對(duì)于大型化工廠來(lái)說(shuō)，資金充足，故障儀表、系統(tǒng)卡件等設(shè)備更換及時(shí);管理方面各種規(guī)章制度健全，各種自動(dòng)化系統(tǒng)培訓(xùn)到位。但是對(duì)于中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)，控制系統(tǒng)老化，儀表設(shè)備通常帶病工作，另外技術(shù)人員水平參差不齊，流動(dòng)性大。筆者曾經(jīng)為某化肥廠檢修服務(wù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)一PLC的DO點(diǎn)損壞狀態(tài)，該廠原先的技術(shù)人員將該信號(hào)直接改線為常得電狀態(tài)，而新來(lái)技術(shù)人員不知道該情況，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生聯(lián)鎖時(shí)觸點(diǎn)無(wú)法失電，閥位不能鎖位。

4.2 化工儀表自動(dòng)化對(duì)技術(shù)人員素質(zhì)需要提高

我國(guó)部分儀表自動(dòng)化技術(shù)人員沒(méi)有深入透徹的理解化工過(guò)程自動(dòng)化的原理，沒(méi)有相關(guān)行業(yè)的專業(yè)知識(shí)，缺少既懂自動(dòng)化控制技術(shù)又懂化工專業(yè)知識(shí)的綜合型人才。如果不懂得化工原理的自動(dòng)化技術(shù)人員去處理系統(tǒng)問(wèn)題，或者強(qiáng)制，摘除聯(lián)鎖，可能會(huì)發(fā)生工藝上的參數(shù)波動(dòng)，甚至?xí)l(fā)生聯(lián)鎖停車。化工儀表自動(dòng)化技術(shù)更新速度快，儀表和控制系統(tǒng)的種類繁多，所以自動(dòng)化人員需要不斷地提升自身的技術(shù)水平，保證化工企業(yè)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

5 化工儀表自動(dòng)化在生產(chǎn)應(yīng)用問(wèn)題的解決措施

5.1 提高自動(dòng)化技術(shù)人員技能水平和綜合素質(zhì)

具體可以從兩個(gè)方面著手，一是要指導(dǎo)廣大職工不斷更新工作理念，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段和激勵(lì)機(jī)制，從而推動(dòng)化工自動(dòng)化發(fā)展。二是要進(jìn)一步提升化工自動(dòng)化設(shè)備的整體化利用水平，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際大力培養(yǎng)既懂自動(dòng)化技術(shù)[3]，又懂得化工專業(yè)知識(shí)的綜合型人才。

5.2 不斷優(yōu)化儀表自動(dòng)化控制技術(shù)

化工企業(yè)要想將化工儀表自動(dòng)化的作用充分發(fā)揮出來(lái)，為自身的生產(chǎn)服務(wù)便需要采取先進(jìn)的控制策略，以提高生產(chǎn)效率，增加經(jīng)濟(jì)效益，便需要結(jié)合自身化工生產(chǎn)的現(xiàn)狀和流程不斷優(yōu)化儀表自動(dòng)化控制技術(shù)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，就當(dāng)前儀表自動(dòng)化在化工企業(yè)中應(yīng)用的現(xiàn)狀分析，還存在一些不足，還存在很大的提升空間，因此還需要技術(shù)人員不斷努力提升儀表自動(dòng)化在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用水平。

參考文獻(xiàn)

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