化工自動化的發(fā)展趨勢及先進控制的應(yīng)用

周文

摘要：科學技術(shù)發(fā)展水平直接關(guān)系到一個國家的未來發(fā)展情況。化工產(chǎn)業(yè)和其它產(chǎn)業(yè)不一樣，其具有鮮明的特色，是一種能源密集程度和資金密集程度比較高的產(chǎn)業(yè)，在化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中需要消耗大量的能源作為代價。一直以來，我國化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展處于比較落后的狀況，盡管得益于我國化工生產(chǎn)過程中依靠自動化設(shè)備，因此現(xiàn)在我國化工生產(chǎn)已經(jīng)基本實現(xiàn)了自動化，但是我國化工生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)能力與發(fā)達國家差距較大，這就使得我國化學工業(yè)發(fā)展過程中的能源消耗量較大，對化工業(yè)的發(fā)展造成了嚴重的制約。若要改變此種現(xiàn)狀，從提升化學工業(yè)的相關(guān)發(fā)展技術(shù)作為突破口，走科學發(fā)展化工業(yè)的道路，才可改變當前落后的局面。

關(guān)鍵詞：化工自動化；發(fā)展趨勢；先進控制

引言

化工自動化控制技術(shù)以其先進控制技術(shù)的應(yīng)用和實踐分析為基礎(chǔ)，在自動化設(shè)備生產(chǎn)、原材料加工參與、成品出入過程協(xié)調(diào)和自動化控制技術(shù)環(huán)節(jié)得到了合理高效先進的管控效果。在自動化發(fā)展領(lǐng)域中，具備以壓力、流量、溫度等各項參數(shù)達成自動化控制目的的管控成效。在實際的自動化控制實現(xiàn)領(lǐng)域中，控制設(shè)備中采用先進自動化控制設(shè)備、PLC可編程控制器、DCS分散控制系統(tǒng)作為應(yīng)用領(lǐng)域的代表。在實際的設(shè)備使用和實現(xiàn)中，以化工自動化控制的整體實現(xiàn)，使企業(yè)安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益獲得同步提升，并在科學技術(shù)進步和自動化控制的系統(tǒng)版本升級中，以其設(shè)備和人才貯備優(yōu)勢在自動化控制系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮了控制作用。

1化工自動化的發(fā)展趨勢

1.1系統(tǒng)化

化工自動化的系統(tǒng)化發(fā)展趨勢只要是指化工自動化的相關(guān)設(shè)備、操作流程、管理等方面應(yīng)逐漸標準化，形成體系，促進其發(fā)展的有序化、體系化，這樣不僅可以避免化工自動化發(fā)展中的一些問題，也可以推動相同行業(yè)各部門間的溝通協(xié)作，促進化工自動化相應(yīng)技術(shù)、系統(tǒng)的普及，提升化工自動化相應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用率。由于我國自動化技術(shù)的起步時間較晚，與發(fā)達國家之間存在一定的差距，但是近年來伴隨著經(jīng)濟、科技的迅速發(fā)展，化工自動化也有了較快的發(fā)展，比較明顯的表現(xiàn)是，我國化工自動化對國外設(shè)備、技術(shù)的依賴程度越來越低，逐漸轉(zhuǎn)入自主研發(fā)，這種自主性與獨立性有利于結(jié)合中國現(xiàn)實情況推動我國化工自動化自成系統(tǒng)，呈現(xiàn)出明顯的系統(tǒng)化發(fā)展趨勢。

1.2多樣化

多樣化也是化工自動化的一個重要的發(fā)展趨勢。化工內(nèi)容豐富化學工業(yè)包括石油化工、農(nóng)業(yè)化工、化學醫(yī)藥、高分子、涂料、油脂等。它們出現(xiàn)于不同歷史時期，各有不同涵義，卻又關(guān)系密切，相互滲透，具有連續(xù)性，并在其發(fā)展過程中被賦予新的內(nèi)容。這些種類有其相同的原理，但是從細節(jié)處看來又千差萬別，為了適應(yīng)化工中不同種類的差別，近年來化工自動化多樣化的發(fā)展趨勢越來越明顯，這種趨勢不僅可以推動化工自動化發(fā)展的廣度與深度，同時也推動了自動化技術(shù)于化工的各個方面的契合程度，兩者共同發(fā)展，相互促進。

1.3智能化

所謂智能化是指是指由現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、行業(yè)技術(shù)、智能控制技術(shù)匯集而成的針對某一個方面的應(yīng)用。化工自動化推進的一個重要前提是相關(guān)科學技術(shù)的迅速發(fā)展。隨著經(jīng)濟、貿(mào)易的飛速發(fā)展為化工自動化相關(guān)技術(shù)的推進提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，現(xiàn)代化的通訊手段也促進了不同國家之間相關(guān)信息的交流與探討，在這樣有利的環(huán)境形勢下，化工自動化的相關(guān)技術(shù)得到迅速推進，由此推動了化工自動化呈現(xiàn)出智能化的發(fā)展趨勢。檢測儀表的智能化就是化工技術(shù)智能化發(fā)展的一個重要體現(xiàn)方面，由此可見，智能化是化工自動化的一個重要的發(fā)函趨勢。

2化工自動化中先進控制的應(yīng)用

2.1先進控制策略

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，一個良好的控制系統(tǒng)不但要保護系統(tǒng)的穩(wěn)定性和整個生產(chǎn)的安全，滿足一定約束條件，而且應(yīng)該帶來一定的經(jīng)濟效益和社會效益。然而設(shè)計這樣的控制系統(tǒng)會遇到許多困難，特別是復雜工業(yè)過程往往具有不確定性（環(huán)境結(jié)構(gòu)和參數(shù)的未知性、時變性、隨機性、突變性）、非線性、變量間的關(guān)聯(lián)性以及信息的不完全性和大純滯后性等，因此，對于過程控制系統(tǒng)的設(shè)計，已不能采取單一基于定量的數(shù)學模型的傳統(tǒng)控制理論和控制技術(shù)，必須進一步開發(fā)高級的過程控制系統(tǒng)，研究先進的過程控制規(guī)律，以及將現(xiàn)有的控制理論和方法向過程控制領(lǐng)域移植和改造等方面越來越受到控制界的關(guān)注。

對于含有大量不確定性和難于建模的復雜系統(tǒng)，基于知識的專家系統(tǒng)、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、學習控制和基于信息論的智能控制等應(yīng)運而生，它們在許多領(lǐng)域都得到應(yīng)用。由于變量間的關(guān)聯(lián)使系統(tǒng)不能正常平穩(wěn)運行，因此出現(xiàn)各類解耦控制系統(tǒng)。人們一直在努力想方設(shè)法尋求解決辦法，針對信息不完全性出現(xiàn)了推斷控制系統(tǒng)和軟測量技術(shù)，就目前較多且取得經(jīng)濟效益的預測控制、軟測量技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用做一些介紹，以推動先進控制技術(shù)的應(yīng)用。科學合理的控制技術(shù)和控制方法是實行先進控制技術(shù)的必要條件，并且應(yīng)該注意選擇合適的控制機構(gòu)，只有這樣才可以對先進控制的有效性進行有力的保障。在進行先進控制的過程中需要重點關(guān)注以下幾個方面的問題：

（1）在先進控制技術(shù)實施的過程中，往往會存在一些變量，其變化程度比較明顯。為了可以更好地對這類變量進行控制，透明控制是一種必須要使用的控制方法。

（2）在進行化工先進控制的過程中時常會遇到一些協(xié)同控制的問題，這種問題不解決就不能解決約束變量過程控制的問題，此時經(jīng)常需要采用多變量預測控制的方法。

（3）在先進控制的過程中，串級和前控制等方式是經(jīng)常利用的控制方法。另外，基于模型的多變量預測控制、自適應(yīng)控制方法是進行推斷控制過程中比較頻繁使用的控制策略。

2.2對過程變量數(shù)據(jù)的采集、處理以及軟測量技術(shù)

采集過程變量的數(shù)據(jù)其實就是與整個生產(chǎn)過程存在著非常緊密聯(lián)系的產(chǎn)量的數(shù)值的綜合，它通過各種實際測量數(shù)據(jù)進而使先進控制更加精確。從另一方面來講，這些數(shù)據(jù)都是通過先前實地測量所得到的，因此這些數(shù)據(jù)的真實性以及準確非常高。但這并不是絕對的，在實際生產(chǎn)過程中，也會存在一些變量降低了數(shù)據(jù)的真實性及準確性，因此，在先進控制的過程中，可通過使用一些軟測量技術(shù)對那些很難準確測量的變量進行測量。比如鍋爐三沖量控制系統(tǒng)，這一控制系統(tǒng)的主信號是由三個信號中的汽包液位組成的，每當鍋爐里面含有的水位變化時，那么與其相對應(yīng)的調(diào)節(jié)器輸出同樣也會出現(xiàn)一系列相應(yīng)的變化，與此同時，在這些基礎(chǔ)之上的給水流量也會發(fā)生一定改變，在這樣變化不斷過程中使鍋爐里面的水位逐步達到給定值。在全部運行過程中，蒸汽流量在其中主要充當著一種前饋作用，主要是為了有效的防止“假液位”干擾調(diào)節(jié)器的正常工作，在水流量中發(fā)揮著非常重要的反饋作用。每當蒸汽流量發(fā)出任何一點干擾信號時，給水流量就會在鍋爐水位還沒有改變之前，及時采用有效的辦法去消除這種干擾，使調(diào)節(jié)器能夠正常運行，進而使水流量逐步穩(wěn)定。

結(jié)語

化工是理工的一個重要組成部分，其與人民群眾的日常生活密切相關(guān)。自動化技術(shù)與化工的結(jié)合可以提升化工行業(yè)的發(fā)展水平與效率，為人民生活提供了極大便利，實現(xiàn)全面建成小康社會的發(fā)展目標，提升國家的工業(yè)化發(fā)展水平，增強綜合國力，為實現(xiàn)中華民族的偉大復興奠定良好的技術(shù)以及工業(yè)基礎(chǔ)。

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（作者單位：新疆中泰集團工程有限公司）