氯堿化工中自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展與優(yōu)化

張志遠

（烏海市烏達區(qū)應急管理局，內(nèi)蒙 烏海市016040）

隨著經(jīng)濟發(fā)展， 市場對氯堿化工產(chǎn)品的需求越來越大，對產(chǎn)品品質(zhì)的要求也越來越高，再加上氯堿化工企業(yè)自身的高危性質(zhì)， 生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全性必須得到充分保證， 這就使氯堿化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中對自動化控制系統(tǒng)有了更高的要求。 自動化控制的應用確保企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的高效進行， 同時也確保了工作者人身與企業(yè)財務的安全。

1 氯堿化工自動化控制技術應用

1.1 自動化控制系統(tǒng)的特征

（1）安全性高。自動化儀表在生產(chǎn)過程中應用主要是為了監(jiān)測生產(chǎn)過程相關環(huán)節(jié)的各個參數(shù)， 通過對數(shù)據(jù)的采集、分析、處理以保證各方面的工作安全進行。 氯堿化工生產(chǎn)多采用流水線的生產(chǎn)模式且具有一定的危險性，一旦一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，很可能對整個生產(chǎn)流程造成影響，甚至引發(fā)安全事故。自動化控制技術能夠保證氯堿化工生產(chǎn)過程的安全性，確保整個生產(chǎn)環(huán)境都處于穩(wěn)定、可持續(xù)運行的狀態(tài)。

（2）提高控制水平。傳統(tǒng)的氯堿化工生產(chǎn)主要采用批量控制手段，在一定程度上能夠提高生產(chǎn)效率，但其所具有的適用性、經(jīng)濟性有待考量。 以DCS 控制系統(tǒng)為例， 在應用過程中該系統(tǒng)具有操作簡單的優(yōu)勢，但其具有維護成本高、投入大等問題。 為解決這一問題，企業(yè)逐漸引入PID 技術，將傳統(tǒng)的批量控制轉變?yōu)榇壙刂啤ID 動態(tài)變量、軟測量技術的應用范圍更加廣泛， 且能夠實現(xiàn)單獨軟件包的控制效果，可以進行獨立的編程操作，這種工作方法更具有針對性。

（3）具有交互界面。 交互界面是人機操作不可缺少的一部分，也是自動化控制技術的核心所在，它是在氯堿化工控制技術集成性新需求下產(chǎn)生的。 工作人員通過操作界面參數(shù)設置，實施對設備的自動化管理。 自動化控制交互界面顯示儀表監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)，能夠幫助操作人員更快、更準確地獲取數(shù)據(jù)信息，能夠提高生產(chǎn)過程中的效率與質(zhì)量， 實現(xiàn)集成化的生產(chǎn)。 另外，交互界面上的信息比較豐富，操作人員通過顯示屏上的信息，可以對工作進行調(diào)整與決策。人機交互界面的操控方法是在生產(chǎn)操作與控制措施的基礎上實現(xiàn)的， 它能夠比較直觀地體現(xiàn)設備運行狀態(tài)等參數(shù)信息，而且在操作過程中也更加人性化。

（4）技術類型多元化。氯堿化工企業(yè)生產(chǎn)過程中主要以DCS 控制為主，隨著時代的不斷發(fā)展，各種新型控制技術得到推廣與應用。 為了滿足生產(chǎn)過程中集成化要求，人機交互界面更有人性化特點，安全儀表控制技術應用貫穿生產(chǎn)操作各個過程， 多項技術的融合為安全生產(chǎn)提供更多可能性[1]。

1.2 氯堿化工自動化控制技術類型

（1）常規(guī)控制。 在氯堿化工裝置中，自動化控制措施主要為順序控制和批量控制。目前，國內(nèi)石化企業(yè)一般采用DCS 系統(tǒng)來對氯堿化工裝置的生產(chǎn)實施自動化控制。 DCS 的應用簡化了控制過程，大大減少了人工操作，但是DCS 具有維護成本高、投入大等問題。

（2）先進控制。 PID 技術是在DCS 技術的基礎上進一步衍生出來的， 它不僅能夠作為一個系統(tǒng)獨立存在，還可以作為軟件包，和模型辨識技術與多變量動態(tài)過程所涉及到的軟測量技術加以聯(lián)系。 在氯堿化工生產(chǎn)過程中，PID 技術的獨立特征實現(xiàn)了多變量動態(tài)測量作業(yè)， 也可以實現(xiàn)模糊辨別儀表間的聯(lián)系，通過串級控制的措施，達到完善先進技術運用的目的[2]。 隨著現(xiàn)代化控制理論不斷提升，自動化控制技術水平都比以前有了明顯的提升， 多數(shù)石化企業(yè)已達到除PID 控制器以外的多變量控制手段的水平。

（3）安全儀表控制。氯堿化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中危險系數(shù)比較高， 想要保障企業(yè)更加平穩(wěn)安全的運行，在氯堿化工自動化控制技術的應用中，安全系數(shù)一定是不可忽略的重要方面。 安全儀表系統(tǒng)作為保障裝置安全生產(chǎn)的一道重要防線， 在一定程度上可避免安全生產(chǎn)事故的發(fā)生，保障企業(yè)的盈利水平。

2 自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

氯堿化工行業(yè)面臨市場全球化、競爭日益激烈，要取得競爭上的優(yōu)勢，必須提高工廠的生產(chǎn)效率。在提升工廠效率的諸多方法中， 實現(xiàn)儀表控制系統(tǒng)自動化，是投資成本小且收益最優(yōu)的方式之一。相對于傳統(tǒng)儀控系統(tǒng)， 自動化控制系統(tǒng)具備更為先進的功能，以分散式控制系統(tǒng)（DCS）為例。

2.1 靈活性

（1）可方便的執(zhí)行控制策略變更，只需改變軟件組態(tài)設計即可， 而不需購買額外的硬件設備及變更硬件接線。

（2）控制器參數(shù)、警報設定值、報表格式等均可依需要隨時修改調(diào)整。

（3）對于操作條件時常變更的工藝過程（如進料質(zhì)量改變、批次操作等），可使用事先設計好的程序輕易的達到控制器參數(shù)變更或配方切換的目的，如此可以大幅提高工藝過程穩(wěn)定性、減少操作成本。

2.2 控制功能

（1）提供各種功能的控制方塊供使用者組合使用，這些控制方塊從連續(xù)控制、批次控制、邏輯運算至數(shù)學運算應有盡有。

（2）允許使用者利用DCS 控制器的控制語言完成其所需要的各種控制策略。

（3）具備各種自動功能如初始化、追蹤、超馳控制反饋處理等可使控制策略的運算更加穩(wěn)定， 并減少操作員的操作步驟。

（4）各控制器間的資料可互相傳遞，因此DCS控制器可輕易完成復雜的控制策略。

（5）數(shù)位式資料處理精確度高。

2.3 人機界面

（1）人機界面是將設備的工作形態(tài)與控制措施作為顯示器的主要部分，再輔以儀表與信號燈，通過鼠標鍵盤來加以操作。 DCS 可將許多監(jiān)控點及信息合并在同一張操作畫面上， 因此能同時提供給操作員更多有關的數(shù)據(jù)及信息以供操作之用。 DCS 通過提供彩色、動態(tài)畫面，并配合視窗功能、觸摸式熒幕、鼠標等，可使操作員方便執(zhí)行控制動作，并充分掌握現(xiàn)場狀況。

（2）操作員可以看見整體的工藝過程運作情形并獲得所有相關的信息及資料。

（3）操作員可以在CRT 操作臺上操作更多的回路。

除上述之外，DCS 同時具有多種畫面， 如一般操作畫面、趨勢畫面、警報畫面、維修畫面及訊息畫面等，以提供各種有關信息。并且可以提供良好及完整的記錄及報表功能， 并可根據(jù)不同目的以不同格式打印。

2.4 安裝費用

現(xiàn)場儀器與控制室間可以采用Hart/FieldBus連接或采用遠距離I/O， 比傳統(tǒng)接線方式節(jié)省大量的材料和人工費用。

2.5 可信度及系統(tǒng)維護

由于集成電路本身的可信度高及系統(tǒng)本身所具有的自我偵錯及處理錯誤的功能，使得DCS 具有可信度較高及容易維護的特點。而根據(jù)不同的使用者，其所提供的特點如下。

（1）可經(jīng)由軟件或硬件組態(tài)的組合，限制故障發(fā)生時的聯(lián)鎖效應。

（2）可以將故障限制在局部，使工藝過程在大部分的情況下均能正常運轉。

（3）由于個別模塊的損壞可分別做在線抽換，因此并不會影響整個系統(tǒng)的操作。

（4）較傳統(tǒng)控制系統(tǒng)提供更佳的保密性及可信度（精確度）。

（5）具備冗余功能，系統(tǒng)不會因單一設備損壞而受到影響。

2.6 安全性

（1）DCS 及PLC 能較傳統(tǒng)儀器更容易以自動程序執(zhí)行聯(lián)鎖性及停車的功能，以維持工廠的安全。

（2）當操作值超過極限時，可以快速的反應或產(chǎn)生警報。

（3）可以設計較多的警報點而不需額外的硬件接線。

（4）各式警報可以不同畫面顏色、閃爍、聲音頻率及報表顯示。

（5）具有事件記錄功能，其報表可分析跳車原因。

2.7 資料儲存

DCS 可自動的將所有的重要資料（如操作資料、警報、信息等）儲存在電腦內(nèi)，不僅節(jié)省人工抄錄時間，且方便日后整理及利用，另外利用通訊方式可將其他計算機系統(tǒng)的信息傳入， 以充分達到信息整合的目的。

2.8 豐富的套裝軟件

目前各系統(tǒng)廠家已推出各式的套裝軟件供客戶選擇，如數(shù)學及物性數(shù)據(jù)庫、試算表、統(tǒng)計控制、PID自動參數(shù)調(diào)整、預測控制等套裝軟件，利用這些套裝軟件并配合用戶自行開發(fā)的應用程序將可大幅提高工廠效益。

2.9 擴充性

（1）DCS 最主要之特性就是分散性及模塊化，因此DCS 在擴充性方面幾乎是沒有限制的。

（2）它讓使用者可隨著工場的擴充而一步一步加入所需的DCS 模塊，并且不需變動原有系統(tǒng)。

（3）新舊模塊可共存，或透過其他方式結合在一起，達到互相傳遞資料及共享資源的目的。

2.10 信息整合

由于全球性市場競爭越來越激烈，CIM/MES/ERP 等的建立已成為各制造業(yè)者維持競爭優(yōu)勢的首要目標，DCS 在信息整合方面無疑的將提供最良好及有效之基礎，而未來DCS 將更朝開放式架構前進，這更有利于CIM 的實現(xiàn)。

3 自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化

3.1 優(yōu)化途徑

隨著科技的發(fā)展， 自動化控制系統(tǒng)也不斷更新?lián)Q代， 其發(fā)展趨勢更加開放、 智能控制向數(shù)字化發(fā)展、 裝置具有兼容性等特點。 但由于各石化工廠對工藝監(jiān)控要求的程度不同， 同時考慮其現(xiàn)有系統(tǒng)的狀況， 在儀控系統(tǒng)優(yōu)化的做法上也不一樣， 一般而言，可按照下列途徑進行。

（1）電子式系統(tǒng)更新。將舊的電子式系統(tǒng)全面更換為分配型計算機控制系統(tǒng)，可提供許多實質(zhì)上的改進，比如操作監(jiān)控能力增強、容易與其他工廠計算機應用系統(tǒng)做信息整合等。

（2）批次操作系統(tǒng)優(yōu)化。 化工廠內(nèi)聚合反應、紙漿廠、水泥廠、制藥廠等工藝過程，往往包含許多順序控制及連續(xù)控制，兩者間的關系相當密切，如何使兩系統(tǒng)間協(xié)調(diào)恰當，相當重要。以往的做法是分別采用繼電器及PID 控制器來控制，操作員要密切監(jiān)視，以避免不合格的產(chǎn)品。 最近推出的“混生型控制器”同時具有連續(xù)及順序控制的功能，使用在這類批次控制上， 可以減少操作人員的負擔、 精確控制質(zhì)量，減少設備閑置時間等。

（3）規(guī)模較小的工廠控制系統(tǒng)。對于一些規(guī)模較小的工廠，或是單純做資料搜集 的系統(tǒng)而言，全面采用所謂的分配型計算機控制系統(tǒng)可能并不值得。此時可考慮以個人計算機為基礎的控制系統(tǒng)。 這類系統(tǒng)隨著個人用電腦的發(fā)展，逐漸為人接受，只要選擇適當?shù)南到y(tǒng)組態(tài)、輸入及輸出元件、個人計算機、系統(tǒng)軟件及應用軟件，可以組合成相當靈活、可靠的系統(tǒng)， 價錢并不昂貴， 但計算機控制所具的優(yōu)點都有。

3.2 自控系統(tǒng)更新注意事項

氯堿化工廠儀表自動化控制系統(tǒng)的更新牽涉層面相當廣，如果事先未做好規(guī)劃，或執(zhí)行期間未能密切協(xié)調(diào)， 那么儀控系統(tǒng)的更新必不能達到預期效果。 自動化控制系統(tǒng)的更新應注意以下方面。

3.2.1 更新前分析工作

（1）對安全性進行分析。采用新系統(tǒng)后是否會危及工廠的安全，應如何確保安全生產(chǎn)。

（2）新系統(tǒng)控制策略的分析。應對新系統(tǒng)控制策略對工廠的影響做仔細的探討， 必要時應做動態(tài)模擬，以確定其可行性。

（3）現(xiàn)場儀器的匹配。 在更新系統(tǒng)時，應注意現(xiàn)場儀器的匹配性。現(xiàn)有儀器是否必須更新、新儀器的精確性及與系統(tǒng)配合性要求等問題均需全面考慮。

（4）原有設計資料搜集、整理。 許多工廠的設計資料在過了多年后，往往殘缺不全，有的甚至與現(xiàn)場情況不一致。在做自控系統(tǒng)更新前，一定盡可能將所有資料搜集齊全，并做現(xiàn)場比對的工作。

3.2.2 不影響現(xiàn)有工藝過程

系統(tǒng)更新的基本要求應盡量不影響原有工藝過程，一般采用“回路接著回路”轉換方式即能達成這項要求。 此法比“停車后轉換再開車”方式有著如下優(yōu)點。

（1）某一時間內(nèi)只會遇到一件問題，可以迅速找出，予以修正。

（2）控制回路每次只轉換一、兩個，操作人員易于接受。

（3）此種方式轉換可以讓工廠在穩(wěn)定狀態(tài)下操作。

3.2.3 操作人員的接受性

對于一個習慣操作盤面儀控系統(tǒng)的操作員而言， 一旦要面對以CRT 為主的新的自動化控制系統(tǒng)，心中必然充滿疑慮，如不設法消除此種心理，即使整個系統(tǒng)更新勉強完成， 操作員對新系統(tǒng)的排斥感會使整個更新計劃完全失敗。 消除其排斥感最好的方式就是讓操作人員實際參與整個更新計劃，并且要進行相應的訓練， 讓操作人員有充分時間熟悉了解。

3.2.4 成立項目小組

更新計劃開始后，應立即成立項目小組，其成員應包括操作人員和維修人員， 系統(tǒng)更新工作小組應有各專業(yè)成員（比如系統(tǒng)、工藝、儀表、電氣工程師及技術人員）及系統(tǒng)廠家代表。項目小組必須定期舉行會議，保持密切配合，嚴格追蹤進度。

4 結語

氯堿化工企業(yè)中，為了達到提升生產(chǎn)效率、確保生產(chǎn)安全的目的， 企業(yè)應進一步完善和加強自動化控制系統(tǒng)的應用， 自動化控制技術的不斷優(yōu)化與完善是推動氯堿化工行業(yè)持續(xù)發(fā)展的必然要求。 企業(yè)通過不斷優(yōu)化自動化技術提高控制的安全性， 合理的調(diào)度和管理使企業(yè)的經(jīng)濟效益節(jié)節(jié)攀升。