自動化控制在化工安全生產中的應用探析

1 徐偉 2 李厚祥

（1 山東大成生物化工有限公司，山東 淄博 255075；2 山東民基新材料科技有限公司，山東 淄博 255075）

引言

自動化控制技術始于20 世紀70 年代，初期因電子計算機技術的制約，主要運用于測量、輔助監視作用，以單儀表控制回路調節的簡單控制為主。后來隨著電子計算機小型化和微型化發展和應用，才逐步形成以電腦系統為平臺整合多儀表控制回路調節技術。如工業計算機控制系統(IPC)，可編程程序控制器(PLC)，集散控制系統(DCS)，現場總線控制系統(FCS)。上世紀90 年代，在DCS 系統基礎上，又開發了多變量控制器，如模型控制器(MAC)、動態矩陣控制器(DMC)等先進控制系統(APC)。當前，自動化控制技術得益于電子計算機的快速發展和應用，逐步向智能化發展。未來在這些自動化控制器的基礎上，集合信息、優化、判斷、維護等系統形成智能化、信息化的控制系統，將得到更廣泛的應用。

一、自動化控制在化工安全生產中的應用

（一）監控診斷故障

化工生產過程中，以實行實時的故障監測為主，能針對其中所存在的問題進行極早地發現，并開展有效診斷，這讓化工生產安全工作方面得以保障和支持。通過自動化控制技術的合理運用和實施，就會形成相應的監控和診斷模式。比如，要從具體的監控領域入手，相應的專家做出了具體規劃和研究方向，化工生產工作實際開展過程中，以自動化控制分析的形式構建為主，就會在數據和PCA 分析上擁有相應的結果，并輸送到具體的數據庫中。這讓控制設備得以合理化的激活，形成了故障的有效診斷和監控。

（二）監控分析儀表

化工生產工作實際開展的過程中，把人工監控和傳統監控儀器結合在一起對生產設備中使用的儀表進行全面監控的方式，不管是在效率還是在精準的程度上，往往是不能滿足具體化工生產實際要求的。用自動化控制體系替代傳統儀表監控設備，會讓化工安全生產更加合理和高效。比如，現場的總線系統從化工生產相應的基準入手，在實行統一規劃處理過程中，也實行了系統的合理性監控。在處于開放性的環境領域下，更好的保證操作具有互動性和實際價值。另外，系統以具體的數字模型裝置為基礎，能夠開展裝置配比工作，對化工生產的相應接線工程量進行減少?，F場總線系統，就會按照實際的生產對象，以適配的儀表監控形式為主，保證系統具有相應的安全性能和價值。

（三）安全聯鎖系統

為確保生產過程的安全、穩定運行,大限度地減少由于過程失控造成的設備損壞和人身傷害,減少重大惡性事故發生的概率,對開工、停工和生產過程中可能發生重大人身事故和設備事故的工藝裝置和機組,應設置相應獨立的緊急停車和聯鎖系統。緊急停車和聯鎖系統主要是從生產中出現的事故入手，以此實行及時停止生產和作業的工作系統。通過安全保護系統實時在線監測裝置的安全,在工藝參數超越某一極限時,或生產過程處于某一危險狀態時,該裝置將執行相應的邏輯程序,迅速發出保護聯鎖信號對工藝流程實行聯鎖保護或緊急停車,自動將有關生產過程和設備置于安全的臨時狀態（必要時置于部分或全廠停產狀態），以防釀成人員傷亡、設備損壞等重大事故。安全聯鎖系統獨立于生產過程控制,是實現石化裝置本質安全的重要手段,也是過程安全的后一道屏障。一方面，在工藝裝置出現異常情況時,要求控制系統能在許可的時間內將裝置轉入安全狀態；另一方面,又要求保證控制系統本身在一個或多個關鍵環節出現問題時，避免由于生產裝置的誤停車而影響生產的經濟效益。

（四）污水排放自動化監測

自動化控制技術合理的運用到化工安全生產工作中，在環境保護上也發揮出了十分重要的作用和價值。進行污水排放的過程中，在檢測環節上，化工生產的污水排放需要從水溫、pH 值、電導率和濁值方面監控。在此情況下，通過計量泵對污水進行相應的抽取，完成了過濾環節之后就可以把污水流經通池。在這樣的環節構建下，污水就會和通池上電導率、PH 電極相互接觸并發生電流信號。PLC對電流信號進行重點分析，并顯示出具體的內容和數據。之后，以信號的有力執行為主，數據信息沒有超出設定數值的情況下，就可以開展污水排放工作，同時進行留樣。在沒有達到標準的情況下，就會禁止排放工作的開展，也可以進行取樣。在污水當中會含有相應的雜質，這些雜質對管道會形成一定的堵塞。這讓檢測工作實際開展陷入了一定的困境。針對此，系統中加入了自動清洗的裝置體系，以PLC 進行控制，通過傳感器和管道進行自來水的處理，由此完成清洗工作。

二、自動化控制在化工安全生產中的應用途徑

（一）精細化工工藝

自動化系統在自動化控制設計理念被描述得較為詳細，利用自動化控制設計理念對于化工工藝設計進行了詳細審視與革新，將精細化工工藝設計中的各個步驟展開分析，找出存在于當中的問題。例如，設計環節中的實驗中的每種原料、各種配料的占比、具體生產流程等。利用自動化控制設計理念進行化工工藝優化時都要進行重新分析，只有這樣才能更好地看到是否存在提升的機會。自動化控制設計理念中對化工工藝在準確度、精確性以及科學性方面提供現代化算法，為生產流程設計出契合現代化特點的生產方式。自動化控制設計理念讓精細化工工藝設計看到設計中對溫度與壓力等方面的現代化需要。讓自動化控制設計理念的優勢充分發揮出來，使得精細化工工藝設計的現代感以及設計的效率有所提高。工作人員認識到精細化工工藝設計還有較大發展的空間，對精細化工工藝設計從靈感層面、設計理念層面、投入生產層面等著手，分析精細化工工藝設計現狀當中存在的問題，針對問題進行相應分析，使得自動化控制設計理念的優勢能夠被充分發揮出來。

（二）計算機綜合控制系統

計算機綜合控制系統也被稱為集成控制系統。這項技術應用于化工生產行業之前，已經有諸多技術人員將計算機技術引入化工生產流程，輔助化工生產工作，提高化工生產效率和質量，這一技術為化工生產行業做出了較大貢獻。但是運用計算機技術輔助化工生產，雖然能在一定程度上提高生產效率，減少資金投入，但是在實際化工生產過程中并不能形成較為完整的輔助體系，從而限制了化工生產行業進一步發展。計算機綜合制造系統對化工生產過程中諸多環節進行了有效的整合和改進，將計算機輔助項目形成完整的體系應用于化工生產中。從整體角度來看，將計算機綜合控制系統應用于化工生產，能夠在很大程度上提高產品的生產效率和生產質量，從而有效促進化工企業的進一步發展。計算機綜合控制系統的建立就需要運用電子信息技術以及先進性材料等，以此構成新型的自動化設備，對生產過程中的每個環節進行有效的控制和監測，從而促進化工企業的穩定生產。

（三）安全停車功能

化工生產中一旦出現突發性設備故障或生產反應失去控制狀態時很容易因為上下游關聯生產環節無法及時調整或停車而造成其他設備故障、損壞導致危險物料泄漏，發生火災、爆炸、中毒等嚴重的生產操作安全事故。為了避免發生這樣的安全生產事故，應用自動化控制系統完成緊急安全停車功能可以防止連帶性事故的發生，有效降低化工企業的故障損失。安全停車功能是由緊急停車系統(ESD)來實現，基于自動化控制系統，通常依附DCS 系統。初期的緊急停車系統(ESD)系統是靜態的，只有在生產裝置出現異常的情況下，通過DCS 檢測到的報警聯鎖信號或者人為干預觸發緊急停車命令，ESD系統才會發出聯鎖信號，再通過DCS 系統實施預先設定好的邏輯順序，依次停止各個相關運行生產工序或環節，盡可能降低因局部故障而造成的損失，避免發生嚴重的安全事故。近年來，ESD 系統經過不斷的更新，變得更加的復雜和高級。ESD 系統分為正常停車、局部緊急停車和全部緊急停車三種控制范圍。自動控制系統通過離線和在線診斷軟件包括全面的診斷程序，具備完整的自診斷系統，能對化工生產操作系統以及設備狀態和外部相關生產運行狀態進行動態的檢查分析，一旦發現故障預兆現象的出現，及時進行報警。ESD 系統根據預警的級別實施相應范圍內的安全停車。

而對于涉及“兩重點”(重點監管工藝和危險化學品)和“一重大”(重大危險源)的高度危險化工生產裝置，由于其危險危害性很大，為了確保安全的可靠性，建立獨立的安全停車系統，稱安全儀表系統(SIS)。SIS 系統是有嚴格的條件的，其特點：(1)符合國際安全協會規定的儀表的安全標準規定；(2)具有覆蓋面廣、安全性高、有自診斷功能，能夠檢測并預防潛在的危險；(3)容錯性的多重冗余系統，單一故障不會導致SIS安全功能喪失；(4)應用程序容易修改，可根據實際需要對軟件進行修改；(5)自診斷覆蓋率大，可實現從傳感器到執行元件所組成的整個回路的安全性設計，具有I/O 短路、斷線等監測功能；(6)響應速度快，從輸入變化到輸出變化的響應時間一般在毫秒級。SIS 系統無需人工干預，一旦投用即可自動運行。它是“靜態”的，與ESD 的區別就是具有獨立的檢測和執行機構，雖然可以與DCS 共存，但不互通，互不影響。對現場設備設施進行獨立的有等級的安全保護，避免安全事故的發生。

（四）優化設備安全檢測

化工行業在實際運行的過程中，會經常設備故障，而且也不能及時地被發現和維修。傳統的檢測形式在實際運用過程中，往往需要比較久的時間，在工作上也存在比較大的難度。在此情況下，就不能對設備中所存在的隱患重點發現和關注。面對這樣的問題，一些化工企業借助了自動化控制技術手段，從安全性能方面入手，對監測工作進行合理的優化和升級。在對設備安全開展重點監測的過程中，盡可能從源頭上進行安全隱患的消除，讓化工行業擁有安全生產的保障。關注設備的實際整體構造和運行特點，不同的設備擁有不同的性能，根據設備自身情況和工藝條件、介質特點等對設備自動化監測方法進行合理運用和優化升級。同時，對人員巡檢失誤等問題也需進行合理解決，避免由于人的失誤引發安全事故。會。這讓生產安全得以控制的情況下，在一定程度上節省人力和物力，實現化工設備的高效穩定運轉。

結束語

綜合以上闡釋，化工生產工作開展的時候，所涉及的危險和有害因素是比較明確的。自動化控制技術在安全生產領域中的合理運用，會避免出現不安全性因素，也會從根本上對勞動強度進行重點降低。對安全生產的工作環境進行重點更新和穩定創建之下，也在優質、高產和長期運行過程中看到一定的希望。自動化控制合理的滲透到化工生產環節中，對技術條件會開展合理性的優化和完善，擁有了更新的模式下，也會在化工安全生產領域中展現出巨大的優勢和價值。