煤化工企業儀表自動化系統工程設計應用

摘要：煤炭資源是構成我國能源結構的重要支柱，作為燃料被廣泛應用于火力發電廠的電力生產中。隨著科技的不斷發展，先進網絡技術和計算機技術在各領域得到了大力推廣和使用，既能提高行業生產效率，降低生產成本，又能保護生態環境。自動化系統工程在煤化工企業的高效應用，為煤化企業發展注入新鮮動力，大大提高了煤化工企業儀表自動化設計應用成效，為煤化工企業的穩定、持續、健康發展提供堅實的技術支撐。本文以煤化工企業自動化儀表系統工程設計原則為基礎，深入分析煤化工企業使用自動化儀表的相關需求，并提出優化儀表系統自動化工程設計應用的意見，以供參考。

關鍵詞：自動化控制；煤化工企業；儀表自動化

DOI：10.12433/zgkjtz.20232538

制造業、醫藥行業、化工行業和冶金行業的發展均離不開煤炭資源的大力支持，煤炭資源在促進我國經濟發展上有著至關重要的作用。煤化工企業要想在激烈的市場競爭環境中穩占一席之地，就要優化升級自身管理模式，提升工程設備應用水平，盡早實現控制管理一體化運營，為企業生產安全保駕護航。自動化控制技術在煤化工企業的應用既能秉持可持續發展理念，有效緩解人與自然、企業發展與環境污染之間的矛盾，又能提高煤化工企業生產工作效率，進一步增強企業核心競爭力，對企業戰略發展具有深刻的現實意義和重大的推動作用。

一、煤化工企業自動化儀表系統工程的設計原則

自動化儀表作為一種自動化技術設備，由多種自動化元件構成，具備報警、顯示、測量等多項綜合功能，通過數據信息轉換平臺，實現數據或信息的輸入或轉出，降低人工操作比例，簡化生產工藝流程，實現企業自動化儀表的最優控制，還需要創新自動化儀表設計理念，緊密聯合其他相關學科理論知識，充分考慮企業生產繁雜性與多樣性特征，透徹分析當下先進自動化管理控制技術的應用途徑，形成專業化、系統化和實用化設計方案，為企業的核心競爭力加強、經濟效益提升奠定穩固基礎。

由此可見，煤化工企業自動化儀表系統工程應滿足以下設計原則：

（一）智能化生產設計原則

縱觀我國煤化工企業發展歷程，在實際生產運營過程中普遍存在結構復雜、管理效率低下等特點，這是由于生產過程涉及化學品回收、煤氣回收等數據和信息，增加了自動化儀表的識別、分析、追蹤和管理工作量。為提升自動化儀表的智能控制水平，在設計自動化儀表系統工程時，應滿足簡單直觀、操作便捷、切實可用的基本要求，便于用戶直接利用自動化儀表，完成各項功能的基本操作，利用多線程監督、測試和控制作用，實現不同儀表間的互相協調工作。

（二）結構化、分層次設計原則

煤化工企業儀表自動化工程系統的主網為DSC，子網為其他網絡機構，日常生活中，要統一管理信息和數據分類處理，才能滿足正常生產需求，因此，企業要盡可能使用同廠家同型號產品，設計編制儀表自動化控制系統規格書。例如，設計中央控制室時，理應摒除單一使用功能，構建集調度、控制、化驗為一體的綜合型中央功能控制室，中央控制室作為企業生產運營指揮中心，需綜合考慮內部各系統的機柜、操作臺等設備在外形、顏色以及尺寸上的設計方案，用以明確區分各系統設備，既能滿足使用需求，又能達到美觀整潔的要求，盡可能采取弧形設計提升中央控制室的空間利用效率；設計機柜室時，理應考慮防火間距、布置空間，結合現場實際情況，采取正壓通風、防爆保護措施，確保機柜室的運營安全；設計系統控制信號方案時，為有效提升設備故障狀態下的遠程診斷效果，可采取 HART通訊搭配AMS系統的設計方案，做好系統日常維護、監管和故障診斷功能的同時，兼顧儀表設備各項信息數據的搜集整理工作；設計生產調度系統時，應合理安排數據采集矩陣、監控顯示等程序，為中央控制室的實時監測和控制管理提供基礎條件；設計安全系統時，要提前預估安全事故發生后可能導致的各項損失，做好應急處理方案，最大程度上保障生產運營的穩定性和安全性。

二、煤化工企業對自動化儀表的使用需求

（一）簡化生產

近年來，煤化工行業大力奉行節能化、規模化發展態勢，加劇了本就復雜的生產結構程序，使得煤化行業生產可靠性逐漸降低，在生產效率方面也存在一定的負面影響。基于此，設計簡化生產流程的儀表控制系統勢在必行，因此，企業合理應用儀表自動化系統工程符合簡化生產需求的實踐操作，較之于普通儀表，自動化儀表兼備多種使用功能，可通過中央控制系統對煤化工企業的生產運營實施集中控制，統一調度多個內部控制系統，大幅簡化生產工藝流程。

（二）滿足企業人力資源發展需求

不斷優化自身產業結構、加大核心競爭力、提升經濟效益，已成為現階段煤化工企業應對激烈市場競爭環境的重要的課題，而人力資源作為煤化工企業進一步優化內控配置、精簡人工操作比例的重要構成模塊，是企業實現人力資源管理助推生產水平的關鍵舉措。為解決企業應用傳統生產控制系統、操作較復雜且高度依賴人工控制的管理現象，進而出現的人力資源需求現狀。企業可通過引進自動化儀表完成生產結構的優化升級，既能借助聯動、集成、消除手段降低系統的控制數量，又能順利解決以往高度依賴人工的控制管理現狀，為企業日后精簡人員奠定良好的基礎。

（三）滿足行業的智能化生產需求

為實現企業日常生產的安全性和高效性，需要準確采集、記錄，并分析、歸納和控制煤氣化在生產過程中各類物質的產生量、回收量數據以及生成污染物的參數信息，做到視具體情況而定，對各項數據分類整理，該項工作體量龐大，數據多且雜，容易出現記錄誤差，對設備的智能化要求較高。而自動化儀表的應用，可以完成數據的自動讀取、分析、處理、傳輸和存儲等工作，甚至完成數據的智能調控，有效提高企業生產系統的數據采集、信息分析負荷量。此外，利用多媒體信息技術構建的動態監控系統，可對生產系統的實時運作圖像遠程監控，但目前這種影像分析技術的應用程度較滯后，仍需依賴人工監測體系。而自動化儀表可通過強大的數據分析、匯總和處理功能，實時反映生產運營系統的真實運作情況，從實操性角度看，后者更具動態監控體系的智能化生產需求，可大力推廣使用。

（四）有助于完善企業的系統化建設

加大系統化建設力度是企業提高自身生產效率的有效手段，在各生產區塊配備接口，從功能上和控制上實現區塊聯動作用，以確保多種生產情況下系統進行多線程同時運作集中控制，同時搭載傳輸連接使用功能，保證區塊數據通過控制中樞對其他自動控制儀表傳輸數據，也可直接聯動其他自動控制儀表進行數據傳輸，以此構建結構化、分層次中央集中系統控制網絡，實現對內部各自動化儀表的穩定管理和高效控制。系統化建設可以滿足現階段企業生產工具的多樣化和生產品種的多元化，結合企業自身實踐操作應用能力，切實提高生產運營的便捷性和高效性，為企業長足發展提供充足動力。

三、煤化工企業儀表系統工程的應用

（一）可記憶操作設計

二十世紀四十年代，自動化儀表問世，極大地推動了工業生產領域的發展速度，隨著計算機技術的發展壯大，自動化儀表系統工程設計得以優化升級，融合微電腦芯片技術，體積越來越小，而抗干擾素能力越來越強。數字儀表、模擬儀表、電動儀表在諸多化工領域自動化控制系統的廣泛應用，使其生產效率大幅度提升，尤其在煤化工企業中，降低了資源的消耗速度，減輕了環境污染，對煤化行業健康發展具有助推作用。

現階段，應用的自動化儀表裝置，包括諸多儲存信息裝置、大量計算機芯片、大量感應裝置，除了具備傳統儀表的顯示功能外，還兼備良好的記憶功能，可以同時記憶多種設備生產、監測管理信息，促使企業生產系統運營實況作出準確判斷，更好地幫助人們解決生產過程中的設備故障，為企業生產安全提供技術保障。這是基于傳統儀表單純依靠記憶功能基礎之上，為解決生產時間、生產范圍有限管理的困境，設計人員從系統時間順序、邏輯電路角度著手，針對傳統儀表故障重置，研發自動儀表記憶功能，旨在詳細分析生產過程中隨時可能發生的故障，便于技術人員及時查找問題產生的根本原因，進一步強化自動儀表科技操作設計功能。

（二）可編程控制設計

傳統儀表主要通過邏輯線路實現對系統的管理控制，在煤化工企業中，儀表應用系統較復雜，部分儀表甚至需要進行多個控制點的調控，加劇生產系統儀表控制總邏輯線路的繁復性，導致企業控制管理效率較低，容易提高儀表控制故障事故的發生概率。為提升傳統儀表單一電路控制功能，在應用自動化儀表時應將控制系統從傳統邏輯模式轉變為先進的計算機軟件控制模式，實現相同軟件程序對不同自動化儀表的同時運作控制，即通過可編程控制設計，精準調控自動化儀表的控制網絡，以此提高儀表自動化系統工程的實際控制效率，降低因各類電路問題產生的系統故障事件發生概率，不斷豐富和強大儀表應用功能，實現自動化儀表一表多用的現實功能，為企業日常生產運營提供操作便捷，滿足信息時代發展需求，加快網絡集中控制建設速度。

（三）網絡整體化設計

從煤化工行業發展現狀看，生產過程中已基本實現對自動化儀表網絡控制的高效應用，但動態控制檢測功能仍處于數據動態的實時傳輸發展階段，對儀表自動化系統工程的動態控制和動態分析功能仍處于初步發展階段。這是因為現階段多數煤化工企業生產系統在數據分析方面仍存在一定的滯后性，導致動態控制標準難以實現，家居自動化儀表網絡系統存在部分缺陷，加劇了數據傳輸、數據處理方面信息冗余的現狀，阻礙著儀表自動化控制系統動態控制技能的有效發揮。鑒于此，在設計儀表自動化控制系統之初，應充分考慮系統自動化功能的聯動性和適應性，在神經網絡理論、自動模式識別技術之上，連接煤化工企業生產系統較常使用的各類自動化儀表設備，以此增強儀表自動化系統工程的自主采集、自主測量、自主轉換和自主修正功能，完善系統對各項生產數據的集中管控功能，實現儀表自動化網絡控制功能智能化，為企業整合儀表自動化系統的零散接點，也為建立網絡整體化設計框架提供切實可行的參考依據，減少降低系統出現測量、檢測等誤差現象，豐富我國煤化工行業對儀表自動化系統工程設計深度和應用廣度。

（四）智能微處理設計

為改變企業生產環節涉及大量勞動力的現狀，進一步優化生產工藝流程，可利用先進互聯網技術，優化升級儀表自動化系統工程設計結構，實現智能化自動儀表智能微處理功能，代替人力判斷各類生產故障，以此節約企業的人力資源成本，提升日常生產運營穩定性、安全性和生產效率。不過，需要充分認識系統建設對生產的重要性，積極轉變以往自動化儀表系統化建設理念，在區域性系統基礎上，增強不同區塊自動化儀表之間的有效連接，加強煤化工生產體系各數個區域性小系統的整體性和橫向聯系，進而縮減儀表網絡化系統同時運作的時間，增大儀表自動化系統工程的中央控制系統運行負荷量，健全自動化儀表的自動檢驗功能、線性化處理功能和故障排除功能，真正降低生產系統的人工操作比例，滿足企業人力資源發展需求。具體而言，通過合并相同功能的自動化儀表，優化同一應用系統的額外配置集成處理器，提高系統對同類數據的分析、匯總能力，形成實時動態反饋功能，解決系統冗余信息，利用智能微處理設計實現自動化儀表系統工程動態監控的順暢運行。

四、結語

隨著市場份額的逐漸增大，我國煤炭年產量逐年遞增，儀表自動化在煤化工企業生產中已基本渡過初期發展階段，并初步搭建完成自動化儀表網絡應用系統，逐步完善系統的智能化、信息化建設指日可待。考慮到企業生產實際需求，結合先進互聯網技術，對儀表自動化工程系統適應性不斷優化升級，以滿足日常生產管理、后續發展需求，完善儀表自動化控制系統設計方案，提高儀表自動化系統工程設計應用水平，為企業立足市場、長遠發展提供堅實有力的基礎條件，既能提升工業價值和社會效益，又能提高其煤炭資源利用率，緩解我國能源緊缺問題。

參考文獻：

[1]徐寧.化工企業中儀表自動控制系統應用[J].商品與質量，2016（24）：167.

[2]章杰，尹川江，張健.化工企業儀表自動化系統工程設計[J].百科論壇電子雜志，2018（04）：670.

[3]秦曉亮.單片機應用于煤化工企業電氣自動化的研究[J].化工管理，2016（14）：39.

[4]李常盛.現代煤化工企業儀表自動化系統工程設計[J].中國化工貿易，2020，12（12）：206-207.

[5]閆紅崗.化工企業自動化儀表工程的質量控制探析[J].商品與質量（建筑與發展），2014（10）：159.

[6]申建飛.DCS自控儀表系統的運行管理[J].科學與財富，2019（18）：123.

[7]陳建國.淺談煤化工DCS系統的維護和管理[J].儀器儀表用戶，2018，25（12）：104-106.

作者簡介：李強（1985），男，山東省濟寧市鄒城市人，本科，工學學士，助理工程師，技術管理員，主要研究方向為化工儀表及工控系統應用、智能工廠建設、企業數字化轉型等。