摘要:化工生产过程自动化是一门综合性的技术学科,它是利用自动控制器仪表学科,以及计算机学科的理论与技术,服务于化学工程学科的。

关键词:化工仪表;化工自动化
中图分类号:TP
文献标识码:A
文章编号:1672-3198\\(2010\\)21-0296-02

1 引言
化学工业是国民经济中必不可少的重要组成部分,它不但直接影响国计民生而且与国民经济的其他部门密切相关,同时又是农业、轻工、纺织、国防、交通运输等部门发展的不可或缺的基础工业之一。化工生产过程,往往是在密闭的容器和设备中,在高压、真空、高温、深冷的情况下连续进行的。此外,不少介质还具有毒、易燃、易爆、有腐蚀的性质。因此,为使化工生产正常地、高效地进行,就必须把各项工艺参数维持在某一最佳范围之内,并尽量使生产过程自动化、现代化。所谓化工生产过程自动化,就是在化工设备上,配置一些自动化装置,代替操作人员的部分直接劳动,使生产在不同程度上自动地进行。
2 化工自动化释义及其重要意义
在化工设备上,配备上一些自动化装置,代替操作人员的部分直接劳动,是生产在不同程度上自动地进行,这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法称为化工自动化。实行化工自动化的重要意义:
\\(1\\)加快生产速度,降低生产成本,提高产品产量和质量;
\\(2\\)减轻劳动强度,改善劳动条件;
\\(3\\)能够保证生产安全,防止事故发生和扩大,达到延长设备使用寿命,提高设备利用能力的目的;
\\(4\\)生产过程自动化的实现,能根本改变劳动方式,提高工人文化技术水平,为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
3 化工自动化仪表与控制系统的基本现状
进入21世纪,我国制造业的高速发展,拉动了对化工自动化仪表与控制系统的需求,我国新上的大型项目所用化工自动化仪表和控制系统的先进程度已经处于世界领先水平。当前传统制造业在发达国家已经过了辉煌期,与之配套的化工自动化仪表自然就增长缓慢。化工自动化仪表发展的热点在新兴市场的价格问题从两个方面夹击仪表制造商,一是新兴市场的用户对产品价格敏感度很高;二是在那里往往可以找非常便宜的替代品,这样就难以激发跨国企业花大成本研制新型仪表。
虽然化工自动化仪表新产品的推出速度减缓,但是化工自动化仪表的技术发展史持续不断的,化工自动化仪表制造商近两年新技术发展积极性不高,但化工自动化仪表用户发展自动化技术的积极性越来越高。最近,在信息技术的融入、仪表安全技术、无线通信技术等各方面都有令人瞩目的发展。另外国外新产品推出的减速,为我国化工自动化仪表的发展带来了机遇。国内化工自动化仪表近两年继续健康发展,信息安全、过程自动化、环境和质量控制、无线与网络通信、企业集成;这六个方面反映了近两年化工自动化仪表领域的主要发展动向。
4 化工自动化的发展趋势
随着科学技术的飞速发展及其在工业生产中广泛和深入的应用,近几十年工业生产的发展体现着两个明显的特征,一是生产规模越来越大,二是生产技术水平越来越高。长期以来,我国化学工业技术水平较低,导致能耗物耗高,限制了化学工业的发展。要改变这种局面,根本的出路就是走科技进步的道路,采用先进实用的技术改造传统产业。鉴于化学工业工艺复杂、高温、高压,许多物料易燃、易爆、有毒等特性,特别需要有剂干粉,活性恢复率超过100%。利用其它有机废水也可生产性能良好的絮凝剂。可靠有效的检测与控制手段来保证安全生产和优质高产。
4.1 先进控制及其特点
先进控制\\(APC\\)是那些不同于常规单回路控制,并具有比常规PID控制效果更好的控制策略的统称,这些控制策略是先进性的,但它们目前在工业过程中还很少被使用。由于先进控制的内涵丰富,同时带有较强的时代特征,因此至今对先进控制还没有严格的、统一的定义。先进控制最具有代表性的技术是“多变量预估控制”。先进控制具有以下主要特点:
\\(1\\)与传统的PID控制不同,先进控制是一种基于模型的控制策略,如模型预测控制和推断控制等。智能控制正成为先进控制的一个重要发展方向;
\\(2\\)先进控制通常用于处理复杂的多变量过程控制问题,如大时滞、多变量耦合、被控变量与控制变量存在着各种约束等。
\\(3\\)先进控制的实现需要足够的计算能力作为支持平台。近一二十年来,计算机的飞速发展及各种功能强大的应用软件的不断推出为这个平台提供了可能。
4.2 先进控制的主要内容
4.2.1 过程辨识技术
过程辨识技术即确立一些变量以及它们之间的相互关系来表征一个实际过程。对于一个复杂工业过程,需要借助强有力的辨识软件,根据模拟实验数据或者获取的实际工业数据,在剔除一些错误或虚假数据的基础上,对有效数据进行有机组织,最终在实际工业生产环境下进行现场装置试验,建立一个多输入多输出的动态数学模型。
4.2.2 过程变量数据的采集、处理和软测量技术
过程变量的采集是指与生产过程有关的过程变量的具体数值的实际测定和汇总。利用大量的实测信息是先进控制的优势所在,由于这些数据是实际生产现场测量得到的,保证了这些数据的有效性和可靠性。实际生产中有些变量是不能直接测量得到的,例如饱和蒸汽压、反应热、某些精馏塔两端质量指标等,这类变量的数值在先进控制中只能借助软测量技术得到。
4.2.3 先进控制策略
先进控制采用合理的控制目标和控制结构,可更好地适应工业生产过程的需要。先进控制所采取的主要策略有:
\\(1\\)个别重要过程变量控制性能的改善,主要采用单变量模型预测控制与原控制回路构成所谓的“透明控制”方式;
\\(2\\)解决约束多变量过程的协调控制问题,主要采用带协调层的多变量预测控制策略;
\\(3\\)先进控制涉及的主要控制策略有:传统的串级、比值、前馈控制等,当前的推断控制、基于模型的多变量预测控制、自适应控制、协调控制、质量卡边控制、统计过程控制等以及正在兴起与开发中的智能控制,包括专家系统、模糊控制、神经控制、非线性控制和鲁棒控制等;
\\(4\\)在线检测和处理系统:包括过程的在线故障检测、预报、诊断和处理等。
5 化工自动化控制仪表优势功能
化工自动化控制仪表主要特点是采用先进的微电脑芯片及技术,减小了体积,并提高了可靠性及抗干扰性能。实现真正的以逸待劳以及待人的目的。
\\(1\\)仪表有了可编程功能:计算机的软件进入仪表,可以代替大量的硬件逻辑电路,这叫硬件软化。特别是在控制电路中应用一些接口芯片的位控特性进行一个复杂功能的控制,其软件编程很简单\\(即可以用存储控制程序代替以往的顺序控制\\)。而如果带之以硬件,就需要一大套控制和定时电路。所以软件移植入仪器仪表可以大大简化硬件的结构,代替常规的逻辑电路。
\\(2\\)仪表有了记忆功能:以往的仪表采用组合逻辑电路和时序电路,只能在某一时刻记忆一些简单状态,当下一状态到来时,前一状态的信息就消失了。但微机引入仪表后,由于它的随机存储器可以记忆前一状态信息,只要通电,就可以一直保存记忆,并且可以同时记忆许多状态信息,然后进行重现或处理。
\\(3\\)仪表有了计算功能:由于自动化化仪表内含微型计算机,因此可以进行许多复杂的计算,并且具有很高的精度。在自动化仪表中可经常进行诸如乘除一个常数、确定极大和极小值、被测量的给定极限检测等多方面的运算和比较。
\\(4\\)仪表有了数据处理的功能:在测量中常常会遇到线性化处理、自检自校、测量值与工程值的转换以及抗干扰问题。由于有了微处理器和软件,这些都可以很方便的用软件来处理,一方面大大减轻了硬件的负担,又增了丰富的处理功能。自动化仪表也完全可以进行检索、优化等工作。
6 化工自动化控制仪表的功能开发
\\(1\\)仪表的测量精度高了:由于自动化仪表的中心控制系统是微型计算机,可以进行快速多次重复测量,然后求平均值。这样就可以排除一些偶然的误差与干扰。
\\(2\\)仪表具有修正误差的能力:实时地修正测量值误差是较为复杂的功能。装有微处理器的仪表可以减少误差,依靠限制干扰来提高精度。
\\(3\\)仪表能够实现复杂的控制功能:实现自动化以后,一些常规仪表不易实现的功能,在自动化仪表中就很容易实现。比如一台气相或液相色普仪,这种仪器利用对于复杂化学混合物进行色层分离的方法来确定样品中存在的每一种化学成分的含量。