化工儀表自動化過程控制中的問題

白小紅 王建雄(陜西延長石油榆林凱越煤化有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

化工產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，在我國工業(yè)化進(jìn)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在節(jié)能環(huán)保理念下，化工生產(chǎn)要兼具安全性及高效性，借助儀表自動化控制技術(shù)，能夠達(dá)成這一要求[1]。分析化工儀表自動化過程控制的技術(shù)優(yōu)勢及相關(guān)問題，可進(jìn)一步提高儀表的智能化水平?；ぷ詣踊饕冈诨どa(chǎn)過程中借助先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，實現(xiàn)對工藝參數(shù)的自動檢測、自動調(diào)節(jié)，進(jìn)而使化工生產(chǎn)過程步驟得到優(yōu)化控制。從流程上看，化工自動化是機(jī)器設(shè)備運轉(zhuǎn)，生產(chǎn)過程中可以盡量少的人參與其中，通過設(shè)計操作要求，由儀器設(shè)備對要求進(jìn)行響應(yīng)，在檢測、信息分析、處理、判斷、操控上進(jìn)行自動化操作。化工自動化儀器的應(yīng)用為化工生產(chǎn)自控水平的提高提供了物質(zhì)基礎(chǔ)及技術(shù)支撐，化工企業(yè)在選擇化工儀表儀器時，可以結(jié)合實際生產(chǎn)需求，選取具備更高生產(chǎn)效率及安全指數(shù)的自動化儀器。

1 化工儀表的主要類型

化工儀表一般被稱為工業(yè)自動化儀表或過程檢測控制儀表，主要在化工過程控制中應(yīng)用[2]。化工儀表主要作用是作為自動化技術(shù)工具，檢測并控制化工過程的各類工藝參數(shù)，通過工藝參數(shù)變化情況的檢測跟蹤，對化工工藝進(jìn)行控制，使工藝參數(shù)能夠處于閾值范圍，保障化工生產(chǎn)操作的自動化及安全性。

化工儀表主要分為如下5 類：

(1)溫度類儀表。在進(jìn)行化工生產(chǎn)時，由于溫度變化會導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，如生產(chǎn)環(huán)境及現(xiàn)場操作的環(huán)境溫度過高或過低，會增加化工生產(chǎn)的安全隱患。在生產(chǎn)過程中通過溫度類儀表，如溫度測量儀能夠?qū)崟r記錄及控制溫度，確?；どa(chǎn)環(huán)境適宜。溫度測量儀可以監(jiān)測-300～2000℃的溫度數(shù)值，在應(yīng)用中為提高其精準(zhǔn)性，一般配套熱電偶設(shè)備及熱電阻設(shè)備[3]。

(2)壓力類儀表?；どa(chǎn)中，壓力控制與溫度控制同等重要，化工產(chǎn)品在化學(xué)反應(yīng)效果上，關(guān)鍵參考因素之一是壓力范圍，如化工生產(chǎn)處于負(fù)壓狀態(tài)，在壓力范圍上要保持在300MPa。

(3)物料位移類儀表。物料位移類儀表主要對化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)的物位進(jìn)行測量，例如化學(xué)輔助材料劑量大小及化學(xué)成品及半成品含量等，實際應(yīng)用中較為常見常用的物料位移類儀表主要有浮力測量儀。在使用物料位移類儀表開展自動化控制時，需要針對敏感物料及部位，如儀器設(shè)備電容、電接觸、超聲波、差壓等進(jìn)行精細(xì)化控制。

(4)流量類儀表。化工生產(chǎn)流量類儀表在應(yīng)用上主要集中于對液體、管道及蒸汽等進(jìn)行流量測算記錄。

(5)分析類儀表。化工自動化中，分析類儀表所具備的自動化程度更高，實際應(yīng)用價值更大，此類儀表主要通過線上及線下實驗室進(jìn)行分析，通過對化工構(gòu)件進(jìn)行樣品取樣，在符合分析器指標(biāo)參數(shù)要求后，化工樣品成分含量數(shù)值經(jīng)由分析器轉(zhuǎn)化為可被測量的電信號，然后在控制儀表運行中，實現(xiàn)電信號的擴(kuò)大和顯示，化工操作技術(shù)人員通過儀表設(shè)備顯示的參數(shù)工作。

2 化工儀表自動化過程控制中的相關(guān)功能

2.1 化工儀表自動化過程控制中的記憶功能

化工儀表從傳統(tǒng)的單參數(shù)檢測現(xiàn)已發(fā)展為綜合控制系統(tǒng)裝置，化學(xué)儀器設(shè)備的精度系數(shù)越來越高。從形態(tài)上已經(jīng)由模擬式儀表發(fā)展為數(shù)字式及計算機(jī)式智能化儀表。傳統(tǒng)化工儀表不具備較強(qiáng)的記憶功能，能夠用于數(shù)據(jù)儲存的空間有限，化工儀器設(shè)備通常只能對化工生產(chǎn)某階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失。

例如在化工生產(chǎn)過程較為繁瑣或工作環(huán)境復(fù)雜的情況下，相關(guān)數(shù)據(jù)在保留時限上較短，一些重要的原始數(shù)據(jù)可能會被遺漏或刪除，對大批量化工生產(chǎn)極為不利。在計算機(jī)技術(shù)加持下，現(xiàn)階段化工儀表的自動化程度逐漸提高，依托計算機(jī)的超強(qiáng)儲存功能，能夠?qū)どa(chǎn)全過程的狀態(tài)及產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集匯總和儲存，如此就為數(shù)據(jù)采集提供了便利?；x表自動化過程控制的記憶功能在技術(shù)發(fā)展?jié)摿臻g上依然較大，相關(guān)理論研究及技術(shù)實踐在持續(xù)開展中。

2.2 化工儀表自動化過程控制中的計算功能

化工儀表盡管在形式上有所不同，分為不同的應(yīng)用門類，但化工儀表儀器單純采集記錄數(shù)據(jù)參數(shù)，對整個化工生產(chǎn)流程效率起不到顯著提升作用，而在微電腦模塊應(yīng)用下，化工儀表實現(xiàn)了計算能力的幾何式增長。借助計算機(jī)等技術(shù)設(shè)備，化工儀表能夠?qū)Υ鎯Φ臄?shù)據(jù)進(jìn)行變換，并在人機(jī)交互界面下提供給化工人員操作權(quán)限[4]。

例如在化工生產(chǎn)中涉及化學(xué)單元的操作，此時需要參數(shù)的最大最小值，因涉及到計算，傳統(tǒng)化工儀表通常無法完成計算過程，而現(xiàn)在的化工儀表依托微電腦技術(shù)模塊，在計算速度及計算準(zhǔn)確性上達(dá)到極高標(biāo)準(zhǔn)，如此有效促進(jìn)了化學(xué)單元操作效率。在某些人工計算數(shù)值過于復(fù)雜困難的情況下，化工儀表的計算功能不僅提高了化工生產(chǎn)效率，同時大幅縮減了人工工作量。

2.3 化工儀表自動化過程控制中的編程功能

化工儀表及化學(xué)儀器如果需要穿插配合使用，因為多種化工儀表在計算機(jī)軟件構(gòu)成及設(shè)備內(nèi)部設(shè)計，如電路邏輯上不盡相同，容易影響到化工自動化的精度。此時，對化工儀表自控邏輯進(jìn)行改進(jìn)極有必要?；x表與計算機(jī)軟件結(jié)合程度極深，在運行使用及改進(jìn)化學(xué)儀表的性能時，需要做好計算機(jī)軟件功能的開發(fā)及應(yīng)用，特別是計算機(jī)編程功能?；x表自動化過程控制中編程功能著眼于儀表效率及精度的提升，可采用新型電路替換邏輯電路的方式，實現(xiàn)儀表性能的優(yōu)化，使其具備一定的可編程屬性，從而便于化工自動化生產(chǎn)的全面實施。例如在化工儀表中增加高端計算機(jī)應(yīng)用程序，可以使化工儀表控制效果更好。

2.4 化工儀表自動化過程控制中的復(fù)雜控制功能

傳統(tǒng)化工儀表及自動化控制儀表的最大差異在于控制的復(fù)雜程度，即是否具備問題解決能力。傳統(tǒng)儀器一般在控制能力上較為單一，儀表的作用范圍窄，無法適應(yīng)大批量化工生產(chǎn)需求。在自動化技術(shù)支持下的化工儀表上，因其自動化控制功能模塊多，一方面具備復(fù)雜控制功能，另一方面在應(yīng)對儀表零件故障性問題時能夠有相應(yīng)的解決方案，在問題解決能力上表現(xiàn)極好。特別是儀表自動化功能越來越細(xì)致的情況下，自動化儀表可以自行分析并解決隱患問題，這一點極為適合化工生產(chǎn)場景。例如，化工儀表自動化控制中，設(shè)置有串級控制系統(tǒng)，可以精準(zhǔn)地選擇主、副控制器，達(dá)到高精度穩(wěn)定主變量，杜絕主變量余差現(xiàn)象出現(xiàn)，進(jìn)而實現(xiàn)主變量無差控制。

2.5 化工儀表自動化過程控制中的故障監(jiān)測功能

化工生產(chǎn)中，眾多的儀器設(shè)備及機(jī)械操作都需要可靠的數(shù)據(jù)信息加以輔助指導(dǎo)?；どa(chǎn)的危險性評價因素多，為了確保安全生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中需要調(diào)集使用大量數(shù)據(jù)信息。而化工生產(chǎn)的復(fù)雜性又導(dǎo)致生產(chǎn)的眾多環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生工藝數(shù)據(jù)參數(shù)，對這些數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行記錄及分類，然后提取分析時，傳統(tǒng)化工儀表主要借助硬件完成，一旦硬件設(shè)備出現(xiàn)故障，往往難以準(zhǔn)確定位及查找，最終導(dǎo)致化工生產(chǎn)過程中斷?；x表自動化因為深度結(jié)合了計算機(jī)技術(shù)及自動化技術(shù)，在模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用下，能夠快速定位故障部位，然后從化工儀表中提取故障信息數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，加快故障篩選及排查速度，為化工儀表及配套儀器的維修提供極大便利。

3 提高化工儀表自動化過程控制水平的相關(guān)策略

3.1 布局化工產(chǎn)業(yè)全過程的自動化投入

化工儀表在性能表現(xiàn)上穩(wěn)定且高效，但要使化工儀表的自動化水平得到最大化發(fā)揮，僅僅依靠化工儀表自身的技術(shù)改進(jìn)升級還不夠，需要布局化工產(chǎn)業(yè)全過程的自動化投入[5]?；どa(chǎn)企業(yè)要在自動化上加大資金、技術(shù)、人才的投入力度，同步在生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)線設(shè)計等環(huán)節(jié)進(jìn)行自動化改進(jìn)，從而提高整個企業(yè)的自動化管理水平。在生產(chǎn)管理模式上，以智能制造為原則，完善與化工自動化相配套的管理思路及措施，實現(xiàn)化工生產(chǎn)從內(nèi)到外的自動化，為化工儀表自動化作用的充分發(fā)揮創(chuàng)造條件。

3.2 做好化工儀表自動化各類技術(shù)檔案的收集及管理

化工儀表自動化過程中，隨著技術(shù)模塊的升級，會產(chǎn)生大量的化工儀表技術(shù)檔案，如設(shè)備升級、儀表維修、日常巡檢等，應(yīng)做好檔案的收集及管理：一是設(shè)置技術(shù)人員及管理人員對化工儀表檔案進(jìn)行收集整理及存檔，對檔案分門別類，避免出現(xiàn)檔案遺失；二是制定化工儀表技術(shù)檔案的管理及應(yīng)用制度，對技術(shù)檔案中的數(shù)據(jù)信息做好研究利用，不能束之高閣；三是結(jié)合化工企業(yè)自動化水平情況及企業(yè)自動化需求，更新技術(shù)檔案。在引入新的自動化化工儀表后，比對附帶的技術(shù)檔案，與原有儀表檔案進(jìn)行比對分析，查找自動化提升所在，為后續(xù)儀表設(shè)備的升級換代提供依據(jù)。

3.3 跟進(jìn)化工儀表自動化應(yīng)用過程中的維護(hù)保養(yǎng)

化工儀表自動化應(yīng)用過程中，對儀表裝置要制定嚴(yán)格的維修保養(yǎng)制度并執(zhí)行，確?；x表在參數(shù)上始終保持高精準(zhǔn)度，保障化工生產(chǎn)過程中的效率及安全：第一，維護(hù)保養(yǎng)化工儀表時，應(yīng)根據(jù)化工儀表的類型差異，明確維保細(xì)則，設(shè)置專業(yè)維修技術(shù)人員參與維保過程，避免儀表重要元件部位，如控制器、儀表盤等出現(xiàn)電子短路等問題；第二，對化工儀表的精準(zhǔn)性進(jìn)行校對，考慮化工儀表所處工作環(huán)境的復(fù)雜性，通過試驗手段，測試其在極端生產(chǎn)環(huán)境下數(shù)據(jù)參數(shù)顯示的精準(zhǔn)性，如數(shù)據(jù)顯示失準(zhǔn)，及時調(diào)整，以免對化工產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量造成損害。

3.4 提高化工儀表操作及管理人員的專業(yè)技能

化工儀表自動化過程控制水平的提高，除了在儀表自身上進(jìn)行性能改進(jìn)優(yōu)化外，還需要對操作及管理人員做好專業(yè)技能的提高。這一環(huán)節(jié)主要通過技術(shù)培訓(xùn)來實現(xiàn)：一是讓化工儀表操作人員對儀表自動化控制的原理及功能加以熟悉，能夠根據(jù)規(guī)范科學(xué)操作儀表；二是開展化工儀表使用過程中的專項培訓(xùn)，如數(shù)據(jù)參數(shù)記錄、調(diào)整、校對、儲存、分析等，不斷提高化工儀表操作及管理人員的技能水平。

4 結(jié)語

化工儀表自動化是化工行業(yè)發(fā)展及自動化控制技術(shù)逐漸成熟的必要趨勢。在化工儀表自動化過程控制中，應(yīng)根據(jù)化工儀表的類型及應(yīng)用場景，做好儀表自動化控制環(huán)境氛圍的營造、技術(shù)檔案的管理應(yīng)用、維護(hù)保養(yǎng)的及時跟進(jìn)及操作管理技能水平的提升。