化工安全生產中的智能化過程控制

毛永星(中國科學院贛江創(chuàng)新研究院，江西 贛州 341100)

0 引言

將智能化控制手段應用到化工生產管控之中，能夠在有效提高生產安全性等級的同時，達到降低企業(yè)整體控制成本的目標，可以保證企業(yè)降本增效整體效果。企業(yè)能夠按照自身情況，對操作人員行為以及自動控制設備等數據進行收集與分析，能夠實現(xiàn)對設備狀態(tài)以及生產流程的實時監(jiān)控，達到智能化管控的效果，可以實現(xiàn)資源最優(yōu)化配置，保證整體化工生產安全性以及科學性。

1 智能化控制在化工安全生產中的應用必要性

智能化控制系統(tǒng)能夠對化工生產全過程進行實時監(jiān)控，不僅能夠對生產過程中的溫度以及壓力等各項參數進行分析，保證參數指標能夠處于安全范圍之內，同時還能夠通過對設備數據情況的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)數據的異常問題，并發(fā)出相應警告，能夠幫助管控人員第一時間發(fā)現(xiàn)問題所在，并對其進行處理，可以最大限度降低整體故障發(fā)生影響程度，保證生產能夠穩(wěn)定進行[1]。由于化工行業(yè)自身具備生產高危性的特點，所使用原材料和輔料存在易燃易爆的特性，且多具有腐蝕性特點，加之生產設備需要在高溫高壓環(huán)境中運行，所以整體安全風險系數相對較高，安全生產顯得極為關鍵。而智能化控制手段的應用，可實現(xiàn)對各類參數的實時監(jiān)控以及管理，能夠按照生產參數指標內容，確定是否存在安全隱患以及風險問題，可以通過構建自動化控制模型的方式，對工藝操作參考值進行精準分析，輔助人員做好生產狀態(tài)的調整，能夠有效提高分析判斷的精準程度，確保整體生產操作能夠更加安全精準，對于化工企業(yè)長久性發(fā)展而言是極為有利的，因此對智能化過程控制方式方法展開研究，顯得極為必要。

2 化工安全生產智能化過程控制方式方法

2.1 實時監(jiān)測與故障診斷

在進行化工生產過程中，需要對整體生產過程進行監(jiān)測，及時對存在的故障進行診斷，以便保證整體生產的安全程度。強調設備系統(tǒng)運行以及化工生產需要具備較高安全系數，能夠及時發(fā)現(xiàn)故障所在，保證故障的預測以及設備維護效率[2]。較為常見的實時監(jiān)測手段主要以模糊診斷系統(tǒng)以及專家知識過程監(jiān)測兩種模式為主，其中過程監(jiān)測與模糊診斷系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)對設備數據進行校正以及模糊專家判斷等各項操作，可以通過進行主元分析的方式，將相應結果輸送到特定數據庫之中，可以結合化工過程生產特點，科學展開診斷模型的建設，合理劃分設備知識以及算法知識等各板塊內容，進而通過分層次管理的方式做好知識管控，達到對生產過程進行有效監(jiān)控與管理的目標。

2.2 儀表監(jiān)控

儀表監(jiān)控是化工安全生產重要環(huán)節(jié)，能夠通過對儀表數據的應用，掌握企業(yè)現(xiàn)階段生產狀態(tài)，可達到有效預防各類故障發(fā)生的目標。使用最多的技術主要以PLC以及DCS為主，其中，PLC主要以數據處理為主，而DCS主要以工控機為主。以PC平臺為基礎展開軟件資源以及相關功能的建設，確保兩項技術能夠在儀表監(jiān)控中發(fā)揮出更大的作用。在對PLC系統(tǒng)進行應用過程中，需要將總線標準作為核心內容，將數字智能現(xiàn)場裝置作為基礎，展開現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)建設[3]。整體系統(tǒng)結構分散性特征較為明顯，能夠通過對系統(tǒng)內現(xiàn)場總線的合理使用，達到切實降低用戶現(xiàn)場接線率的目標?？梢詽M足單個現(xiàn)場儀表的多變量通信需求，能夠實現(xiàn)各制造廠生產裝置的相互操作，實現(xiàn)對整體系統(tǒng)的切實簡化，方便后續(xù)進行維護處理。需要按照化工生產過程對象的復雜程度以及控制系統(tǒng)各項特征，對相應控制系統(tǒng)進行選擇，以便達到理想儀表狀態(tài)監(jiān)控效果。

2.3 緊急停車系統(tǒng)

由于進行過程控制的主要目的是對化工生產過程進行持續(xù)性監(jiān)控與管理，確保生產裝置安全運行，及時對存在異常狀況的設備進行處理，對偏離正常范圍以及出現(xiàn)操作失誤的狀況進行及時停車，所以緊急停車系統(tǒng)也是智能化過程控制不可忽視的內容。緊急停車系統(tǒng)不僅能夠替代過程控制系統(tǒng)進行操作，同時還會按照安全邏輯順序動作進行自動緊急停車處理，能夠為職工以及設備的安全提供可靠保障，確保惡性事故能夠得到有效抑制。

在具體進行生產過程中，監(jiān)管系統(tǒng)會進行正常停車，對設備進行檢修以及及時維護，通過有計劃停車的方式做好設備的檢查工作[4]。同時會進行局部緊急停車處理，對意料之外的狀況進行停車保護，確保突然出現(xiàn)的損壞以及其他方面故障能夠得到及時控制，不會出現(xiàn)波及整條生產線的情況。此外，會通過全面性緊急停車的方式，對突然發(fā)生的停水以及停電等事故進行應對，避免因為突發(fā)事故導致設備以及其他生產要素受到干擾。

緊急停車系統(tǒng)在應用過程中需要注意以下四方面內容：(1)緊急停車系統(tǒng)需要獨立進行設置，要避免和其他設備出現(xiàn)關聯(lián)，以防操作緊急停車系統(tǒng)過程中對其他設備造成不良影響；(2)需要按照中間環(huán)節(jié)最少原則，進行中間儀器設備的設置，減少不必要的設備故障危害問題，明確儀器儀表均可能會出現(xiàn)故障，如果中間環(huán)節(jié)太多，會提高整體系統(tǒng)故障發(fā)生概率，需要對儀器儀表的應用數量進行嚴格控制；(3)按照冗余原則進行所有單元設置，通過設計備用單元的方式，確保在發(fā)生意外狀況時，備用單元能夠及時發(fā)揮作用，保證緊急停車系統(tǒng)的應用質量；(4)在進行系統(tǒng)設計過程中，需要做好執(zhí)行單元以及檢測單元的設計工作，保證故障處理安全。

2.4 間歇生產過程智能控制

間歇生產是典型化工生產過程，需要按照間接生產過程控制系統(tǒng)，展開智能化技術的應用，實現(xiàn)對物理變量的自動化控制。需要通過對間歇生產裝置以及異常操作等情況的分析，將智能控制系統(tǒng)應用到其中，保證操作人員能夠從較為繁重的操作任務中解脫出來，實現(xiàn)自動化間歇生產過程，保證整體過程的高精度以及高效率[5]?？砂凑辗謱舆f階思想進行間歇生產過程智能化控制系統(tǒng)建設，將新型設備以及新型技術合理融入到化工生產之中，保證生產安全性體系能夠得到不斷完善，達到良好的監(jiān)控以及管理效果。

2.5 合理使用各種先進算法

通過對人工神經網絡等先進算法的應用，能夠在完成精準數學模型建設之后，通過實施虛擬儀表處理的方式，保證運行速度以及性能穩(wěn)定性，更好地完成生產監(jiān)控操作，保證生產各環(huán)節(jié)運行高效性與持續(xù)性。應通過對海量歷史數據的收集，不斷對自動化系統(tǒng)集成化展開優(yōu)化，以便實現(xiàn)對企業(yè)資源的最佳配置，達到良好的生產管控效果，為企業(yè)創(chuàng)造出更加客觀的經濟收益以及社會效益，推動企業(yè)良性化發(fā)展。

3 智能化控制完善策略

需要通過對智能化控制系統(tǒng)的不斷優(yōu)化，確?；どa安全發(fā)展能夠達到相應水平，能夠實現(xiàn)對新技術的切實優(yōu)化與完善，達到良好的智能過程控制效果。

3.1 安裝自動連鎖報警裝置

因為化工生產多處于高溫高壓環(huán)境之下，整體反應速度相對較快，生產環(huán)境安全隱患系數較高，可能會因為某個參數發(fā)生異常而引發(fā)嚴重事故問題，所以需要通過設置自動連鎖報警裝置的方式，對各種安全隱患問題做出快速反應并報警，保證人員能夠在最短時間內對問題異常情況進行鎖定并處理[6]。需要運用裝置的快速報警功能，及時對問題設備進行管控，保證設備能夠處于安全狀態(tài)之下，以便減少安全事故。

3.2 安裝自動化安全裝置

通過對自動化裝置的分析可以發(fā)現(xiàn)，該裝置一方面能夠在發(fā)生危險時，及時對相關故障問題進行處理，留給工作人員更多的反應時間，能夠實現(xiàn)對各種危險事故的第一時間操作，降低不必要的事故發(fā)生，例如在危害氣體泄漏時，可通過及時進行隔離的方式，減少氣體泄漏所造成的不良干擾；另一方面，能夠在危險問題出現(xiàn)時，自動幫助人員進行現(xiàn)場施救，最大限度對人員安全進行保護，降低二次事故發(fā)生可能性，所以進行自動化安全裝置安裝是極為重要的。

3.3 實施設備安全性檢測

化工設備在進行一段時間的應用之后，會因為原材料腐蝕以及高溫高壓等環(huán)境影響而出現(xiàn)一定缺陷問題，需要通過及時進行檢查的方式，確定設備是否存在缺陷和隱患狀況，以便及時對設備進行維護，避免重大安全事故出現(xiàn)[7]?？赏ㄟ^對設備結構進行綜合分析或使用無損傷探測的方式，對設備展開安全性檢測工作，確?；どa裝置的自動化檢測技術能夠在設備檢測中發(fā)揮出更大的作用，進而保證設備安全性檢測的精準度以及效率，確保各種安全隱患問題能夠得到妥善處理，設備運行能夠達到良好狀態(tài)。

4 智能化控制過程的發(fā)展趨勢

4.1 集成化

智能化控制系統(tǒng)會逐漸向集成化方向進行發(fā)展，會通過對物聯(lián)網等先進技術的合理使用，達到對工業(yè)環(huán)境進行數據感知以及下達控制命令的效果，可以有效提高生產機電一體化水平，保證整體系統(tǒng)的管控質量[8]。能夠隨著系統(tǒng)集成化水平的不斷提高，實現(xiàn)對網絡拓撲結構以及通信環(huán)境的有效改善，確保數據實時性能夠得到切實提升，可以更好地為智能化控制工作提供助力。

4.2 虛擬化

以數字孿生技術為基礎所提出的虛擬化工廠，是今后制造技術以及信息發(fā)展技術重要方向。會通過將虛擬工廠和物理工廠等要素有機結合在一起的方式，通過對工廠孿生數據驅動以及增強現(xiàn)實技術的應用，對生產要素以及生產活動計劃等進行管理，會處于一種理想化的生產運行模式，能夠通過對工廠生產流程設備參數進行模擬的方式，做好工廠具體生產流程的調整工作以及優(yōu)化處理，預期工廠生產效率能夠得到切實提升，整體生產過程也會更加敏捷，能夠達到有效提高產品智能化程度的目標，減少不必要的停工，確保企業(yè)市場競爭力能夠得到不斷增強[9]?？赏ㄟ^進行模擬的方式，更好地對生產過程進行推導與管控，進而為智能化控制工作的開展提供可靠依據，達到理想化的全過程智能化控制模式。

4.3 自動化

智能化自動控制模式，是今后化工生產的主流趨勢，也是智能化控制的重點發(fā)展方向。會通過將智能化技術和自動化技術有機結合在一起的方式，在人工智能技術的支持之下，對化工生產全過程展開自動化處理，保證智能化技術應用優(yōu)勢可以發(fā)揮到最大。會通過對系統(tǒng)運行情況進行分析的方式，展開數據分析模型建設，并在此基礎上對生產各環(huán)節(jié)運行情況進行分析，進而制定出最佳的方案，實現(xiàn)對化工安全生產流程的模擬，以便提出最優(yōu)化安全管控方案。自動化技術應用，可有效減輕人員管控壓力，提升管理效率，會對各種安全風險形成有效抑制作用。

4.4 應用化

智能化控制系統(tǒng)今后會向具體場景應用解決方向進行發(fā)展，為類似化工生產管理控制開展提供可靠依據與支持。會通過不斷完善工廠設備網絡化以及信息化條件的方式，針對不同工廠的實際生產需要以及自身生產場景，展開智能應用定制操作，能夠更好地展開智能化管控服務，為更多企業(yè)提供生產控制技術支持，會對化工行業(yè)整體發(fā)展產生積極影響。

5 結語

因為智能化過程控制能夠有效彌補人工反應較慢以及工作壓力較大等方面的問題，可以及時發(fā)現(xiàn)生產過程存在的異常狀況，并對其進行處理，能夠最大限度控制各種事故的影響范圍，為工作人員爭取到足夠時間，確保設備的使用能夠達到預期安全狀態(tài)，所以化工企業(yè)需要進一步加大對智能化控制過程的研究力度。企業(yè)需要按照自身化工生產特點，合理展開智能化控制過程的使用以及管控，通過安裝聯(lián)鎖報警裝置以及其他裝置，達到最優(yōu)化智能管控效果，確保整體生產過程能夠更加安全高效。