儀器儀表與化工生產自動控制研究范文

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摘要：儀器儀表與化工生產過程中，自動控制系統的應用，有助于提高生產效率，確保儀器儀表能夠連續運行。基于此，文章首先分析了儀器儀表與化工生產自動控制系統的構成，繼而闡述了系統中儀器儀表的選擇方案。最后，重點從系統設計及實現兩方面出發，對自動控制策略進行了研究。通過對系統測試結果的觀察，證實了儀器儀表與化工生產自動控制策略的可行性及應用價值。

關鍵詞：儀器儀表；化工生產；自動控制

自動控制指無人參與的情況下，利用信息化技術對儀器儀表、生產參數進行調整，使生產能夠連續進行的技術。近些年來，該技術已被應用到了化工生產過程中，且取得了良好的效果。為提高化工生產效率，確保儀器儀表性能無異常，對自動控制系統進行優化設計，并將其應用到生產過程中是關鍵。可見，對自動控制系統的設計與實現方案進行研究較為必要。

1儀器儀表與化工生產的自動控制系統構成

儀器儀表與化工生產的自動控制系統，共由“自動檢測系統”、“自動保護系統”、“自動操縱系統”、“自動控制系統”四部分構成：（1）自動檢測系統：該系統可自行對儀器的運行參數進行檢測，觀察參數變化情況，以及時發現儀器存在的故障與異常[1]。（2）自動保護系統：事故發生時，該系統可提前獲取故障參數，并立即預警，提醒操作人員對故障進行處理。針對未處理者，聯鎖系統可立即采取緊急措施，切斷故障通路，避免故障擴大化。（3）自動操縱系統：該系統可根據預先設計的參數，對儀器儀表進行操縱，使化工生產的過程能夠順利進行。例如：系統可操縱閥門，使之打開或關閉[2]。（4）自動控制系統：化工生產的過程中，部分儀器儀表可能因生產環境的變化，而發生參數變化。自動控制系統的功能，在于及時發現參數異常，并自動對其進行糾正，使其偏差得以減小，確保儀器運行正常，提高儀表參數的精確度。

2儀器儀表的選擇

2.1溫度與壓力儀表

化工生產的過程中，需嚴格控制生產溫度，以提高熱交換的穩定性。例如：精餾塔精餾的過程中，進料的溫度、塔頂的溫度，均需嚴格控制，方可確保生產質量符合工藝要求。溫度儀表的功能，便在于對上述參數進行測量，以便生產人員將其控制在合理的范圍內，使生產質量得以提升。化工生產環節，液體以及氣體均具有一定的壓力[3]。如壓力未達到要求，產品的質量必然受到影響，嚴重甚至容易造成生產事故。可見，為確保生產儀器能夠正常運行，提高生產環節的流暢性，對溫度與壓力儀表進行合理選擇較為重要。

2.2流量與液位儀表

流量與液位儀表，同樣為化工生產過程中的常用儀表。上述儀表中，前者的功能，在于對液體、氣體的流量進行控制，確保其單位時間內流過的介質總量，能夠滿足設計要求，避免化工生產儀器受損。液位儀表的功能，在于對液體在介質或容器中所處的位置進行測定，判斷其位置與設計要求是否相符。通過液位測量，有關人員可詳細了解容器中物質的體積以及質量，從而對敷料、半成品、原料量進行控制，使生產質量達標。當液位存在異常時，自動控制系統將立即實現預警，確保生產人員能夠立即對液體進行補充，使其位置達到設計要求。

3儀器儀表與化工生產的自動控制設計與實現

3.1儀器儀表與化工生產的自動控制設計

3.1.1變量的選擇化工生產過程中，變量與生產工藝顯著相關。明確影響工藝的變量，并采用自動控制系統對其進行控制，可有效提高產品生產質量。以溫度為例：以TD代表溫度，如TD恒定，則壓力與組分之間，必然存在確定的關系。如所生產的化工產品，具有易于揮發的特點，則其組分濃度一般較高。需適當提高壓力，方可確保TD值恒定。為達到自動控制的目的，對現場控制站進行優化設計是關鍵。設計過程中，應將“I/O監視功能”、“主控制器模板”等，安裝至標準機柜內。在此基礎上，采用PID算法，對壓力進行控制及調節。為確保溫度恒定，可開啟系統的自適應控制功能，進一步對變量進行控制，以便及時發現溫度、壓力等參數存在的異常，提高生產效率及安全性。

3.1.2元件特性的分析對元件特性進行分析，是對自動控制系統進行設計的關鍵。設計過程中，有關人員應首先對元件的時間常數進行測量。測量元件，為化工生產儀器的主要元件，該元件存在熱阻，測量滯后的問題時有發生。如測量元件的時間常數較小，尚未達到對象時間常數的1/10，則無需給予控制。反之，自動控制系統則需立即對其進行調整。信號的傳送滯后問題，同樣屬于化工生產儀器元件存在的主要問題。對自動系統進行設計的過程中，應確保氣壓信號管路的傳送滯后參數＜300m，確保直徑＞5mm。如生產條件允許，提倡通過電信號傳遞的方式，對信號通路進行控制，以使傳送滯后的問題得到解決。

3.1.3確定控制規律化工生產過程中，自動控制系統常用的控制規律，包括P、PI以及PID三種。三者之中，P又稱比例控制規律，要求借助比例控制器實現。該控制方法下，控制器的輸出與偏差之間，存在一定的比例關系。生產環節中，一旦負荷發生變化，干擾問題將隨之出現，但因控制器具備較強的抗干擾能力，其控制效果往往能夠達到滿意的程度。比例控制的功能，在于實現對基本規律的控制。化工生產自動控制系統中，如控制通道的滯后性相對較小，則可采用該方法實現對儀器儀表的控制，使生產的過程得以順利進行。PI又稱“比例-積分控制器”，要求將積分作用添加至自動控制過程中。采用該方法進行自動控制，當偏差存在時，控制器的輸出參數將不斷變化，對偏差進行調整，直至將其消除。

3.1.4調整控制參數當控制方案一定、對象特性無異常時，控制器參數是決定控制質量的主要因素。為提高自動控制水平，對控制器參數進行調節的過程中，確保比例度、積分時間、微分時間適宜是關鍵。通常情況下，有關人員可采用理論計算的方式，對控制參數進行調整。如缺乏理論計算條件，則可采用工程整定法，對控制參數進行調整。參數調節后，需依靠通訊系統進行傳遞，對儀器儀表的運行狀態進行控制。為確保通信良好，有關人員可建立FB-2000NDCS站，并將管理機應用到各站之間，使通訊信息能夠自管理機中相互傳輸。為提高信息傳輸效率，自動系統控制網絡中，通訊協議應以IEEE8002.4為主，通訊效率應＞10MB/s。

3.2儀器儀表與化工生產的自動控制實現

3.2.1生產線1控制方案生產線1控制方案如下：（1）V-201貯罐內存有原料，系統運行后，原料將通過容積式泵，進入混合器。（2）混合器隨之運行，自動系統立即對原料的流量進行計算，并由FIC-201以及FIC-202組成串級控制，對流量偏差進行糾正。一旦發現流量存在異常，自動系統可立即調節流量閥門，對原料的流量進行調節。（3）物料進入塔前，自動系統可通過溫度儀表，采集溫度參數。如發現溫度過高或過低，則可立即對蒸汽調節閥進行調節，改變溫度。（4）進入塔頂后，自動控制系統將對回流量、溫度儀表進行同時監測，并通過TV-203調節閥，對兩者進行調節。

3.2.2生產線2控制方案生產線2控制方案如下：（1）V-201存儲原料，自容積式泵進入塔底后，自動控制系統將利用FIC-101以及LICA-101對流量進行測量。如流量存在異常，則可調節FV-101閥門，對流量進行控制。通常情況下，流量的允許范圍應為800~1500L/h。（2）原料B自容積式泵進入塔底后，自動控制系統可采用相同的方法，對其流量進行控制。（3）當原料A與原料B結合時，系統可對兩者的比例關系、液位進行測量，根據儀表，對兩項參數進行調節，確保兩者能夠充分混合，使化工生產的過程得以順利完成。

3.3儀器儀表與化工生產自動控制的效果

為評估本文所設計的儀器儀表與化工生產自動控制系統的應用價值，設計人員通過仿真實驗的方式，對其性能進行了測試。結果顯示，借助自動控制系統的控制，生產線儀器儀表均可正常運行。系統所采集的儀表數據，與儀表本身數據相符，與生產數據相比，同樣無明顯誤差，表明，自動控制系統具有較高的應用價值。將自動控制系統應用到化工生產中1年后，設計人員再次對其性能進行了觀察。結果顯示，投入使用1年內，系統本身未見任何故障。

4結語

綜上所述，本文所設計的儀器儀表與化工生產自動控制系統，可實時監測儀器儀表的運行信息，并對其進行反饋，實現對生產全過程的把控。未來，建議化工領域根據自身的生產需求，對儀器儀表的類型進行選擇，在此基礎上，對自動控制系統進行優化設計，以解放生產力，提高生產效率，使企業的市場競爭力及盈利能力得以增強。

參考文獻：

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[2]陳良英.基于計算機自動控制系統在油脂生產加工領域中的應用[J].糧食與油脂,2018,31(01):76-78.

[3]熊媛,鄒言云.以PLC自動控制生產過程為基礎的實時仿真系統設計[J].時代農機,2017,44(09):96-97.

作者：姜寧 單位：中海油東方石化有限責任公司