化工仪表自动化控制技术分析

李帅 张会霞

摘要：化工仪表是对化工过程工艺参数实现检测和控制的自动化技术工具，能够准确而及时地检测出各种工艺参数的变化，并控制其中的主要参数，保持给定的数值或规律，从而有效地进行生产操作和实现生产过程自动化。

关键词：化工仪表;自动化;控制技术

1 化工仪表的类型与特点

1.1 化工仪表的常见类型

1）压力仪表。

包括特种压力表、压力传感器、压力变送器等，主要依托压力变送器向着集散控制系統完成采集数据信息的传递，并在此基础上实现对压力的自动化测量与控制。

2）温度仪表。

在实际的化工生产中，应用的多数化学反应均需要具备固定的温度条件，此时必须要引入温度仪表，实现对化学反应过程中温度变化情况的监测与控制。

3）流量仪表。

主要用于化工生产过程中对体积流量、质量流量等流量参数的测量。主要包括节流式、差压式、速度式3种类型。

1.2 化工自动化仪表的特点

化工自动化仪表是具有较完善功能的自动化技术工具，一般具有数种功能，包括测量、显示、记录或测量、控制、报警等。同时，化工自动化仪表本身是一个系统，也是整个自动化系统中的一个子系统。

2 化工仪表自动化控制的主要流程

2.1 仪表的选择与控制技术

仪表选取的合理程度直接关系着化工仪表自动化控制的效率效果。例如在需要严格控制温度的化工生产实践中，必须引入温度仪表进行生产温度数据的测量，避免由于温度过高/过低所导致生产安全事故、化学反应不完全等问题的发生。在这样的情况下，应当选用精准程度更高的双金属温度计，保证温度数据采集的准确性。在进行物位测量时，要参考生产中的物料状态完成测量机的选定，还要加设不同功能的物位仪表。例如当在化工生产中需要测定固体与液体交界面具体位置的情况下，必须要纳入物位仪表，以此维护化工生产的安全性以及效率效果。

2.2 现场自动化线路布设

化工生产中应用的自动化控制系统需要现场自动化线路的支持，布设过程中不仅要敷设实体线路，还要完成信息化网络线路的规划。现场自动化线路布设的要点如下：着重确保自动化线路可以实现所有化工仪表运行数据信息的采集，且能够与人机界面、计算机系统保持畅通连接状态;若引入FCS现场总线控制系统，则可以在现场总线控制系统以及控制回路中加入化工仪表以及化工生产仪器。通过这样的方式，能够促使化工仪表运行数据迅速、准确地传递至人机界面中，提升相应数据信息的利用率，并保证化工仪表自动化控制的科学性与实效性。

2.3 人机界面处理系统

利用人机界面处理系统，能够更为全面地处理现场总线采集到的所有化工仪表运行数据，并结合编程系统所发出的指令完成数据反映。例如当现场总线中提供的温度信号存在过高问题时，在人机界面中编写程序的支持下，可以迅速完成温度信号的接收与控制，向相关工作人员发出高温报警。

3 化工仪表自动化控制中的关键技术

3.1 分散式控制技术

在实际的化工生产过程中，所涉及到的控制内容包括半成品材料、成品，其控制条件存在差异，因此使用分散式控制技术更为合适。在分散式控制技术的支持下，化工生产中各个流程的实际情况得到有效监控，实现实时性、真实性生产运行数据信息的提取，为化工生产所有流程的可控提供保障。就当前的情况来看，多数化工生产企业均引入了分散式控制系统（DCS系统）对实际生产过程进行控制。

分散式控制系统对计算机功能实现了集成，并将过程控制算法、逻辑控制功能、通信技术融为一体。在实际的运行过程中，分布在化工生产现场不同位置的温度压力流量计、控制阀门等仪表设备，主要依托电缆将所有信号都接入到DCS系统中，即实现集中控制。同时，分散控制系统连接外部仪表阀门等设备的模块又是独立的，如果信号多，又可以分布在不同的控制柜用不同的CPU来控制，即实现分散控制。总体而言，在分散式控制系统中，集中的是信号监控，分散的是风险。在自动化控制技术不断更新发展的背景下，分散式控制技术及其系统的综合化水平进一步提升，为化工生产一体化管理的实现提供支持。

3.2 PID先进控制技术

PID先进控制技术（多项变量控制技术）的形成与应用将化工生产推向了新高度，自动化控制技术的先进性更为凸显。对于PID先进控制技术而言，其主要在实际的化工生产中应用最为广泛的调节器控制规律如比例、积分、微分控制，控制稳定性更强，且调整操作相对简单。在化工生产中，若是无法完全掌握被控对象的结构和参数，或不能获取精确的数学模型时，又难以使用其他技术进行控制，这种情况下，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，此时应用PID先进控制技术最为适宜。

该技术主要由分散式控制技术衍生而成，依托软件包结构达到独立性管理的效果，以此满足化工生产中多变量动态测量的现实需求，为化工仪器的控制管理提供支持。实践中，借助对化工仪器相互之间的关联性展开模糊性识别，促使自动化控制效果进一步优化，推动自动化控制与测控技术的有机融合。

PID控制器的参数整定是应用PID先进控制技术中的核心内容，一般根据被控过程的特性实现PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间大小的确定。PID控制器参数整定的方法很多，本文选取其中的临界比例法进行说明。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下所示：预选择一个足够短的采样周期让系统工作;仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期;在一定的控制下通过公式计算得到PID控制器的参数;在实际调试中，只能先大致设定一个经验值（一般如下），然后根据调节效果修改。

对于温度系统：P（%）20～60，I（分）3～10，D（分）0.5～3;对于流量系统：P（%）40～100，I（分）0.1～1;对于压力系统：P（%）30～70，I（分）0.4～3;对于液位系统：P（%）20～80，I（分）1～5。

3.3 基于微机的局部优化控制技术

在现代化控制理论的支持下，自动化控制技术实现了智能算法的多样化。实践中，依托对接口芯片位置的调整，即可达到控制复杂功能的效果。模型辨识技术、多变量动态软件测量技术等均具备着简化的控制流程，还可以达到提升自动化控制效率效果的目标，进一步提高化工仪表自动化控制的可靠性。

3.4 人机界面控制技术

出于对运行数据信息可视化的考量，在化工生产仪表自动化控制中引入人机界面控制技术是必然选择。在人机界面的支持下，相关人员获取仪表设备运行信息、故障信息等成为现实，且可以利用人机界面中提供的多种操作功能键，完成对化工生产仪表与设备的控制。为了进一步提升控制的效率效果，应当将原有的一对一管理模式转变为一对多管理模式（单一控制室实施多个仪表装置的控制），结合对CRT、LED先进显示模式的应用，促使化工生产仪表及设备结构的进一步完善。另外，在构建人机界面的过程中，应当尽可能避免复杂操作，提升控制处理的速度。

4 结语

在明确化工仪表自动化控制主要流程的基础上，通过分散式控制技术、PID先进控制技术、基于微机的局部优化控制技术、人机界面控制技术、程序化控制技术、自动化检测与修复技术、在线自动监测技术的应用，推动了化工仪表控制不断向着自动化、智能化的方向发展，提升了化工生产以及化工仪表控制的效率效果，更好地维护了化工生产的安全性与可靠性，实现了化工生产的升级。

参考文献：

[1]耿宏亮.石油化工仪表中的自动化控制技术应用分析[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2020（2）：191-192.

[2]徐林.石油化工仪表中的自动化控制技术分析[J].化工管理，2020（6）：157-158.

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