仪器仪表与化工生产自动控制研究范文

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摘要：仪器仪表与化工生产过程中，自动控制系统的应用，有助于提高生产效率，确保仪器仪表能够连续运行。基于此，文章首先分析了仪器仪表与化工生产自动控制系统的构成，继而阐述了系统中仪器仪表的选择方案。最后，重点从系统设计及实现两方面出发，对自动控制策略进行了研究。通过对系统测试结果的观察，证实了仪器仪表与化工生产自动控制策略的可行性及应用价值。

关键词：仪器仪表；化工生产；自动控制

自动控制指无人参与的情况下，利用信息化技术对仪器仪表、生产参数进行调整，使生产能够连续进行的技术。近些年来，该技术已被应用到了化工生产过程中，且取得了良好的效果。为提高化工生产效率，确保仪器仪表性能无异常，对自动控制系统进行优化设计，并将其应用到生产过程中是关键。可见，对自动控制系统的设计与实现方案进行研究较为必要。

1仪器仪表与化工生产的自动控制系统构成

仪器仪表与化工生产的自动控制系统，共由“自动检测系统”、“自动保护系统”、“自动操纵系统”、“自动控制系统”四部分构成：（1）自动检测系统：该系统可自行对仪器的运行参数进行检测，观察参数变化情况，以及时发现仪器存在的故障与异常[1]。（2）自动保护系统：事故发生时，该系统可提前获取故障参数，并立即预警，提醒操作人员对故障进行处理。针对未处理者，联锁系统可立即采取紧急措施，切断故障通路，避免故障扩大化。（3）自动操纵系统：该系统可根据预先设计的参数，对仪器仪表进行操纵，使化工生产的过程能够顺利进行。例如：系统可操纵阀门，使之打开或关闭[2]。（4）自动控制系统：化工生产的过程中，部分仪器仪表可能因生产环境的变化，而发生参数变化。自动控制系统的功能，在于及时发现参数异常，并自动对其进行纠正，使其偏差得以减小，确保仪器运行正常，提高仪表参数的精确度。

2仪器仪表的选择

2.1温度与压力仪表

化工生产的过程中，需严格控制生产温度，以提高热交换的稳定性。例如：精馏塔精馏的过程中，进料的温度、塔顶的温度，均需严格控制，方可确保生产质量符合工艺要求。温度仪表的功能，便在于对上述参数进行测量，以便生产人员将其控制在合理的范围内，使生产质量得以提升。化工生产环节，液体以及气体均具有一定的压力[3]。如压力未达到要求，产品的质量必然受到影响，严重甚至容易造成生产事故。可见，为确保生产仪器能够正常运行，提高生产环节的流畅性，对温度与压力仪表进行合理选择较为重要。

2.2流量与液位仪表

流量与液位仪表，同样为化工生产过程中的常用仪表。上述仪表中，前者的功能，在于对液体、气体的流量进行控制，确保其单位时间内流过的介质总量，能够满足设计要求，避免化工生产仪器受损。液位仪表的功能，在于对液体在介质或容器中所处的位置进行测定，判断其位置与设计要求是否相符。通过液位测量，有关人员可详细了解容器中物质的体积以及质量，从而对敷料、半成品、原料量进行控制，使生产质量达标。当液位存在异常时，自动控制系统将立即实现预警，确保生产人员能够立即对液体进行补充，使其位置达到设计要求。

3仪器仪表与化工生产的自动控制设计与实现

3.1仪器仪表与化工生产的自动控制设计

3.1.1变量的选择化工生产过程中，变量与生产工艺显著相关。明确影响工艺的变量，并采用自动控制系统对其进行控制，可有效提高产品生产质量。以温度为例：以TD代表温度，如TD恒定，则压力与组分之间，必然存在确定的关系。如所生产的化工产品，具有易于挥发的特点，则其组分浓度一般较高。需适当提高压力，方可确保TD值恒定。为达到自动控制的目的，对现场控制站进行优化设计是关键。设计过程中，应将“I/O监视功能”、“主控制器模板”等，安装至标准机柜内。在此基础上，采用PID算法，对压力进行控制及调节。为确保温度恒定，可开启系统的自适应控制功能，进一步对变量进行控制，以便及时发现温度、压力等参数存在的异常，提高生产效率及安全性。

3.1.2元件特性的分析对元件特性进行分析，是对自动控制系统进行设计的关键。设计过程中，有关人员应首先对元件的时间常数进行测量。测量元件，为化工生产仪器的主要元件，该元件存在热阻，测量滞后的问题时有发生。如测量元件的时间常数较小，尚未达到对象时间常数的1/10，则无需给予控制。反之，自动控制系统则需立即对其进行调整。信号的传送滞后问题，同样属于化工生产仪器元件存在的主要问题。对自动系统进行设计的过程中，应确保气压信号管路的传送滞后参数＜300m，确保直径＞5mm。如生产条件允许，提倡通过电信号传递的方式，对信号通路进行控制，以使传送滞后的问题得到解决。

3.1.3确定控制规律化工生产过程中，自动控制系统常用的控制规律，包括P、PI以及PID三种。三者之中，P又称比例控制规律，要求借助比例控制器实现。该控制方法下，控制器的输出与偏差之间，存在一定的比例关系。生产环节中，一旦负荷发生变化，干扰问题将随之出现，但因控制器具备较强的抗干扰能力，其控制效果往往能够达到满意的程度。比例控制的功能，在于实现对基本规律的控制。化工生产自动控制系统中，如控制通道的滞后性相对较小，则可采用该方法实现对仪器仪表的控制，使生产的过程得以顺利进行。PI又称“比例-积分控制器”，要求将积分作用添加至自动控制过程中。采用该方法进行自动控制，当偏差存在时，控制器的输出参数将不断变化，对偏差进行调整，直至将其消除。

3.1.4调整控制参数当控制方案一定、对象特性无异常时，控制器参数是决定控制质量的主要因素。为提高自动控制水平，对控制器参数进行调节的过程中，确保比例度、积分时间、微分时间适宜是关键。通常情况下，有关人员可采用理论计算的方式，对控制参数进行调整。如缺乏理论计算条件，则可采用工程整定法，对控制参数进行调整。参数调节后，需依靠通讯系统进行传递，对仪器仪表的运行状态进行控制。为确保通信良好，有关人员可建立FB-2000NDCS站，并将管理机应用到各站之间，使通讯信息能够自管理机中相互传输。为提高信息传输效率，自动系统控制网络中，通讯协议应以IEEE8002.4为主，通讯效率应＞10MB/s。

3.2仪器仪表与化工生产的自动控制实现

3.2.1生产线1控制方案生产线1控制方案如下：（1）V-201贮罐内存有原料，系统运行后，原料将通过容积式泵，进入混合器。（2）混合器随之运行，自动系统立即对原料的流量进行计算，并由FIC-201以及FIC-202组成串级控制，对流量偏差进行纠正。一旦发现流量存在异常，自动系统可立即调节流量阀门，对原料的流量进行调节。（3）物料进入塔前，自动系统可通过温度仪表，采集温度参数。如发现温度过高或过低，则可立即对蒸汽调节阀进行调节，改变温度。（4）进入塔顶后，自动控制系统将对回流量、温度仪表进行同时监测，并通过TV-203调节阀，对两者进行调节。

3.2.2生产线2控制方案生产线2控制方案如下：（1）V-201存储原料，自容积式泵进入塔底后，自动控制系统将利用FIC-101以及LICA-101对流量进行测量。如流量存在异常，则可调节FV-101阀门，对流量进行控制。通常情况下，流量的允许范围应为800~1500L/h。（2）原料B自容积式泵进入塔底后，自动控制系统可采用相同的方法，对其流量进行控制。（3）当原料A与原料B结合时，系统可对两者的比例关系、液位进行测量，根据仪表，对两项参数进行调节，确保两者能够充分混合，使化工生产的过程得以顺利完成。

3.3仪器仪表与化工生产自动控制的效果

为评估本文所设计的仪器仪表与化工生产自动控制系统的应用价值，设计人员通过仿真实验的方式，对其性能进行了测试。结果显示，借助自动控制系统的控制，生产线仪器仪表均可正常运行。系统所采集的仪表数据，与仪表本身数据相符，与生产数据相比，同样无明显误差，表明，自动控制系统具有较高的应用价值。将自动控制系统应用到化工生产中1年后，设计人员再次对其性能进行了观察。结果显示，投入使用1年内，系统本身未见任何故障。

4结语

综上所述，本文所设计的仪器仪表与化工生产自动控制系统，可实时监测仪器仪表的运行信息，并对其进行反馈，实现对生产全过程的把控。未来，建议化工领域根据自身的生产需求，对仪器仪表的类型进行选择，在此基础上，对自动控制系统进行优化设计，以解放生产力，提高生产效率，使企业的市场竞争力及盈利能力得以增强。

参考文献：

[1]张兆云.FCS控制系统在化工生产自动控制过程中的应用[J].现代商贸工业,2018,39(14):197-198.

[2]陈良英.基于计算机自动控制系统在油脂生产加工领域中的应用[J].粮食与油脂,2018,31(01):76-78.

[3]熊媛,邹言云.以PLC自动控制生产过程为基础的实时仿真系统设计[J].时代农机,2017,44(09):96-97.

作者：姜宁 单位：中海油东方石化有限责任公司