化工自动化控制研究现状及发展趋势.docx

化工过程控制及仪表结课论文论文题目化工自动化控制研究现状及发展趋势学 院材料科学与技术学院专业名称林产化工班 级林化13-1班学 号130534119姓 名何海蔚指导教师张谦目录1.化工自动化概述21.1化工自动化控制的概念21.2化工自动化控制的产生32.化工自动化的发展现状32.1国内现状32.2国际形势43.我国自动化控制存在的问题及建议53.1存在问题53.1.1自动化业务流程有待规范53.1.2自动化控制产业化规模有待提高53.1.3自动化控制质量控制参数有待规范53.1.4自动化控制系统集成管理程度有待提高53.1.5模型通用性较差53.1.6产品化能力较差53.2改进措施64.自动化仪表与控制系统的发展趋势64.1智能化64.2高精度化64.3总线化64.4网络化74.5开放性75.参考文献：76.后记7化工自动化控制研究现状及发展趋势摘要：化学自动化控制是一门综合性的技术学科，是综合利用自动控制器仪表学科，以及计算机学科的理论服务于化学工程。本文先介绍了化工自动化控制的的概念和它产生的背景，重点就国内外的发展现状做了对比分析，总结了当前自动化发展中存在的问题并提出了优化对策，最后针对自动化仪表与控制系统的发展趋势从五个方面做了具体的分析和展望。关键字：自动化 化工 控制 仪表前言：自动化控制是整个化工行业发展中在技术应用方面的非常重要的组成部分，加强化工自动化建设，不断提高化工行业的自动化控制水平是我国化工行业适应世界化工自动化控制的发展趋势，同世界化工行业技术与市场接轨的重要措施。实现化工自动化控制，不但有利于提高我国化工企业的技术水平和经营管理水平，提高劳动生产率，而且有利于化工企业降低能耗及生产成本，提高化工产品的品质，为化工企业创造良好的经济效益及社会效益。近几年来，化学工业企业的发展规模越来越大，技术水平也越来越高，新材料、新工艺、新技术的采用范围越来越广，再加上自动化控制技术的实践及业界对自动化控制技术重视程度的提高，化工行业的自动化控制显得越来越重要。1. 化工自动化概述1.1化工自动化控制的概念（1）化工自动化控制是指在化工企业的整个生产管理过程中，以化工过程为控制对象，运用自动化控制技术，采用独特的控制算法和控制方案，实现控制理论和工程技术时间的有机协调，从原料的加工到成品的产出整个化工过程纳入自动化控制系统，实现对化工过程中对温度、压力、流量、液位等模拟量的自动化控制。其特点是在无人直接参与的前提下，利用外部控制设备或装置使被控对象或过程按照预定规律自动运行。（2）实现化工自动化控制不仅需有高质量、高品质的技术服务，而且要求含有成套的自动化控制系统。要实现化工自动化控制具体需做到以下几点：一是采用先进的自动化空着设备及系统，能对温度、压力、流量与液位四大过程参数进行有效控制，比如DCS分散控制系统、PLC可编程序控制器。二是制定出相应科学、合理的实施方案，打造其控制平台。三是拥有高素质操作人员，可对其进行科学管理与操作。（3）化工自动化控制与一般控制的主要区别动态与反馈。一方面，在过程控制中将各种工艺衡算所需要的平衡状态看作是稳态，当生产达到稳态时，若出现干扰，控制变量会偏离稳态，但可以在控制作用下回到稳态，这种将受到干扰后偏离稳态又回到稳态的过程称为动态过程。另一方面，化工自动化控制的效果与发展与信息反馈有着密切联系。在自动化控制系统中，当控制器采取控制措施后，如果能够把预期的控制效果信息送回到控制器进行信息数据比较，以决定下一步怎样进行校正。这种控制预期效果信息又重新传送到控制器的过程称为反馈。反馈是提高控制质量的重要措施，通过改变反馈信息的大小、形式与规律，对控制质量产生不同的影响。1.2化工自动化控制的产生自动化控制理论和其他技术科学一样，它的产生与发展主要由人类生产与发展的需求并由人类已有的技术和知识水平所决定。控制中的一些概念，例如反馈、补偿等，早在千多年前中国古代的计时装置铜壶滴漏中已有体现。但当时由于生产需求和技术水平的限制，控制理论并没有在这古老文明的土地上产生。直到19世纪中，物理学家J.C.Maxwel1才作出关于蒸汽机调速器稳定性分析的著名论文。这是人类历史上第一篇控制理论的论文。然而，自动控制理论作为一门独立的学科却是从20世纪40年代末，二次世界大战后由N.wiener发表了他的著名著作“控制论”以后产生并迅速发展起来的。上世纪30年代以来，自动比技术首先在电子通讯工程中获得了惊人的成就，对自动控制理论产生了极大的推动作用。40年代末产生以Nyquist的工作所开创的基于反馈回路的经典控制理论，它是以传递函数为基础，主要适用于单输入单输出(SISO)线性定常系统的分析与综合问题。从40年代至60年代、经典控制理论为生产过程控制系统的设计提供了强有力的理论支持，并达到了相当完善的程度,在这一时期工业自动化的技术工具是气动或电动模拟的仪表或调节器。本世纪60年代一种以设计和分析复杂控制系统的新方法现代控制理论便应运而生，它是以Bel1man的动态规划理论、Kalman等的最优滤波理论和Pontryagin等的极大值原理为标志的建立在状态空间上的理论。经过近一、二十年的探索，工业过程自动化已从稳定单个工艺变量的SISO系统发展到着眼于稳定整个单元操作运行工况的MIMO系统，进而发展到生产装置的优化操作及着眼于以市场为导向的集管理与控制为一体的工厂综合自动化。随着控制规模的扩大，自动化带来的经济效益也显著增长。2. 化工自动化的发展现状2.1国内现状目前我国化工自动化控制技术涉及很多现代技术，比如控制理论技术、仪表技术、计算机技术等，利于化工生产实现检测、控制、管理等，从而增加化工产量、减少消耗、生产高质量的产品的技术。化工自动化控制技术主要有三大系统组成，即化工自动化软件、硬件、应用系统。当前的化工自动化控制技术需以社会与市场为导向，借助科研力量，在实践过程中有效进行。它主要由化工自动化软件、硬件、应用系统三大系统组成，并逐渐转变为适应现代信息技术的发展要求，集管理与控制于一体的计算机集成综合自动化系统。伴随着过程控制体系经历的PCS、ACS、CCS、DCS、FCS五次变革，我国化工企业自动化控制由单体向总体发展，由独立子系统向网络多元化系统发展，化工自动化控制技术水平越来越高，使化学工业生产经济效益得以大大提高。最近几年，我们国家的仪表产品的进出口数量出现了持续增长的情况，07年国家仪表总产值高达3078亿元，销售额数高达3005亿元；同时，出口额高达678.76亿美元。这就使得我们国家的仪表进出口总数额属于装备制造工业里面最高的行业之一。与此同时，对于测压型仪表、显示型仪表以及简易调节仪等某些比较常用的仪表来说，我们国家已经掌握了它们的核心技术，并且能够进行自主研发和创新。2.2国际形势现如今,在智能化、网络化以及数字化等技术的支持下,自动化仪表与控制系统的发展变得越来越快,并呈现出多功能、高可靠以及高适用等性能。对于现场仪表来说,随着新型硅传感器、复合传感器、光纤传感器以及MEMS传感器等的研发与使用，其精度有了较高层次的改变，例如对于压力变送器和差压变送器来说，其级别已从传统的0.2级提升到了现在的0.075级与0.04级。由于现代工业大多朝着高参数化、大型化、复杂化的趋势发展,因此,国外自动化仪表与控制系统的发展方向主要是高可靠性。他们主要是通过对仪表的设计原理以及设计的结构进行创新,再加上较为成熟的技术以及加工工艺,使得现场仪表不仅耐用、操作简单,而且便于维修。国外许多企业都保证所属的仪表的保修期能够高达10年,并给出“终身保修”以及“本质无损”的承诺。与此同时,在仪表的生产以及销售的过程中,随着现场总线技术以及智能化技术的不断推广,不仅能够确保发现单个产品所具有的,故障,还可以监控整个工程中所具有的全部自动化的控制设备,在一定程度上提升了系统运行的可靠性。目前,国际社会中通过现场总线技术、智能化技术,可以使得仪表在不断的发展过程中迅速判断出产品的故障具有前瞻性的修护。同时,在现场仪表田生产过程中,由于新技术、新原理以及新原料的使用,不仅提高了仪表对于不同环境的适应能力,还提高了仪表耐高温、耐高压的能力。3. 我国自动化控制存在的问题及建议3.1存在问题3.1.1 自动化业务流程有待规范在我国的自动化控制应用中多为独立开发模型，因为在自动化控制模型与独立开发模型之间的数据进行了互换，而且在模型与工业数据之间也进行着交换，因此仍然存在着流程不规范的混乱情况，各类模型虽然独立在自动化控制技术上具有先进水平，但是在总体上却不具备竞争力多数缺乏多装置流程模拟和过程优化的一些工艺条件。3.1.2 自动化控制产业化规模有待提高随着国内化工工艺流程日益繁多，一般科研单位虽然具有很强的科研实力，但不具备产品化所需资金，导致所开发的模型通用性差，产业化规模较低，因此将已有过程模型和优化技术产品化需要大量的资金和人力，同时将高级的科研人员用于产品化程序的开发工作，因此花费了大量的人力物力以及大量技术人员。3.1.3 自动化控制质量控制参数有待规范在自动化控制的质量控制中要先确定属性和指标，这些在试验生产就应该确定的，比如说就是客户主要要求参数，对化工产品参数不是整一规划的并不利于自动化控制对于化工产品质量和工艺水平的提高。3.1.4 自动化控制系统集成管理程度有待提高各模型均为独立开发，在模型和模型之间的数据交换、模型和工业实时数据之间的数据交换上存在着标准不统一的混乱局面。使得各类模型虽然独立在技术上具有先进水平，但尚不具备多装置流程模拟、先进控制和过程优化的条件，在总体上不具有竞争力。3.1.5 模型通用性较差所开发的模型往往是针对单独的企业的特定装置而开发，而国内的石化企业工艺流程种类多，导致所开发的模型通用性差，推广应用的适应性不强。3.1.6 产品化能力较差将已有过程模型和优化技术产品化需要大量的资金和人力，一般科研单位虽然具有很强的科研实力，但不具备产品化所需资金；同时将高级的科研人员用于产品化程序的开发工作，是人力资源的巨大浪费；产品化工作需要大量中级技术人员，其工作量是核心技术开发的数倍。3.2改进措施今后我国在化工工业的发展过程中，将不断加强应用基础研究和高新技术的探索性研究与应用，以寻求新的经济增长点。同时，还将加快信息技术在化工工业中的应用，在此过程中，流程模拟、先进控制和过程优化技术及其产品具有举足轻重的作用。目前，我国化工的大多数装置仍然采用常规的控制系统，其中90以上只是采用PID控制，装置的真正潜力没有发挥出来。因此，开发和推广流程模拟、先进控制和过程优化技术十分必要也非常迫切。经过多年的攻关和不断的技术开发研究，我国在流程模拟、先进控制和过程优化技术方面已有了一定的开发、应用的理论和经验积累，为今后进一步的发展打下了重要的基础。4. 自动化仪表与控制系统的发展趋势4.1智能化从未来自动化仪表所具有的发展趋势来看，智能化将会成为其发展的核心，而所谓的智能化则主要表现为仪表具有许多种新型的功能。例如从仪表的工控方面来看，传统的控制算法仅仅是通过调节器或者DCS对仪表进行控制，而现如今对于那些具有智能化特点的执行器或者变送器来说，我们只要在其中植入一种名为PID的模块，就能够与现场仪表一起实现现象的自主调节功能，进而完成控制的分散工作，降低DCS主机所需要承担的负担，确保调节功能的及时性，提高整个系统的可靠性。4.2高精度化随着工业生产在产品质量方面的要求的不断提高，我们国家的相关政策、文件开始对工业的节能减排工作进行了具体的规定与要求，所以，提高自动化仪表与控制系统所具有的精度需要引起仪表设计以及生产人员的高度重视。4.3总线化对于现场仪表来说，我们通常将其称为在自动化的过程控制系统中所具有的现场设备。随着我们国家开始广泛地使用现场总线技术，组建的集中以及测试系统的分布式也变得越来越容易。然而，集中式的测控已经越来越无法满足现如今的测控任务的要求了，因此，我们需要组建一种网络，使其能够满足各个现场仪表共享数据，此时，就形成了现场总线控制系统。该系统属于一种能够在各种类型的现场智能化仪表和中央控制间进行通信的系统，其具有开放性、数字化、双向性以及多站性等特征。4.4网络化采用了网络数字化通信技术的现场总线技术，使得现场设备和自动化控制系统都融入进了工厂信息网络中，并成为了信息网络的底层，充分发挥了智能化仪表所具有的作用。随着我们国家信息计算机技术的高速发展，将网络结构体系作为其基本特征的自动化仪表，是新一代的控制网络的发展趋势。4.5开放性未来，自动化仪表与计算机之间的联系将会更加的紧密，一些公司曾经指出，仪表的设备需要具有计算机接口，例如打印机接口、接通局域网的网络接口以及USB接口等，同时，需要进行测量的数据应该利用USB接口在一些可以进行移动的存储设备中进行存储，进而实现仪表的开放性。5. 参考文献：1李运胜.对现阶段我国工业自动化仪器仪表行业的展望J.中国高新技术企业，2008（02）2金钦汉.对于我国科学仪器发展战略的几点思考J.现代科学仪器，2004（04）3郝冰.仪器仪表产业创新过程中政府行为分析与比较J.河北工业大学学报，2006，（04）4陈锦，兰利民.工生产中自动化仪表与控制系统的现状与发展趋势综述J.中国石油化工标准和质量，2013,（08）5庞浩军.化工自动化控制及其应用J.科技传播2012，（06）6朱开宏.化工过程流程模拟M.北京：中国石化出版社，2003：64-66.7盛晓敏，邓朝晖.先进制造技术M.北京：机械工业出版社，2008：29-32.8盛定高.现代制造技术概论M.北京：机械工业出版社，2008：178-183.9崔倩，韩璞，王浩.总线智能仪表温度控制系统的设计M，2009：135-139.10琚燕.化工仪表及自动化的发展概况M，2007：87-88.11刘燕，杨光华，闫昭.化工自动化控制及其应用J.化学工程与装备，2010(10):137-13812刘燕,杨光华,闫昭.化工自动化控制及其应用J.化学工程与装备,2010(10).13刘立波,杜惠吉.化工生产控制自动化仪表问题浅析J.才智,2010(26).14方鹏迪,孙小方,陈武,等.安全控制系统发展概述及其可靠性提高的研究现状J