自动化控制设计的主要内容及在化工中的应用.doc

自动化控制设计的主要内容及在化工中的应用摘要 自动化技术是当今举世瞩目的高技术之一，也是中国今后重点发展的一个高科技领域。而我们化工生产则是离不开自动化控制系统，自动化系统大大推动了化工生产的发展。关键词 自动化控制系统 化工生产正文 自动化控制系统现在广泛的运用在我们的生活和工业生产中，它的出现以及发展大大促进了科技和社会的发展，在促进产业革命中起着十分重要的作用。特别是在石油、化工、冶金、轻工业等部门由于采用了自动化仪表和集中控制装置，促进了连续生产过程的发展，大大的提高了劳动生产率，给企业以及社会带来巨大的经济效益和方便。自动控制系统包括检测、运算和执行三个部分，相当于人的眼、脑和手，换句话说，自动化系统就是代替了人的工作，同时自动化系统的检测、运算以及执行比人要更准确更迅速从而提高了生产效率。这三个部分一般有三个装置：测量原件与变送器、自动控制器和执行器，这三个装置也就是自动化系统三个部分的“工人”。 随着我国经济和社会的快速发展，自动化仪表正在朝着智能化的方向发展，并且已经取得了较大的进步，智能化仪表实现了数字化、小型化、轻量化，但是，发展转变最大的就是实现了信号传递，也就是说化工自动化使用了现场总线技术，这样一来，将传统的模拟量信号转变为具有编码功能的数字量。化工自动化控制技术涉及到很多的现代技术，例如：控制理论技术、仪表技术、计算机技术等，从而对化工生产实现检测、控制、管理等目的，最终增加化工产量、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。现如今，化工自动化控制成为制造行业中的最重要的技术，通过此技术可以有效的解决化工生产中出现的问题。现如今，当前我国化工自动化控制发展大部分都是从国外引进先进的设备， 在投入使用一段时间后，根据企业的特点进行再次开发与利用。 在化工中，广泛运用化工仪表，而自动化控制在化工仪表起到了什么作用呢？其主要采用先进的微电脑芯片及技术,减小了仪表的体积,并提高了仪表的可靠性及抗干扰性能。实现真正的以逸待劳以及待人的目的。主要作用体现在以下几个方面：(一)仪表有了可编程功能计算机的软件进入仪表,可以代替大量的硬件逻辑电路,这叫硬件软化。特别是在控制电路中应用一些接口芯片的位控特性进行一个复杂功能的控制,其软件编程很简 单(即可以用存储控制程序代替以往的顺序控制) 。而如果带之以硬件,就需要一大套控制和定时电路。所以软件移植入仪器仪表可以大大简化硬件的结构,代替常规的逻辑电路。(二)仪表有了记忆功能以往的仪表采用组合逻辑电路和时序电路,只能在某一时刻记忆一些简单状态,当下一状态到来时,前一状态的信息就消失了。但微机引入仪表后,由于它的随机存储器可以记忆前一状态信息,只要通电,就可以一直保存记忆,并且可以同时记忆许多状态信息,然后进行重现或处理。(三)仪表有了计算功能由于自动化化仪表内含微型计算机,因此可以进行许多复杂的计算,并且具有很高的精度。在自动化仪表中可经常进行诸如乘除一个常数、确定极大和极小值、被测量的给定极限检测等多方面的运算和比较。(四)仪表有了数据处理的功能在测量中常常会遇到线性化处理、自检自校、测量值与工程值的转换以及抗干扰问题。由于有了微处理器和软件,这些都可以很方便的用软件来处理,一方面大大减轻了硬件的负担,又增了丰富的处理功能。自动化仪表也完全可以进行检索、优化等工作。在化工具体工艺流程中，自动化系统也是同样广泛的运用，比如：自动检测与控制化工生产过程经常要在高温、高压下进行,某些物料易燃、易爆，具有毒性和腐蚀性,同时反应的机理和过程十分复杂，因而对自动化控制生产过 程的要求特别迫切。为了实现过程自动化，首先应对生产过程中的主要工艺参数如温度、压力、流量、液位、成分等进行自动检测，获得准确可靠的数据。检测是通 过各种敏感器件来完成的。有些参数测量还需要靠微型计算机辅助，如饱和蒸汽流量测量中的湿度和压力的自动补偿。有时还用模型化的方法来进行特殊变量的测量 和用状态观测的方法来进行某些变量的预估。一些高温、高粘度、大流量和低温的自动测量技术已取得较大的进展；利用参数辨识和相关技术的间接测量方法也在石 油、化工的特种参数测量中开始应用。测量所得的数据是对生产过程进行自动监视和控制的基础。例如，控制系统的调节作用就是根据所得到的数据进行比较、运算，然后发出指令操纵调节阀而实现的。化 工生产过程自动控制包括单参数的控制和整个装置或系统的集中综合控制。化工自动化控制的特点在于动态和反馈。系统工作总是在稳态附近变化，波动是由于干扰 引起的，控制的目的是使系统在预计的最大偏离的条件下恢复到稳态。在闭环控制系统中还将控制效果的信息反馈到控制器去进行比较,以改善控制的效果。一般改 变反馈的大小、形式或方式，往往就可以改变控制的结果。在现代化工生产过程的自动控制中所采用的控制方式有：前馈控制、反馈控制、多变量解耦控制、状态反 馈控制、克服大滞后的预估补偿控制、采样控制、最短时间控制和线性最优控制等。针对石油、化工过程的时变、随机和状态难于直接测量等特点，还采用随机最优 控制、自校正控制、自适应控制、状态观测和卡尔曼滤波技术等。电子计算机在自动控制中主要完成信息的存储、处理、逻辑判断、动态过程分析、决策、控制和事 故诊断的功能。例如，在自动信号联锁保护系统中，应用信号联锁和计算机的上述功能对化工企业的安全生产实行声光信号指示、屏幕显示、事故操作指导和联锁切断保护等。系统仿真数字仿真技术在化工生产过程自动化中已广泛应用，例如用于分析研究系统的动态和静态行为，寻求最优控制方案、优化操作条件，为设计新控制系统提 供依据以及培训操作人员。仿真的质量取决于所建立的数学模型的准确性。但由于石油、化工过程的复杂性，仿真技术的应用受到了一定限制。但是随着社会技术的进步，在不久的将来这些困难会克服的。下面我们再看看ESD系统在化工领域的应用对于石油和化工生产装置来说，设置独立于控制系统的安全联锁是十分有必要的。而ESD系统就是独立于主控制系统的，其安全级别高于主控制系统。在正常情况 下，ESD系统处于静态，不需要人为干预。它作为安全保护系统，凌驾于生产过程控制之上，适时在线监测装置的安全性。当生产装置出现紧急情况时，不需要经过主控制系统，而直接由ESD发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。该动则动，不该动则不动，这是ESD系统的一个显著特点。高可靠性的ESD系统不仅能保证设备安全无干扰地运行，还能为装置提供一体化的解决方案。同时这个系统还兼具准确的记录功能，内部的事件报警器可以清楚地记录下紧急停车过程中每一个操作步骤和报警事件，为专业人员查找事故原因和事故部位提供了第一手材料。目前，国内很多大型乙二醇、环氧乙烷等危险等级高的装置都采用了ESD紧急停车系统，实现了紧急状况下阀门自动开、关，使系统退守到相对安全的状态。这可以 在很大程度上避免操作人员由于紧张慌乱、判断不准确等原因引起的误操作，使紧急停车过程变得安全、准确、简单，降低了事故发生率和危害程度。自动化系统有着数之不尽的优点，这也是化工生产过程中之所以广泛运用自动化控制系统的原因：提高生产效率，降低成本，提高产品的质量和产量；解放劳动力，减轻劳动强度，改善工作环境；保证生产过程中的安全，最大限度的高效率和高寿命利用设备；能提高工人的文化技术水平，使工人从体力劳动转向脑力劳动。但是当前化工自动化中也是存在一些问题，比如模型通用性能较差、产品化能力非常差，但是相信随着自动化系统的完善和发展这些问题终究会被解决，而那时的自动化系统方才是真正的“自动化系统”。结语 经过多年的攻关和不断的技术开发研究，我国近年来在化工自动化控制的控制规律、方案以及实施技术和规模集中方面，都已经取得了一定的成功经验，经济效益也得以显著提升，为今后我国护工自动化产业的进一步的发展奠定了良好的基础。但是现阶段我国的化工自动化控制及其应用研究工作，仍然有许多亟待解决的问题， 需要我们进一步深日研