化工自动化仪表的自动控制过程研究

 马二强 董强德

摘要：随着我国经济的快速发展，化工行业在国民经济中的地位日益重要，而自动化仪表在化工生产过程中的应用也越来越广泛。自动控制过程作为化工自动化仪表的核心功能，对于提高生产效率、降低生产成本以及确保生产安全具有重要意义。本文将对化工自动化仪表的自动控制过程进行深入研究，以期为实际生产应用提供理论支持。

关键词：自动控制；化工自动化；传感器技术

中图分类号：TQ056文献标识码：A

引言

自动化仪表是化工生产过程中的核心组件。由于工艺流程的复杂性和生产过程的自动化需求，这些仪表在精确控制生产参数方面发挥着至关重要的作用。因此，化工生产对仪表设备的稳定性和可靠性有着极高的要求。相较于普通仪表，自动化仪表的故障成因更为复杂，故障种类也更多，从而增加了维护难度。

1 化工自动化仪表的基本概念

化工自动化仪表是指在化工生产中，用来测量、控制和调节物理量和化学量的一种自动化设备，包括传感器、信号转换器、信号处理器以及控制器等部件。传感器是化工自动化仪表的核心部件，其作用是将被测量的物理量转化为电信号，并将其传输到信号处理器进行处理和分析。化工自动化仪表的工作原理是基于控制理论和信号处理技术，通过测量被控制对象的参数，将测量结果转化为电信号，经过信号处理器和控制器的处理后，对被控制对象进行控制和调节，以达到预期的控制效果。常见的化工自动化仪表包括温度计、压力计、液位计、流量计等。

2 自动化仪表的特点

在石油化工生产领域，自动化仪表具有重要的作用，为石油化工生产提供了全面的技术支持。石油化工自动化仪表具有以下特点。第一，高精度测量。自动化仪表可以实现高精度的测量，误差不超过±0.01%，可满足石油化工过程中对测量精度的要求。第二，高稳定性。石油化工过程中，自动化仪表能够保持长时间的稳定运行，减少故障和停机时间，提高生产效率。第三，多种通信协议支持。自动化仪表支持多种通信协议，如Modbus、Profibus等，可以与其他设备进行通信和数据交换。第四，开放性。自动化仪表采用以Windows/CE、Linux、VxWorks等嵌入式操作系统为系统软件核心和高性能微处理器为硬件系统核心的嵌入式系统技术。第五，适应性强。自动化仪表可根据石油化工工艺的不同需求进行定制和配置，满足不同生产流程的要求。

3 控制策略

3.1 程序故障

程序故障是指仪表所使用的程序出现问题，导致仪表无法正常工作。处理方法如下:(1)检查程序是否正确安装，如果不正确，则需要重新安装程序。(2)检查程序是否有误，如果有误，则需要重新编写程序或更换程序。(3)检查仪表与计算机之间的通信是否正常，如果不正常，则需要重新检查连接和通信协议。以上是常见的化工自动化仪表故障及处理方法，但是由于故障类型繁多，因此在实际工作中，需要根据具体情况得出结论，故障处理方法也需要具体问题具体分析。

3.2 信号传输控制

使用示波器、信号分析仪等对信号进行实时监测和分析。通过观察波形和频谱等参数，可以快速定位信号传输路径中的异常，为后续的故障诊断提供准确的依据。建立故障模式识别系统，通过分析历史数据识别不同类型的信号传输故障模式，并利用机器学习等技术，使系统能够在发生类似故障时快速做出准确判断，提高故障诊断效率。在故障定位时，可以采用时域分析法，观察信号在时间轴上的波动情况，通过分析波形的振幅、周期等信息，定位信号传输路径中的异常点，该方法对于一些瞬时干扰或短时故障的定位具有较好的效果。采用频域分析法，将信号转化到频域进行分析，观察频谱的变化，通过识别频谱中的异常频率成分，可以准确定位信号传输中的故障源，可以快速定位问题。在信号传输路径中设置信号放大器，增强信号的强度，在长距离传输或受到外界干扰较强的情况下，能够提升信号的稳定性，减小信号失真的可能性。采用电磁屏蔽技术屏蔽信号传输线路，通过使用屏蔽罩、屏蔽层等材料，减少外界电磁干扰对信号传输的影响，增强信号的抗干扰能力。

3.3 管理完整

自动化仪表设备管理完整性的建设目的是通过建立健全的设备设施管理体系、提高管理队伍和人员能力、应用完整性审核工具及标准、设置绩效考核指标来提高公司范围内仪表设备及相关自控系统的管理水平，使完整性管理文化深入到公司的每个员工。仪表设备完整性管理体系的推进是一项系统的工程，必须通过全员系统的学习培训，真正让仪表管理体系入脑入心，才能提高各级人员对仪表设备完整性管理的认识。通过仪表设备完整性管理体系培训，保证各级人员熟悉仪表完整性管理的基本思路和管控重点，理顺仪表完整性管理的职责权利，消除各级人员对仪表设备完整性管理的误解，同时结合国内外的良好作业实践和各兄弟单位的具体做法进行针对性培训，更好地指导仪表设备完整性管理实践。通过培训，确保石油化工仪表相关人员熟悉功能安全的相关知识、学习安全仪表管理的有关标准规范、熟悉安全仪表系统全生命周期的安全管理，使其熟练掌握安全仪表系统、风险降低等相关专业技术。

3.4 反馈控制与前馈控制

在化工自动化生产领域，反馈控制与前馈控制这两种控制策略具有重要意义，它们有助于优化生产过程、提升产品质量并确保系统稳定性。反馈控制是一种以系统当前状态为基础的控制方法，通过监测系统输出，将实际输出与预期输出进行比较，并根据误差调整控制输入，从而使系统维持在预期状态。此类控制方式具备较强的适应性，能应对系统参数变化及外部扰动，并在不确定条件下实现控制，提高系统稳定性与鲁棒性。在化工生产过程中，反馈控制广泛应用于温度、液位及压力控制等方面，对确保产品质量和提高生产效率具有重要作用。前馈控制则是一种基于先验知识的控制策略，可通过预测系统干扰或扰动，提前采取措施抵消其影响。前馈控制利用模型或先验知识预测系统未来行为，并提前调整控制输入以抵消干扰或扰动，从而降低对实际输出反馈信息的依赖。此类控制方法能快速响应干扰，减少系统响应时间，尤其在已知干扰或扰动情况下表现优异。前馈控制常应用于化工生产中的喂料控制等需要迅速应对干扰的场景，有助于降低系统不稳定性和振荡风险。

3.5 电源控制

电源波动可能会对自动化仪表的正常运行造成影响，可以通过安装电源稳压器来维持电源的稳定性。电源稳压器能够自动调整输出电压，抵消电源波动，保持在仪表允许的工作电压范围内。为了抑制电源中的高频噪声，可以在仪表的电源线路上安装滤波器，有效过滤电源中的杂波。在仪表的电源线路上加装屏蔽罩或屏蔽导线，可以有效减小外部电磁干扰对电源的影响，屏蔽措施能够保持电源信号的纯净性，增强仪表的抗干扰能力。

结束语

化工自动化仪表是化工生产过程中不可或缺的重要设备，进行定期维护、保养和故障处理是确保其正常工作的重要措施。化工自动化仪表的日常维护应遵循定期维护、更换部件等基本原则，常见的故障包括仪表显示异常、传感器故障、通信故障等，需要根据具体情况采取相应的维修措施。此外，加强对化工自动化仪表的安全管理也非常重要，应建立完善的安全制度，加强培训和安全意识教育，确保化工生产过程的安全稳定。

参考文献

[1] 杨健，陈毓晖．化工仪表中的自动化控制技术分析［J］．中国石油和化工标准与质量，2021，41(19):185-186．

[2] 任晋斌，高小亮，李虹萱.石油化工企业自动化仪表故障处理及安全可靠性分析[J].化工管理，2021（21）：175-176.