化工自动化控制及其应用

刘连刚

哈尔滨博实自动化股份有限公司刘连刚

摘要：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学科更是大家所研究的目标。本文主要阐述了化工自动化控制产生的背景、现状及发展，结合我国化工自动化控制存在的问题，提出了相应的对策及建议。

关键词：化工；自动化；控制化工生产过程自动化，就是在化工设备上，配置一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行。这种用自动化装置来管理化工生产过程的方式，就称为化工生产过程的自动化，简称化工自动化。

一、化工自动化控制的概念化工过程控制，是化工生产过程自动控制的简称。在50年代，曾采用化工自动化一词来概括化工生产过程的检测和控制两方面的内容，近年来倾向于将检测与控制分为两个概念。化工过程控制主要是研讨控制理论在化工生产过程中的应用，包括各种自动化系统的分析、设计和现场的实施、运行，而不包括纯理论的研究和仪表的设计、制造。

二、自动化控制的产生及发展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。

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。

三、化工自动化控制与一般化工方法的区别化工自动化控制与一般化工方法最大的区别是动态和反馈。

1.动态在过程控制中把各种工艺衡算所依据的平衡状态称稳态。

当生产达到稳态时，一个干扰出现后，被控制的变量就会偏离稳态，然后在控制作用下又逐步回至稳态，这个偏离了稳态又回复到稳态的过程称动态过程。在很多情况下，回复过程是振荡式的，可以回到原来起始的稳态，也可以回到另一个新的稳态。很多工艺设备的设计也是按可能出现的最大偏离的动态条件进行，而不能都按稳态计算进行。

2.反馈自动控制的成功和发展关键在于信息的反馈。在一个控制系统中，当控制器采取控制措施后，如果能够把控制效果的信息送回到控制器进行比较，以决定下一步如何进行校正。这种将控制效果信息送回到控制器的概念称反馈；这种信息通路称反馈回路。采用反馈是提高控制质量的关键措施，改变反馈的大小、形式或规律，对控制质量有不同的影响，甚至可以将不可控的非稳定系统改进为控制质量颇佳的稳定系统。所以称反馈是控制系统的心脏。

四、如何提高自动化控制水平1.选取好质量控制的参数如果参数本身很不符合正态分布，一般其平均值（算术平均，几何平均，重均，数均等等）能够符合正态分布。如果还是效果不行，则应该换更本质的，能够反映其性能的其它参数。

比如还是上面那种氧化物产品，最初是微米大小，其粒度分布可由激光散射粒度仪准确测量，用体积平均值做指标来衡量就很好。后来产品改进成纳米级，粒度仪难以给出准确的结果，用高分辨显微镜则时间太长，不适合做为过程质量控制手段。

2.预防式质量控制管理主动预防式更包括研究开发人员定期主动介入生产和质保过程，及时从一些异常痕迹中发现问题解决问题。许多异常痕迹往往不是工厂或质保人员的知识体系可以意识到的。此外，有时候问题并非真正在生产上，而是在质检人员的操作程序误差上，这些往往不是质检部门本身能够迅速发现解决的。

质量控制管理的目标是尽可能达到稳定的可靠的产品。质量控制不好，产品不正常可能要返工甚至出废品，于是生产成本高。加强质量控制管理，可以立即提高生产效率，可以使产品成本大大下降。然后达到某种相对稳定的状况。这时进一步加强控制可能就没有多少效果了，而且常常导致控制管理成本急剧增加，使整体效益降低。

五、我国自动化控制存在的问题及建议1.集成能力差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。

2.模型通用性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.产品化能力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。

六、当前自动化控制研究及发展当前工业过程自动化研究的另一个热点是以市场为导向的集管理与控制于一体的计算机集成综合自动化系统。由于其给企业带来显著的经济效益，已引起企业界与学术界广泛的兴趣。从系统的角度来研究综合自动化系统．这使得控制理论从系统的总体特征上遇到了前所未有的困难。解决这类问题的重要途径可以是将控制理论、运筹学与智能控制三者相结合。而这些问题的解决可能意味着新一代控制理论或复杂系统控制理沦的产生。

从应用的角度看，仍然缺乏行之有效的控制方法与控制技术去满足不断发展的工业生产提出来的各种要求。我们需要有一种清醒的认识，即自动控制界所面临的这种严峻的现实，以及造成这种现实的原因。一股来说，理论是从实践中抽象而来．而实践则是在理论指导下进行。

自动化领域是一个涉及范围很广、包括内容极丰的研究领域，每种自动控制理论的提出都有其相应的背景和应用对象，企图包罗万象是不可能的，但是对于我们每一个自动控制领域的工作者而言，这一点却是极其值得注意的，要注意甄别每种自动控制理论的应用背景．切不可—概而论。这样说，并不是说理论研究不重要．这样说的目的在于强调控制理论研究与生产实际的密切结合．纠正在理论上做理论，在文章中写文章的倾向，提倡加强应用理论和应用技术的研究，真正使科学研究的成果转化为现实的生产力，为经济发展服务。

参考文献：[1]盛晓敏，邓朝晖．先进制造技术[M]．北京：机械工业出版社，2012：[2]盛定高．现代制造技术概论[M]．北京：机械工业出版社，2011：[3]崔倩，韩璞，王浩．总线智能仪表温度控制系统的设计[M]．2007；