自动化控制技术在化工领域的应用

（长春市职业危害检测检验中心，吉林 长春 130000）

自动化控制技术在化工领域的应用

王 丽 刘 硕

（长春市职业危害检测检验中心，吉林 长春 130000）

在现代科技迅速发展的背景下，自动化控制方面的科学技术也获得了长足的进步，自动化控制技术在许多领域都得到了广泛的应用。作为一门综合性科学技术，自动化控制同其他专业技术存在紧密联系，并与这些专业技术相互促进，共同发展。本文对自动化控制的若干相关概念进行了阐述，在此基础上，对自动化控制技术应用于化学工业的现状进行了分析，并对自动控制技术在该领域的发展前景做了展望。

自动控制技术；化工工业； 温度控制

近些年以来，在科技进步的带动下，自动化仪表及装置领域的技术也获得较大进步，自动化仪表及装置开始向数字化、智能化、模块化、高精度化及轻型化方向发展，与此相伴的是可编程控制器（PLC）、分散型控制系统（DCS）、总线式工控机以及新型现场总线式智能仪表等技术设备的出现，而智能化则代表了自控装置的未来发展方向。智能化应用现场总线技术，实现了自控装置之间信号输送方式的标志性转变，即从模拟量向编码的数字量转化。

1 相关理论

作为一种小型计算机，可编程逻辑控制器以高速运行的速度实现了对过程系统当中的单一设备或多个设备工艺流程的控制。传统使用的硬接线继电器在进行工艺流程的变更或进行产品改选后需要进行手动重新布线，应用PLC，只对工艺流程进行重新编程就完成了全部操作，传统继电器存在的能耗高与低效率的不足则被克服。DCS作为一种微处理器网络系统，可实现对过程系统所有环节分别进行单一和精细的控制。过程系统结构复杂造价高昂，应用的是专用硬件与专用软件，使用专用控制语言。DCS 具有处理最大和最复杂过程系统的功能，DCS的缺点是一旦安装后，难以适应随时间而变化的工艺。所以，DCS的应用领域为具有连续性生产的行业，如电力行业、石油和天然气生产行业、水处理与污水处理行业、纸浆生产行业以及造纸行业等。

人工智能理论与控制理论的有机融合形成了智能控制理论，该理论是对人类的思维方式与行为方式的模拟，以此为基础对生产过程实行智能控制，应用智能控制理论只需被控对象提供相关定性知识，而不需要被控对象提供精确的定量模型。到现在为止，智能控制理论方面研究成果较丰富的领域是模糊控制理论、神经网络控制理论与专家控制方法等领域。

2 自动控制技术在化工领域的应用分析

现代科技快速发展的背景下，化工生产领域引进了自动化控制系统，操作者通过操纵自动化装置就可实现对生产的控制与管理，自动化装置已经同生产工艺和生产设备有机融合为一体。而 PLC 控制系统是其中相对成熟的控制技术，在许多工业生产领域得到广泛应用。PLC的主要优势是：结构与编程简单、具有较高的性价比、具有高可靠性，能够适应各种恶劣生产环境。

目前，在国内许多化工企业，仍采用手工方式来控制化学反应炉的温度，手工操作使操作工人精神高度紧张、而且作业环境较差、反应炉的温度具有波动性大的特点，控制室的温度也较高。应用PLC 控制系统，则能够自动实现对整个工艺流程的控制，并能将温度的精度控制在±0.5 ℃范围之内。

化学反应炉内通常发生聚合反应，反应温度控制是由炉内搅拌器与炉外夹层间流动的冷却水共同完成的。按照聚合反应原理，把反应物按规定比例加至反应炉内，再向炉外夹层间通入蒸气使炉内升温，在达到规定温度后停止加热，此时，系统的报警装置出现加催化剂的提示，在催化剂的作用下，炉中反应物发生聚合反应，并放出大量的热，在这一反应阶段，关键是控制好温度，使温度保持恒定。恒温阶段，事先设定的时刻提醒装置提醒在某一时刻加入某种原料。聚合反应在发生化学反应的同时，还伴随强烈的放热放热效应。依据生产工艺流程，聚合反应过程有多个升温阶段、多个恒温阶段和多个冷却阶段。

我们将温度控制系统的传统算法进行了改进，应用了 PID 控制算法。在积分部分应用的处理方法为“变速积分”与 “抗积分饱和”等。试验表明，控制系统符合预定效果，温度误差不超过±0.5℃，并具有良好的动态性能。在挤出多吹塑成型机上目前开始应用PLC 控制系统。这种生产设备是用于制造容器与生产中空制品的一种吹塑成型设备，它的特点是同类型设备中产出量最大的一种 其生产的各类容器，容器其容积范围从1mL至10000L，既有装牛奶、饮料、洗涤用品和化妆品等不同型号的瓶，也有装饮料、矿泉水和各种化学试剂的桶。目前，挤出吹塑成型机正向自动化、智能化、高速化和高精度化演变。

挤出吹塑成型机在应用德维森科技（深圳） 公司研发的V80系列 PLC 控制器后，其高精度热电偶模块与模拟量输入输出扩展模块能够对型坯温度、挤出压力与型坯壁厚进行高精度控制，生产出来的制成品全部符合质量标准，并具有良好的精度重复性。CPU模块应用的是高速硬件解析技术，模拟量扩展模块则装有CPU芯片与专用共享数据区，这两种模块能够使熔料塑化、挤出和开合模速度得到迅速提升，使成型生产周期得到缩减，确保制品成型符合质量标准。

以介绍温度为例，在挤出吹塑过程中，需要加热和散热工作在平衡状态，以使挤出熔料温度达到某一动态平衡。因此，挤出过程的温度需要实时测量和控制。挤出机的温度经热电偶采集到热电偶模块中，模块内本身内置CPU芯片，具有5路热电偶输入和5路晶体管 PWM 输出，可以在模块内完成 PID 控制算法，控制精度为±1℃。

这种采用德维森科技（深圳）有限公司开发生产的V80 系列PLC控制器在挤出吹塑成型系统中的应用，有效地提高了型坯温度、挤出压力、冷却时间和型坯壁厚的控制精度，进而提高了生产效率和产品质量。

3 自动控制技术在化工领域的前景分析

在科技快速发展的今天，化工生产中应用的控制技术，其装备的软件和硬件都获得了很大进步，进而使化工生产中的控制技术也得到提高。电子信息技术与计算机技术的普及，也促进了自动化仪表和装置技术的发展，其更新换代频率也在提升，而仪表智能化与现场总线技术则代表了自动化控制设备的发展方向。而采用非参数模型的预测与控制方法和不需要模型支持的自整定控制方法等技术的推广，也为自动控制理论的开拓了新的发展途径。

[1] 刘仁志.未来的电镀模式和若干可能的技术改进方案[J].电镀与精饰，2010（10）.

[2] 王明忠.自动控制技术在烧碱蒸发工艺中的应用[J].氯碱工业，2009（05）.

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