探析計(jì)算機(jī)控制在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

史國昭

摘 要 近年來，隨著我國化工行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，傳統(tǒng)的生產(chǎn)控制手段已漸漸難以適應(yīng)管理的要求。而計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和成熟，使得其極大程度上促進(jìn)了化工生產(chǎn)的變革和發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，大大提高了化工生產(chǎn)過程中對(duì)各類信息的分析和判斷能力，在我國化工生產(chǎn)控制過程逐漸發(fā)揮著無可取代的作用。因此，本文根據(jù)筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，主要就計(jì)算機(jī)在我國化工生產(chǎn)的數(shù)字控制、監(jiān)督控制和最優(yōu)控制三方面作出了簡要闡述。

關(guān)鍵詞 計(jì)算機(jī) 控制 化工生產(chǎn)

中圖分類號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1對(duì)于數(shù)字的直接控制

化工生產(chǎn)過程中，通過計(jì)算機(jī)外部裝置、A/D轉(zhuǎn)換器可以有效實(shí)現(xiàn)將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量裝置所發(fā)送的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)所能接受的數(shù)字量信號(hào)。相比于所給定的信號(hào)R，這種測(cè)量信號(hào)可以得到信號(hào)偏差%=E，然后，計(jì)算機(jī)通過運(yùn)用數(shù)字控制器能夠計(jì)算出與%=E相關(guān)的各種控制規(guī)律，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的輸出。由于計(jì)算機(jī)所傳輸過來的數(shù)字信號(hào)是處于間斷狀態(tài)的。因而必須通過數(shù)字量/模擬量（D/A）轉(zhuǎn)換以及對(duì)于保持器的控制，轉(zhuǎn)變數(shù)字量信號(hào)為模擬量信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的控制。

譬如，化工生產(chǎn)中涉及到純化水系統(tǒng)或者注射水系統(tǒng)的控制時(shí)，往往需要控制PH值的變化，而生產(chǎn)過程中PH值的變化曲線并不是呈線性相關(guān)，普通的模擬儀表控制難度很大。然而，我們通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，當(dāng)PH值出現(xiàn)變化時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)改變控制器的系數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)非線性PH中和 曲線的補(bǔ)償。在對(duì)PH值進(jìn)行控制的過程中，計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置的系數(shù)模型一方面會(huì)接受所傳來的PH信號(hào)，并且根據(jù)這一信號(hào)自動(dòng)算出最合適的控制器系數(shù)，接著將該系數(shù)傳輸至控制器。另一方面，系統(tǒng)所給定的PH信號(hào)在與測(cè)量得出的PH信號(hào)經(jīng)過一番比較之后，其中相對(duì)較差的信號(hào)會(huì)被傳送至控制器中進(jìn)行計(jì)算，最后也是由控制器輸出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)。一般，我們把這種能夠自主轉(zhuǎn)變系數(shù)的控制方式稱作自適應(yīng)控制。

再如，在目前的間歇生產(chǎn)過程中，隨著產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量方面的需要，傳統(tǒng)的手工操作方式已經(jīng)漸漸難以滿足要求，而要想在盡可能減少材料和能源消耗的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高，就必須摒棄以往所使用的模擬儀表，引進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)間歇生產(chǎn)過程的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的升溫升壓、自動(dòng)配比加熱直到最后輸出產(chǎn)料。

2實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)督控制

目前，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的逐漸深入，化工行業(yè)內(nèi)對(duì)生產(chǎn)的控制已經(jīng)不僅僅局限于對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的控制，而是逐漸轉(zhuǎn)變到對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息的準(zhǔn)確獲取和分析，對(duì)生產(chǎn)整體狀況的把握，并通過對(duì)生產(chǎn)過程的科學(xué)管理，確保企業(yè)的運(yùn)行過程處于最優(yōu)狀態(tài)。

目前，很多企業(yè)都還只是依靠傳統(tǒng)的人工手段獲取生產(chǎn)過程的各種信息，這種控制方式不僅難以及時(shí)獲得信息，還常常會(huì)造成很大的數(shù)據(jù)誤差等情況。而隨著行業(yè)發(fā)展的逐漸深入，以往的人工控制方式已經(jīng)很難適應(yīng)生產(chǎn)管理的需要，而計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的確恰好解決了這一難題。其具體的生產(chǎn)控制原理如下：生產(chǎn)過程中，原始信息經(jīng)過采樣器采樣和A/D變換器變換之后，傳輸至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)在對(duì)所接受的信息經(jīng)過處理、加工之后，再將準(zhǔn)確的信息傳送給工作人員。一般，從指標(biāo)打印機(jī)、CRT顯示器等所給出的報(bào)表中都能很容易的找出這些信息。如果某些參數(shù)超過了規(guī)定要求，還能在第一時(shí)間內(nèi)發(fā)出警報(bào)聲。

一般，計(jì)算機(jī)的監(jiān)督控制方式可以分為兩種，即在線和離線，在線監(jiān)督控制，就是信息傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之后，系統(tǒng)自身通過對(duì)信息分析處理之后，自動(dòng)作出決策，進(jìn)而去控制生產(chǎn)過程，保證生產(chǎn)過程處于最佳狀態(tài)。而離線監(jiān)督控制則是指計(jì)算機(jī)在對(duì)信息采集過后，通過一系列的處理運(yùn)算，直接將處理過的信息反饋給工作人員，再由工作人員對(duì)這些信息進(jìn)行判斷分析，進(jìn)而做出決策再運(yùn)用到生產(chǎn)過程中去，以保證生產(chǎn)過程處于最佳狀態(tài)。

3生產(chǎn)過程的最優(yōu)控制

在上述的生產(chǎn)過程數(shù)字控制和監(jiān)督控制兩個(gè)方面里，都存在著怎樣才能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)的最優(yōu)控制這一問題。下面，我們就針對(duì)這一問題進(jìn)行介紹。生產(chǎn)過程的最優(yōu)控制一般可以分為動(dòng)態(tài)最優(yōu)和靜態(tài)最優(yōu)兩個(gè)方面，所謂的“動(dòng)態(tài)最優(yōu)”，當(dāng)生產(chǎn)過程的工況狀態(tài)發(fā)生改變，即從一個(gè)狀態(tài)切換到另一個(gè)狀態(tài)時(shí)，通過控制變化的時(shí)間、耗費(fèi)的物資和能源等以實(shí)現(xiàn)控制最優(yōu)。而靜態(tài)最優(yōu)則是指生產(chǎn)環(huán)節(jié)在保證能量和物料衡算之后，通過操作條件的設(shè)置，保證生產(chǎn)過程最優(yōu)控制通常，要想實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，必須通過優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型予以支持，通過數(shù)學(xué)模型的建立能夠幫助化工過程科學(xué)的進(jìn)行辨識(shí)和判斷。不過，化工生產(chǎn)過程極其繁雜，單單是想依靠數(shù)學(xué)方程進(jìn)行描述是不現(xiàn)實(shí)的，有時(shí)，我們會(huì)通過調(diào)優(yōu)操作技術(shù)輔助生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。

一般，我們會(huì)根據(jù)以下生產(chǎn)步驟實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，首先，確定最優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)以及最合理的自變量之后，在此基礎(chǔ)上找出影響目標(biāo)的各種因素并建立數(shù)學(xué)模型或者經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停偻ㄟ^計(jì)算機(jī)技術(shù)摸擬試驗(yàn)修改模型，最后到生產(chǎn)過程中實(shí)施，保證實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制。最優(yōu)化控制的實(shí)施主要是為了在保證最大產(chǎn)量和最優(yōu)質(zhì)量的基礎(chǔ)上盡可能地保證原材料的消耗最低，簡而言之，就是要使單位產(chǎn)品成本最低，利潤最高。當(dāng)然，最優(yōu)化控制的輸出不僅可以用來改變直接數(shù)字控制器的設(shè)定值，而且可以用來修正直接數(shù)字控制器的各種參數(shù)，進(jìn)而保證生產(chǎn)過程處于最優(yōu)狀態(tài)。

4結(jié)語

總而言之，傳統(tǒng)的人工控制方式已經(jīng)漸漸難以適應(yīng)當(dāng)代化工行業(yè)快速生產(chǎn)的要求，而計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的出現(xiàn)使得化工行業(yè)的生產(chǎn)過程發(fā)生了巨大的變化，并且隨著計(jì)算機(jī)智能技術(shù)的發(fā)展，未來，相信在化工工作者們的共同努力下，計(jì)算機(jī)在化工領(lǐng)域必然會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

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