淺談化工過程控制技術(shù)

趙練奎（蘭州藍(lán)星清洗有限公司，甘肅 蘭州 730060）

淺談化工過程控制技術(shù)

趙練奎（蘭州藍(lán)星清洗有限公司，甘肅 蘭州 730060）

隨著科技的發(fā)展，化工過程控制技術(shù)在現(xiàn)代化化工成產(chǎn)中的作用越來(lái)越重要，本文就化工過程控制幾種常見類型及其控制方案做了介紹。

閉環(huán)；開環(huán)；主回路；副回路

自動(dòng)控制技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化中起著十分重要的作用，自動(dòng)控制水平的高低也是衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)先進(jìn)與否的重要標(biāo)志之一。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，其重要作用也越來(lái)越顯著。

1 化工生產(chǎn)控制

化工生產(chǎn)過程都必須在工藝所規(guī)定的工藝變量（溫度、壓力、流量、液位、濃度等）條件下進(jìn)行操作，才能保證生產(chǎn)安全、高效地進(jìn)行。但是，在生產(chǎn)過程中，由于某些因素的影響往往使得各種表征生產(chǎn)過程進(jìn)行狀況的變量偏離工藝指標(biāo)。若要達(dá)到穩(wěn)定操作，必須對(duì)那些工藝變量進(jìn)行控制。從而出現(xiàn)了化工過程控制。

2 化工過程控制的特點(diǎn)

過程工業(yè)是隨時(shí)間的延續(xù)，連綿不斷的發(fā)生連續(xù)變化的。這樣的生產(chǎn)過程中，物料通常是以流體形態(tài)（氣態(tài)、液態(tài)、多相混合流體）在密閉的管路和容器中，進(jìn)行物質(zhì)的、能量的傳遞與交換。這樣的工業(yè)過程具有下面一些特點(diǎn)：

①控制對(duì)象復(fù)雜、控制要求多樣；②生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)；③控制方案具有多樣性，如：?jiǎn)位芈贰⒋?jí)、前饋-反饋、比值、均勻、分程、選擇性等；④控制過程屬慢過程、多半屬參量控制；⑤定值控制是主要控制形式；⑥大多使用標(biāo)準(zhǔn)化的檢測(cè)、控制儀表及裝置。

3 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是指由一個(gè)測(cè)量原件和變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器、一個(gè)調(diào)節(jié)閥和一個(gè)被控對(duì)象構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

4 控制系統(tǒng)的分類

常用的分類方法有兩種：按設(shè)定值的形式、按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

4.1 按設(shè)定值的形式分類

①定值控制系統(tǒng)—設(shè)定值恒定不變②隨動(dòng)控制系統(tǒng)—設(shè)定值不固定，隨時(shí)可能變化

③程序控制系統(tǒng)—設(shè)定值按預(yù)定的時(shí)間程序變化

4.2 按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類

（1）反饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)控制）

（2）前饋控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)沒有被控變量負(fù)反饋，不將被控變量引入到控制器中。

（3）復(fù)合控制系統(tǒng)

是由兩個(gè)及兩個(gè)以上簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)組合起來(lái)的控制一個(gè)或同時(shí)控制多個(gè)參數(shù)的控制系統(tǒng)，又叫復(fù)雜控制系統(tǒng)。

5 常見的幾種復(fù)合控制系統(tǒng)介紹

常見的復(fù)合控制系統(tǒng)主要有串級(jí)控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、選擇性控制系統(tǒng)及分程控制系統(tǒng)。

5.1 串級(jí)控制系統(tǒng)

就是由兩個(gè)調(diào)節(jié)器串聯(lián)在一起，控制一個(gè)執(zhí)行閥，實(shí)現(xiàn)定值控制的控制系統(tǒng)。

處于系統(tǒng)方框圖里面的是副回路，外面的是主回路，其特點(diǎn)為：

（1）由于副回路的引入及其快速作用，使其對(duì)進(jìn)入副回路的干擾具有很強(qiáng)的抗干擾能力，調(diào)節(jié)及時(shí)。

（2）改善了對(duì)象特性，等效對(duì)象時(shí)間常數(shù)縮小，提高了工作頻率，從而使操作周期縮短，提高了控制質(zhì)量。

（3）由于副回路的存在，使整個(gè)系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力，適應(yīng)負(fù)荷或操作條件的變化。

5.2 均勻控制系統(tǒng)

是指兩個(gè)工藝參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)能緩慢地、均勻的變化，使前后設(shè)備在物料供求上相互兼顧、均勻協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。其特點(diǎn)為：

①表征前后供求關(guān)系的兩個(gè)參數(shù)是矛盾的；②兩個(gè)參數(shù)應(yīng)該是緩慢變化的；③兩個(gè)參數(shù)只能在允許的范圍內(nèi)波動(dòng)。

均勻控制系統(tǒng)是就控制方案所起的作用即控制目的而言的，從方案的結(jié)構(gòu)來(lái)看，它有時(shí)像一個(gè)單回路的定值控制系統(tǒng)，有時(shí)又像兩個(gè)控制變量組成的串級(jí)控制系統(tǒng)。

5.3 比值控制系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)。按結(jié)構(gòu)分類比值控制系統(tǒng)又分為開環(huán)和閉環(huán)比值控制系統(tǒng)；按實(shí)施方案分類又分為相乘和相除方案；按比值分類又分為定比值和變比值控制方案。

5.4 選擇性控制系統(tǒng)

生產(chǎn)工況超出一定范圍時(shí)，自動(dòng)切換到一種新控制系統(tǒng)中，取代原控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，當(dāng)工況恢復(fù)時(shí)，又自動(dòng)切換回原自動(dòng)控制系統(tǒng)中。選擇性控制系統(tǒng)分類：

5.4.1 開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)

這種控制系統(tǒng)一般有兩個(gè)可供選擇的變量，一個(gè)變量是工藝操作的主要技術(shù)指標(biāo)，另一個(gè)是工藝操作的上限值，只要不超出該值，就能保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

5.4.2 連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)

選擇器位于兩個(gè)控制器與一個(gè)執(zhí)行器之間，這是最常用的選擇性控制系統(tǒng)。連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)是連續(xù)控制系統(tǒng)切換到另一個(gè)連續(xù)控制系統(tǒng)。

選擇器位于控制器之前，此系統(tǒng)的特點(diǎn)是多個(gè)變送器共用一個(gè)控制器，選擇器位于控制器之前，對(duì)變送器的輸出信號(hào)進(jìn)行選擇，其主要用途有兩個(gè)，一是選出幾個(gè)檢測(cè)變送信號(hào)的最高或最低信號(hào)用于控制，其二是為了防止因?yàn)閮x表故障造成事故。

5.4.3 混合型選擇性控制系統(tǒng)

既包含有開關(guān)型選擇的內(nèi)容，又包含有連續(xù)型選擇的內(nèi)容。

5.5 分程控制系統(tǒng)

將一個(gè)控制器的輸出分成若干段，由各個(gè)信號(hào)段去控制相應(yīng)的控制閥，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)控制器對(duì)多個(gè)控制閥的控制。

（1）可以提高閥的可調(diào)比，適應(yīng)負(fù)荷的大范圍變化，改善控制品質(zhì)。

（2）可以滿足生產(chǎn)中不同階段的需要，根據(jù)分程條件，不同階段利用不同的方案進(jìn)行控制。

6 結(jié)語(yǔ)

在科技快速發(fā)展的今天，化工過程控制在現(xiàn)代化工行業(yè)的中的作用越來(lái)越凸顯出來(lái)，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化工生產(chǎn)自動(dòng)化的關(guān)鍵所在。隨著我們國(guó)家化工自動(dòng)化水平的提高，自控種類也日趨多樣化。所以，我們需要了解以及掌握常見的化工過程控制技術(shù)，以便于在化工成產(chǎn)中有針對(duì)性的選擇控制方案，及解決因?yàn)榭刂品桨覆缓侠矶鴮?dǎo)致的生產(chǎn)問題。

［1］左為恒，周林.自動(dòng)控制理論基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］李守忠，陳云明.化工電氣和化工儀表.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.