精細化工自動化現狀及發展

(四川華英化工有限責任公司，四川成都，610041)

作為精細化工企業，不僅需要健全自身管理體制，還要引入先進科學技術提高企業生產效率和降低企業生產成本及風險，從而更好地滿足精細化工產品的生產需求。而加強自動化控制系統的應用，則能使企業管理水平得到有效提升。因此，還應加強對自動化控制系統在精細化工行業中的應用研究，從而更好地推動行業的發展。

1 自動化控制系統分析

在化工、冶金等眾多行業中，得到廣泛應用的自動化控制系統首先要屬DCS控制系統，即分布式控制系統。以和利時HOLLiAS MACS-FM系統為例，從系統結構上來看，其由現場控制站、操作站、工程師站構成。系統采用先進的ProfiBus-DP現場總線技術，網絡層包含監控網絡和控制網絡，監控網負責進行工程師站、操作站的通訊連接，控制網負責進行現場各控制站的內部連接?？刂普静捎肍M301機籠單元，能夠實現電源模塊、主控單元之間的均流和冗余配置，并且能夠采集I/O模塊數據，進行服務器組態命令接收和實現數據交換分析。采用DCS系統，可以通過對現場控制點的數據采集，實現對生產系統整體運行狀況的監控管理。利用系統操作站，可以結合生產需要進行壓力、溫度、液位等參數的及時準確調整。此外，在空壓機、攪拌機等生產設備發生故障時，系統可以通過監測開關量、模擬量等狀態信息發現故障，并發出報警信息，提醒操作人員及時處理。

2 自動化控制系統在精細化工行業中的應用

2.1 在反應釜溫度控制中的應用

圖1 反應釜溫度控制

在化工行業生產中，反應器控制至關重要。而采用DCS控制系統可以實現反應器反應溫度的精細化控制，滿足產品質量和安全生產要求。結合精細化生產實踐可知，在反應器運行過程中，需要將反應熱及時移去，以免反應器內部溫度不斷提升。而反應溫度控制與系統進料流量有直接關系，需要采用流量定值控制儀、質量流量計等儀器實現對反應物料流量的控制，確保投料誤差<1%，保證物料配比穩定，繼而實現對反應溫度的有效控制。從反應器的反應過程來看，包含升溫升壓、過渡和恒溫恒壓三個階段，恒溫恒壓階段需要實現溫度的高精度控制。針對溫場不同引起的測量誤差，需要利用A級WZPK鎧裝雙芯鉑電阻作為測溫單元，利用智能溫度變送器確定生產工藝要求，進行4-20mA信號的輸出，以得到不同的溫度范圍。利用電阻信號，可實現對蒸汽調節閥的控制，達到控制反應溫度的目標。采用DCS控制系統，可以對反應器反應全過程進行自動控制，通過對循環水和蒸汽的流量進行調節保證反應溫度在設定值±0.5℃范圍內，符合理想工藝曲線，從而在提高產品生產質量和效率的同時，達到節能降耗的目的。

2.2 在液位控制中的應用

圖2 液位串級控制

如圖2在化工生產中的T1塔液位控制方面，采用DCS控制系統能夠通過控制塔的出料量進行塔液位控制。但是，T2塔出料量為T1的進料量，所以容易造成后塔進料量不穩。因此在精細化生產中，需要使用串級均勻控制系統，流量控制器的給定值來自于液位控制器的輸出值，通過流量控制輸出進行執行器的操作控制。采用該種控制系統，能夠克服系統壓力的波動對流量的影響，提高系統運行的穩定性。

2.3 聯鎖控制

而在生產現場設備控制上，為了簡化控制流程，加強緊急事故處理，避免誤停車和停車擴大化問題的出現，還需要采用連鎖控制手段，比如在雙甘膦的生產流程中升溫、蒸發、回流、冷卻等每一步工序都都需要有不同的執行器同時進行動作，如果采用工藝聯鎖控制，操作員只需要在操作站控制畫面中點擊每一步工序即可完成相應的操作，避免了人工操作的不及時、漏操作等情況；另外如保護性聯鎖，在草甘膦氧化反應中，反應釜壓力高于聯鎖設定值上限時，保護連鎖將自動運行：切斷壓縮空氣來源，同時執行切斷蒸汽加熱、強制循環水降溫等操作，保護系統的安全運行。通過計算機軟件組態，系統能夠實現事故記憶和邏輯判斷，對電磁閥、調節閥、電動設備的動作進行自動控制。

3 自動化控制系統在精細化工行業中的應用和發展

3.1 系統應用的優勢和缺陷

自動化控制系統能夠提高精細化工行業生產設備和裝置的運行效率，使設備和裝置發揮最大的功能，有效提高生產效率，降低生產成本。從系統應用效果來看，借助系統網絡信息功能，可以較好地進行品牌生產動態信息的控制，并保證產品生產質量。另外，系統還能夠及時發現生產設備和工藝操作中出現的問題，通過預警或報警使其能夠得到提前預防和及時的處理，從而在保證產品生產安全的同時，使產品生產率得到保障。但是，自動化控制系統現階段在精細化工行業中的應用還存在著較大的發展空間。一方面，系統目前只能進行少量工藝參數的自動調節和顯示，大部分設備操作控制依然需要在現場通過手動完成，系統自動化程度依然較低，難以滿足精細化工對各個環節的控制要求，也難以結合精細化工企業實際生產情況進行自動化控制方案的制定。另一方面，一些早期自動化控制系統依然采用測量精度低、控制滯后的氣動儀表，使得系統測量精度受到了限制，無法滿足精細化生產的節能降耗要求。

3.2 系統精細化發展方向

結合自動化控制系統在精細化工生產應用中存在的問題可知，在精細化工生產需求不斷提升的同時，企業還要實現生產設備精確化，采用更加精密化和智能化的過程檢測儀器，確保各個生產環節數據都達到一定的精確要求，從而促使精細化工生產向自動化的方向進一步發展。借助互聯網技術，隨著神經網絡、云計算等技術的發展，則能使自動化控制系統的精確性得到提升，改變過去單一人工操作生產模式。而在精細化工生產過程控制上，還要加強計算機編程、微軟處理器等高科技技術的運用，以便實現集散控制系統的研發，結合工藝生產要求進行各種控制方案的研發，實現對化工生產各個工藝環節的自適應控制，繼而使化工行業生產管理水平得到有效提升。

4 結論

就目前來看，自動化控制系統仍然未能實現對化工生產各個環節的高精度控制，無法進一步滿足企業生產需求。因此，還要加強對自動化控制系統的研制，引入精密化、智能化檢測儀器和自適應控制技術等先進技術，進一步推動精細化工行業的自動化發展。