煤化工企業(yè)儀表自動化系統(tǒng)工程設(shè)計應(yīng)用

摘要：煤炭資源是構(gòu)成我國能源結(jié)構(gòu)的重要支柱，作為燃料被廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠的電力生產(chǎn)中。隨著科技的不斷發(fā)展，先進網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)在各領(lǐng)域得到了大力推廣和使用，既能提高行業(yè)生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，又能保護生態(tài)環(huán)境。自動化系統(tǒng)工程在煤化工企業(yè)的高效應(yīng)用，為煤化企業(yè)發(fā)展注入新鮮動力，大大提高了煤化工企業(yè)儀表自動化設(shè)計應(yīng)用成效，為煤化工企業(yè)的穩(wěn)定、持續(xù)、健康發(fā)展提供堅實的技術(shù)支撐。本文以煤化工企業(yè)自動化儀表系統(tǒng)工程設(shè)計原則為基礎(chǔ)，深入分析煤化工企業(yè)使用自動化儀表的相關(guān)需求，并提出優(yōu)化儀表系統(tǒng)自動化工程設(shè)計應(yīng)用的意見，以供參考。

關(guān)鍵詞：自動化控制；煤化工企業(yè)；儀表自動化

DOI：10.12433/zgkjtz.20232538

制造業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、化工行業(yè)和冶金行業(yè)的發(fā)展均離不開煤炭資源的大力支持，煤炭資源在促進我國經(jīng)濟發(fā)展上有著至關(guān)重要的作用。煤化工企業(yè)要想在激烈的市場競爭環(huán)境中穩(wěn)占一席之地，就要優(yōu)化升級自身管理模式，提升工程設(shè)備應(yīng)用水平，盡早實現(xiàn)控制管理一體化運營，為企業(yè)生產(chǎn)安全保駕護航。自動化控制技術(shù)在煤化工企業(yè)的應(yīng)用既能秉持可持續(xù)發(fā)展理念，有效緩解人與自然、企業(yè)發(fā)展與環(huán)境污染之間的矛盾，又能提高煤化工企業(yè)生產(chǎn)工作效率，進一步增強企業(yè)核心競爭力，對企業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展具有深刻的現(xiàn)實意義和重大的推動作用。

一、煤化工企業(yè)自動化儀表系統(tǒng)工程的設(shè)計原則

自動化儀表作為一種自動化技術(shù)設(shè)備，由多種自動化元件構(gòu)成，具備報警、顯示、測量等多項綜合功能，通過數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)或信息的輸入或轉(zhuǎn)出，降低人工操作比例，簡化生產(chǎn)工藝流程，實現(xiàn)企業(yè)自動化儀表的最優(yōu)控制，還需要創(chuàng)新自動化儀表設(shè)計理念，緊密聯(lián)合其他相關(guān)學(xué)科理論知識，充分考慮企業(yè)生產(chǎn)繁雜性與多樣性特征，透徹分析當下先進自動化管理控制技術(shù)的應(yīng)用途徑，形成專業(yè)化、系統(tǒng)化和實用化設(shè)計方案，為企業(yè)的核心競爭力加強、經(jīng)濟效益提升奠定穩(wěn)固基礎(chǔ)。

由此可見，煤化工企業(yè)自動化儀表系統(tǒng)工程應(yīng)滿足以下設(shè)計原則：

（一）智能化生產(chǎn)設(shè)計原則

縱觀我國煤化工企業(yè)發(fā)展歷程，在實際生產(chǎn)運營過程中普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管理效率低下等特點，這是由于生產(chǎn)過程涉及化學(xué)品回收、煤氣回收等數(shù)據(jù)和信息，增加了自動化儀表的識別、分析、追蹤和管理工作量。為提升自動化儀表的智能控制水平，在設(shè)計自動化儀表系統(tǒng)工程時，應(yīng)滿足簡單直觀、操作便捷、切實可用的基本要求，便于用戶直接利用自動化儀表，完成各項功能的基本操作，利用多線程監(jiān)督、測試和控制作用，實現(xiàn)不同儀表間的互相協(xié)調(diào)工作。

（二）結(jié)構(gòu)化、分層次設(shè)計原則

煤化工企業(yè)儀表自動化工程系統(tǒng)的主網(wǎng)為DSC，子網(wǎng)為其他網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)，日常生活中，要統(tǒng)一管理信息和數(shù)據(jù)分類處理，才能滿足正常生產(chǎn)需求，因此，企業(yè)要盡可能使用同廠家同型號產(chǎn)品，設(shè)計編制儀表自動化控制系統(tǒng)規(guī)格書。例如，設(shè)計中央控制室時，理應(yīng)摒除單一使用功能，構(gòu)建集調(diào)度、控制、化驗為一體的綜合型中央功能控制室，中央控制室作為企業(yè)生產(chǎn)運營指揮中心，需綜合考慮內(nèi)部各系統(tǒng)的機柜、操作臺等設(shè)備在外形、顏色以及尺寸上的設(shè)計方案，用以明確區(qū)分各系統(tǒng)設(shè)備，既能滿足使用需求，又能達到美觀整潔的要求，盡可能采取弧形設(shè)計提升中央控制室的空間利用效率；設(shè)計機柜室時，理應(yīng)考慮防火間距、布置空間，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，采取正壓通風(fēng)、防爆保護措施，確保機柜室的運營安全；設(shè)計系統(tǒng)控制信號方案時，為有效提升設(shè)備故障狀態(tài)下的遠程診斷效果，可采取 HART通訊搭配AMS系統(tǒng)的設(shè)計方案，做好系統(tǒng)日常維護、監(jiān)管和故障診斷功能的同時，兼顧儀表設(shè)備各項信息數(shù)據(jù)的搜集整理工作；設(shè)計生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)時，應(yīng)合理安排數(shù)據(jù)采集矩陣、監(jiān)控顯示等程序，為中央控制室的實時監(jiān)測和控制管理提供基礎(chǔ)條件；設(shè)計安全系統(tǒng)時，要提前預(yù)估安全事故發(fā)生后可能導(dǎo)致的各項損失，做好應(yīng)急處理方案，最大程度上保障生產(chǎn)運營的穩(wěn)定性和安全性。

二、煤化工企業(yè)對自動化儀表的使用需求

（一）簡化生產(chǎn)

近年來，煤化工行業(yè)大力奉行節(jié)能化、規(guī)模化發(fā)展態(tài)勢，加劇了本就復(fù)雜的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)程序，使得煤化行業(yè)生產(chǎn)可靠性逐漸降低，在生產(chǎn)效率方面也存在一定的負面影響。基于此，設(shè)計簡化生產(chǎn)流程的儀表控制系統(tǒng)勢在必行，因此，企業(yè)合理應(yīng)用儀表自動化系統(tǒng)工程符合簡化生產(chǎn)需求的實踐操作，較之于普通儀表，自動化儀表兼?zhèn)涠喾N使用功能，可通過中央控制系統(tǒng)對煤化工企業(yè)的生產(chǎn)運營實施集中控制，統(tǒng)一調(diào)度多個內(nèi)部控制系統(tǒng)，大幅簡化生產(chǎn)工藝流程。

（二）滿足企業(yè)人力資源發(fā)展需求

不斷優(yōu)化自身產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加大核心競爭力、提升經(jīng)濟效益，已成為現(xiàn)階段煤化工企業(yè)應(yīng)對激烈市場競爭環(huán)境的重要的課題，而人力資源作為煤化工企業(yè)進一步優(yōu)化內(nèi)控配置、精簡人工操作比例的重要構(gòu)成模塊，是企業(yè)實現(xiàn)人力資源管理助推生產(chǎn)水平的關(guān)鍵舉措。為解決企業(yè)應(yīng)用傳統(tǒng)生產(chǎn)控制系統(tǒng)、操作較復(fù)雜且高度依賴人工控制的管理現(xiàn)象，進而出現(xiàn)的人力資源需求現(xiàn)狀。企業(yè)可通過引進自動化儀表完成生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級，既能借助聯(lián)動、集成、消除手段降低系統(tǒng)的控制數(shù)量，又能順利解決以往高度依賴人工的控制管理現(xiàn)狀，為企業(yè)日后精簡人員奠定良好的基礎(chǔ)。

（三）滿足行業(yè)的智能化生產(chǎn)需求

為實現(xiàn)企業(yè)日常生產(chǎn)的安全性和高效性，需要準確采集、記錄，并分析、歸納和控制煤氣化在生產(chǎn)過程中各類物質(zhì)的產(chǎn)生量、回收量數(shù)據(jù)以及生成污染物的參數(shù)信息，做到視具體情況而定，對各項數(shù)據(jù)分類整理，該項工作體量龐大，數(shù)據(jù)多且雜，容易出現(xiàn)記錄誤差，對設(shè)備的智能化要求較高。而自動化儀表的應(yīng)用，可以完成數(shù)據(jù)的自動讀取、分析、處理、傳輸和存儲等工作，甚至完成數(shù)據(jù)的智能調(diào)控，有效提高企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、信息分析負荷量。此外，利用多媒體信息技術(shù)構(gòu)建的動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，可對生產(chǎn)系統(tǒng)的實時運作圖像遠程監(jiān)控，但目前這種影像分析技術(shù)的應(yīng)用程度較滯后，仍需依賴人工監(jiān)測體系。而自動化儀表可通過強大的數(shù)據(jù)分析、匯總和處理功能，實時反映生產(chǎn)運營系統(tǒng)的真實運作情況，從實操性角度看，后者更具動態(tài)監(jiān)控體系的智能化生產(chǎn)需求，可大力推廣使用。

（四）有助于完善企業(yè)的系統(tǒng)化建設(shè)

加大系統(tǒng)化建設(shè)力度是企業(yè)提高自身生產(chǎn)效率的有效手段，在各生產(chǎn)區(qū)塊配備接口，從功能上和控制上實現(xiàn)區(qū)塊聯(lián)動作用，以確保多種生產(chǎn)情況下系統(tǒng)進行多線程同時運作集中控制，同時搭載傳輸連接使用功能，保證區(qū)塊數(shù)據(jù)通過控制中樞對其他自動控制儀表傳輸數(shù)據(jù)，也可直接聯(lián)動其他自動控制儀表進行數(shù)據(jù)傳輸，以此構(gòu)建結(jié)構(gòu)化、分層次中央集中系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對內(nèi)部各自動化儀表的穩(wěn)定管理和高效控制。系統(tǒng)化建設(shè)可以滿足現(xiàn)階段企業(yè)生產(chǎn)工具的多樣化和生產(chǎn)品種的多元化，結(jié)合企業(yè)自身實踐操作應(yīng)用能力，切實提高生產(chǎn)運營的便捷性和高效性，為企業(yè)長足發(fā)展提供充足動力。

三、煤化工企業(yè)儀表系統(tǒng)工程的應(yīng)用

（一）可記憶操作設(shè)計

二十世紀四十年代，自動化儀表問世，極大地推動了工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展速度，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展壯大，自動化儀表系統(tǒng)工程設(shè)計得以優(yōu)化升級，融合微電腦芯片技術(shù)，體積越來越小，而抗干擾素能力越來越強。數(shù)字儀表、模擬儀表、電動儀表在諸多化工領(lǐng)域自動化控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使其生產(chǎn)效率大幅度提升，尤其在煤化工企業(yè)中，降低了資源的消耗速度，減輕了環(huán)境污染，對煤化行業(yè)健康發(fā)展具有助推作用。

現(xiàn)階段，應(yīng)用的自動化儀表裝置，包括諸多儲存信息裝置、大量計算機芯片、大量感應(yīng)裝置，除了具備傳統(tǒng)儀表的顯示功能外，還兼?zhèn)淞己玫挠洃浌δ埽梢酝瑫r記憶多種設(shè)備生產(chǎn)、監(jiān)測管理信息，促使企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)運營實況作出準確判斷，更好地幫助人們解決生產(chǎn)過程中的設(shè)備故障，為企業(yè)生產(chǎn)安全提供技術(shù)保障。這是基于傳統(tǒng)儀表單純依靠記憶功能基礎(chǔ)之上，為解決生產(chǎn)時間、生產(chǎn)范圍有限管理的困境，設(shè)計人員從系統(tǒng)時間順序、邏輯電路角度著手，針對傳統(tǒng)儀表故障重置，研發(fā)自動儀表記憶功能，旨在詳細分析生產(chǎn)過程中隨時可能發(fā)生的故障，便于技術(shù)人員及時查找問題產(chǎn)生的根本原因，進一步強化自動儀表科技操作設(shè)計功能。

（二）可編程控制設(shè)計

傳統(tǒng)儀表主要通過邏輯線路實現(xiàn)對系統(tǒng)的管理控制，在煤化工企業(yè)中，儀表應(yīng)用系統(tǒng)較復(fù)雜，部分儀表甚至需要進行多個控制點的調(diào)控，加劇生產(chǎn)系統(tǒng)儀表控制總邏輯線路的繁復(fù)性，導(dǎo)致企業(yè)控制管理效率較低，容易提高儀表控制故障事故的發(fā)生概率。為提升傳統(tǒng)儀表單一電路控制功能，在應(yīng)用自動化儀表時應(yīng)將控制系統(tǒng)從傳統(tǒng)邏輯模式轉(zhuǎn)變?yōu)橄冗M的計算機軟件控制模式，實現(xiàn)相同軟件程序?qū)Σ煌詣踊瘍x表的同時運作控制，即通過可編程控制設(shè)計，精準調(diào)控自動化儀表的控制網(wǎng)絡(luò)，以此提高儀表自動化系統(tǒng)工程的實際控制效率，降低因各類電路問題產(chǎn)生的系統(tǒng)故障事件發(fā)生概率，不斷豐富和強大儀表應(yīng)用功能，實現(xiàn)自動化儀表一表多用的現(xiàn)實功能，為企業(yè)日常生產(chǎn)運營提供操作便捷，滿足信息時代發(fā)展需求，加快網(wǎng)絡(luò)集中控制建設(shè)速度。

（三）網(wǎng)絡(luò)整體化設(shè)計

從煤化工行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀看，生產(chǎn)過程中已基本實現(xiàn)對自動化儀表網(wǎng)絡(luò)控制的高效應(yīng)用，但動態(tài)控制檢測功能仍處于數(shù)據(jù)動態(tài)的實時傳輸發(fā)展階段，對儀表自動化系統(tǒng)工程的動態(tài)控制和動態(tài)分析功能仍處于初步發(fā)展階段。這是因為現(xiàn)階段多數(shù)煤化工企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)分析方面仍存在一定的滯后性，導(dǎo)致動態(tài)控制標準難以實現(xiàn)，家居自動化儀表網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)存在部分缺陷，加劇了數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理方面信息冗余的現(xiàn)狀，阻礙著儀表自動化控制系統(tǒng)動態(tài)控制技能的有效發(fā)揮。鑒于此，在設(shè)計儀表自動化控制系統(tǒng)之初，應(yīng)充分考慮系統(tǒng)自動化功能的聯(lián)動性和適應(yīng)性，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、自動模式識別技術(shù)之上，連接煤化工企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)較常使用的各類自動化儀表設(shè)備，以此增強儀表自動化系統(tǒng)工程的自主采集、自主測量、自主轉(zhuǎn)換和自主修正功能，完善系統(tǒng)對各項生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集中管控功能，實現(xiàn)儀表自動化網(wǎng)絡(luò)控制功能智能化，為企業(yè)整合儀表自動化系統(tǒng)的零散接點，也為建立網(wǎng)絡(luò)整體化設(shè)計框架提供切實可行的參考依據(jù)，減少降低系統(tǒng)出現(xiàn)測量、檢測等誤差現(xiàn)象，豐富我國煤化工行業(yè)對儀表自動化系統(tǒng)工程設(shè)計深度和應(yīng)用廣度。

（四）智能微處理設(shè)計

為改變企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)涉及大量勞動力的現(xiàn)狀，進一步優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，可利用先進互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，優(yōu)化升級儀表自動化系統(tǒng)工程設(shè)計結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)智能化自動儀表智能微處理功能，代替人力判斷各類生產(chǎn)故障，以此節(jié)約企業(yè)的人力資源成本，提升日常生產(chǎn)運營穩(wěn)定性、安全性和生產(chǎn)效率。不過，需要充分認識系統(tǒng)建設(shè)對生產(chǎn)的重要性，積極轉(zhuǎn)變以往自動化儀表系統(tǒng)化建設(shè)理念，在區(qū)域性系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增強不同區(qū)塊自動化儀表之間的有效連接，加強煤化工生產(chǎn)體系各數(shù)個區(qū)域性小系統(tǒng)的整體性和橫向聯(lián)系，進而縮減儀表網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)同時運作的時間，增大儀表自動化系統(tǒng)工程的中央控制系統(tǒng)運行負荷量，健全自動化儀表的自動檢驗功能、線性化處理功能和故障排除功能，真正降低生產(chǎn)系統(tǒng)的人工操作比例，滿足企業(yè)人力資源發(fā)展需求。具體而言，通過合并相同功能的自動化儀表，優(yōu)化同一應(yīng)用系統(tǒng)的額外配置集成處理器，提高系統(tǒng)對同類數(shù)據(jù)的分析、匯總能力，形成實時動態(tài)反饋功能，解決系統(tǒng)冗余信息，利用智能微處理設(shè)計實現(xiàn)自動化儀表系統(tǒng)工程動態(tài)監(jiān)控的順暢運行。

四、結(jié)語

隨著市場份額的逐漸增大，我國煤炭年產(chǎn)量逐年遞增，儀表自動化在煤化工企業(yè)生產(chǎn)中已基本渡過初期發(fā)展階段，并初步搭建完成自動化儀表網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)，逐步完善系統(tǒng)的智能化、信息化建設(shè)指日可待。考慮到企業(yè)生產(chǎn)實際需求，結(jié)合先進互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對儀表自動化工程系統(tǒng)適應(yīng)性不斷優(yōu)化升級，以滿足日常生產(chǎn)管理、后續(xù)發(fā)展需求，完善儀表自動化控制系統(tǒng)設(shè)計方案，提高儀表自動化系統(tǒng)工程設(shè)計應(yīng)用水平，為企業(yè)立足市場、長遠發(fā)展提供堅實有力的基礎(chǔ)條件，既能提升工業(yè)價值和社會效益，又能提高其煤炭資源利用率，緩解我國能源緊缺問題。

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作者簡介：李強（1985），男，山東省濟寧市鄒城市人，本科，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，技術(shù)管理員，主要研究方向為化工儀表及工控系統(tǒng)應(yīng)用、智能工廠建設(shè)、企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型等。