化工生产自动化控制系统的应用探讨

【摘 要】随着科技的飞速发展，大量新技术、新设备投入了现代化工工业生产的过程中。本文将针对化工生产中自动化控制系统的应用进行探讨，详细介绍了自动化控制系统中各方面不同控制设备的特点，以进一步推广自动化控制系统在化工生产中的应用。

【关键词】化工生产；自动化控制系统；控制

随着国内化工行业飞速向高科技、新技术方向发展，大量先进的化工装置、设备相继投入运行，同时部分传统落后的化工企业不断进行技术改造及应用新技术，其中就包括了自动控制系统的应用。化工生产过程的自动化控制的实现，可缩小我国化工行业和发达国家的差距，从而推动我国化工生产的发展。下面，就化工生产过程自动化控制系统应用进行了探讨。

1.单回路控制

单回路过程控制系统一般是指针对一个被控过程（调节对象），采用一个测量变送器检测被控过程，采用一个控制（调节）器来保持一个被控参数恒定（或在很小范围内变化），其输出也只控制一个执行机构（调节阀）。从图1所示可知，该系统只有一个闭环回路。

该系统结构简单，投资少，易于调整和投入，能满足不少化工工业生产过程的控制要求，因此在我国化工生产中应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后、惯性小以及负荷和扰动变化比较平缓，或者对被控质量要求不高的场合。

2.串级控制

单回路控制系统解决了化工工业生产过程自动化中大量的参数定值控制问题，这种简单系统能满足生产工艺的要求，但仅适用于比较简单的单输出生产过程的控制，不能解决多输出过程的控制问题。即使对于简单的单输出生产过程，也存在这样的情况：其调节对象的动态特性决定了很难控制（如过程的滞后常数很大或扰动量很大）；调节对象的动态特性虽不复杂，但工艺对调节质量的要求很高或很特殊。

串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一，在过程控制中得到了广泛的应用。与其余单回路控制系统相比有一个显著的区别，即在结构上多了一个副回路，形成了两个闭环——双闭环。其主回路（外环）是一个单回路控制系统，而副回路（内环）则为一个随动系统。

与单回路控制系统相比，串级控制系统多用了一个测量变送器与一个控制器（调节器），增加的投资并不多，但控制效果却有显著的提高。使系统改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作效率，同时提高了对一、二次扰动的克服能力和对回路参数变化的适应能力。串级控制系统结构框图如图2所示。

串级控制在化工工业生产中可以用来克服被控过程较大的容量滞后、纯滞后和非线性，也可以用于抑制变化剧烈而且幅度大的扰动。

3.前馈控制

单回路控制和串级控制都是当系统被控过程受到扰动后，必须等到被控参数出现偏差时，控制器才动作，以补偿扰动对被控参数的影响。前馈控制就是在系统扰动出现时就进行控制（图3），而不是等到偏差发生后再进行控制。其特点主要有：

a.扰动发生后，前馈控制器“及时”动作，对抑制被控量由于扰动引起的动、静态偏差较有效；

b.前馈控制属于开环控制，所以只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必然稳定；

c.前馈控制只适合克服可测而不可控的扰动，而对系统中的其他扰动无抑制作用，因此，该控制具有指定性补偿的局限性；

d.前馈控制器的控制规律取决于被控对象的特性，因此控制规律往往比较复杂。

4.比值控制

在现代化工工业生产过程中，许多情况下会要求两种或多种物料流量成一定比例关系，一旦比例失调，就会影响生产的正常运行，影响产品质量，甚至发生生产事故。比值控制系统可以保证两个或多个参数自动维持一定的比值关系。比值控制系统方案众多，但都类似，下面以变比值为例，其控制框图如图4所示。

5.分程与选择性控制

单回路控制、串级控制、前馈控制及比值控制等都是应用在正常生产情况下的，组成系统的各部分一般工作在一个较小的工作区域内。为使系统工作范围扩大或在系统受到大扰动甚至事故状态下仍能安全生产，就必须选用分程与选择性控制。该控制是通过有选择的非线性切换方式使不同部件工作在不同区域内来实现工作范围的扩大。

分程与选择性控制可用于节能控制、扩大调节阀的可调范围、保证生产过程的安全以及稳定和不同工况下的控制。下面以选择器位于调节器之前的系统为例，其系统如图5所示。

6.结束语

化工工业是创造价值经济的重要组成部分，它不仅直接影响国计民生，还和国民经济的其他部门密切相关。因此，我们要将先进的控制方法应用到化工行业中去。但化工行业的自动化控制不是一项简单的工程，在化工生产过程中一般都是几种控制方案交错采用的，所以为了达到化工生产的整体控制效果，就要防止子控制方案脱离整体控制方案，让每一种方案都在生产过程中起到各自的作用。

参考文献：

[1] 王峰.试论化工自动化控制的发展趋势[J].化学工程与装备，2011年08期

[2] 李凯.浅谈自动化控制在石油化工企业中的应用[J].城市建设理论研究，2012年04期