化工自动化仪器仪表控制技术分析

引言：

自动化仪器仪表作为化工生产环节严密监控以及高效控制的重要设备，其性质优劣会直接对化工生产效率以及产品输出质量造成决定性影响。然而，不容忽视的是，化工生产较其他工程不同，除需时常介入高温高压反应环境外，还要频繁与强腐蚀性介质接触，在长期服役下，仪器仪表难免会出现磨损以及老化等问题。一旦问题出现，会打破生产节奏的同时，亦会加大产线局部停滞等问题发生的可能。鉴于此，为切实保障化工生产安全稳定，积极对本课题进行研究就显得尤为重要。

一、化工自动化仪器仪表常见故障类型及表现

（一）变送器故障

在化工自动化系统中，变送器重点肩负着将各类物理量如液位、压力转换为标准的电信号等重任，其较为典型的故障问题主要包括零点偏移、传感器损坏等。前者是指在无输入信号时，变送器的输出信号就未归于初始“0”点值，后续在测量数据读取期间极易存在一定偏差。后者传感器损坏问题则多是由化工生产之中的恶劣环境所引起，一旦传感器失效，所提供的数据可参考性价值势必会大打折扣[1]。

（二）液位仪表故障

液位仪表重点肩负着监测化工生产环节容器内液体高度的重任。较为常见的故障主要包括浮子卡滞、液位传感器失灵等。基于问题生成视角来看，浮子卡滞问题出现多与容器内液体杂质较多息息相关，一旦杂质较多，就极易致使浮子在升降期间就被卡住，无法精准对液位变化进行反应。传感器失灵，则主要是受传感器服役年限过长或受潮等因素的影响，且一旦失灵，所输出的信号将会明显异常，在一定程度上影响相关人员对液位的监控与判断。

（三）温度控制表故障

温度控制表直接影响着化学反应的过程以及产品输出质量。常见问题有三：① 温度显示不准确②控制失灵③加热元件、制冷元件故障。其中，温度显示数值不准确，主要是表示显示温度与现实温度存在明显温差，控制失灵则主要是指温度控制表无法严格基于初期设定值，灵活性对加热设备以及制冷设备的运行状态进行调整，温度常处于异常波动状态，无法稳定在所需要区间范围内。加热元件或制冷元件故障则会致使无法精准对物料实现行之有效的升温处理以及降温处理工作，严重影响着化工生产的有序推进。

二、故障对化工生产的影响

（一）生产中断

作为系统性工程，化学生产工作属于一个连续性项目，一旦自动化仪器仪表发生故障，就会使得整个生产流程无法顺利推进，被迫出现生产中断等问题，使得企业生产成本不可控增加。

（二）产品质量下降

准确且可靠的仪器仪表测量与控制工作是保障化工产品质量的重要工具。一旦仪器仪表发生故障，均会在一定程度上加大产品质量失控等问题发生的可能。如在液位仪表发生故障时，就会致使反应容器内物料配比存在一定偏差，在一定程度上影响化学反应的正常进行，从而导致产品质量最终不合格。除此之外，不容忽视的是，随着产品质量的持续下降，产品滞销等问题也会时常发生，被迫致使化工生产企业的库存成本以及退货损失率长期居高不下。

（三）安全隐患

化工生产过程涉及诸多易燃爆、有毒有害的物质。此时，一旦自动化仪器仪表发生故障，就会为重大安全事故的发生埋下隐患。例如，变送器故障会致使流量以及压力等核心参数测量不精准，迫使系统压力过高，加大设备爆炸等风险出现的可能。再如液位仪表故障，也会使得容器内液体过度累积并溢出，加大有毒有害物质泄漏的可能，进而污染环境并危及现场人员生命财产安全 [2]。

三、化工自动化仪器仪表控制的关键技术及要点

（一）故障诊断技术

故障诊断技术在快速实现仪器仪表故障早期识别方面发挥着无可替代的作用。在化工生产环节，以数据导向为驱动的故障诊断方法，可充分依托传感器所采集的海量原生运行数据，构建具象化诊断模型，从而帮助相关人员精准定位故障问题，确保诊断效率更高。应用要点层面，首先要高度重视传感器数据采集的可靠度，定期对传感器进行校验。其次在具象化诊断模型构建期间，还需要具体问题具体分析，充分与化学生产工艺结合，实现模型参数针对式处理。最后，还要持续不间断地对故障诊断模型训练数据进行更新，有意识纳入全新出现的故障案例，确保后续能够更好的适应多元生产工况下的故障诊断需求，在最短时间内制定出最佳的故障维护策略方案，为保障生产连续性奠定扎实基础。

（二）智能控制系统构建技术

作为保障化学生产高效平稳运行的另一核心引擎，智能化控制系统构建技术也尤为重要，在具体实践期间秉持精准适配原则，严格基于化工生产工艺复杂性以及工况特殊性，从智能控制算法应用、分布式控制系统部署等多维度中，选择针对性更强的实践措施。以聚合反应釜温度控制为例，在统筹分析现实需求后，最后就决定积极采用 MPC⁺ 自适应控制的复合式策略，一方面，借助 MPC快速建立系统动态模型，完成未来输出预测，提前实现参数调整，最大程度抵消滞后影响。另一方面，亦可借助自适应控制，在线动态化响应反应过程中的催化剂活性变化所带来的参数波动。经实践证明。通过二者协同共赢，能顺利将温度控制精度提升 20% 以上，实用性十分明显。

（三）通信保障技术

通信保障技术属于化工自动化系统的关键神经末梢，是实现仪器仪表数据在线交互以及生产过程精准把控的核心技术。在现实应用期间，现场总线技术便可凭借自身强实时性优势，顺利成为构建设备互通网络的关键方案，通过工业以太网现场总线协议如 PROFINET