化工自动化仪表及控制系统智能化分析

引言:

随着我国科学技术不断发展，化工仪表设备实现自动化，为我国化工生产水平的提升做出巨大贡献。将化工自动化仪表设备应用至生产活动中，基于科学技术手段提升生产测量以及控制，保证产品生产质量以及效率，促进我国化工领域高质量、高效率、规范化生产，因此，为了最大限度地发挥出化工自动化仪表设备的价值，构建智能化控制系统，实现化工生产全面智能化发展。

一、化工自动化仪表技术的基本概述

石化企业在发展过程中，通过不断对生产系统自动化过程控制技术的升级改造，从而带动相应的仪器设备系统的升级，有利于企业在生产过程中，控制其成本费用，提高生产系统安全稳定性。采用计算机芯片技术，通过自动控制仪表，可以有效地防止人为操作造成的各种安全隐患。以自动化仪表为基础的控制系统，其主要内容有 3 部分：首先，是集散控制体系。由于石化企业生产过程中各单元分散布置比较多，所以其应用领域非常广泛。随着科学技术水平的提高，集散控制系统在国内石油化工行业的应用也得到了持续的创新和提高。比如在实际生产中，通过智能化的数字化控制可以极大地提高自动化程度。同时，它还可以利用自己的设备，利用自己的优势，将各个独立的系统通过通讯协议高效地连接起来，而不会受到系统厂家和型号的限制。通过这种连接可以使其各个系统的分散优点得到全面的发挥，从而大大地提升了它们的生产效率。在连接后的分布式系统中，企业能够动态地对其整个生产过程进行动态控制，并能在生产中及时发现问题，做出相应的调整，从而极大地提高生产系统稳定性。

二、化工自动化仪表的智能化技术特征与应用

（一）智能传感器：高精度感知与自诊断

一是高精度与多参数采集，可同时采集温度、压力、湿度等多个参数，并通过算法修正环境干扰（如温度漂移），采集精度较传统传感器提升 30%-50% ；二是自诊断与故障预警，通过实时监测自身运行状态，自动识别故障并发送预警信号，避免因仪表故障导致的生产事故，例如智能压力传感器可检测到探头堵塞，提前提醒维护人员清理，减少停机时间；三是数据预处理与通信，可对采集的原始数据进行滤波、校准等预处理，再通过 4G/5G、LoRa 等通信技术将数据传输至控制系统，降低控制系统的数据处理压力，适用于大型化工园区的分布式监测。

（二）无线自动化仪表：高危区域灵活部署

一是无布线安全部署，无需铺设电缆，通过电池供电或能量采集（如振动发电）实现运行，避免电缆火花引发的安全事故，二是灵活扩展与移动监测，仪表可根据生产需求灵活调整安装位置，支持移动设备搭载，实现对临时生产装置或偏远区域的监测，例如在化工检修作业中，无线流量仪表可临时安装于检修管道，实时监测介质流量；三是低成本与易维护，省去了电缆采购、铺设的成本，维护时无需停线，仅需更换电池或远程调试，运维成本较传统有线仪表降低 40% 以上。

（三）智能分析仪表：成分实时监测与质量管控

一是实时成分分析，可在线连续监测物料成分，数据更新频率可达秒级，避免传统“取样-实验室分析”的滞后性，例如在化工精馏塔操作中，智能近红外光谱仪可实时监测塔顶馏分纯度，及时调整回流比，提升产品合格率；二是自动校准与量程适配，通过内置标准样品自动校准，适应不同物料的成分范围，无需人工频繁调整，例如智能在线色谱仪可根据物料成分变化自动切换检测量程，确保分析精度；三是质量预警与追溯，将成分数据与生产批次关联存储，当成分超标时自动触发预警，并生成质量追溯报告，便于排查问题原因，符合化工行业质量管控的合规要求。

三、化工智能化控制系统的核心功能与发展方向

（一）DCS 智能化升级：从“控制”到“优化”

DCS 是化工生产的核心控制系统，传统 DCS 以“稳定控制”为核心，智能化升级后新增三大功能，一是数据驱动的优化控制，集成机器学习算法，通过分析历史生产数据，自动优化控制参数，实现能耗降低与产量提升，例如某石化企业通过智能化 DCS 优化催化裂化装置参数，使汽油产量提升5% ，能耗降低 8% ；二是预测性维护，通过采集 DCS 连接的仪表、设备运行数据，建立设备健康模型，预测设备剩余使用寿命并制定维护计划，避免突发故障，例如智能化 DCS 可预测反应釜搅拌电机的轴承磨损，提前安排更换，减少非计划停机；三是多系统协同，打破传统 DCS 与 MES（制造执行系统）、ERP（企业资源计划）的信息壁垒，实现“生产控制-生产管理-资源调度”的数据互通。

（二）工业互联网平台：全流程数据集成与管控

一是全链路数据汇聚，将仪表采集的感知数据、控制系统的运行数据、设备的状态数据汇聚至云端，形成覆盖“原料采购-生产加工-产品出库”的全流程数据库，例如某化工园区工业互联网平台接入了 2000 余台智能仪表与 50 套控制系统数据，实现园区生产全局监控；二是远程监控与协同，支持通过云端平台远程监测生产状态、调整控制参数，适用于多厂区协同管理，例如集团企业可通过平台远程监控各地分厂区的生产数据，统一调配资源；三是大数据分析与智能决策，利用云端算力进行大数据分析，挖掘生产优化潜力，例如通过分析不同季节、不同原料批次的生产数据，优化生产工艺参数，提升生产稳定性，同时为企业战略决策提供数据支持。

（三）安全控制系统智能化：主动预警与应急处置

化工生产安全是重中之重，智能化安全控制系统（如 SIS 安全仪表系统）从“被动联锁”转向“主动预警与智能处置”：一是风险提前识别，结合仪表采集的工艺参数与设备状态数据，通过风险评估算法识别潜在安全隐患，提前发出预警，例如当 SIS 检测到反应釜压力接近安全阈值时，自动提醒操作人员调整，并启动泄压阀预动作；二是应急处置智能化，发生安全事故时，系统可根据事故类型自动触发应急措施，并生成应急处置方案指导人员操作，例如当储罐发生泄漏时，SIS 可自动关闭储罐进料阀、启动泄漏收集系统，同时向管理人员发送事故位置与处置步骤；三是安全数据追溯与分析，记录事故发生前的仪表数据、控制系统操作记录，用于事故原因分析，同时通过分析历史安全数据，优化安全控制策略，提升本质安全水平。

结语：

化工自动化仪表及控制系统的智能化是化工行业转型升级的必然趋势，智能仪表的高精度感知、无线部署与成分分析能力，以及智能化控制系统的优化决策、数据集成与安全管控功能，为化工生产实现“高效、安全、低碳”提供了技术支撑。尽管当前面临技术兼容、数据安全与人才短缺等问题，但通过统一技术标准、构建安全体系、完善人才培养，可有效破解瓶颈。

参考文献：

[1] 王博.化工自动化仪表及控制系统智能化研究[J].化工设计通讯,2020,46(12):71-72.

[2] 王建涛.基于化工自动化仪表及控制系统智能化分析[J].电子世界,2020(20):40-41.

[3] 周闯.化工自动化仪表及控制系统智能化的研究[J].科技风,2020(10):170.