化工過程控制及儀表結課論文論文題目化工自動化控制研究現狀及發展趨勢學 院材料科學與技術學院專業名稱林產化工班 級林化13-1班學 號130534119姓 名何海蔚指導教師張謙目錄1.化工自動化概述21.1化工自動化控制的概念21.2化工自動化控制的產生32.化工自動化的發展現狀32.1國內現狀32.2國際形勢43.我國自動化控制存在的問題及建議53.1存在問題53.1.1自動化業務流程有待規范53.1.2自動化控制產業化規模有待提高53.1.3自動化控制質量控制參數有待規范53.1.4自動化控制系統集成管理程度有待提高53.1.5模型通用性較差53.1.6產品化能力較差53.2改進措施64.自動化儀表與控制系統的發展趨勢64.1智能化64.2高精度化64.3總線化64.4網絡化74.5開放性75.參考文獻：76.后記7化工自動化控制研究現狀及發展趨勢摘要：化學自動化控制是一門綜合性的技術學科，是綜合利用自動控制器儀表學科，以及計算機學科的理論服務于化學工程。本文先介紹了化工自動化控制的的概念和它產生的背景，重點就國內外的發展現狀做了對比分析，總結了當前自動化發展中存在的問題并提出了優化對策，最后針對自動化儀表與控制系統的發展趨勢從五個方面做了具體的分析和展望。關鍵字：自動化 化工 控制 儀表前言：自動化控制是整個化工行業發展中在技術應用方面的非常重要的組成部分，加強化工自動化建設，不斷提高化工行業的自動化控制水平是我國化工行業適應世界化工自動化控制的發展趨勢，同世界化工行業技術與市場接軌的重要措施。實現化工自動化控制，不但有利于提高我國化工企業的技術水平和經營管理水平，提高勞動生產率，而且有利于化工企業降低能耗及生產成本，提高化工產品的品質，為化工企業創造良好的經濟效益及社會效益。近幾年來，化學工業企業的發展規模越來越大，技術水平也越來越高，新材料、新工藝、新技術的采用范圍越來越廣，再加上自動化控制技術的實踐及業界對自動化控制技術重視程度的提高，化工行業的自動化控制顯得越來越重要。1. 化工自動化概述1.1化工自動化控制的概念（1）化工自動化控制是指在化工企業的整個生產管理過程中，以化工過程為控制對象，運用自動化控制技術，采用獨特的控制算法和控制方案，實現控制理論和工程技術時間的有機協調，從原料的加工到成品的產出整個化工過程納入自動化控制系統，實現對化工過程中對溫度、壓力、流量、液位等模擬量的自動化控制。其特點是在無人直接參與的前提下，利用外部控制設備或裝置使被控對象或過程按照預定規律自動運行。（2）實現化工自動化控制不僅需有高質量、高品質的技術服務，而且要求含有成套的自動化控制系統。要實現化工自動化控制具體需做到以下幾點：一是采用先進的自動化空著設備及系統，能對溫度、壓力、流量與液位四大過程參數進行有效控制，比如DCS分散控制系統、PLC可編程序控制器。二是制定出相應科學、合理的實施方案，打造其控制平臺。三是擁有高素質操作人員，可對其進行科學管理與操作。（3）化工自動化控制與一般控制的主要區別動態與反饋。一方面，在過程控制中將各種工藝衡算所需要的平衡狀態看作是穩態，當生產達到穩態時，若出現干擾，控制變量會偏離穩態，但可以在控制作用下回到穩態，這種將受到干擾后偏離穩態又回到穩態的過程稱為動態過程。另一方面，化工自動化控制的效果與發展與信息反饋有著密切聯系。在自動化控制系統中，當控制器采取控制措施后，如果能夠把預期的控制效果信息送回到控制器進行信息數據比較，以決定下一步怎樣進行校正。這種控制預期效果信息又重新傳送到控制器的過程稱為反饋。反饋是提高控制質量的重要措施，通過改變反饋信息的大小、形式與規律，對控制質量產生不同的影響。1.2化工自動化控制的產生自動化控制理論和其他技術科學一樣，它的產生與發展主要由人類生產與發展的需求并由人類已有的技術和知識水平所決定。控制中的一些概念，例如反饋、補償等，早在千多年前中國古代的計時裝置銅壺滴漏中已有體現。但當時由于生產需求和技術水平的限制，控制理論并沒有在這古老文明的土地上產生。直到19世紀中，物理學家J.C.Maxwel1才作出關于蒸汽機調速器穩定性分析的著名論文。這是人類歷史上第一篇控制理論的論文。然而，自動控制理論作為一門獨立的學科卻是從20世紀40年代末，二次世界大戰后由N.wiener發表了他的著名著作“控制論”以后產生并迅速發展起來的。上世紀30年代以來，自動比技術首先在電子通訊工程中獲得了驚人的成就，對自動控制理論產生了極大的推動作用。40年代末產生以Nyquist的工作所開創的基于反饋回路的經典控制理論，它是以傳遞函數為基礎，主要適用于單輸入單輸出(SISO)線性定常系統的分析與綜合問題。從40年代至60年代、經典控制理論為生產過程控制系統的設計提供了強有力的理論支持，并達到了相當完善的程度,在這一時期工業自動化的技術工具是氣動或電動模擬的儀表或調節器。本世紀60年代一種以設計和分析復雜控制系統的新方法現代控制理論便應運而生，它是以Bel1man的動態規劃理論、Kalman等的最優濾波理論和Pontryagin等的極大值原理為標志的建立在狀態空間上的理論。經過近一、二十年的探索，工業過程自動化已從穩定單個工藝變量的SISO系統發展到著眼于穩定整個單元操作運行工況的MIMO系統，進而發展到生產裝置的優化操作及著眼于以市場為導向的集管理與控制為一體的工廠綜合自動化。隨著控制規模的擴大，自動化帶來的經濟效益也顯著增長。2. 化工自動化的發展現狀2.1國內現狀目前我國化工自動化控制技術涉及很多現代技術，比如控制理論技術、儀表技術、計算機技術等，利于化工生產實現檢測、控制、管理等，從而增加化工產量、減少消耗、生產高質量的產品的技術。化工自動化控制技術主要有三大系統組成，即化工自動化軟件、硬件、應用系統。當前的化工自動化控制技術需以社會與市場為導向，借助科研力量，在實踐過程中有效進行。它主要由化工自動化軟件、硬件、應用系統三大系統組成，并逐漸轉變為適應現代信息技術的發展要求，集管理與控制于一體的計算機集成綜合自動化系統。伴隨著過程控制體系經歷的PCS、ACS、CCS、DCS、FCS五次變革，我國化工企業自動化控制由單體向總體發展，由獨立子系統向網絡多元化系統發展，化工自動化控制技術水平越來越高，使化學工業生產經濟效益得以大大提高。最近幾年，我們國家的儀表產品的進出口數量出現了持續增長的情況，07年國家儀表總產值高達3078億元，銷售額數高達3005億元；同時，出口額高達678.76億美元。這就使得我們國家的儀表進出口總數額屬于裝備制造工業里面最高的行業之一。與此同時，對于測壓型儀表、顯示型儀表以及簡易調節儀等某些比較常用的儀表來說，我們國家已經掌握了它們的核心技術，并且能夠進行自主研發和創新。2.2國際形勢現如今,在智能化、網絡化以及數字化等技術的支持下,自動化儀表與控制系統的發展變得越來越快,并呈現出多功能、高可靠以及高適用等性能。對于現場儀表來說,隨著新型硅傳感器、復合傳感器、光纖傳感器以及MEMS傳感器等的研發與使用，其精度有了較高層次的改變，例如對于壓力變送器和差壓變送器來說，其級別已從傳統的0.2級提升到了現在的0.075級與0.04級。由于現代工業大多朝著高參數化、大型化、復雜化的趨勢發展,因此,國外自動化儀表與控制系統的發展方向主要是高可靠性。他們主要是通過對儀表的設計原理以及設計的結構進行創新,再加上較為成熟的技術以及加工工藝,使得現場儀表不僅耐用、操作簡單,而且便于維修。國外許多企業都保證所屬的儀表的保修期能夠高達10年,并給出“終身保修”以及“本質無損”的承諾。與此同時,在儀表的生產以及銷售的過程中,隨著現場總線技術以及智能化技術的不斷推廣,不僅能夠確保發現單個產品所具有的,故障,還可以監控整個工程中所具有的全部自動化的控制設備,在一定程度上提升了系統運行的可靠性。目前,國際社會中通過現場總線技術、智能化技術,可以使得儀表在不斷的發展過程中迅速判斷出產品的故障具有前瞻性的修護。同時,在現場儀表田生產過程中,由于新技術、新原理以及新原料的使用,不僅提高了儀表對于不同環境的適應能力,還提高了儀表耐高溫、耐高壓的能力。3. 我國自動化控制存在的問題及建議3.1存在問題3.1.1 自動化業務流程有待規范在我國的自動化控制應用中多為獨立開發模型，因為在自動化控制模型與獨立開發模型之間的數據進行了互換，而且在模型與工業數據之間也進行著交換，因此仍然存在著流程不規范的混亂情況，各類模型雖然獨立在自動化控制技術上具有先進水平，但是在總體上卻不具備競爭力多數缺乏多裝置流程模擬和過程優化的一些工藝條件。3.1.2 自動化控制產業化規模有待提高隨著國內化工工藝流程日益繁多，一般科研單位雖然具有很強的科研實力，但不具備產品化所需資金，導致所開發的模型通用性差，產業化規模較低，因此將已有過程模型和優化技術產品化需要大量的資金和人力，同時將高級的科研人員用于產品化程序的開發工作，因此花費了大量的人力物力以及大量技術人員。3.1.3 自動化控制質量控制參數有待規范在自動化控制的質量控制中要先確定屬性和指標，這些在試驗生產就應該確定的，比如說就是客戶主要要求參數，對化工產品參數不是整一規劃的并不利于自動化控制對于化工產品質量和工藝水平的提高。3.1.4 自動化控制系統集成管理程度有待提高各模型均為獨立開發，在模型和模型之間的數據交換、模型和工業實時數據之間的數據交換上存在著標準不統一的混亂局面。使得各類模型雖然獨立在技術上具有先進水平，但尚不具備多裝置流程模擬、先進控制和過程優化的條件，在總體上不具有競爭力。3.1.5 模型通用性較差所開發的模型往往是針對單獨的企業的特定裝置而開發，而國內的石化企業工藝流程種類多，導致所開發的模型通用性差，推廣應用的適應性不強。3.1.6 產品化能力較差將已有過程模型和優化技術產品化需要大量的資金和人力，一般科研單位雖然具有很強的科研實力，但不具備產品化所需資金；同時將高級的科研人員用于產品化程序的開發工作，是人力資源的巨大浪費；產品化工作需要大量中級技術人員，其工作量是核心技術開發的數倍。3.2改進措施今后我國在化工工業的發展過程中，將不斷加強應用基礎研究和高新技術的探索性研究與應用，以尋求新的經濟增長點。同時，還將加快信息技術在化工工業中的應用，在此過程中，流程模擬、先進控制和過程優化技術及其產品具有舉足輕重的作用。目前，我國化工的大多數裝置仍然采用常規的控制系統，其中90以上只是采用PID控制，裝置的真正潛力沒有發揮出來。因此，開發和推廣流程模擬、先進控制和過程優化技術十分必要也非常迫切。經過多年的攻關和不斷的技術開發研究，我國在流程模擬、先進控制和過程優化技術方面已有了一定的開發、應用的理論和經驗積累，為今后進一步的發展打下了重要的基礎。4. 自動化儀表與控制系統的發展趨勢4.1智能化從未來自動化儀表所具有的發展趨勢來看，智能化將會成為其發展的核心，而所謂的智能化則主要表現為儀表具有許多種新型的功能。例如從儀表的工控方面來看，傳統的控制算法僅僅是通過調節器或者DCS對儀表進行控制，而現如今對于那些具有智能化特點的執行器或者變送器來說，我們只要在其中植入一種名為PID的模塊，就能夠與現場儀表一起實現現象的自主調節功能，進而完成控制的分散工作，降低DCS主機所需要承擔的負擔，確保調節功能的及時性，提高整個系統的可靠性。4.2高精度化隨著工業生產在產品質量方面的要求的不斷提高，我們國家的相關政策、文件開始對工業的節能減排工作進行了具體的規定與要求，所以，提高自動化儀表與控制系統所具有的精度需要引起儀表設計以及生產人員的高度重視。4.3總線化對于現場儀表來說，我們通常將其稱為在自動化的過程控制系統中所具有的現場設備。隨著我們國家開始廣泛地使用現場總線技術，組建的集中以及測試系統的分布式也變得越來越容易。然而，集中式的測控已經越來越無法滿足現如今的測控任務的要求了，因此，我們需要組建一種網絡，使其能夠滿足各個現場儀表共享數據，此時，就形成了現場總線控制系統。該系統屬于一種能夠在各種類型的現場智能化儀表和中央控制間進行通信的系統，其具有開放性、數字化、雙向性以及多站性等特征。4.4網絡化采用了網絡數字化通信技術的現場總線技術，使得現場設備和自動化控制系統都融入進了工廠信息網絡中，并成為了信息網絡的底層，充分發揮了智能化儀表所具有的作用。隨著我們國家信息計算機技術的高速發展，將網絡結構體系作為其基本特征的自動化儀表，是新一代的控制網絡的發展趨勢。4.5開放性未來，自動化儀表與計算機之間的聯系將會更加的緊密，一些公司曾經指出，儀表的設備需要具有計算機接口，例如打印機接口、接通局域網的網絡接口以及USB接口等，同時，需要進行測量的數據應該利用USB接口在一些可以進行移動的存儲設備中進行存儲，進而實現儀表的開放性。5. 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