张宝成， 王丹生， 杨合山

（山东省菏泽市东明县工业行业服务中心， 山东 菏泽 274500）

0 引言

化工企业一般具有工艺复杂、危险源多、有毒有害物多、工艺参数要求严格等特点。很多在生产一线工作的工人不仅需要忍受恶劣的工作环境，有时还会接触到易燃易爆和有毒有害物，对工人正常的生产操作以及身体健康都有很大的影响。化工企业不同于其他类型企业，对生产工艺和各项工艺指标要求非常严格，一旦工艺指标出现偏差，轻则影响产品质量，严重时甚至会引发火灾、爆炸、有毒有害气体泄露等恶性生产事故。如何保证安全生产，保证工艺指标符合要求，成为化工企业日常管理的重点。电气自动化控制技术的功能和优势可以很好地满足化工企业对于安全生产和严格控制工艺指标的要求。并且，通过自动化控制替代人工操作，有助于企业减员增效，一定程度上减少了企业的用工成本。目前，国内化工企业已经普遍具备了较高的自动化生产能力，随处可见各种自动化电气设备。随着电气自动化控制在化工生产企业中的普及应用，大大提高了产品质量以及生产的安全性，经济效益也得到显著提高。

1 电气自动化控制技术概述

电气自动化是伴随着电气设备与自动化控制技术融合发展而来的，能够实现电气仪表的自动化检测、电气设备的自动化运行和电气设备运行状态的自动化控制[1]。最初的电气设备操作基本都是采用人工手动控制的方式，如某个电机的启停、某个照明的开闭以及风机转速的调整等，都需要人员到现场开闭电气开关或者是调整旋钮才能实现。这样的弊端就是需要人员到达环境恶劣的工作现场，人员劳动强度较大，工作效率和安全性较差，也容易出现人员误操作，不能精确控制某些电气设备参数。在自动化控制技术问世之后，传统的电气设备控制方式也在悄然发生改变。从较早的单片微处理机再到如今广泛使用的可编程逻辑控制器（PLC），从简单的开关控制到多变量高级算法，自动化技术经过几十年的发展，其自动化控制水平越来越高，可控制的逻辑方式也越来越复杂。结合计算机、工业以太网、电子仪表和电子传感器等相关硬件，已经形成了比较成熟完善的工业自动化控制体系。自动化控制技术在与电气设备相融合之后，从电气设备最简单的开关启停控制方式，到传感器采集现场数据后由控制系统和执行器控制电气设备实现的反馈控制，都是电气自动化控制的体现。

2 化工企业生产中电气自动化运行模式分析

2.1 分布式控制生产模式分析

在分布式控制生产模式下，通常由几组功能部件综合形成一个完整的公共控制模式。该生产模式综合应用了计算机技术、显示技术和4G 控制技术，每组功能部件仅面向有限的呼叫提供服务。在分布式控制模式下，各主控器呈现为树枝结构，共同组成了一个主体控制系统[2]。该种生产模式具有运行简单、快捷的优势，能够针对性地操作与控制电气设备，管理更加明确。同时，也便于在电气控制系统中引进测控技术。

2.2 计算机集成生产模式分析

计算机集成生产模式下，可以使化工生产中涉及的每一个环节均处于系统的控制状态下，共同形成一个系统整体。实现了企业经营与生产安全的紧密结合。该种生产模式下，化工原料从进场检测，再到加工与生产，每一个环节都与电气自动化相关联，实现了生产过程电气控制的全面化、综合化、一体化。在化工自动化控制的设计环节，可尝试结合化工企业生产经营的实际特点，形成系统且全面的远程网络通信平台，全面监控化工企业生产的每一个环节和每一个重要电气设备的运行情况。同时，依托远程网络通信平台，可将现场电气设备的运行数据连接至远程控制中心，方便管理人员随时查看各电气自动化设备的相关运行数据与参数，保障电气设备和生产过程的可靠、稳定。

2.3 现场总线生产模式分析

现场总线是将安装在生产现场的检测设备与安装在控制室内的自动化设备连接而形成的数字式数据总线，其连接与通信具有多点通信以及串行性特征。现场总线是一种工业数据总线，是自动化领域中最底层的数据通信网络。在化工生产现场总线模式下，现场控制设备具有通信功能，便于形成底层的控制网络。同时，由于现场总线模式下通信的公开性以及通信标准的一致性，使控制系统内的电气设备具备了开放性以及交互操作的特点。在化工企业电气自动化布局中，现场总线模式可以较好地解决现场电气设备与高级控制系统之间以及控制器、智能化仪器仪表设备和执行机构电气设备等现场设备相互之间存在的数字通信问题。

3 电气自动化控制在化工企业中的具体应用

化工企业的生产原材料与产品主要是各种类型的化学物质，厂区内很多生产区域中都存在大量有毒有害、易燃易爆的化学危险物质。出于保证安全生产和保证产品质量的要求，需要严格做好人员防护，严格控制生产操作以及工艺指标。由于化工企业的生产操作环境比较恶劣，不少生产区域内存在高温、粉尘、噪音以及空间受限等不利因素，对现场人员的操作造成了很大的影响。但由于生产需要，操作人员不得不到复杂恶劣的现场进行电气设备的生产操作，容易发生安全生产事故或是职业健康危害。通过应用电气自动化控制技术，极大地提高了企业生产的自动化水平，很多电气设备不需要人员到现场操作即可自动按照工艺要求运转。在很大程度上改善了化工企业人员的作业环境，保证了安全生产。同时，工艺指标也得到了有效控制，保证了产品质量[3-4]。

3.1 远程控制，改善人员工作环境

化工企业生产一线的作业环境普遍比较恶劣，不少生产区域内存在高温、粉尘、噪音和化学物质逸散等问题。但由于生产需要，操作人员不得不到复杂恶劣的现场进行电气设备的生产操作。恶劣的作业环境严重影响现场作业人员的身心健康，也埋下了安全隐患。电气自动化的远程控制功能使得这一问题迎刃而解，极大地改善了工作环境。在电气自动化控制中，控制中心与现场执行机构采用通信光纤进行通信连接，可实现远距离电子通信。控制过程中，由控制中心发出电信号，现场的继电器、执行机构动作，从而控制现场电气设备自动运行，现场无需任何人工操作。这种通信方式较容易实现对现场电气设备的远程控制，人员在远离作业现场的控制室内，通过操作电脑即可控制现场电气设备的启停和参数调整。人员可以远离危险和恶劣的生产现场，从而极大地改善了人员工作环境，提高了生产操作的安全性。同时，也减少了恶劣工作环境对人员带来的职业病伤害，保障了化工企业员工的身体健康，得到了企业及广大员工的认同。

3.2 高精度控制，工艺指标控制更精确

化工企业生产的精细化程度较高，很多重要的工艺环节对温度、压力、加料量等都有严格的要求，需要进行高精度的控制。如果某个重要的工艺指标出现偏差，就会影响产品质量以及后续生产，甚至造成安全生产事故或环保事故。传统人工操作方式下，很多工艺参数是很难精确掌握的，比如温度、加料量和阀门开度等。自动控制系统具有数字化控制的方式，实现了对电气设备参数的数字化精确调节。操作人员可在计算机控制系统的控制栏中选择或是手动输入具体的数字，控制系统便会按照该数字参数对电气设备的运行状态进行远程自动调节，从而实现对电气设备运行参数的数字化、精确化控制。电机启停时间、加热炉温度、电子阀门开度和管道气体压力等，都是化工企业生产中比较常见的需要高精度控制的项目。相比于传统人工调节的方式，数字化的控制方式显然更加可控、更加精确，非常适用于需要高精度控制的电气设备。因此，化工企业通过精准控制生产中的很多工艺指标，就能提高产品质量，企业也能获得更多的经济效益。

3.3 自动控制可节省人力，降低劳动强度

大型化工企业中电气设备众多，各种电气设备如风机、电机等数量较多。生产时经常需要人员到达现场进行启停操作，而且由于很多电气设备相距较远，需要多人操作，并耗费一定的行走时间，费时耗力。通过电气自动化控制，对控制系统进行编程，系统就会控制相应的电气设备按照设定好的程序自动运行。原本需要多人到达现场的操作，在应用自动化控制后，只需一人坐在控制室内点击鼠标即可完成，而且效率更高、工作量更少、准确性也更高。比较常见且较为简单的自动控制方式主要有时钟控制、程序控制等。随着工业计算机和自动化技术的发展，通过建立计算机数据模型，可以实现对多变量和各种复杂逻辑的编程和控制，可以替代人工完成更为复杂的电气操作，进一步节省人力，促进了电气设备运行的智能化，在冶金化工、医药化工等行业领域有着非常广泛的应用。由自动化、智能化控制替代了很多人工操作，甚至是人工难以完成的工作内容，有助于降低人员的劳动强度，提高工作效率，实现企业减员增效。目前，很多企业都在推广自动化减人增效，有效降低企业的用工成本，提高企业经济效益。

3.4 保护控制，减少设备故障，保障安全生产

自动控制具有连锁和保护的功能，可保障电气设备的运行安全、减少故障发生几率。在自动化控制系统中编辑输入相应的保护程序，即可实现连锁和保护功能。当电气设备在运行过程中或是生产工艺中某个参数指标达到触发保护条件时，连锁和保护功能就发挥作用，自动采取拒绝动作、紧急停车和紧急断电等保护措施，保证设备和人员的安全，杜绝电气火灾事故发生。如常见的电机过热保护，当电机达到一定温度后，保护装置就会自动控制电机降低功率负荷或是停车，避免了电机过热烧损。工业自动控制中其他常见保护控制还有超速保护、过流保护和过载保护等。保护控制的应用有效保证了电气设备的安全，节省了因电气设备烧损而产生的设备维修与采购费用，降低了企业生产成本。

3.5 反馈控制，实时监控与采集现场数据，提高仪表检测效率

自动化控制技术与电子仪表的结合形成了自动化仪表，通过自动化仪表可实现对现场电气设备的反馈控制。反馈控制最大的作用是实现对现场电气设备运行参数的实时采集。电子仪表通过布置在现场的各种传感器对相应的数据进行采集，然后将数据传输至控制系统以及控制室显示屏。控制室的操作人员通过观察显示屏的数据，即可了解现场各项参数的实时变化情况，从而做出相应的操作，以保证生产工艺的稳定。计算机在这个过程中作为仪表的监控和发出指令的中心，通过计算机强大的计算与存储能力，在很大程度上提高了仪表检测的速率。仪表检测速率是自动化仪表最明显的优势，与传统的仪表相比，自动化仪表能够自动检测所需要检测的数据，并根据自动化程序完成相应的操作，极大地提高了检测速率。

4 电气自动化给化工企业带来的经济效益

1）提高了产品质量，产品获得了更好的市场销路、更高的市场售价，企业可获得更多的经济收益。以煤化工企业为例，在采用自动化控制之前，焦炉煤气主管压力的调节主要依靠人工手动开闭煤气管道阀门。不仅员工工作强度大，而且压力调节不够准确。特别是在煤气管网压力出现波动时，人工调节很难跟进，导致焦炉加热不够稳定，温度控制也不理想，经常出现焦炭夹生或是过火的问题，严重影响焦炭的市场售价和销路。采用自动化控制之后，煤气压力全部改为电子阀门自动调节。这一措施在很大程度上提高了焦炉加热的稳定性，焦炭产品质量也因此得到保证。吨焦价格也因此上涨了几十元。

2）降低了企业用工成本。应用电气自动化控制系统之后，减员增效也被很多企业提上日程。某化工企业皮带运输系统在采用自动化控制之后，皮带启停和视频监控全部由控制室人员完成，4 名现场人员全部撤离。由此降低了企业用工成本，企业每年可节省20余万元。

5 结语

电气自动化的应用极大地促进了化工企业的现代化发展，为企业提质增效提供了技术支持。电气自动化控制技术的功能和优势很好地满足了化工企业对于安全生产和严格控制工艺指标的要求。在提高产品质量、确保生产安全的同时，化工企业的经济效益也得到显著提高。