间歇生产过程安全控制分析

　　1  控制条件分析

　　在工业控制方面，间歇生产过程同连续生产过程相同都要满足：①安全生  产；②设备工艺指标和产品质量指标；③环保法规；④经济指标等基本要求。在  生产过程中，间歇过程也同样要求有对参数的调节控制功能。特别是在诸如反应  器的平稳反应阶段，精馏操作中某单一组分平稳馏出阶段，间歇过程的控制要求  同连续生产过程相同，即采用保持一组给定的相对稳定的操作条件而保证生产的  稳定运行。但是，不同于连续过程，由间歇过程的按配方操作批量生产、生产中  整体工艺条件(参数)是动态的等特性，间歇过程要求其控制系统具备更加完善  和特殊控制功能。其控制要求可概括如下。

　　(1)顺序控制  间歇生产过程是顺序执行配方规定的生产操作的批量生产过  程。所以要求间歇控制系统具有的一项功能就是驱动生产过程一步一步地顺序执行  不同的生产操作。工业上称这种控制模式为顺序(程序)控制。操作中的顺序错误  可能导致危险物的生成甚至直接就会发生事故。根据各步间的转换条件，顺序控制  又可分为时间驱动、事件驱动和混合驱动三种顺序控制方式。第一种是根据操作配  方规定的时间段、时间点转换操作步骤，如产品的保温固化时间等。第二种是根据  被控对象的操作状态或偶发事件等转换操作步骤，如反应器加(卸)料结束、间歇  式精馏的二馏出组分转换的判断等。而更多的是第三种驱动方式，即同时依据时间  和操作状态做出判断，如反应中二次反应的加料、反应中止剂的投放等。

　　(2)离散控制  间歇生产过程中大量地使用位式控制元件，如泵、位式阀  门、冰机和压缩机等，这些设备的控制信号，以及／顷序操作状态标志和时间等大  量信号均是离散的开关量和数字信号。这些离散信号的传输和处理是间歇过程控  制的重要环节。

　　(3)调节控制  前面已经提到，在间歇生产过程中也同样要应用与连续生产过程控制相同的控制方法和回路来控制温度，压力、流量等工艺参数。但是，由于间歇生产过程中的各种工艺参数是动态的，随着生产的进行，被控变量的设定值，甚至被控变量将会产生变化，控制器的参数值也可能需要进行重新整定。所以，在间歇生产过程中常常要求控制回路具有“重组”和“重整”的功能。

　　(4)人—机接口  在间歇生产过程中，操作工人的干预是正常操作的一部分，在生产中起到十分重要的作用。往往是一个关键的操作是由操作工人操纵控制系统启动的，而不是由控制系统自动触发。如反应物料的加入、中止剂的加入、产品的导出等多数是由人工判断和启动的。即在间歇生产过程中，操作工人一定要了解过程的运行状态和进程。因此，设计一个人—机接口的友好界面，便于操作人员掌握生产的动态信息和人为地控制生产的进行是决定间歇安全控制系统成败的一个关键， 

　　2  间歇控制模型

　　(1)过程  不执行任何控制任务，描述间歇过程本身特点。如系统各单元的  尺寸、功能、连接特点及原料、产品的物理化学性能等。

　　(2)过程I／O  现场的传感器产生描述过程现状的模拟和数字信号。•如热电偶等测量元件模拟信号输出，限位开关、电机启停的开关信号，涡轮流量计的脉冲信号，智能变送器的数字信号等。而现场的执行器接受控制系统的输出信号，执行操作指令。

　　(3)联锁  过程控制中的联锁包括安全联锁和过程联锁。安全联锁是一个保护人员、设备安全的控制系统。这一系统应是不受其他控制回路或控制信号影响的相对独立的控制系统。过程联锁的功能是保证过程系统按配方规定的顺序实施加工生产，避免产生误动作而影响生产进行和产品质量。

　　(4)调节控制／离散控制  实施对过程系统的实时控制。这里有三种控制形式：手动控制，基本的调节控制／离散控制和复杂的调节控制／离散控制。手动控制主要用于操作人员对间歇过程的干预，替代自控系统以手动方式进行间歇生产的操作。基本的调节控制／离散控制形式应用于实现各控制回路和控制自动操作，按配方要求控制过程变量。而复杂调节控制／离散控制则通过组合多个控制回路和控制器构成串级，前馈和智能控制等先进控制系统，具有协调间歇过程各单元设备和实现设备优化操作的功能。

　　(5)顺序控制  其作用是保证间歇生产过程按计划时间(状态)和顺序进入不同的操作工序，并与其他控制子系统一同完成配方规定的生产任务。它的功能主要包括判断过程时间、过程状态，适时发出转换指令并更换应用控制软件、修正必要的状态和操作参数等。

　　由图1—10可知，间歇控制模型除了上面介绍的有关过程的几部分外，还将包括批量生产管理，配方管理，生产调度等部分。它们的主要功能是：根据生产计划选择并确定最优的生产调度方案，协调各间歇(批量)生产的顺序、时间、设备连接等关系；根据过程控制配方调配生产所需资源，协调安排共享资源的使用方式；采集和管理生产数据，监视生产过程。