浅谈人工智能技术在化工装置电气自动化控制中的应用.pdf

第37卷第4期2023年7月天津化工Tianjin Chemical IndustryVol.37No.4Jul.2023浅谈人工智能技术在化工装置电气自动化控制中的应用顾雄袁张婷（六盘水职业技术学院信息工程系，贵州 六盘 553000）摘要院 由于生产过程中化工装置之间的关联关系，对单一目标实施自动化控制难以达到调节目标，为此，本文对人工智能技术在化工装置电气自动化控制中的应用进行研究。使用爬虫技术读取目标控制特定范围内的设备运行数据信息后，利用人工智能技术对数据信息进行分析，根据在连续读取时间内化工装置运行参数的变化情况，以允许波动范围为基准，判断其是否存在异常，对于存在异常的数据，利用历史数据计算异常设备与关联设备之间的关系，以异常值的大小为控制尺度，调整异常设备所在生产线上关联装置的运行参数。测试结果表明，提出的控制方法可以实现对化工装置运行参数的有效控制，能够结合实际情况确保化工生产活动的稳定进行。关键词院人工智能技术；化工装置；电气自动化控制；运行数据信息；关联设备；控制尺度doi:10.3969/j.issn.1008-1267.2023.04.043中图分类号院 TP18曰TM92文献标志码院 A文章编号院1008-1267(2023)04-0149-04收稿日期：2023-01-17随着人工智能技术在电气自动化领域中的应用范围越来越广泛袁应用程度也越来越深入1遥受电气自动化控制的要求影响袁对其状态的实时监控成为保障控制效率的重要基础2遥 在此背景下袁 人工智能技术借助其强大的数据分析能力袁在自动化控制技术发展中展现出极为重要的意义和价值3遥 当前袁电气自动化的重要表现形式在信息技术的支持下呈现出多样化的特征袁 其中袁模拟操作就是备受关注的一种形式4袁也是建立在人工智能基础上的一种控制手段袁人工智能技术的应用在一定程度上与行业的发展前景直接相关5遥 化工行业作为一种对生产精度要求较高的行业袁将人工智能技术应用到对其装置的自动化控制中袁将大大提高生产的效率和质量6遥 值得注意的是袁人工智能技术的核心是模拟人脑的工作模式袁因此袁在化工装置电气自动化控制应用过程中袁既要实现对海量数据信息的处理袁又要联动设备之间的相关关系7遥 因此袁在具体的落实方面仍需展开进一步研究遥本文就人工智能技术在化工装置电气自动化控制中的应用展开研究袁以推进人工智能技术与化工行业深度融合为目标袁对以人工智能技术为基础的化工装置电气自动化控制实现方法进行研究袁并通过试验测试的方式分析验证设计方法的应用效果袁希望可以为化工装置电气自动化控制效果的提升提供帮助遥1基于人工智能技术的化工装置电气自动化控制方法1.1基于人工智能的化工装置运行数据分析为了实现对化工装置电气自动化控制的目标袁对设备的运行数据进行准确分析是十分必要的8遥 在传统数据分析过程中袁大多是以人工操作的方式实现对数据分析软件或模型的构建9袁不仅在专业性上具有较高的要求袁而且一旦出现失误袁 将直接导致数据信息的准确性大大降低袁后续的控制工作也将受到影响10遥 在此基础上袁本文充分考虑了化工装置电气自动化控制的时效性要求袁利用计算机技术实现对数据的迅速尧精准天津化工2023 年 7 月分析遥 对初始化计算机内的参数进行设置袁在此基础上袁利用爬虫技术读取目标控制特定范围内的设备运行数据信息遥将读取到的信息发送至上机位后袁利用人工智能技术对数据信息进行分析袁判断其是否存在异常数据袁计算方式见式渊1冤遥着=移Xi(t)-Xi(t-1)T渊1冤式中院着 为在连续读取时间内化工装置运行参数的变化情况袁Xi(t)和Xi(t-1)为连续相邻时刻读取的化工装置运行参数信息袁T为装置的单位运行周期遥 一般情况下袁该参数值以生产的实际情况为基础进行计算袁 但考虑到装置的控制需求袁最大值不宜超过 10min遥结合式渊1冤袁根据 着 的值即可实现对设备运行状态的分析袁考虑到在实际生产加工过程中存在一定的允许波动范围遥 因此袁本文将其作为界定设备状态的阈值参数袁见式渊2冤遥着emax袁设备异常emin着emax袁设备正常着emin袁设备异常扇墒设设设设设设缮设设设设设设渊2冤式中院emax为允许正向波动范围最大值袁emin为允许负向波动范围最小值遥通过这样的方式袁实现对化工装置运行数据的分析袁确定其运行状态是否需要采取对应的控制措施遥当分析结果为异常时袁定位异常数据对应的设备节点袁 发送请求处理函数至人工智能终端曰如不存在异常袁 则直接结束该轮次的分析工作袁无需进行控制遥1.2基于人工智能的化工装置运行参数控制当分析结果为设备运行存在异常时袁就需要对化工装置的运行参数进行控制遥 需要注意的是袁这里的设备运行存在异常包含以生产目标为导向的设备运行模式调整袁是以当前运行参数为基准的异常判定遥假设分析结果为异常的数据信息是Xi袁那么袁本文在控制过程中袁以保障生产质量为目标袁对应的控制对象为与其关联的设备袁由式渊1冤可以看出袁在数据读取阶段袁已经获得了化工装置的关联设备信息遥 利用历史数据计算异常设备与关联设备之间的关系袁见式渊3冤遥Xi寅sij=琢wiwij伊茁pipij渊3冤式中院sij为与异常设备关联的设备袁wi和pi分别为历史数据中异常设备的运行功耗和输出功率袁wij和pij分别为历史数据中与异常设备关联装置的运行功耗和输出功率袁琢 为功耗关联系数袁茁 为功率关联系数遥 需要注意的是袁上述关联关系的计算是建立在数据时间标签一致的基础上的遥通过这样的方式袁明确各个关联设备与异常装置之间的关系袁此时袁对应的控制策略见式渊4冤遥wij=渊Xi寅sij冤着伊wijpij=渊Xi寅sij冤着伊pij嗓渊4冤式中院wij和pij分别为人工智能计算输出对关联设备 sij的控制目标参数遥将输出的控制结果发送至化工控制系统的上机位袁重新进行异常分析袁此时的分析主要是以异常设备所在生产线的运行情况为基础进行的袁其计算方式见式渊5冤遥f=sim渊Xisij袁Xs冤渊5冤式中院f 为判定函数袁sim 为拟合函数袁利用其分析控制前后异常设备所在生产线的运行关系遥当 f=1 时袁表明控制达到预期目标袁当 f屹1 时袁表明设备的运行状态出现了新的变化袁需要重复执行上述操作袁直至满足 f=1遥通过这样的方式袁与原始状态相对比袁根据整体运行状态调整 着 大小袁确保异常装置所在生产线保持原有的模式关系继续运行袁对应的生产状态不发生改变袁保障产品质量的稳定性遥2应用分析为了更加直观地分析本文提出控制方法的150第 37 卷第 4 期堆积床层高度/cmPLC 为基础的电气自动化控制方法建立在现场总线基础上的电气自动化控制方法本文控制方法物料流速/（m3/min）比例物料流速/（m3/min）比例物料流速/（m3/min）比例80.67511.85颐10.65012.30颐10.64512.40颐1100.82912.07颐10.80712.39颐10.80312.45颐1120.96612.42颐10.96212.47颐10.96012.50颐1141.12112.49颐11.12012.50颐11.12012.50颐1151.20012.50颐11.19412.56颐11.20012.50颐1181.39612.89颐11.42612.62颐11.43712.50颐1201.51213.23颐11.57712.68颐11.59412.55颐1应用效果袁对其进行测试分析遥 其中测试的对照组分别为以 PLC 为基础的电气自动化控制方法以及建立在现场总线基础上的电气自动化控制方法6-7遥 通过分析比较三种方法的控制效果袁对本文基于人工智能技术的化工装置电气自动化控制方法的控制效果作出客观评价遥2.1测试环境本文以某化工生产车间为测试环境袁 其中袁固定床反应器是其重要的装置之一遥 在运行过程中袁 装填在反应器内的物质为反应物或催化剂袁为了实现对反应速度的控制袁一般以颗粒状的固体结构为主遥 当反应器内的反应物堆积达到一定的高度时袁形成堆积床层袁与静止固定床层处的物料发生反应袁达到生产目的遥 一般情况下袁反应器内的反应均为非均相反应遥 在生产时袁为了确保反应速度的稳定性袁避免反应物之间过分接触袁 充填在设备内是以相对固定的形式存在的袁 固定床反应器运行的稳定性直接关系到最终产品质量遥 车间在利用其进行加工生产时袁设置堆积床层的高度为 15cm袁物料的流通速度为 1.2m3/min袁二者的比例为 12.5颐1袁当堆积床层的高度发生变化时袁 物料的流通速度同比调节遥在此基础上袁 分别采用三种方法进行控制袁测试对应的控制效果遥2.2测试结果本文通过调节装填颗粒状固体催化剂的给进速度袁 使得堆积床层的高度发生相应变化袁在此基础上袁 测试不同方法对物料流速的控制效果遥 具体如表 1 所示遥表 1不同方法的物料流速控制效果根据表 1 中的数据可以看出袁 在三种控制方法中袁PLC 为基础的电气自动化控制方法对于堆积床层高度低于 10cm 以及高于 18cm 情况的控制效果并不理想袁 对应的反应物比例分别达到 11.85颐1和 13.23颐1袁均与设置值 12.50颐1 存在较大差距遥 从整体上分析袁其对物料流速的控制与堆积床层高度尺度之间的协调性相比较低袁导致反应物比例受堆积床层高度的影响较为明显遥建立在现场总线基础上的电气自动化控制方法有一定的提升袁表现出对堆积床层高度尺度变化较高的适应性袁但是当堆积床层高度为 8cm 以及 20cm 时的反应物比例也分别达到了 12.30颐1 和 12.68颐1袁与设置值 12.50颐1 存在一定差异遥 相比之下袁本文提出的基于人工智能的化工装置自动化控制方法对于物料流速的控制效果明显优于对照组遥 其中袁 当堆积床层高度为8cm 以及 20cm 时袁 对应的反应物比例分别为12.40颐1 和 12.55颐1袁与设置值 12.50颐1 具有较高的拟合度曰当堆积床层高度在 1218cm 时袁反应物比例均为 12.50颐1遥 测试结果表明袁本文提出的控制方法可以实现对化工装置运行参数的有效控制袁能够结合实际情况确保化工生产活动的稳定进行遥3结束语在化工生产过程中袁相关反应物的使用比例顾雄等：浅谈人工智能技术在化工装置电气自动化控制中的应用151天津化工2023 年 7 月是关系到最终产品质量的重要因素之一袁受偶然因素以及不确定因素的影响袁物料的给进情况可能会出现异常袁此时袁以生产标准为基础对相关设备的运行状态进行适应性调节是十分必要的遥为此袁本文就人工智能技术在化工装置电气自动化控制中的应用展开研究在极大程度上保障化工生产活动有序开展袁以期为提高人工智能技术的应用价值袁提升化工装置电气自动化控制精度提供有价值的帮助遥参考文献：员 高焕.嵌入式电气安全智能监控系统的应用分析评 电气自动化控制技术研究 J.机械设计,2020,37(9):153-154.2 向婉芹,敖伟.机械电气控制与电气自动化发展应用探讨评机械电气控制与 PLC 应用 J.机械设计,2020,37(11):150.3 段业宽,李允.电气自动化技术在照明工程中的应用以某商业广场为例J.光源与照明,2022(1):32-33.4 杨春平.电气自动化控制系统在民营企业中的应用及发展趋势研究J.现代制造技术与装备,2022,58(3):192-194.5 蓝良生.浅析人工智能技术在电气自动化控制中的应用评人工智能技术 J.现代雷达,2022,44(2):116.6 任辈杰.PLC 在电气自动化控制中的应用以自动清扫装置设计为例J.光源与照明,2022(3):219-221.7 唐广瑜,金鑫琨.基于现场总线的电气自动化设备资源管理系统设计方法研究J.新型工业化,2021,11(12):149-150,154.8 曹春宜.电气技术在机械设备自动化中的应用评 机械电气控制及自动化 J.铸造,2021,70(11):1379.9 宗鹏.电气自动化控制中应用人工智能技术的思路与策略研究J.科技创新与应用,2021,11(24):159-161.员0 樊小霞,谢颖佳,常萍萍.信息化背景下人工智能技术在电气自动化控制中的应用J.中国信息化,2021(7):48-49.6 月 6 日上午，侯德榜先生雕像揭幕仪式在天津渤化工程有限公司隆重举行。天津渤海化工集团有限责任公司党委副书记、工会主席王星炜、宣传部部长井忠慧出席了揭幕仪式。天津渤化工程有限公司党委副书记、副董事长詹宏智携公司班子成员及职工代表参加了揭幕仪式。揭幕仪式由渤化工程党委副书记、工会主席、总法律顾问高立军主持。仪式上，詹书记致辞发言，介绍了渤化工程与侯德榜先生的历史渊源，号召大家继承和发扬“永久黄”精神，践行“四大信条”的科学内涵，传承和弘扬侯德榜先生勇于开拓、崇尚真知、心怀天下的精神，赓续创新不忘奋斗历程，踔厉奋发担当时代重任，凝心聚力助力百年渤化发展。渤化集团党委副书记、工会主席王星炜，渤化工程党委副书记、副董事长詹宏智，共同为侯德榜先生雕像揭幕，表达了对侯德榜先生的深切怀念与无限敬仰。职工代表胡小营表态，要从侯德榜先生的科研创业中汲取营养、激发灵感、精进科研，持续推动工艺技术研发及工程化应用。渤化集团党委副书记、工会主席王星炜代表渤化集团对“侯德榜先生雕像”的顺利落成表示衷心的祝贺。王书记指出，今天侯德榜先生雕像在渤化工程落成，背后的纪念墙上镌刻着范旭东先生亲手制作、由侯德榜先生敬书的“四大信条”，这是永利、久大、黄海三团体的团体精神，也是集团公司始终坚守的企业精神。王书记强调，2023 年是全面贯彻落实党的二十大精神的开局之年，也是实施“十四五”规划的关键之年。渤化工程作为一个以技术为先导、以人才为基础的科研单位，要秉承侯德榜先生学无止境的学习态度、工业救国的远大抱负、独立自主的研发精神、严谨细致的科研风格，在天津市“十项行动”制造业高质量发展、科教兴市人才强市等工作中，展现渤化精神、国企担当。要主动融入集团战略，围绕“一体四翼、三地协同、四化联动、内外并举”的发展新格局，通过持续的文化宣传和思想洗礼，激发起干部职工干事创业的工作热情和强劲动力，凝聚起全员思发展、谋发展的强大合力，赓续百年薪火，续写时代华章。侯德榜先生雕像在渤化工程顺利落成152