天然氣領(lǐng)域中儀表自動(dòng)化應(yīng)用的發(fā)展方向

王科

摘 要 文章針對(duì)自動(dòng)化儀表的相關(guān)概念以及其分類進(jìn)行了介紹，通過對(duì)DCS系統(tǒng)以及主線系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行了分析和展望，對(duì)于把握天然氣領(lǐng)域中儀表自動(dòng)化的發(fā)展方向有著積極意義。

關(guān)鍵詞 天然氣；儀表；自動(dòng)化；發(fā)展

中圖分類號(hào)：F407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）08-0114-01

在天然氣工業(yè)環(huán)境中，儀表是必不可少的重要工具。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展和向前推進(jìn)，儀表自動(dòng)化系統(tǒng)在天然氣的生產(chǎn)和加工領(lǐng)域也扮演著越來越重要的角色?？v觀儀表自動(dòng)化的發(fā)展過程，存在其必然的規(guī)律性以及客觀性，并且毋庸置疑，如果能夠?qū)@種發(fā)展進(jìn)程以及其內(nèi)在規(guī)律進(jìn)行把握，必然對(duì)于當(dāng)前天然氣環(huán)境中的儀表自動(dòng)化需求能夠有一個(gè)更好的把握和理解，也必然能夠以一種更為積極的態(tài)度推動(dòng)儀表自動(dòng)化發(fā)展的進(jìn)程，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)于天然氣工業(yè)的推動(dòng)。

1 自動(dòng)化儀表的主要分類

在天然氣的生產(chǎn)和加工領(lǐng)域中，所涉及到的自動(dòng)化儀表數(shù)量眾多。這種伴隨著天然氣工業(yè)一同發(fā)展的儀表系統(tǒng)，從一開始就得到了廣泛關(guān)注。在天然氣的開采以及加工領(lǐng)域中，經(jīng)常會(huì)涉及到諸如高溫高壓環(huán)境，或者環(huán)境中存在對(duì)人體有害的成分等，對(duì)于工作在這中環(huán)境下的儀表，通常無法采取直接監(jiān)控的方式獲取讀數(shù)，因此需要通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，將儀表讀數(shù)實(shí)時(shí)傳達(dá)給控制人員。從這個(gè)角度上看，儀表應(yīng)當(dāng)能夠?qū)崿F(xiàn)良好的自我控制，這是天然氣生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)τ趦x表本身自動(dòng)化提出的要求。與此同時(shí)，為了能夠針對(duì)天然氣生產(chǎn)和加工環(huán)境實(shí)現(xiàn)更好的控制，推動(dòng)整個(gè)油氣田生產(chǎn)環(huán)境的安全水平提升，就需要進(jìn)一步加大對(duì)于整個(gè)生產(chǎn)過程中諸多方面數(shù)據(jù)的深入分析，借以獲取到更為有價(jià)值的、系統(tǒng)性的信息。然而在天然氣生產(chǎn)領(lǐng)域中，所涉及到的數(shù)據(jù)量龐雜，如果單純依靠工作人員的指令在進(jìn)行處理，很難獲取到及時(shí)有效的信息，針對(duì)此種狀況，必然要求自動(dòng)化技術(shù)的參與，只有建立起較為完善的自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)，才能及時(shí)有效地獲取到整個(gè)天然氣生產(chǎn)系統(tǒng)中諸多數(shù)據(jù)所包含的內(nèi)在價(jià)值。

從儀表的功能角度看，可以將天然氣領(lǐng)域中的測(cè)量?jī)x表大概劃分為幾個(gè)種類，即壓力計(jì)量?jī)x表、溫度計(jì)量?jī)x表、物位計(jì)量?jī)x表以及流量/流速計(jì)量?jī)x表。壓力計(jì)量?jī)x表是工業(yè)環(huán)境中最為常用的儀表，不僅僅對(duì)于天然氣的生產(chǎn)領(lǐng)域，在其他工業(yè)環(huán)境中同樣至關(guān)重要。依照測(cè)試原理還可以將壓力表分為壓力傳送器、壓力傳感器等，其自動(dòng)化表現(xiàn)在能夠通過壓力的調(diào)節(jié)系統(tǒng)將采樣到的信號(hào)傳輸?shù)娇刂菩酒?，借以?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理。溫度計(jì)量?jī)x表的作用在于監(jiān)控天然氣生產(chǎn)領(lǐng)域中各個(gè)環(huán)節(jié)的溫度，主要存在價(jià)值在于避免溫度環(huán)境超過物質(zhì)本身的安全界限，而引發(fā)物質(zhì)產(chǎn)生某種反應(yīng)。曾經(jīng)多采用熱電阻來實(shí)現(xiàn)對(duì)于溫度的計(jì)量，近年來隨著相關(guān)技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，集成度較高的溫控智能系統(tǒng)能夠通過總線技術(shù)將熱電阻信號(hào)直接傳輸?shù)竭_(dá)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，便于實(shí)現(xiàn)信息的深入加工和處理。而對(duì)于物位計(jì)量?jī)x表而言，其工作重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)原料或產(chǎn)品的液面位置測(cè)量，在天然氣以及石油領(lǐng)域中，對(duì)于處于傳輸過程中的物料液面測(cè)量也均采用此種計(jì)量設(shè)備，用以確保物料狀態(tài)以及相關(guān)容器的安全狀況。最后是流量/流速計(jì)量?jī)x表，主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)有效截面的流體質(zhì)量或體積以及流速進(jìn)行計(jì)量，在某些環(huán)境下還會(huì)要求實(shí)現(xiàn)對(duì)于累計(jì)數(shù)值的統(tǒng)計(jì)。

2 天然氣領(lǐng)域中儀表自動(dòng)化的發(fā)展

當(dāng)前天然氣工業(yè)領(lǐng)域中，儀表自動(dòng)化占據(jù)了重要地位，其發(fā)展也同樣受到了多個(gè)方面的共同關(guān)注。如何更好地發(fā)掘天然氣領(lǐng)域本身對(duì)于儀表自動(dòng)化體系的切實(shí)要求，并且把握當(dāng)前技術(shù)發(fā)展特征，及時(shí)跟進(jìn)，成為了整個(gè)天然氣生產(chǎn)行業(yè)對(duì)于儀表自動(dòng)化的關(guān)注焦點(diǎn)。

就目前的狀況看，儀表的分布式控制系統(tǒng)（DCS，Distributed Control System）以及總線控制系統(tǒng)成為了代表儀表自動(dòng)化發(fā)展水平的重要標(biāo)志，因此一直以來的儀表自動(dòng)化發(fā)展?fàn)顩r，也有必要以此作為重要線索予以展開。

從DCS的發(fā)展角度看，逐漸走向開放的發(fā)展方向已經(jīng)日趨明朗。這種在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展演變而來的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)于天然氣生產(chǎn)領(lǐng)域而言尤為適用，其作為一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)，通信、顯示和控制等4C技術(shù)，其基本思想是幫助有效實(shí)現(xiàn)分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便等相關(guān)控制職能。傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)在發(fā)展的過程中，逐漸呈現(xiàn)出對(duì)于數(shù)據(jù)接收和處理能力無法滿足實(shí)際需求的特征，并且在現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)與傳送方面也呈現(xiàn)出一定的不適應(yīng)。以數(shù)據(jù)量為例，20世紀(jì)60年代的天然氣工業(yè)I/O點(diǎn)僅為500左右，而到了90年代就已經(jīng)增加到50000點(diǎn)，并且隨著信息技術(shù)的不斷融入，數(shù)據(jù)量仍然呈現(xiàn)出顯著增加趨勢(shì)，這其中也不乏諸多基于儀表工作和儀表保護(hù)而形成的流媒體數(shù)據(jù)。而在信號(hào)的傳輸方面，傳統(tǒng)的模擬信號(hào)必然會(huì)被淘汰，精度低并且難以實(shí)現(xiàn)自我校驗(yàn)與診斷，此外還無法實(shí)現(xiàn)雙向傳送，對(duì)于實(shí)時(shí)控制無法有效實(shí)現(xiàn)，因此已經(jīng)被數(shù)字信號(hào)所代替。當(dāng)前的DCS系統(tǒng)開始呈現(xiàn)出顯著的開放特征，以霍尼維爾的TPS（Total Plant Solution System）為例，從根本上看是通過企業(yè)內(nèi)部往來將諸多控制組件以及總線連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)功能和組件等多方面良好的延展性。當(dāng)前天然氣工業(yè)環(huán)境中，以總線作為基礎(chǔ)的DCS系統(tǒng)逐步成熟，無論從軟件還是從硬件角度看都表現(xiàn)出良好插件特征，控制效果上也日趨完善。

而對(duì)于總線的發(fā)展而言，現(xiàn)場(chǎng)總線以及因此而衍生出的現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前熱點(diǎn)，作為連接諸多智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，其存在和成熟狀況直接關(guān)系到天然氣以及其他工業(yè)領(lǐng)域的工作狀態(tài)。當(dāng)前的現(xiàn)場(chǎng)總線在可靠性和標(biāo)準(zhǔn)化方面都表現(xiàn)良好，這進(jìn)一步為其可維護(hù)奠定了基礎(chǔ)，并且也是整個(gè)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)開放性的首要依據(jù)。與此同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化程度的不斷提升，首先對(duì)于硬件的敷設(shè)和維護(hù)成本會(huì)大大降低，其次對(duì)于相關(guān)工作人員的專業(yè)技能培養(yǎng)也同樣大有裨益。這些優(yōu)勢(shì)都會(huì)幫助成為推動(dòng)總線機(jī)制進(jìn)一步成長(zhǎng)的重要?jiǎng)恿?，并且決定著相關(guān)技術(shù)未來發(fā)展的主體方向。

3 結(jié)論

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷的發(fā)展，相關(guān)技術(shù)也在不斷演進(jìn)。儀表自動(dòng)化作為諸多生產(chǎn)技術(shù)中的一個(gè)重點(diǎn)，一直以來在天然氣生產(chǎn)領(lǐng)域都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其地位不容忽視。針對(duì)這一技術(shù)體系，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)在充分認(rèn)識(shí)天然氣環(huán)境需求特征的前提之下，切實(shí)展開技術(shù)研究，以技術(shù)發(fā)展，推動(dòng)最終的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并且促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)整體進(jìn)步。

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