工業(yè)控制過(guò)程中電氣與自動(dòng)化儀表的使用及相關(guān)控制

杜曉宇

（太原理工大學(xué)， 山西 太原 030024）

引言

如果將電氣及自動(dòng)化儀表比作是人手腳與眼睛，那么電氣及自動(dòng)化儀表將會(huì)把工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的有關(guān)信息，以可視的方式傳達(dá)到控制器中，控制器根據(jù)實(shí)際情況將命令下達(dá)給設(shè)備，最終電氣及自動(dòng)化設(shè)備會(huì)完成命令中要求的操作，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)中的有效控制。電氣及自動(dòng)化儀表是整個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，影響著企業(yè)的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)利益。

1 電氣設(shè)備和自動(dòng)化儀表概述

工業(yè)生產(chǎn)中，電氣設(shè)備包含電力系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備和輸電設(shè)備、電力監(jiān)控設(shè)備以及相關(guān)保護(hù)設(shè)備等，在工業(yè)控制過(guò)程中，電氣設(shè)備中有電加熱器和電動(dòng)機(jī)等，隨著時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步，電氣設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始朝著智能化的方向發(fā)展。

溫度儀表、液位儀表以及壓力儀表都是自動(dòng)化儀表中的一種，目前有不少智能電力儀表也開(kāi)始進(jìn)入自動(dòng)化儀表的范圍。自動(dòng)化儀表經(jīng)常用來(lái)對(duì)火電廠的溫度進(jìn)行檢測(cè)，除此之外，還有對(duì)污水處理廠的流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，自動(dòng)化儀表除了可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還能夠?qū)?shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳到控制器，實(shí)現(xiàn)處理和報(bào)警的功能，最終達(dá)到工業(yè)自動(dòng)化控制的目的。

2 電氣設(shè)備和自動(dòng)化儀表在工業(yè)控制過(guò)程中的應(yīng)用

2.1 監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用

工業(yè)控制過(guò)程中，電氣及自動(dòng)化儀表需要對(duì)控制目標(biāo)實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)行為貫穿于整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，當(dāng)生產(chǎn)工作停止，電氣及自動(dòng)化儀表的監(jiān)測(cè)也會(huì)停止。以某凈水廠為案例，該凈水廠的凈化系統(tǒng)就是電氣及自動(dòng)化儀表的監(jiān)控目標(biāo)，在進(jìn)行凈水的過(guò)程中主要有三個(gè)環(huán)節(jié)，第一個(gè)環(huán)節(jié)是進(jìn)水，第二個(gè)環(huán)節(jié)是凈水，最后一個(gè)環(huán)節(jié)是出水，工作人員在進(jìn)水工序中，需要對(duì)流量?jī)x進(jìn)行水量的設(shè)置，但是這項(xiàng)工作是有持續(xù)性的，工作人員不可能一天走在這里觀察，而且人為進(jìn)行測(cè)量不一定準(zhǔn)確。因此，該凈水廠使用了電氣及自動(dòng)化儀表設(shè)備，也就是自動(dòng)化流量?jī)x，將流量計(jì)、PLC和工控機(jī)、電動(dòng)閥、泵等設(shè)備都應(yīng)用在自動(dòng)化流量?jī)x中，這樣情況下，該凈水廠中水流量超出限度就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)和停止水泵工作，并且進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié)與控制，從而提高凈水廠設(shè)備的工作效率，降低資源浪費(fèi)。但是工作人員需要將記錄功能在監(jiān)測(cè)中添加，所有的檢測(cè)內(nèi)容都會(huì)被保存下來(lái)，這些數(shù)據(jù)看似毫無(wú)意義，卻對(duì)電氣及自動(dòng)化儀表的總結(jié)與分析起到重要的數(shù)據(jù)參考作用[2]。

2.2 執(zhí)行環(huán)節(jié)的應(yīng)用

電氣及自動(dòng)化儀表的執(zhí)行環(huán)節(jié)主要是為了衡量工業(yè)生產(chǎn)與自動(dòng)化執(zhí)行，指的是電氣及自動(dòng)化儀表在自動(dòng)化控制中對(duì)發(fā)令器的要求進(jìn)行操作，執(zhí)行環(huán)節(jié)主要是根據(jù)電氣及自動(dòng)化儀表的情況相互配合操作，以凈水廠的案例闡述，如果凈水廠的電氣及自動(dòng)化儀表工作沒(méi)有異常情況，設(shè)備只會(huì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果設(shè)備損壞導(dǎo)致水廠中有大量的水涌入，長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展下就會(huì)導(dǎo)致凈水廠的凈化效果降低，工作效率持續(xù)下降。因此，使用電氣及自動(dòng)化儀表可以有效規(guī)避這種風(fēng)險(xiǎn)，如果流量?jī)x發(fā)現(xiàn)水量的變化處于常規(guī)時(shí)，處理器就會(huì)發(fā)出警報(bào)，工作人員在控制室中就能接收到通知，開(kāi)始觀察設(shè)備的使用情況。如果水的流量持續(xù)性加大，最終超過(guò)了安全值，那么流量計(jì)就會(huì)將信息反饋到控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)中的處理器會(huì)根據(jù)執(zhí)行器的情況下達(dá)有關(guān)命令，進(jìn)行進(jìn)水口封閉與停泵的操作，也可以將備用蓄水池打開(kāi)，將大流量的水引入其中，從而使凈水廠的凈化系統(tǒng)可以避免水流蔓延帶來(lái)的損失。

某電力公司通過(guò)將過(guò)時(shí)的分布式控制系統(tǒng)（DCS）更換為羅克韋爾自動(dòng)化的PlantPAx過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了前所未有的電廠績(jī)效，其中包括將啟動(dòng)時(shí)間縮短了30%，除此以外，PlantPAx系統(tǒng)還能幫助該公司的工作人員更好地符合排放等方面的各類法規(guī)，控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，操作人員可以直接從控制面板中對(duì)電廠的設(shè)備使用情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[3]。

2.3 保護(hù)環(huán)節(jié)的應(yīng)用

工業(yè)控制過(guò)程中，保護(hù)環(huán)節(jié)主要是建立在監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)與執(zhí)行環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上得以實(shí)現(xiàn)的，如果被監(jiān)測(cè)的目標(biāo)在生產(chǎn)中出現(xiàn)了異常，保護(hù)環(huán)節(jié)能夠?qū)Ρ槐O(jiān)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行保護(hù)，防止由于設(shè)備的過(guò)限操作造成損失，這也是對(duì)工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的保護(hù)。

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，尤其是電力相關(guān)的企業(yè)，工作經(jīng)常會(huì)涉及到很多大型電力設(shè)備，例如在鑄造廠中應(yīng)用到的退火爐，加入的時(shí)候設(shè)備產(chǎn)生的功率和電流會(huì)非常大，如果繼續(xù)使用下去，一旦電流超過(guò)了安全電力的界限，就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備和零部件被損壞，甚至?xí)斐呻娏ξｋU(xiǎn)。在過(guò)去鑄造廠生產(chǎn)中，主要是依靠人工的方式對(duì)退火爐進(jìn)行控制，但是這存在落后性，如果電流存在瞬間電流，退火爐無(wú)法在第一時(shí)間內(nèi)被控制，同樣會(huì)造成設(shè)備的損害和企業(yè)的損失。因此使用電氣及自動(dòng)化儀表可以有效避免這種情況，當(dāng)電流瞬間變大，電流表可以將這時(shí)候的信息反饋給電氣及自動(dòng)化儀表處理器中，處理器可以根據(jù)實(shí)際情況將命令向設(shè)備中下達(dá)，電氣設(shè)備和自動(dòng)化儀表受到命令后立即將電源切斷，實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能的電氣及自動(dòng)化儀表控制操作，避免了設(shè)備和零部件以及控制系統(tǒng)的損壞。

3 工業(yè)電氣自動(dòng)化儀表的有效控制

3.1 重視控制自動(dòng)化儀表

隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，我國(guó)工業(yè)中基本實(shí)現(xiàn)了電氣及自動(dòng)化儀表的應(yīng)用，但是部分工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)電氣及自動(dòng)化儀表的正確使用存在問(wèn)題，只重視電氣及自動(dòng)化儀表的功能，忽略對(duì)電氣及自動(dòng)化儀表的控制管理，特別是一些大型企業(yè)中為了提高效率就會(huì)安裝自動(dòng)化程度高的電氣及自動(dòng)化儀表，使用的時(shí)候卻沒(méi)有注重控制管理與日常保養(yǎng)維修，導(dǎo)致設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障。對(duì)此，企業(yè)在投入資金的同時(shí)還應(yīng)該聘用有專業(yè)電力管理知識(shí)水平的人才，充分發(fā)揮對(duì)電氣及自動(dòng)化儀表的使用和保障作用。

3.2 加強(qiáng)對(duì)電氣及自動(dòng)化儀表的管理

企業(yè)在購(gòu)買(mǎi)電氣及自動(dòng)化儀表時(shí)，應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，既能夠保障電氣及自動(dòng)化儀表的質(zhì)量，同時(shí)還能夠滿足對(duì)生產(chǎn)中數(shù)據(jù)和計(jì)算的要求，設(shè)備不僅要有準(zhǔn)確性，安裝的時(shí)候也要便利。電氣及自動(dòng)化儀表購(gòu)買(mǎi)后在進(jìn)行安裝的時(shí)候必須有專業(yè)人員在一旁負(fù)責(zé)，并且專業(yè)人員還要定期對(duì)電氣及自動(dòng)化儀表進(jìn)行維護(hù)管理，檢查的時(shí)候如果發(fā)現(xiàn)存在隱患，建議立即停止使用，并結(jié)合具體情況分析，找出故障存在的原因，及時(shí)排除故障，并做好后期檢查和維護(hù)保養(yǎng)的工作。對(duì)于已經(jīng)老化的電氣及自動(dòng)化儀表應(yīng)該作為重點(diǎn)檢查的目標(biāo)，及時(shí)更換設(shè)備，對(duì)所有的信息進(jìn)行記錄，為后期的檢查工作提供數(shù)據(jù)參考。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)化水平的日漸提高，工業(yè)設(shè)備變得越來(lái)越智能化和專業(yè)化，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)的安全性越來(lái)越重視，智能化控制已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展的特色，在對(duì)電氣及自動(dòng)化儀表進(jìn)行設(shè)置的時(shí)候需要根據(jù)周圍的環(huán)境作為參考，保證設(shè)備的性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制過(guò)程的科學(xué)化和系統(tǒng)化。