探討智能化儀表在化工控制中的應(yīng)用

朱桂堡

恒力石化（大連）煉化有限公司 遼寧大連 116317

為適應(yīng)現(xiàn)代化工生產(chǎn)工藝過(guò)程的高要求，應(yīng)提高化工檢測(cè)儀表和控制儀表的信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。我國(guó)提出“中國(guó)制造2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃國(guó)家戰(zhàn)略，推進(jìn)化工儀表、過(guò)程控制向由智能化儀表和智能控制構(gòu)成的化工生產(chǎn)過(guò)程智聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展，研究智能化儀表和現(xiàn)代化工生產(chǎn)過(guò)程控制應(yīng)用具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 智能化儀表的構(gòu)成

智能化儀表主要由硬件部分與軟件部分構(gòu)成，其中，硬件部分主要由嵌入式處理器、存儲(chǔ)器、電源模塊、模擬量或數(shù)字量的I/O通道、外圍傳感器、數(shù)據(jù)通信端口、人機(jī)交互通道等部分構(gòu)成。嵌入式處理器主要的作用是對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到存儲(chǔ)器中保存；模擬量或數(shù)字量的I/O通道的作用是將檢測(cè)到的模擬信號(hào)或者數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)能夠識(shí)別的二進(jìn)制信號(hào)，并將系統(tǒng)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓或者電流信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作；外圍傳感器的作用是檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)中的信號(hào)；數(shù)據(jù)通信端口的作用是實(shí)現(xiàn)智能儀表與外界計(jì)算機(jī)或者相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)通信；人機(jī)交互通道的作用是實(shí)現(xiàn)人與智能儀表之間建立交互的數(shù)據(jù)通道[1]。

2 智能化儀表應(yīng)用于現(xiàn)代化工生產(chǎn)的難點(diǎn)

盡管多種智能化儀表已經(jīng)開(kāi)始在現(xiàn)代化工生產(chǎn)過(guò)程應(yīng)用，但由于化工生產(chǎn)場(chǎng)所的特殊性，智能化儀表面臨應(yīng)用上的難點(diǎn)。智能化儀表功能安全技術(shù)與安全儀表。功能安全技術(shù)與安全儀表是國(guó)際上最近發(fā)展的技術(shù)，目的是防止化工設(shè)施生產(chǎn)異常事故以致危及人身與設(shè)備安全。我國(guó)大型石化工程項(xiàng)目已經(jīng)規(guī)定必須事先進(jìn)行功能安全評(píng)估。化工企業(yè)突發(fā)事故比較頻繁，研究具有功能安全技術(shù)和安全技術(shù)的智能化儀表極其重要，例如智能溫度變送器、壓力/差壓變送器、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)/閥門定位器。安全智能化儀表系統(tǒng)評(píng)估技術(shù)和評(píng)估工具都是智能化儀表在現(xiàn)代化工生產(chǎn)應(yīng)用面臨的技術(shù)難點(diǎn)?，F(xiàn)代化工生產(chǎn)測(cè)量新型傳感器技術(shù)。傳感器是智能化儀表的關(guān)鍵技術(shù)，化工生產(chǎn)要采集的數(shù)據(jù)難度大、精度高，需要在固態(tài)硅傳感器、光纖傳感器技術(shù)、多傳感器技術(shù)、圖像傳感器技術(shù)、微型化及低功耗等方面進(jìn)行攻關(guān)，取得突破以滿足現(xiàn)代化工生產(chǎn)的測(cè)控要求?，F(xiàn)代化工生產(chǎn)工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[2]?！爸袊?guó)制造2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)技術(shù)推動(dòng)現(xiàn)代化工生產(chǎn)工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字虛擬工業(yè)技術(shù)發(fā)展[1]?；趯?shí)際化工生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)和優(yōu)化，建立虛擬現(xiàn)代化工工業(yè)系統(tǒng)，虛擬化智能化儀表必須滿足完善現(xiàn)代化工虛擬工業(yè)系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)需求，幫助實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜現(xiàn)代化工生產(chǎn)管理控制。

3 智能化儀表在化工生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)傳輸

智能化儀表可通過(guò)數(shù)據(jù)通信端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于智能化儀表自身的存儲(chǔ)空間有限，而測(cè)量數(shù)據(jù)又在不斷積累，因此，通過(guò)組建智能化儀表網(wǎng)絡(luò)可將每一臺(tái)儀表中的數(shù)據(jù)匯總到一臺(tái)計(jì)算機(jī)中，并由計(jì)算機(jī)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[3]。

3.2 在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是DCS系統(tǒng)的升級(jí)產(chǎn)品，已成為現(xiàn)代化工過(guò)程控制的先進(jìn)控制技術(shù)。它最直接的優(yōu)勢(shì)在于將現(xiàn)代化工生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)智能化儀表直接變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，企業(yè)信息可以直接在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備延伸，企業(yè)管理層易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)智能化儀表在線參數(shù)整定和故障診斷，也能夠?qū)崟r(shí)了解智能化儀表的實(shí)際情況。當(dāng)需要增加現(xiàn)場(chǎng)智能化儀表時(shí)，可以直接掛接在原總線上，無(wú)需增加其他任何組件。在現(xiàn)代化工生產(chǎn)過(guò)程中，基于PLC系統(tǒng)的ControlNet、Profibus和FF總線使智能化儀表發(fā)展迅速并有創(chuàng)新性應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)總線智能化儀表能夠利用嵌入式軟件協(xié)調(diào)內(nèi)部操作、完成非線性補(bǔ)償、自動(dòng)校準(zhǔn)和診斷，還可以完成現(xiàn)代化工生產(chǎn)過(guò)程控制和功能的分散。

3.3 信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓展：工廠數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)化及移動(dòng)化管理應(yīng)用

隨著工廠全球化，總部需要隨時(shí)了解各地工廠情況，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，出現(xiàn)了由制造數(shù)據(jù)管理、計(jì)劃調(diào)度管理、庫(kù)存采購(gòu)管理、成本質(zhì)量管理、人力資源管理、生產(chǎn)過(guò)程控制、數(shù)據(jù)集成分析等多個(gè)管理模塊組成的企業(yè)管理整體解決方案和智能制造系統(tǒng)。如MES即制造企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程執(zhí)行系統(tǒng)，和SAP等ERP企業(yè)管理解決方案[4]。

3.4 在工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

作為一種新興的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，工業(yè)以太網(wǎng)已在現(xiàn)代化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)的管理層和控制層得到應(yīng)用，并有延伸到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的趨勢(shì)。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一使得開(kāi)發(fā)基于Web瀏覽器的智能化儀表成為可能。圍繞具有EPA（Ethernetfor Plant Automation）網(wǎng)絡(luò)通信功能的高精度智能化變送器已在開(kāi)發(fā)并將用于現(xiàn)代化工生產(chǎn)過(guò)程，例如珠海市長(zhǎng)陸工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)股份有限公司生產(chǎn)的帶DP9接口的TR700儀表，可以與PLC、UNI800C、UNI900掛接支持Profinet工業(yè)以太網(wǎng)、Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)用于現(xiàn)代化工生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著智能化產(chǎn)品普及，智能化測(cè)控儀表及控制系統(tǒng)必將為化工生產(chǎn)提高安全性、提升品質(zhì)、降低事故或損失提供支持。也需要化工生產(chǎn)企業(yè)與時(shí)俱進(jìn)，共同推動(dòng)我國(guó)自動(dòng)化領(lǐng)域整體控制水平的進(jìn)一步提高。