基于計(jì)算機(jī)信息技術(shù)下化工企業(yè)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)分析

摘要：不斷完善和提升的化工自動(dòng)化儀表性能促使儀表分類更加精細(xì)化，自動(dòng)化儀表性能的差異性隨之增加，對自動(dòng)化儀表在生產(chǎn)中的應(yīng)用和管理提出了更高的要求，為充分發(fā)揮多樣化的自動(dòng)化儀表在化工生產(chǎn)中的作用，本文主要對計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在自動(dòng)化儀表應(yīng)用和管理中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，分析了化工自動(dòng)化儀表在管理上存在的問題及提升策略，并闡述了計(jì)算機(jī)化工自動(dòng)化儀表系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)開發(fā)過程。

關(guān)鍵詞：化工企業(yè);自動(dòng)化儀表系統(tǒng);計(jì)算機(jī)信息技術(shù)

中圖分類號：TQ050.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）06-0141-04

0 引言

隨著工業(yè)生產(chǎn)效率和技術(shù)水平的不斷提升，化工行業(yè)中的自動(dòng)化儀表性能得到不斷完善和提升，目前部分化工企業(yè)通過使用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)使生產(chǎn)過程的模擬分析及自動(dòng)化控制基本得以實(shí)現(xiàn)，有效提升了化工生產(chǎn)的工藝水平及安全性，進(jìn)而使化工安全事故得以有效避免。在化工生產(chǎn)中尤其是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)（如制圖軟件、模擬器等）可使化工生產(chǎn)的流程設(shè)計(jì)及產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)得到進(jìn)一步優(yōu)化。目前的儀表普遍存在智能化、自動(dòng)化水平較低的問題，儀表控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)完成自動(dòng)化和信息控制過程，儀表計(jì)算機(jī)化、計(jì)算機(jī)儀表化是儀表系統(tǒng)的主要特點(diǎn)，通過在測量、控制過程中應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)儀表存在的問題和不足，能夠加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度、進(jìn)一步簡化電路、豐富儀表功能。以微型計(jì)算機(jī)為主體的微型計(jì)算機(jī)技術(shù)通過對傳統(tǒng)儀表常規(guī)電子線路進(jìn)行有效代替，使儀表的靈活性及智能洼得到顯著提升[1]。

1 化工自動(dòng)化儀表系統(tǒng)概述

不斷完善的信息現(xiàn)代化技術(shù)為開發(fā)及運(yùn)用自動(dòng)化儀表系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，化工企業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化離不開基于計(jì)算機(jī)的儀表控制系統(tǒng)的應(yīng)用，需保證計(jì)算機(jī)同儀表控制系統(tǒng)間的有效結(jié)合以確保化工生產(chǎn)的安全高效。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)儀表的自動(dòng)化控制過程，使傳統(tǒng)人工操作生產(chǎn)儀表系統(tǒng)存在的問題得以有效解決，使化工企業(yè)生產(chǎn)儀表系統(tǒng)的功能性、靈活性得到顯著提升。計(jì)算機(jī)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)具備電路系統(tǒng)更加簡單、可進(jìn)行自動(dòng)控制、節(jié)約成本、易于使用及維護(hù)的優(yōu)勢。但由于計(jì)算機(jī)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用技術(shù)研究仍處于起步階段，很多功能和技術(shù)尚未得到充分運(yùn)用，系統(tǒng)的智能化自動(dòng)化水平有待進(jìn)一步提升。為有效滿足化工產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)需求，目前市場上已有多種自動(dòng)化儀表投入到生產(chǎn)中。

1）溫度儀表，作為一種最為常見的溫度控制裝置主要負(fù)責(zé)測定和控制化工生產(chǎn)中的溫度，在化工生產(chǎn)過程中溫度直接影響化工產(chǎn)品的質(zhì)量，化工生產(chǎn)對溫度有嚴(yán)格的要求，溫度儀表在控制溫度時(shí)主要采用接觸測量方式，水銀溫度計(jì)無法滿足化工生產(chǎn)要求，主要測量器件需采用雙金屬溫度計(jì)（結(jié)合運(yùn)用了熱電阻與熱相電偶）。

2）壓力儀表，壓力是影響化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)安全性的重要因素之一，壓力儀表作為一種壓力測定裝置起到重要作用，主要包括液柱式、彈性式、活塞式3種類型（按照工作原理劃分，精準(zhǔn)度高達(dá)0.1級），化工生產(chǎn)通常要求壓力儀表控制在不超過300MPa的壓力值范圍內(nèi)，能夠使化工生產(chǎn)中的壓力檢測需求（包括液體、固體與高溫度物質(zhì)）得以有效滿足。

3）物位測量儀，該類自動(dòng)化儀表的主要功能在于完成化工生產(chǎn)過程中的有關(guān)物體的液體液面位置或溶液液位等的測量與確定，工作原理較為簡單，主要包括電容式、激光式、靜壓式三種（根據(jù)不同的技術(shù)條件劃分，均可有效測量物位的變化情況）。

4）在線過程分析儀，化工生產(chǎn)過程會(huì)受到相關(guān)重要參數(shù)（包括溫度、壓力、液位等）的不同程度的影響，上述單一的測量儀無法全面監(jiān)測這些參數(shù)數(shù)據(jù)，通過在線過程分析儀的使用即可實(shí)現(xiàn)這些參數(shù)數(shù)據(jù)的全面詳細(xì)的記錄和分析過程;此外，在線過程分析儀還可對于化工生產(chǎn)所排放的會(huì)對環(huán)境造成一定污染的物質(zhì)進(jìn)行適時(shí)的檢測并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，為促進(jìn)化工企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供支撐。

5）執(zhí)行器，主要包括液動(dòng)和氣動(dòng)兩種類別，氣動(dòng)執(zhí)行器因具備構(gòu)造較完整、成本低、易于使用和維護(hù)等優(yōu)勢而得以更廣泛的應(yīng)用，以氣源作為動(dòng)力基礎(chǔ)的氣動(dòng)執(zhí)行器主要通過氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、活塞等實(shí)現(xiàn)具體操作過程[2]。

2 化工自動(dòng)化儀表在管理上存在的問題及提升策略

2.1 存在的問題

1）自動(dòng)化儀表自身質(zhì)量控制存在不足之處，尤其是儀表應(yīng)用于化工生產(chǎn)階段中存在的質(zhì)量問題，質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在：生產(chǎn)準(zhǔn)備工作不充足造成對化工生產(chǎn)進(jìn)程的直接影響，進(jìn)而影響了自動(dòng)化儀表的應(yīng)用質(zhì)量;針對自動(dòng)化儀表的管理制度有待完善，在運(yùn)作過程中易出現(xiàn)故障的自動(dòng)化儀表阻礙了預(yù)期效果的有效達(dá)成，嚴(yán)重情況下甚至?xí)?dǎo)致化工生產(chǎn)安全事故，對化工企業(yè)的人員生命及財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響翻。

2）自動(dòng)化儀表管理水平較低，研究和分析化工生產(chǎn)中的自動(dòng)化儀表發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)的化工企業(yè)在管理自動(dòng)化儀表方面普遍存在較多的問題（如生產(chǎn)人員培訓(xùn)不足、人才及設(shè)備投入不科學(xué)、管理不科學(xué)等），在員工缺少接受正規(guī)、系統(tǒng)化的自動(dòng)化儀表應(yīng)用及管理方面培訓(xùn)的情況下，會(huì)導(dǎo)致其工作能力難以提高，易出現(xiàn)儀表操作失誤，限制了自動(dòng)化儀表作用的充分有效的發(fā)揮。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用在提高自動(dòng)化儀表運(yùn)行能力的同時(shí)，勢必對化工生產(chǎn)及管理提出更高的要求，這就要求化工企業(yè)員工不斷提高工作能力以適應(yīng)不斷更新?lián)Q代的自動(dòng)化儀表應(yīng)用及管理需求。

3）對生產(chǎn)階段的自動(dòng)化儀表管理重視不足，作為化工生產(chǎn)階段的重要環(huán)節(jié)，化工企業(yè)需科學(xué)高效的管理和控制生產(chǎn)資料及物資，做好對自動(dòng)化儀表的監(jiān)督和管理工作，主要包括自動(dòng)化儀表口的性能測試及日常檢修等化工生產(chǎn)過程的必要準(zhǔn)備工作。此外，化工企業(yè)大多存在自動(dòng)化儀表的管理制度不健全，需提高對構(gòu)建完整的儀表管理方案及策略的重視程度，提升員工使用及管理自動(dòng)化儀表的理論及實(shí)踐執(zhí)行能力，不斷完善管理策略。

2.2 提升策略

1）做好自動(dòng)化儀表設(shè)備的前期管理工作，充分發(fā)揮自動(dòng)化儀表在化工生產(chǎn)中的的重要作用是推動(dòng)化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效手段，為最大程度的確保自動(dòng)化儀表的安全穩(wěn)定及可靠運(yùn)行，需結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況不斷提升自動(dòng)化儀表的管理水平，做好自動(dòng)化儀表的前期準(zhǔn)備工作，需遵循質(zhì)量第一的原則采購優(yōu)選性價(jià)比高的儀表設(shè)備，規(guī)劃好儀表設(shè)備的管理流程，通過對自動(dòng)化儀表進(jìn)行定期檢查以確保儀表安全穩(wěn)定的運(yùn)行。在將選好的儀表投入使用前需嚴(yán)格按照要求并根據(jù)具體操作規(guī)范調(diào)試和安裝設(shè)備，定期檢查維修相關(guān)設(shè)備以保證儀表設(shè)備正常運(yùn)行。

2）針對化工自動(dòng)化儀表的可編程功能做好控制工作，部分自動(dòng)化儀表的電路結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜，為使儀表的電路結(jié)構(gòu)得到有效簡化，通常需要使用計(jì)算機(jī)技術(shù)完成相應(yīng)的編程操作。在運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息技術(shù)提高自動(dòng)化儀表技術(shù)水平的過程中，需充分利用智能化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)功能的不斷優(yōu)化完善，進(jìn)而滿足現(xiàn)代化工生產(chǎn)需求。

3）進(jìn)一步優(yōu)化控制計(jì)算功能，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的使用可將化工生產(chǎn)數(shù)據(jù)化、精確化，使儀表的計(jì)算能力得到顯著增強(qiáng)，通過優(yōu)化控制計(jì)算功能可在減少儀表反應(yīng)時(shí)間的同時(shí)提升準(zhǔn)確率，進(jìn)而確?；どa(chǎn)的質(zhì)量及效率[4]。

3 計(jì)算機(jī)化工自動(dòng)化儀表系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)開發(fā)

3.1 化工自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的基本功能

在化工自動(dòng)化儀表系統(tǒng)中通過使用計(jì)算機(jī)可高效準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)功能，主要包括：

1）可自動(dòng)切換量程，量程可以實(shí)際測量情況為依據(jù)動(dòng)態(tài)變化，并可對滿度及零點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)校正，時(shí)由零點(diǎn)漂移導(dǎo)致的誤差得以有效避免，在簡化操作過程的同時(shí)使讀數(shù)更加精確。

2）可同時(shí)快速的對多個(gè)檢測點(diǎn)進(jìn)行檢測，完成所需數(shù)據(jù)的及時(shí)采集及整個(gè)化工生產(chǎn)情況的實(shí)時(shí)掌握。

3）完成數(shù)字濾波，在對干擾源的特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上完成適合的濾波算法的選擇，從而使自動(dòng)化儀表受到干擾信號影響的問題得以有效避免。

4）能夠自動(dòng)分析修正誤差，傳感器大多受到其特征曲線的影響而導(dǎo)致參數(shù)隨著外部環(huán)境因素的變化而發(fā)生改變，使進(jìn)而導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，在儀表中應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)可對誤差進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上找出一定的規(guī)律，為采取相關(guān)算法進(jìn)行合理修正提高支撐[5]。

5）自診斷，對自動(dòng)化儀表的各功能部分進(jìn)行測試，在發(fā)現(xiàn)問題及故障的情況下及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)可對故障點(diǎn)進(jìn)行定位和初步處理。

6）實(shí)現(xiàn)數(shù)字處理及數(shù)據(jù)交互功能，對收集到的信息采取多層次的計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的進(jìn)一步優(yōu)化（包括頻譜分析，標(biāo)度變換、查詢、分析統(tǒng)計(jì)等）;通過同計(jì)算機(jī)及其它設(shè)備間的交互實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在儀表系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)高效傳送過程，顯著提高了系統(tǒng)的通信質(zhì)量及效率。

7）規(guī)律控制，自動(dòng)化儀表系統(tǒng)具備PID控制及包括非線性、模糊、反饋及自適應(yīng)等在內(nèi)的其他規(guī)律控制功能，使儀表的控制需求得到有效滿足。

8）輸出方式多，可以通過指針、報(bào)警等手段來實(shí)現(xiàn)輸出，同時(shí)采用數(shù)字或模擬的手段來實(shí)現(xiàn)輸出。

9）掉電保護(hù)，儀表大多含有電池等基礎(chǔ)設(shè)備，可轉(zhuǎn)換系統(tǒng)運(yùn)行模式，儀表在系統(tǒng)斷電情況下可使用備用電池進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并使用隨機(jī)存儲(chǔ)器保護(hù)數(shù)據(jù)。常規(guī)的儀表系統(tǒng)在獲得上述功能時(shí)通常需付出較高的成本，自動(dòng)化儀表通過更換一些低成本的微機(jī)芯片即可實(shí)現(xiàn)具體功能，在提升自動(dòng)化儀表系統(tǒng)性能的同時(shí)降低了儀表使用及運(yùn)維成本[6]。

3.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成

自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的控制功能主要通過使用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)，控制系統(tǒng)中的輸入及輸出信號的格式通常不一致，系統(tǒng)需通過數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)對信號的直接識別，化工生產(chǎn)自動(dòng)進(jìn)程通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件部分主要由自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)、操控臺及外圍設(shè)備等構(gòu)成，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)計(jì)算控制、數(shù)據(jù)信息處理、自動(dòng)執(zhí)行功能。計(jì)算機(jī)化工自動(dòng)化儀表系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)軟件完成對化工儀表的自動(dòng)控制過程。需結(jié)合實(shí)際工作需要深入研究開發(fā)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能，成本低廉的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在節(jié)省儀表自動(dòng)化控制成本的同時(shí)，提升了儀表系統(tǒng)的性能及自動(dòng)化水平，充分利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的相關(guān)功能，不斷優(yōu)化完善系統(tǒng)的功能，通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)化工自動(dòng)化儀表系統(tǒng)使數(shù)據(jù)傳輸、通信等問題得以有效解決，實(shí)現(xiàn)了儀表自動(dòng)校正、檢測及修正誤差等功能?；诟黜?xiàng)專業(yè)設(shè)備及計(jì)算機(jī)信息技術(shù)開發(fā)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、化學(xué)工業(yè)儀器裝備、操縱動(dòng)作的管理中心等構(gòu)成，系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)管理模塊主要負(fù)責(zé)傳輸、處置相關(guān)數(shù)據(jù)信息，在計(jì)算機(jī)傳輸、處置數(shù)值內(nèi)容時(shí)先通過A/D轉(zhuǎn)換裝置完成所有數(shù)值到系統(tǒng)接受的數(shù)值格式的轉(zhuǎn)換，并傳輸?shù)街甘臼┬械牡胤?，完成機(jī)械操作過程[7]。

3.3 在化工企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場運(yùn)用的注意事項(xiàng)

1）計(jì)算機(jī)的選擇，需以企業(yè)的管理目的、生產(chǎn)能力及需求（包括運(yùn)行速度、儲(chǔ)存空間、設(shè)備連接情況、位數(shù)長短等）為依據(jù)進(jìn)行選擇，合理分派使用專業(yè)性機(jī)器及簡易機(jī)器，從而在最大程度節(jié)省資金投入的同時(shí)充分發(fā)揮機(jī)器功能，進(jìn)一步提升自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

2）現(xiàn)場對調(diào)控機(jī)器進(jìn)行考定審查，即在計(jì)算機(jī)當(dāng)場裝好后需結(jié)合其實(shí)際工作運(yùn)行環(huán)境按照要求對各項(xiàng)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行考定核查;在確保外部配件符合標(biāo)準(zhǔn)（需獨(dú)立試驗(yàn)）的基礎(chǔ)上，聯(lián)接主機(jī)，對連接端口的性能及速率進(jìn)行試驗(yàn)和調(diào)整。

3）整合和分析相關(guān)數(shù)值，主要機(jī)體聯(lián)通外部配件和加工工藝指標(biāo)，為創(chuàng)建數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)模型提供支撐;通過整合和計(jì)算匯集起來的數(shù)值獲取反饋結(jié)果，先控制不反饋以，不斷對樣品或計(jì)算方式進(jìn)行修正使其同事實(shí)更加吻合，避免工藝不穩(wěn)固或安全問題的發(fā)生。通過不反饋運(yùn)轉(zhuǎn)考定核查后，轉(zhuǎn)換成控制反饋結(jié)果[8]。

4 結(jié)語

在生產(chǎn)發(fā)展過程中引進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)已經(jīng)成為化工企業(yè)跟上時(shí)代步伐的重要手段，通過充分利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)化工企業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化、信息化水平的不斷提高，進(jìn)而提高化工企業(yè)的生產(chǎn)水平及經(jīng)濟(jì)效益。文章在對應(yīng)用和管理化工自動(dòng)化儀表中存在的問題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了提升儀表應(yīng)用及管理水平的思路，闡述了計(jì)算機(jī)化工自動(dòng)化儀表系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)的開發(fā)方案，提升化工企業(yè)的智能化、信息化水平，以期提高化工企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的效能、穩(wěn)定性及安全性，進(jìn)而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)量和利潤。

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作者簡介：高海英（1981-），女，漢族，山東德州人，碩士研究生，講師，研究方向：信息安全、大數(shù)據(jù)處理。

基金項(xiàng)目：基于新平臺的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)線上線下混合式教學(xué)研究與實(shí)踐，全國高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育研究會(huì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育教學(xué)研究項(xiàng)目（2019-AFCEC-300）;“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”線上線下混合式教學(xué)模式改革研究與實(shí)踐（18XHJG-038）