化工自動化儀表及控制系統(tǒng)智能化的研究

張思楠

摘要：我國是化工大國，尤其是近幾年，隨著化工生產(chǎn)裝置規(guī)模逐步大型化、產(chǎn)品系列化，除了生產(chǎn)工藝技術(shù)不斷革新，也要求裝置中測控儀表及控制系統(tǒng)具備更高的先進(jìn)性、可靠性、智能化，才能保證生產(chǎn)可靠安全、保證產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：自動化儀表;控制系統(tǒng);現(xiàn)場總線;智能化

引言

智能化儀表在化工生產(chǎn)方面或是醫(yī)藥領(lǐng)域都有著的應(yīng)用廣泛，智能化儀表的應(yīng)用有效推進(jìn)了我國現(xiàn)代化建設(shè)的步伐，隨著工業(yè)現(xiàn)代化快速發(fā)展，對控制系統(tǒng)要求日益增高，為滿足化工控制的要求，控制系統(tǒng)日益趨為自動化、智能化?；て髽I(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、生產(chǎn)技術(shù)的提升、生產(chǎn)工藝越趨復(fù)雜化，使得智能化應(yīng)用成為必然。本文主要針對智能化儀表在化工控制中的應(yīng)用進(jìn)行分析，對智能化儀表的發(fā)展歷程和具體應(yīng)用進(jìn)行簡要闡述。

1化工儀表及自動化系統(tǒng)的發(fā)展

傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)儀表數(shù)量并不多，使用起來也比較簡便，大多是通過工作者的經(jīng)驗，以人為操控的方式來進(jìn)行。在上世紀(jì)40年代的時候，研發(fā)出了基地式儀表和繼電器控制方式的控制系統(tǒng)。而由于電學(xué)、自動化得到了很大幅度的提升，以及全新材料、處理器的出現(xiàn)，到了上世紀(jì)80年代以后，PLC、DCS等控制系統(tǒng)獲得了普遍的使用。當(dāng)前國內(nèi)也正在采用全新的化工裝備技術(shù)，并且測量控制儀表和DCS控制系統(tǒng)已經(jīng)在我國獲得了很好的推廣效果。由于化工生產(chǎn)經(jīng)常會產(chǎn)生高溫、高壓的情況，并且化學(xué)反應(yīng)以瞬間反應(yīng)為主，所以極有可能出現(xiàn)生產(chǎn)意外。而在采用自動化儀表，并采取了相關(guān)的控制系統(tǒng)技術(shù)以后，則很好的改善了以上的問題。利用檢測儀表能夠得到工藝物料的操作工況特性參數(shù)，然后再采用相關(guān)處理器進(jìn)行邏輯計算，最后在對控制閥門進(jìn)行變頻控制，就能夠確保工藝裝備里的工藝物理量達(dá)到規(guī)定的要求。進(jìn)入到新世紀(jì)以后，化工行業(yè)達(dá)到了綜合化、產(chǎn)品精準(zhǔn)化的效果。生產(chǎn)裝置也得到了進(jìn)一步的提升，不過如果出現(xiàn)事故那么所導(dǎo)致的后果也會非常的嚴(yán)重。大規(guī)模的裝置具有非常多的控制點，工藝流程也非常繁瑣、控制精度所能夠達(dá)到的準(zhǔn)確度是傳統(tǒng)化工設(shè)備所無法比擬的。同時，DCS系統(tǒng)在功能、性能等方面也得到了完善，從剛開始只能進(jìn)行工業(yè)控制，升級到了向下擴(kuò)展到現(xiàn)場的智能化測量儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從上擴(kuò)充到了生產(chǎn)信息管理的企業(yè)全面解決方案。

2化工自動化儀表及控制系統(tǒng)智能化的研究

2.1介于工作效率的運(yùn)用策略

工作效率是機(jī)械設(shè)備工作能力的參考維度之一，工作效率越高，其工作能力越強(qiáng)。為盡可能地提升工作效率，智能化工作模塊可以實現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化，采取最佳解決方案，自動化理念，可以將生產(chǎn)工序予以統(tǒng)一，在考量機(jī)械溫度等的情況下，實現(xiàn)機(jī)械的自主運(yùn)作。在化工行業(yè)中，智能自動化模塊，可以將反應(yīng)產(chǎn)物同時添加，在定時器作用下，一段時間后，自動分離產(chǎn)物、廢物，最后將設(shè)備清洗、降溫，該過程中，壓力傳感器、溫度傳感器、光強(qiáng)傳感器等可以作為信息采集模塊，通過將采集到的信息上傳給運(yùn)算核心，判斷自動運(yùn)作系統(tǒng)是否可以進(jìn)行下一步工序，如根據(jù)機(jī)械設(shè)備的溫度情況，自主設(shè)定注入反應(yīng)容器內(nèi)水量的數(shù)值。

2.2可編程功能的應(yīng)用

為了有效提高現(xiàn)代化工儀表智能化程度，在其中加入了可編程的功能，這樣就能將自動化控制與化工儀表有效結(jié)合起來，同時利用計算機(jī)進(jìn)行整體的控制，實現(xiàn)了化工生產(chǎn)控制的優(yōu)化。特別是對于復(fù)雜的化學(xué)儀器而言，在其監(jiān)測儀表中加入可編程功能，能夠有效地提升其性能，同時化工儀表監(jiān)測的準(zhǔn)確度也得到極大的提升?；どa(chǎn)的環(huán)境往往較為惡劣，因此要盡可能減少工作人員的接觸，在現(xiàn)代化工儀表中加入可編程功能后，能夠提升其自動化程度，各類數(shù)據(jù)的反饋可直接通過電腦接收，這樣不僅能夠提高生產(chǎn)的安全性，而且也確保了儀表監(jiān)測的精度。另外，在現(xiàn)代化工儀表中加入可編程功能還可有效提升生產(chǎn)的效率，企業(yè)可根據(jù)實際生產(chǎn)需求預(yù)先在化工儀表中輸入相關(guān)的邏輯系統(tǒng)，這樣當(dāng)出現(xiàn)各類情況變化后，化工儀表就可直接自主判斷，然后輸出控制信號。通過該項措施減少了化工生產(chǎn)中的人工需求，不僅可以降低人為因素對化工生產(chǎn)的影響，而且可以極大地優(yōu)化生產(chǎn)控制過程，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3自動化測控儀表的智能化

數(shù)字化測量控制技術(shù)、智能數(shù)據(jù)有效性分析、控制功能可靠性判斷準(zhǔn)確測量一直是自動化領(lǐng)域計量和控制的前提，因此傳感器技術(shù)一直處于自動化儀表發(fā)展的前沿。大規(guī)模DSP數(shù)字處理電路、微處理器（MCU）的日趨成熟，促使化工檢測儀表最前端的傳感器技術(shù)、特別是集成型智能傳感器技術(shù)快速向智能化發(fā)展。智能傳感器具有精度高、穩(wěn)定性好、采用高性能微控制器的特點，采用數(shù)字化處理技術(shù)，相對于傳統(tǒng)傳感器在變送傳輸過程中的轉(zhuǎn)換精度、響應(yīng)時間、抗干擾、數(shù)據(jù)有效性分析校驗、零點量程等調(diào)整、多參量測量、易于組網(wǎng)等方面，具有無可比擬的性能優(yōu)勢。尤其在化工生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的傳感器無法對某些產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)（例如，物料粘度、材料硬度、表面光潔度、金屬疲勞度、組分成分、顏色及味道等）進(jìn)行快速直接測量，而利用智能傳感器可直接測量與產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)有函數(shù)關(guān)系的某些參量（如溫度、壓力、流量、密度等等），結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或?qū)＜蚁到y(tǒng)技術(shù)建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計算，即可推斷出產(chǎn)品的質(zhì)量。自動化領(lǐng)域已經(jīng)使用的智能化傳感器有E+H智能pH分析探頭（也叫數(shù)字電極）、托利多的智能型稱重模塊等等，將來智能化傳感器功能會越來越強(qiáng)大。執(zhí)行器是通過接收控制器來的控制信息，對被控對象施加控制作用，改變被控介質(zhì)流量的大小，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或期望的范圍內(nèi)，是自動控制系統(tǒng)中必不可少的組成?；どa(chǎn)過程中用到的執(zhí)行器主要有控制閥門、變頻器等，目前行業(yè)已使用的智能型執(zhí)行器有智能型控制閥。智能型控制閥采用總線和微處理器技術(shù)，配合精密機(jī)械結(jié)構(gòu)，能夠在控制閥內(nèi)實現(xiàn)流量特性修改、閥門正反作用修改、調(diào)整PID算法、非線性補(bǔ)償、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、閥門故障診斷、故障安全位置鎖定等一系列功能。采用離散式微處理器運(yùn)算控制，分擔(dān)了需DCS提供的控制運(yùn)算，并可與DCS分享運(yùn)行數(shù)據(jù)，具有更高的靈活性、可靠性。智能型測控儀表具備數(shù)字和模擬兩種輸出組網(wǎng)方式，其故障診斷預(yù)警和智能維護(hù)功能的實現(xiàn)，為工廠節(jié)省運(yùn)行成本、減少檢修維護(hù)時間，確保生產(chǎn)安全高效。

2.4數(shù)據(jù)處理功能

在進(jìn)行化工生產(chǎn)期間，不但要精準(zhǔn)的記錄生產(chǎn)期間所形成的參數(shù)，同時也要進(jìn)行準(zhǔn)確的運(yùn)算，化工儀器要做線性化處理，比如自動檢測和校正、工程值轉(zhuǎn)換等，外在因素能夠給化工儀表的運(yùn)行造成很大的影響，利用電腦技術(shù)、軟件控制和數(shù)據(jù)處理功能，能夠?qū)どa(chǎn)進(jìn)行詳細(xì)的記錄，這樣就會提升化工生產(chǎn)的效果，如果記錄存在問題，則要馬上掌握出現(xiàn)問題的原因，然后制定合適的解決措施。

結(jié)語

總而言之，化工儀表經(jīng)歷了三個階段的發(fā)展后現(xiàn)在日趨智能化。智能化儀表與老式儀表相比增加了記憶、計算、編程、更正等功能，使工業(yè)流程更精確可靠。同時要重視智能儀表的維護(hù)保養(yǎng)以保障更好地應(yīng)用。智能化過程控制已成為工業(yè)發(fā)展主流，智能化儀表的功能在今后將更為完善，于化工控制中的應(yīng)用也將更廣泛，必將更有效地推進(jìn)我國現(xiàn)代化建設(shè)的步伐。

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（作者單位：江蘇鑫華半導(dǎo)體材料科技有限公司）