化工生產(chǎn)控制過程中自動化儀表運(yùn)用分析

張明

（重慶長風(fēng)化學(xué)工業(yè)有限公司，重慶 401252）

0 引言

在科技變革時代大背景下，工業(yè)取得了飛速發(fā)展，對自動化儀表的需求不斷上升。我國在自動化儀表領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位，為了保持這種優(yōu)勢，國家不斷加大支持力度，已經(jīng)形成了較為完整的技術(shù)應(yīng)用體系。應(yīng)用自動化儀表，結(jié)合目前先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、智能系統(tǒng)等，不僅提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，也有效地推動了多個領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，對國家的發(fā)展有著重要意義。

1 自動化儀表運(yùn)用在化工生產(chǎn)控制過程中的意義

自動化設(shè)備主要是依托計(jì)算機(jī)技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對設(shè)備進(jìn)行智能化的改革創(chuàng)新，達(dá)到自動化生產(chǎn)的目的[1]。就目前來看，自動化設(shè)備逐漸在各個領(lǐng)域內(nèi)普及，極大地提高了工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。這也表明了將自動化儀表應(yīng)用到化工生產(chǎn)控制領(lǐng)域有以下意義：首先，化工生產(chǎn)領(lǐng)域朝著自動化發(fā)展，極大地解放了人力；其次，對化工生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、物料高度等進(jìn)行控制，保障了生產(chǎn)質(zhì)量；最后，工作人員可以實(shí)時得到各項(xiàng)生產(chǎn)參數(shù)，方便了對異常數(shù)據(jù)的調(diào)整，提高了生產(chǎn)效率。

2 自動化儀表在化工生產(chǎn)控制中的應(yīng)用

2.1 溫度儀表

由于許多化工生產(chǎn)過程都是在高溫、高壓的情況下進(jìn)行的，所以對于化工生產(chǎn)的每個環(huán)節(jié)的溫度都應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格的把控，才能保障溫度始終保持在正常范圍之內(nèi)，避免意外的發(fā)生，提升化工生產(chǎn)的效果[2]。這便決定了化工生產(chǎn)控制過程必須使用溫度儀表，常見的溫度儀表如圖1 所示。

圖1 溫度儀表

傳統(tǒng)模式下的溫度測量是依靠水銀溫度計(jì)，由于水銀溫度計(jì)的上下限都比較低，只適合應(yīng)用在溫度較低且變化不大的化工生產(chǎn)控制領(lǐng)域，不能適應(yīng)大部分高溫、高壓的化工生產(chǎn)環(huán)境，于是采用了自動化溫度儀表。自動化溫度儀表可分為接觸式和非接觸式兩大類，應(yīng)用起來不僅簡單、可靠，還具有較高的測量精度，并且能適應(yīng)大多數(shù)高溫、高壓的化工生產(chǎn)過程中。其主要原理是利用內(nèi)部耐高溫的金屬溫度計(jì)，通過電阻、熱電偶等儀表進(jìn)行溫度測量，并通過儀表盤將溫度數(shù)據(jù)實(shí)時的顯示出來；工作人員可以通過調(diào)節(jié)溫度參數(shù)對化工生產(chǎn)過程的溫度控制，實(shí)現(xiàn)了化工生產(chǎn)溫度的精準(zhǔn)把控，有效地提高了生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

2.2 壓力儀表

壓力儀表指的是以彈性元件為核心部件，測量工作區(qū)域壓力高于環(huán)境壓力的儀表，與溫度儀表一起對化工生產(chǎn)控制過程有著重要的影響，被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域。常見的壓力儀表如圖2 所示。

圖2 壓力儀表

由于大部分化工生產(chǎn)必須處在與大氣壓不同的壓力環(huán)境中，為了保障化工生產(chǎn)的質(zhì)量，必須合理地控制氣壓。壓力儀表主要分為現(xiàn)場指示類壓力儀表和遠(yuǎn)傳壓力變送器。現(xiàn)場指示類，如：普通壓力表、氧氣壓力表、活塞式壓力表、壓力變送器、差壓變送器、絕對壓力變送器等。在選用壓力儀表時，應(yīng)根據(jù)具體的化工生產(chǎn)進(jìn)行選擇，需要綜合考慮壓力儀表的耐熱性、防腐性，壓力閾值等因素。壓力儀表主要是靠內(nèi)部的敏感元件進(jìn)行工作的：當(dāng)對測量區(qū)域的氣壓進(jìn)行測量時，氣體或液體會給敏感元件一個力，通過合理的換算，壓力儀表將這個力轉(zhuǎn)化為對應(yīng)數(shù)值的壓力值，并顯示在儀表盤上或遠(yuǎn)傳至控制室顯示。

2.3 物位儀表

所謂物位儀表指的是測量粉粒狀料倉高度或液體的液面高度的工業(yè)自動化儀表，在化工生產(chǎn)過程中，對物位的精準(zhǔn)測量也是至關(guān)重要的[3]。常見的物位儀表如圖3 所示。

圖3 物位儀表

采用物位測量時，通常是在封閉式或者敞開式的容器中，一般分為兩種測量方式：連續(xù)測量和限位測量。連續(xù)測量指的是對同一化工生產(chǎn)過程的物料高度進(jìn)行實(shí)時不間斷測量；限位測量指的是對物料高度是否達(dá)到某一規(guī)定要求進(jìn)行測量，二者均以測量液體物料為主。物位儀表主要包括差壓式物位儀表、磁浮子液位計(jì)、雷達(dá)物位儀表、超聲波式物位儀表及外貼式液位儀表等。例如，浮筒液位計(jì)主要是利用儀表自帶的磁性浮筒進(jìn)行測量：當(dāng)浮筒未接觸到其他物質(zhì)是會慢慢下降；當(dāng)浮筒接觸液面時會停止下降，之后儀表會根據(jù)浮筒下降的距離測量出相應(yīng)的物料高度，并將結(jié)果呈現(xiàn)在儀表盤上或變送為4～20 mADC 信號至控制系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程的物料高度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，保障物料高度始終處在合理的范圍之內(nèi)，還能精確的出化工生產(chǎn)中的物料質(zhì)量和體積，當(dāng)物料不足時會及時給予才做人員相應(yīng)的反饋，保障化工生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行。

2.4 流量儀表

在化工生產(chǎn)過程中，離不開對液體或氣體流量的檢測，但流量的測量是一項(xiàng)極其復(fù)雜的工作，受多種因素的影響，為了提高流量測量工作的效率和準(zhǔn)確性，流量儀表被廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)領(lǐng)域。常見的流量表如圖4 所示。

圖4 流量儀表

通常，流量儀表分為液體式流量儀表和氣體式流量儀表兩大類，具體細(xì)分可分為差壓式流量儀表、轉(zhuǎn)子式流量儀表、旋渦式流量儀表、電磁流量儀表、超聲波流量計(jì)、科氏力質(zhì)量流量儀表等，其工作原理分為力學(xué)原理、電學(xué)原理、聲學(xué)原理等，以力學(xué)原理為例：科氏力質(zhì)量流量計(jì)，主要是依據(jù)科里奧利力原理，當(dāng)流體經(jīng)過管道是，會對管壁產(chǎn)生作用力，通過檢測作用力并轉(zhuǎn)換為頻率，就可以檢測流體的質(zhì)量，質(zhì)量流量計(jì)具有很高的精度，通常用于貿(mào)易結(jié)算。在選用流量儀表時，應(yīng)根據(jù)化工生產(chǎn)的類型進(jìn)行選擇，需要綜合考慮流量儀表的耐熱性、抗壓性、耐腐蝕性等因素；除此之外，由于在測量流體流量時會存在一定的壓損，制造企業(yè)應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化流量儀表的測量，盡可能降低壓損對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響。

3 自動化儀表在化工生產(chǎn)控制中的發(fā)展趨勢

3.1 智能化

在社會發(fā)展的大背景下，自動化儀表的智能化發(fā)展已經(jīng)成為一種不可抵擋的趨勢，并且其智能化程度將不斷變高，以適應(yīng)時代的發(fā)展。在化工生產(chǎn)過程中，如何充分發(fā)揮自動化儀表與控制系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值非常重要[4]。因此，化工生產(chǎn)控制中必須不斷發(fā)展自動化儀表的智能化，主要優(yōu)勢有以下3 點(diǎn)。

首先，極大地解放了人力。應(yīng)用智能的自動化儀表進(jìn)行化工生產(chǎn)作業(yè)之前，在智能化設(shè)備上保存施工過程的相關(guān)信息并檢查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，確定無誤后進(jìn)行化工生產(chǎn)，可以保障生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行，減少了人力參與化工生產(chǎn)的程度；另外，利用智能化的微處理器，當(dāng)化工生產(chǎn)出現(xiàn)問題時，操作人員只需要在智能化設(shè)備上輸入相關(guān)的程序指令便可控制自動化儀表進(jìn)行解決，有效解放了人力。

其次，有利于生產(chǎn)信息的傳遞。將智能化技術(shù)應(yīng)用到自動化儀表中，可以實(shí)時記錄化工生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)信息，并通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)大平臺，工作人員可以根據(jù)上傳的數(shù)據(jù)判斷化工生產(chǎn)情況，員工也可以了解產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的全過程；除此之外，由于互聯(lián)網(wǎng)具有一定的透明度，產(chǎn)品采購者可以依據(jù)互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)判斷化工生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量好壞，降低了劣質(zhì)產(chǎn)品的采購率。

最后，實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程的有效監(jiān)控。應(yīng)用智能化技術(shù)，將整個化工生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)化，在此基礎(chǔ)上組建信息處理平臺，負(fù)責(zé)對化工生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)督。在整個生產(chǎn)過程中，各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)會都會被監(jiān)控，一旦某個數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，自動化儀表會及時的將異常數(shù)據(jù)反饋給處理平臺，之后工作人員可以通過數(shù)據(jù)判斷異常的原因，并給自動化儀表下達(dá)指令進(jìn)行異常數(shù)據(jù)的調(diào)整。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化

在化工生產(chǎn)過程中，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，為設(shè)計(jì)生產(chǎn)創(chuàng)造了更多有利的條件。利用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建整個化工生產(chǎn)過程的三維建模，模擬實(shí)際的生產(chǎn)過程，并在其中附加上各類自動化儀表。當(dāng)給予三維建模一定的指令后，各個儀表均會顯示相應(yīng)的參數(shù)，可以很好的發(fā)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題。

在網(wǎng)絡(luò)信息極大發(fā)展的背景下，自動化儀表的網(wǎng)絡(luò)化能夠?yàn)榛どa(chǎn)提供更多的幫助。例如，依靠互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)時監(jiān)控化工生產(chǎn)過程，接受異常的反饋數(shù)據(jù)并及時進(jìn)行處理，保障產(chǎn)品的質(zhì)量和效率；也可以通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行化工生產(chǎn)操作，有效降低了人力的使用，同時提高了效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

3.3 虛擬化

自動化儀表的虛擬化同網(wǎng)絡(luò)化、智能化一并發(fā)展。在化工生產(chǎn)過程中，自動化儀表要想順利進(jìn)行操作，就必須借助先進(jìn)的技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺，才能有效實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)操作的虛擬化處理[4]。自動化儀表的虛擬化是同智能化一樣的發(fā)展趨勢，有以下3 點(diǎn)優(yōu)勢。

首先，自動化儀表的虛擬化發(fā)展進(jìn)一步解放了人力。在具體的化工生產(chǎn)過程中，施工人員要想進(jìn)行某一方面的工序時，無須親自到生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行操作，只需要在電腦上輸入相關(guān)的程序指令便可有效控制自動化電表進(jìn)行化工生產(chǎn)作業(yè)，有效解決了人工操作造成的誤差，進(jìn)一步降低了化工生產(chǎn)對人身心健康的影響。

其次，有效提高了化工生產(chǎn)的效率。在對自動化儀表虛擬化處理后，施工人員可以及時得到化工生產(chǎn)過程的相關(guān)數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常可以及時地進(jìn)行處理，保障了化工生產(chǎn)過程的穩(wěn)定進(jìn)行；另外，在化工生產(chǎn)過程中，需要有效的融合自動化儀表的數(shù)據(jù)處理能力。

最后，有效地提高了化工生產(chǎn)的數(shù)據(jù)精度。現(xiàn)實(shí)的自動化儀表在測量過程中會受多種因素的影響，可能產(chǎn)生誤差，雖然誤差在合理范圍之內(nèi)，但隨著人們對高質(zhì)量的追求，誤差必須不斷縮小。將自動化儀表虛擬化，有效避免了外在因素對測量數(shù)據(jù)的影響，提高了測量精度。從長遠(yuǎn)來看，在未來的化工生產(chǎn)過程中，自動化儀表會進(jìn)一步發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)平臺和大數(shù)據(jù)的使用概率會越來越高，自動化儀表的虛擬化發(fā)展將是必然趨勢，化工生產(chǎn)控制過程也將迎來進(jìn)一步的發(fā)展。

4 結(jié)語

綜上所述，我國的自動化儀表保持著較大的優(yōu)勢，將其應(yīng)用于化工生產(chǎn)控制中，以溫度儀表、壓力儀表、物位儀表、流量儀表四種形式，有效地提高了化工生產(chǎn)的質(zhì)量和效率；從長遠(yuǎn)來看，自動化儀表逐步趨于智能化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化，進(jìn)一步提高自動化程度的同時，測量的精度和工作效率都有所提高，有力推動了化工生產(chǎn)領(lǐng)域的變革。