化工儀表智能自動化的應用

化工儀表智能自動化的應用

1 化工儀表的類型

現在的化工操作早已不是全人工、手動、機械的體力勞動，而是在化工流程的諸設備上配置一些自動化裝置，并將其與計算機連接，進行近遠程控制，來完成復雜的化工生產過程。化工自動化主要依靠化工儀表來實現，化工儀表有不同的分類方式，按照功能、測量參數等劃分很多種類。

1.1 儀表組合形式

根據儀表組合形式，可分為基地式儀表，單元組式合儀表。

基地式儀表把測量部分、顯示部分與控制部分等集中組裝于同一個表殼中，進而形成為一整體，該類儀表可實現就地安裝。

單元組合式儀表則是把一整套的儀表分為獨立性的、可以實現指定功能的若干單元，每個單元之間應用統一性的信號開展各個單元之間的聯系。

1.2 儀表功能

按照儀表的功能可以將其劃分為檢測類、顯示類、控制類與執行類等。檢測類儀表主要是對生產中產生的壓力、物位、溫度、濕度、流量等一些生產參數變化進行感受的元件。如變送器的作用是將獲取的現場信息進行一定的轉換，比如轉換成電信號、電壓或者頻率等，同時把這些信號發送至顯示類儀表或者調節儀表，通過顯示及調節儀表進行顯示、記錄及調節等[1]。顯示類儀表可以顯示、記錄與累計生產過程中的各類參數，一般劃分為模擬式顯示儀表、數字式顯示儀表、圖像式顯示儀表三類。

控制類儀表又被稱為調節器，主要功能是針對被調節參數的測量值開展各類運算，包括比例運算、計分運算、微分運算等。

執行器則能夠對調節器發送來的信號、指令等進行接收，對被調節介質的流量進行改變，進而將被調節的參數控制于可控制要求的范圍之內，執行器是自動化調節體系中非常關鍵的一部分。

1.3 被測參數

依照被測參數可以將儀表劃分為溫度測量類儀表、壓力測量類儀表、濕度測量類儀表、流量測量類儀表與液位測量類儀表等。對于溫度測量儀表，主要包括膨脹式溫度計、熱點偶、熱電阻三種，其中膨脹式溫度計進行溫度測量的原理為物體受熱膨脹，包括液體與固體膨脹式兩類，對于固體膨脹式溫度計，其是把兩類膨脹系數不同的金屬片進行焊接，相對牢固，可以測量氣體和液體的溫度。熱電偶由于響應迅速，所以使用最多，具有精度高、范圍廣、簡單便捷的特點。熱電效應是熱電偶對溫度進行測量的原理。熱電阻的測量原理是應用金屬類導體電阻伴隨溫度的升高而增加，主要用于500 ℃以下的中低溫測量，精度高，適用于低溫。

壓力測量儀表主要劃分為液柱式、彈性式、電氣式、活塞式四類壓力計。液柱式壓力計最常見的為U 型壓力計。彈性式壓力計的測量范圍很廣，品種規格繁多。電氣式壓力計結構簡單，動態性能好，靈敏度高。活塞式壓力計主要依照水壓機液體傳送壓力把被測量壓力轉為活塞上砝碼的質量開展壓力的測量，壓力測量儀表的使用一定要注意安裝時取壓點的選擇，以及測量的時候最小值不能低于儀表最大值的三分之一。流量測量儀表對生產過程的質量與安全有重要作用，流量測量儀表主要包括差壓式、容積式、渦輪、超聲波及質量流量計等幾類。差壓式流量計是應用差壓來對流量的大小開展測量，在工廠中應用較為廣泛。渦輪流量計價格較為昂貴，一般安裝在輸出線。超聲波流量計可以避免壓力損失，一般用于放火炬氣線。質量流量計不受溫度的影響，故一般用在原料或產品的計量上[2]。

液位測量儀表包括玻璃液位計、靜壓式液位計、浮力式液位計、電測式液位計、超聲波式液位計、放射性液位計、雷達液位計等幾類。電測式液位計也稱為電容式液位計，是根據電極之間的電容變化來測量的，適用于腐蝕性或者高壓的液體。超聲波式液位計和雷達液位儀通過測量發射出去的超聲波被液面反射再返回接收裝置的時間來測量，廣泛應用于液體和固體之中，由于并不是直接接觸，所以具有防止干擾的作用。放射性液位儀的測量原理是液位發生變化時測量放射線被液體吸收后的變化量，適用于密閉容器內高溫、高壓、高黏度、強腐蝕性、粉塵、顆粒等狀態的測量。

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2 化工自動化的發展歷程

20 世紀40 年代是自動技術和理論形成的關鍵時期，在此之前大部分的化工生產都是手工操作，工人按照經驗操作，不僅效率低，勞動強度大，勞動條件差，而且花費龐大。

20 世紀50—60 年代期間，為了提高生產速率，人們開始強化開發化工生產的各類單元操作，促使化工生產向規模化、高效化、生產連續性、利用方向綜合性發展與進步。在這樣的背景環境下，單元組合式儀表(氣動Ⅱ型和電動Ⅱ型)、智能化儀表獲得了飛速發展。自動化控制體系主要是對壓力、溫度、流量及液位等四大類參數進行簡單化的控制。串級、比值、多沖量等相對復雜化的控制體系也獲得一定程度發展。自動化的技術工具主要包括基地式電動、氣動儀表，膜片式的單元組合儀表。在自動化控制體系的設計、參數的整定中，采用的是半經驗、半理論設計準則及整定公式。

20 世紀70 年代后，化工行業自動化技術獲得較大的進步與提升，計算機開始被應用于化工生產控制之中，智能化的控制裝置出現在化工行業，其主要以微處理器作為主要的構成單元，主要有集散控制系統(DCS)、可編程邏輯控制器(PLC)、工業PC 機(工控機) 和數字控制器等，以上幾種智能化控制系統逐漸成為化工行業主要的控制裝置。同時，現代化控制理論也出現在大眾視野，其最基本的特點是最優化控制理論，傳統性的單輸入單輸出系統也逐漸發展為多輸入多輸出系統[3]。

到20 世紀90 年代后，現代信息科技迅猛發展，化工行業出現了現場總線控制系統(FCS)，導致過程化控制系統在體系與功能結構上出現了重大的改革，數字化、智能化的現場儀表標志著全數字化控制系統的形成。人工智能與神經網絡控制理論在這一時期盛行，管控一體化的現場控制體系獲得較快發展，綜合自動化成為新時期化工生產過程化控制的發展趨勢與方向。

3 智能自動化的優勢

3.1 數據處理能力

智能化工儀表自動化通常有微數據處理單元，以此提高其功能性作用，使化工儀表數據更方便、準確、全面，避免了不必要的操作誤差，此外還可以根據生產數據信息的設置進行自動分析和處理。智能自動化技術與計算機技術的結合，提高了數據處理的效率和精度。與傳統的電子化工儀器不同，自動化化工儀表可以更加有效地解決生產過程中存在的問題，如數據分析和匯總處理等，進而滿足現代化工生產的多樣化要求。

3.2 記憶存儲能力

化工儀器應用智能自動化技術，能夠對監測數據進行即時記錄，而以往的傳統儀器僅僅只能傳輸信號，卻無法對現狀數據進行記錄，方便現場工作人員根據數據分析儀器的運行狀況。

3.3 自我監測能力

當下，化工生產中所應用的智能化自動儀表具備較好的自我檢測能力，這與智能化自動化儀表中所具備的大容量智能模塊、通信傳感器相關。智能化模塊能夠對標準化的信息進行預先設定，然后通過對檢測信息的對比、分析等監控、處理異常情況。以此為基礎，還可以依照實際的需求對異常的信息開展自動化傳輸，這在很大程度上可以有效降低化工生產安全事故的發生概率。通信傳感器主要是進行測量數據信息的傳輸，并與智能技術、集成技術進行有效結合，保障數據信息傳輸的精確性，避免受到外部干擾。

3.4 程序可塑性

自動化程序能夠依照某一特定需要在化工儀器中進行相關程序的植入，賦予其程序執行與思維能力。通過安裝、調整程序，可以提升化工儀器的可塑性，增強其整體性功能，對傳統化工儀器的外設硬件狀況進行優化。比如，延時功能作為化工儀器中是比較常見的功能，通過在儀器中植入對應的程序，就可實現。

3.5 遠程操控能力

智能化、自動化化工儀表具備比較強大的信息監控能力，可以有效結合計算機網絡對整個化工生產過程開展遠程化監控，對于化工生產、特殊場所的精準化控制具備較高的適用性，可以被廣泛地應用于化工生產過程中。

4 化工儀表的智能自動化發展方向

4.1 向高精度化方向發展

目前，社會對化工產品的質量提出了更高的要求，國家頒布了關于工業節能減排的相關政策文件，并作出了具體化的規定與要求。所以，相關人員要高度重視自動化儀表、自動化控制體系的精準度。

4.2 向智能化方向發展

當下，化工儀表自動化發展的關鍵是智能化，有助于實現化工儀表控制體系的開放性、互換性與互操性。將CPU 微計算機系統嵌入在化工儀表中，可以實現儀表的自動補償、自動量程切換、自動校準等。化工儀表的智能化發展進一步提升了儀表的自動化水平與功能，所以，從其發展趨勢出發，智能化必然會成為化工儀表發展的核心與方向。

4.3 向網絡化方向發展

我國計算機信息技術進步迅猛，以網絡結構系統為基本特征的自動儀表成為新時期控制網絡新的發展趨勢。FCS 主要是利用數字通信技術使生產現場設備、自動控制體系、企業信息網絡進行有效連接，充分發揮儀器智能化功能。化工儀表以飛速發展的信息技術為基礎將實現基于網絡結構系統的智能化現場儀表。尤其是以嵌入式網絡為基礎的控制網絡體系結構，實現了真正意義上的工業自動化。

5 結語

隨著科學技術的不斷提高，智能自動化開始應用于各行各業中。在化學儀表中應用智能自動化技術，不僅可以將儀表的相關功能進行拓展，而且強化了化工儀表的記憶功能、編程功能以及對數據的處理功能。同時減少了化學儀表的誤差，最終提高了化學儀表的精度和對復雜功能的有效控制。利用網絡對化學儀表進行管理、操作，實現了真正意義上的工業自動化。