張明

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

0 引言

在科技變革時(shí)代大背景下，工業(yè)取得了飛速發(fā)展，對(duì)自動(dòng)化儀表的需求不斷上升。我國(guó)在自動(dòng)化儀表領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位，為了保持這種優(yōu)勢(shì)，國(guó)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(dòng)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(dòng)了多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，對(duì)國(guó)家的發(fā)展有著重要意義。

1 自動(dòng)化儀表運(yùn)用在化工生產(chǎn)控制過(guò)程中的意義

自動(dòng)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(duì)設(shè)備進(jìn)行智能化的改革創(chuàng)新，達(dá)到自動(dòng)化生產(chǎn)的目的[1]。就目前來(lái)看，自動(dòng)化設(shè)備逐漸在各個(gè)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(dòng)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(dòng)化發(fā)展，極大地解放了人力；其次，對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)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(shí)得到各項(xiàng)生產(chǎn)參數(shù)，方便了對(duì)異常數(shù)據(jù)的調(diào)整，提高了生產(chǎn)效率。

2 自動(dòng)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(guò)程都是在高溫、高壓的情況下進(jìn)行的，所以對(duì)于化工生產(chǎn)的每個(gè)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(guò)程必須使用溫度儀表，常見(jiàn)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(cè)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(dòng)化溫度儀表。自動(dòng)化溫度儀表可分為接觸式和非接觸式兩大類，應(yīng)用起來(lái)不僅簡(jiǎn)單、可靠，還具有較高的測(cè)量精度，并且能適應(yīng)大多數(shù)高溫、高壓的化工生產(chǎn)過(guò)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(guò)電阻、熱電偶等儀表進(jìn)行溫度測(cè)量，并通過(guò)儀表盤(pán)將溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)；工作人員可以通過(guò)調(diào)節(jié)溫度參數(shù)對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)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(cè)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(duì)化工生產(chǎn)控制過(guò)程有著重要的影響，被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。常見(jiàn)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(chǎng)指示類壓力儀表和遠(yuǎn)傳壓力變送器?，F(xiàn)場(chǎng)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(duì)壓力變送器等。在選用壓力儀表時(shí)，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?jī)?nèi)部的敏感元件進(jìn)行工作的：當(dāng)對(duì)測(cè)量區(qū)域的氣壓進(jìn)行測(cè)量時(shí)，氣體或液體會(huì)給敏感元件一個(gè)力，通過(guò)合理的換算，壓力儀表將這個(gè)力轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)數(shù)值的壓力值，并顯示在儀表盤(pán)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(cè)量粉粒狀料倉(cāng)高度或液體的液面高度的工業(yè)自動(dòng)化儀表，在化工生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)物位的精準(zhǔn)測(cè)量也是至關(guān)重要的[3]。常見(jiàn)的物位儀表如圖3 所示。

圖3 物位儀表

采用物位測(cè)量時(shí)，通常是在封閉式或者敞開(kāi)式的容器中，一般分為兩種測(cè)量方式：連續(xù)測(cè)量和限位測(cè)量。連續(xù)測(cè)量指的是對(duì)同一化工生產(chǎn)過(guò)程的物料高度進(jìn)行實(shí)時(shí)不間斷測(cè)量；限位測(cè)量指的是對(duì)物料高度是否達(dá)到某一規(guī)定要求進(jìn)行測(cè)量，二者均以測(cè)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(cè)量：當(dāng)浮筒未接觸到其他物質(zhì)是會(huì)慢慢下降；當(dāng)浮筒接觸液面時(shí)會(huì)停止下降，之后儀表會(huì)根據(jù)浮筒下降的距離測(cè)量出相應(yīng)的物料高度，并將結(jié)果呈現(xiàn)在儀表盤(pán)上或變送為4～20 mADC 信號(hào)至控制系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的物料高度進(jìn)行實(shí)時(shí)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(shí)會(huì)及時(shí)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?jī)x表

在化工生產(chǎn)過(guò)程中，離不開(kāi)對(duì)液體或氣體流量的檢測(cè)，但流量的測(cè)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(cè)量工作的效率和準(zhǔn)確性，流量?jī)x表被廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)領(lǐng)域。常見(jiàn)的流量表如圖4 所示。

圖4 流量?jī)x表

通常，流量?jī)x表分為液體式流量?jī)x表和氣體式流量?jī)x表兩大類，具體細(xì)分可分為差壓式流量?jī)x表、轉(zhuǎn)子式流量?jī)x表、旋渦式流量?jī)x表、電磁流量?jī)x表、超聲波流量計(jì)、科氏力質(zhì)量流量?jī)x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(guò)管道是，會(huì)對(duì)管壁產(chǎn)生作用力，通過(guò)檢測(cè)作用力并轉(zhuǎn)換為頻率，就可以檢測(cè)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?jī)x表時(shí)，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?jī)x表的耐熱性、抗壓性、耐腐蝕性等因素；除此之外，由于在測(cè)量流體流量時(shí)會(huì)存在一定的壓損，制造企業(yè)應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化流量?jī)x表的測(cè)量，盡可能降低壓損對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響。

3 自動(dòng)化儀表在化工生產(chǎn)控制中的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 智能化

在社會(huì)發(fā)展的大背景下，自動(dòng)化儀表的智能化發(fā)展已經(jīng)成為一種不可抵擋的趨勢(shì)，并且其智能化程度將不斷變高，以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。在化工生產(chǎn)過(guò)程中，如何充分發(fā)揮自動(dòng)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(dòng)化儀表的智能化，主要優(yōu)勢(shì)有以下3 點(diǎn)。

首先，極大地解放了人力。應(yīng)用智能的自動(dòng)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(guò)程的相關(guān)信息并檢查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，確定無(wú)誤后進(jìn)行化工生產(chǎn)，可以保障生產(chǎn)過(guò)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(wèn)題時(shí)，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(dòng)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(dòng)化儀表中，可以實(shí)時(shí)記錄化工生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)大平臺(tái)，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(guò)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(gòu)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(gòu)率。

最后，實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過(guò)程的有效監(jiān)控。應(yīng)用智能化技術(shù)，將整個(gè)化工生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)化，在此基礎(chǔ)上組建信息處理平臺(tái)，負(fù)責(zé)對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督。在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)會(huì)都會(huì)被監(jiān)控，一旦某個(gè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，自動(dòng)化儀表會(huì)及時(shí)的將異常數(shù)據(jù)反饋給處理平臺(tái)，之后工作人員可以通過(guò)數(shù)據(jù)判斷異常的原因，并給自動(dòng)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(guò)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(gè)化工生產(chǎn)過(guò)程的三維建模，模擬實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程，并在其中附加上各類自動(dòng)化儀表。當(dāng)給予三維建模一定的指令后，各個(gè)儀表均會(huì)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(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。

在網(wǎng)絡(luò)信息極大發(fā)展的背景下，自動(dòng)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(shí)監(jiān)控化工生產(chǎn)過(guò)程，接受異常的反饋數(shù)據(jù)并及時(shí)進(jìn)行處理，保障產(chǎn)品的質(zhì)量和效率；也可以通過(guò)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(shí)提高了效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

3.3 虛擬化

自動(dòng)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(guò)程中，自動(dòng)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(tái)，才能有效實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)操作的虛擬化處理[4]。自動(dòng)化儀表的虛擬化是同智能化一樣的發(fā)展趨勢(shì)，有以下3 點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。

首先，自動(dòng)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(guò)程中，施工人員要想進(jìn)行某一方面的工序時(shí)，無(wú)須親自到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)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(duì)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(duì)自動(dòng)化儀表虛擬化處理后，施工人員可以及時(shí)得到化工生產(chǎn)過(guò)程的相關(guān)數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)異?？梢约皶r(shí)地進(jìn)行處理，保障了化工生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定進(jìn)行；另外，在化工生產(chǎn)過(guò)程中，需要有效的融合自動(dòng)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(dòng)化儀表在測(cè)量過(guò)程中會(huì)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(duì)高質(zhì)量的追求，誤差必須不斷縮小。將自動(dòng)化儀表虛擬化，有效避免了外在因素對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響，提高了測(cè)量精度。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，在未來(lái)的化工生產(chǎn)過(guò)程中，自動(dòng)化儀表會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和大數(shù)據(jù)的使用概率會(huì)越來(lái)越高，自動(dòng)化儀表的虛擬化發(fā)展將是必然趨勢(shì)，化工生產(chǎn)控制過(guò)程也將迎來(lái)進(jìn)一步的發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)的自動(dòng)化儀表保持著較大的優(yōu)勢(shì)，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?jī)x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(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，自動(dòng)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(dòng)化程度的同時(shí)，測(cè)量的精度和工作效率都有所提高，有力推動(dòng)了化工生產(chǎn)領(lǐng)域的變革。