化工自动化仪表及控制系统智能化的研究

张思楠

摘要：我国是化工大国，尤其是近几年，随着化工生产装置规模逐步大型化、产品系列化，除了生产工艺技术不断革新，也要求装置中测控仪表及控制系统具备更高的先进性、可靠性、智能化，才能保证生产可靠安全、保证产品产量和质量。

关键词：自动化仪表;控制系统;现场总线;智能化

引言

智能化仪表在化工生产方面或是医药领域都有着的应用广泛，智能化仪表的应用有效推进了我国现代化建设的步伐，随着工业现代化快速发展，对控制系统要求日益增高，为满足化工控制的要求，控制系统日益趋为自动化、智能化。化工企业生产规模的扩大、生产技术的提升、生产工艺越趋复杂化，使得智能化应用成为必然。本文主要针对智能化仪表在化工控制中的应用进行分析，对智能化仪表的发展历程和具体应用进行简要阐述。

1化工仪表及自动化系统的发展

传统的化工生产仪表数量并不多，使用起来也比较简便，大多是通过工作者的经验，以人为操控的方式来进行。在上世纪40年代的时候，研发出了基地式仪表和继电器控制方式的控制系统。而由于电学、自动化得到了很大幅度的提升，以及全新材料、处理器的出现，到了上世纪80年代以后，PLC、DCS等控制系统获得了普遍的使用。当前国内也正在采用全新的化工装备技术，并且测量控制仪表和DCS控制系统已经在我国获得了很好的推广效果。由于化工生产经常会产生高温、高压的情况，并且化学反应以瞬间反应为主，所以极有可能出现生产意外。而在采用自动化仪表，并采取了相关的控制系统技术以后，则很好的改善了以上的问题。利用检测仪表能够得到工艺物料的操作工况特性参数，然后再采用相关处理器进行逻辑计算，最后在对控制阀门进行变频控制，就能够确保工艺装备里的工艺物理量达到规定的要求。进入到新世纪以后，化工行业达到了综合化、产品精准化的效果。生产装置也得到了进一步的提升，不过如果出现事故那么所导致的后果也会非常的严重。大规模的装置具有非常多的控制点，工艺流程也非常繁琐、控制精度所能够达到的准确度是传统化工设备所无法比拟的。同时，DCS系统在功能、性能等方面也得到了完善，从刚开始只能进行工业控制，升级到了向下扩展到现场的智能化测量仪表、执行机构，从上扩充到了生产信息管理的企业全面解决方案。

2化工自动化仪表及控制系统智能化的研究

2.1介于工作效率的运用策略

工作效率是机械设备工作能力的参考维度之一，工作效率越高，其工作能力越强。为尽可能地提升工作效率，智能化工作模块可以实现多目标优化，采取最佳解决方案，自动化理念，可以将生产工序予以统一，在考量机械温度等的情况下，实现机械的自主运作。在化工行业中，智能自动化模块，可以将反应产物同时添加，在定时器作用下，一段时间后，自动分离产物、废物，最后将设备清洗、降温，该过程中，压力传感器、温度传感器、光强传感器等可以作为信息采集模块，通过将采集到的信息上传给运算核心，判断自动运作系统是否可以进行下一步工序，如根据机械设备的温度情况，自主设定注入反应容器内水量的数值。

2.2可编程功能的应用

为了有效提高现代化工仪表智能化程度，在其中加入了可编程的功能，这样就能将自动化控制与化工仪表有效结合起来，同时利用计算机进行整体的控制，实现了化工生产控制的优化。特别是对于复杂的化学仪器而言，在其监测仪表中加入可编程功能，能够有效地提升其性能，同时化工仪表监测的准确度也得到极大的提升。化工生产的环境往往较为恶劣，因此要尽可能减少工作人员的接触，在现代化工仪表中加入可编程功能后，能够提升其自动化程度，各类数据的反馈可直接通过电脑接收，这样不仅能够提高生产的安全性，而且也确保了儀表监测的精度。另外，在现代化工仪表中加入可编程功能还可有效提升生产的效率，企业可根据实际生产需求预先在化工仪表中输入相关的逻辑系统，这样当出现各类情况变化后，化工仪表就可直接自主判断，然后输出控制信号。通过该项措施减少了化工生产中的人工需求，不仅可以降低人为因素对化工生产的影响，而且可以极大地优化生产控制过程，提高企业的经济效益。

2.3自动化测控仪表的智能化

数字化测量控制技术、智能数据有效性分析、控制功能可靠性判断准确测量一直是自动化领域计量和控制的前提，因此传感器技术一直处于自动化仪表发展的前沿。大规模DSP数字处理电路、微处理器（MCU）的日趋成熟，促使化工检测仪表最前端的传感器技术、特别是集成型智能传感器技术快速向智能化发展。智能传感器具有精度高、稳定性好、采用高性能微控制器的特点，采用数字化处理技术，相对于传统传感器在变送传输过程中的转换精度、响应时间、抗干扰、数据有效性分析校验、零点量程等调整、多参量测量、易于组网等方面，具有无可比拟的性能优势。尤其在化工生产中，传统的传感器无法对某些产品质量指标（例如，物料粘度、材料硬度、表面光洁度、金属疲劳度、组分成分、颜色及味道等）进行快速直接测量，而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的某些参量（如温度、压力、流量、密度等等），结合神经网络或专家系统技术建立的数学模型进行计算，即可推断出产品的质量。自动化领域已经使用的智能化传感器有E+H智能pH分析探头（也叫数字电极）、托利多的智能型称重模块等等，将来智能化传感器功能会越来越强大。执行器是通过接收控制器来的控制信息，对被控对象施加控制作用，改变被控介质流量的大小，从而将被控变量维持在所要求的数值上或期望的范围内，是自动控制系统中必不可少的组成。化工生产过程中用到的执行器主要有控制阀门、变频器等，目前行业已使用的智能型执行器有智能型控制阀。智能型控制阀采用总线和微处理器技术，配合精密机械结构，能够在控制阀内实现流量特性修改、阀门正反作用修改、调整PID算法、非线性补偿、运行状态监测、阀门故障诊断、故障安全位置锁定等一系列功能。采用离散式微处理器运算控制，分担了需DCS提供的控制运算，并可与DCS分享运行数据，具有更高的灵活性、可靠性。智能型测控仪表具备数字和模拟两种输出组网方式，其故障诊断预警和智能维护功能的实现，为工厂节省运行成本、减少检修维护时间，确保生产安全高效。

2.4数据处理功能

在进行化工生产期间，不但要精准的记录生产期间所形成的参数，同时也要进行准确的运算，化工仪器要做线性化处理，比如自动检测和校正、工程值转换等，外在因素能够给化工仪表的运行造成很大的影响，利用电脑技术、软件控制和数据处理功能，能够对化工生产进行详细的记录，这样就会提升化工生产的效果，如果记录存在问题，则要马上掌握出现问题的原因，然后制定合适的解决措施。

结语

总而言之，化工仪表经历了三个阶段的发展后现在日趋智能化。智能化仪表与老式仪表相比增加了记忆、计算、编程、更正等功能，使工业流程更精确可靠。同时要重视智能仪表的维护保养以保障更好地应用。智能化过程控制已成为工业发展主流，智能化仪表的功能在今后将更为完善，于化工控制中的应用也将更广泛，必将更有效地推进我国现代化建设的步伐。

参考文献：

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（作者单位：江苏鑫华半导体材料科技有限公司）