天然氣領域中儀表自動化應用的發展方向

王科

摘 要 文章針對自動化儀表的相關概念以及其分類進行了介紹，通過對DCS系統以及主線系統的發展進行了分析和展望，對于把握天然氣領域中儀表自動化的發展方向有著積極意義。

關鍵詞 天然氣；儀表；自動化；發展

中圖分類號：F407 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0114-01

在天然氣工業環境中，儀表是必不可少的重要工具。隨著工業自動化技術的不斷發展和向前推進，儀表自動化系統在天然氣的生產和加工領域也扮演著越來越重要的角色。縱觀儀表自動化的發展過程，存在其必然的規律性以及客觀性，并且毋庸置疑，如果能夠對這種發展進程以及其內在規律進行把握，必然對于當前天然氣環境中的儀表自動化需求能夠有一個更好的把握和理解，也必然能夠以一種更為積極的態度推動儀表自動化發展的進程，最終實現對于天然氣工業的推動。

1 自動化儀表的主要分類

在天然氣的生產和加工領域中，所涉及到的自動化儀表數量眾多。這種伴隨著天然氣工業一同發展的儀表系統，從一開始就得到了廣泛關注。在天然氣的開采以及加工領域中，經常會涉及到諸如高溫高壓環境，或者環境中存在對人體有害的成分等，對于工作在這中環境下的儀表，通常無法采取直接監控的方式獲取讀數，因此需要通過遠程數據傳輸系統，將儀表讀數實時傳達給控制人員。從這個角度上看，儀表應當能夠實現良好的自我控制，這是天然氣生產領域對于儀表本身自動化提出的要求。與此同時，為了能夠針對天然氣生產和加工環境實現更好的控制，推動整個油氣田生產環境的安全水平提升，就需要進一步加大對于整個生產過程中諸多方面數據的深入分析，借以獲取到更為有價值的、系統性的信息。然而在天然氣生產領域中，所涉及到的數據量龐雜，如果單純依靠工作人員的指令在進行處理，很難獲取到及時有效的信息，針對此種狀況，必然要求自動化技術的參與，只有建立起較為完善的自動化數據處理和分析系統，才能及時有效地獲取到整個天然氣生產系統中諸多數據所包含的內在價值。

從儀表的功能角度看，可以將天然氣領域中的測量儀表大概劃分為幾個種類，即壓力計量儀表、溫度計量儀表、物位計量儀表以及流量/流速計量儀表。壓力計量儀表是工業環境中最為常用的儀表，不僅僅對于天然氣的生產領域，在其他工業環境中同樣至關重要。依照測試原理還可以將壓力表分為壓力傳送器、壓力傳感器等，其自動化表現在能夠通過壓力的調節系統將采樣到的信號傳輸到控制芯片上，借以實現數據處理。溫度計量儀表的作用在于監控天然氣生產領域中各個環節的溫度，主要存在價值在于避免溫度環境超過物質本身的安全界限，而引發物質產生某種反應。曾經多采用熱電阻來實現對于溫度的計量，近年來隨著相關技術的不斷完善和發展，集成度較高的溫控智能系統能夠通過總線技術將熱電阻信號直接傳輸到達數據處理環節，便于實現信息的深入加工和處理。而對于物位計量儀表而言，其工作重點在于實現原料或產品的液面位置測量，在天然氣以及石油領域中，對于處于傳輸過程中的物料液面測量也均采用此種計量設備，用以確保物料狀態以及相關容器的安全狀況。最后是流量/流速計量儀表，主要用于實現對單位時間內流經有效截面的流體質量或體積以及流速進行計量，在某些環境下還會要求實現對于累計數值的統計。

2 天然氣領域中儀表自動化的發展

當前天然氣工業領域中，儀表自動化占據了重要地位，其發展也同樣受到了多個方面的共同關注。如何更好地發掘天然氣領域本身對于儀表自動化體系的切實要求，并且把握當前技術發展特征，及時跟進，成為了整個天然氣生產行業對于儀表自動化的關注焦點。

就目前的狀況看，儀表的分布式控制系統（DCS，Distributed Control System）以及總線控制系統成為了代表儀表自動化發展水平的重要標志，因此一直以來的儀表自動化發展狀況，也有必要以此作為重要線索予以展開。

從DCS的發展角度看，逐漸走向開放的發展方向已經日趨明朗。這種在集中式控制系統的基礎上發展演變而來的計算機控制系統，對于天然氣生產領域而言尤為適用，其作為一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術，其基本思想是幫助有效實現分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態方便等相關控制職能。傳統的DCS系統在發展的過程中，逐漸呈現出對于數據接收和處理能力無法滿足實際需求的特征，并且在現場信號的監測與傳送方面也呈現出一定的不適應。以數據量為例，20世紀60年代的天然氣工業I/O點僅為500左右，而到了90年代就已經增加到50000點，并且隨著信息技術的不斷融入，數據量仍然呈現出顯著增加趨勢，這其中也不乏諸多基于儀表工作和儀表保護而形成的流媒體數據。而在信號的傳輸方面，傳統的模擬信號必然會被淘汰，精度低并且難以實現自我校驗與診斷，此外還無法實現雙向傳送，對于實時控制無法有效實現，因此已經被數字信號所代替。當前的DCS系統開始呈現出顯著的開放特征，以霍尼維爾的TPS（Total Plant Solution System）為例，從根本上看是通過企業內部往來將諸多控制組件以及總線連接在一起，從而實現功能和組件等多方面良好的延展性。當前天然氣工業環境中，以總線作為基礎的DCS系統逐步成熟，無論從軟件還是從硬件角度看都表現出良好插件特征，控制效果上也日趨完善。

而對于總線的發展而言，現場總線以及因此而衍生出的現場總線智能儀表控制系統已經成為當前熱點，作為連接諸多智能現場設備和自動化系統的通信網絡，其存在和成熟狀況直接關系到天然氣以及其他工業領域的工作狀態。當前的現場總線在可靠性和標準化方面都表現良好，這進一步為其可維護奠定了基礎，并且也是整個自動化儀表系統開放性的首要依據。與此同時，標準化程度的不斷提升，首先對于硬件的敷設和維護成本會大大降低，其次對于相關工作人員的專業技能培養也同樣大有裨益。這些優勢都會幫助成為推動總線機制進一步成長的重要動力，并且決定著相關技術未來發展的主體方向。

3 結論

隨著我國經濟的不斷的發展，相關技術也在不斷演進。儀表自動化作為諸多生產技術中的一個重點，一直以來在天然氣生產領域都發揮著至關重要的作用，其地位不容忽視。針對這一技術體系，相關工作人員應當在充分認識天然氣環境需求特征的前提之下，切實展開技術研究，以技術發展，推動最終的產業發展，并且促進我國經濟整體進步。

參考文獻

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