智能化儀表在化工過程控制的應(yīng)用

殷小波，尹旭(蒲城清潔能源化工有限責(zé)任公司，陜西 渭南 715500)

0 引言

在化工生產(chǎn)中，智能化儀表具備重要作用，能夠全面促進現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展。現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展速度加快，自動化控制提出較多嚴格要求，對儀表智能化提出重要指示。現(xiàn)階段，化工企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模持續(xù)擴大，且生產(chǎn)技術(shù)、工藝內(nèi)容日益復(fù)雜，合理應(yīng)用智能化儀表，全面促進化工發(fā)展[1]。

1 智能化儀表特點與功能

1.1 數(shù)據(jù)存儲功能

在智能化儀表中配置微處理器，只需針對儀表實施通電操作，就可以恢復(fù)到斷電數(shù)據(jù)狀態(tài)。對于傳統(tǒng)儀表來說，通過組合邏輯電路、時序電路方式，可以高效采集數(shù)據(jù)。然而儀表斷電之后，需要從初始狀態(tài)計算應(yīng)用儀表，人力與物力消耗大。智能化儀表具備記憶功能，能夠存儲多個數(shù)據(jù)參數(shù)[2]。

1.2 計算功能

在傳統(tǒng)儀器使用中，操作人員可以獲取基礎(chǔ)參數(shù)，之后通過模擬算法電路實行運算。通過此種方式，只能對簡單數(shù)據(jù)進行分析。如果需要處理海量、復(fù)雜數(shù)據(jù)，則操作消耗時間比較多，相應(yīng)降低計算精度。應(yīng)用智能化儀表，需要采用數(shù)字電路控制法，能夠?qū)崿F(xiàn)準確數(shù)學(xué)運算。

1.3 可編程特性

利用編輯方式，可以實現(xiàn)程序功能，植入系統(tǒng)能夠代替硬件結(jié)構(gòu)，全面實現(xiàn)儀器儀表功能。按照邏輯電路可知，計算機軟件程序替代后，屬于硬件軟件化處理。尤其是接口芯片復(fù)雜控制。當選用程序編寫時，則操作較為簡單[3]。如果應(yīng)用硬件編寫，需要依賴定時電路和控制電路，相應(yīng)增加系統(tǒng)復(fù)雜度。

1.4 誤差修正功能

微處理器應(yīng)用軟件，可以實現(xiàn)自主計算與分析，處理檢測過程的抗干擾問題、線性化問題，有效緩解硬件負擔(dān)。計算機系統(tǒng)存儲容量大，所以采用遠程控制方式，合理引入計算機系統(tǒng)，能夠獲取儀表檢測結(jié)果，同時做出相關(guān)處理反應(yīng)。微處理器可以降低誤差，自動補償誤差。將溫度補償、傳感器動態(tài)補償、盲目補償應(yīng)用到智能化儀器中。

1.5 網(wǎng)絡(luò)化功能

智能檢測儀表具備網(wǎng)絡(luò)化特點，利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)聯(lián)系多任務(wù)傳感器、計算機系統(tǒng)，實現(xiàn)統(tǒng)一化管理，高度完成任務(wù)要求。在多操作、多網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下，可以對數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)一化監(jiān)控、分享、處理，確保工程技術(shù)人員、質(zhì)量安全人員分析數(shù)據(jù)信息。智能儀表中，儀表和單片機融合在一起，能夠改變檢測方法，創(chuàng)造新型測量儀器，無需依賴模擬化儀表，遵循預(yù)設(shè)計算方式。

2 智能化儀表的優(yōu)越性

基于應(yīng)用角度分析，在化工過程控制系統(tǒng)中，合理應(yīng)用智能化儀表。最常應(yīng)用的儀表，包含現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)、工程以太網(wǎng)控制系統(tǒng)。

2.1 集散控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

在20世紀70年代，出現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)集散控制系統(tǒng)，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展中，集散控制系統(tǒng)涉及到硬件、通信、管理、操控等功能，同時包含多個智能化儀表，從而形成多智能化儀表控制系統(tǒng)。總體結(jié)構(gòu)如下：管理級、現(xiàn)場級、控制級。在現(xiàn)場級智能化儀表中，可以利用協(xié)議方式連接，面向生產(chǎn)過程，并且獲取生產(chǎn)過程信息。可交換信息涉及到設(shè)定值、測量值、狀態(tài)參數(shù)、控制量。智能化儀表發(fā)揮出檢測、控制、顯示、調(diào)節(jié)功能。

2.2 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著集散控制系統(tǒng)發(fā)展，逐漸出現(xiàn)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，屬于升級系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用到化工過程控制中。該系統(tǒng)可以將化工生產(chǎn)智能化儀表，轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)節(jié)點，并且連接在一起。企業(yè)信息能夠延伸至現(xiàn)場設(shè)備，管理層可以整定在線參數(shù)、診斷故障，掌握智能化儀表實況。應(yīng)用現(xiàn)場智能化儀表時，可以掛設(shè)在原總線上，無需增設(shè)其他組件。現(xiàn)代化工生產(chǎn)中，遵循PLC系統(tǒng)、FF總線，可以促進現(xiàn)代儀表發(fā)展，實現(xiàn)創(chuàng)新應(yīng)用。現(xiàn)場總線智能化儀表，可以通過嵌入式軟件，對內(nèi)部操作進行協(xié)調(diào)，實現(xiàn)自動校準、自動診斷、非線性補償，同時可以分散生產(chǎn)過程控制、功能等。

2.3 以太網(wǎng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

工業(yè)以太網(wǎng)屬于新型控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以有效應(yīng)用到化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)的控制層、管理層，同時可以延伸至現(xiàn)場設(shè)備層。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、信息網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一化開發(fā)，可以遵循網(wǎng)頁瀏覽器，形成新型智能化儀表[4-5]。應(yīng)用EPA網(wǎng)絡(luò)通信功能，借助智能化、高精度變送器，可以有效作用到現(xiàn)代化工生產(chǎn)中。

3 智能化儀表的過程控制優(yōu)化

在實際生產(chǎn)操作中，因受到限制條件改變，最優(yōu)設(shè)定值將會處于動態(tài)變化套在。智能化儀表按照控制量變化，對控制過程參數(shù)予以修改。在過程控制中，涉及到預(yù)處理電路，可以將輸入信號進行整形、運算、補償處理，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以將模擬信號轉(zhuǎn)化為微處理器識別信號，利用串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊拇嫫鲀?nèi)，存儲相關(guān)數(shù)據(jù)信息。利用中央處理器，加工處理參數(shù)，將其存儲到內(nèi)存條，優(yōu)化配置寄存器，顯示出中獎數(shù)據(jù)。微電子技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)快速發(fā)展，在微機控制過程中，可以有效應(yīng)用實時優(yōu)化技術(shù)，從而優(yōu)化整個生產(chǎn)過程。實時優(yōu)化概念復(fù)雜，然而可以將其劃分為動態(tài)優(yōu)化控制、穩(wěn)態(tài)設(shè)定值優(yōu)化等。

3.1 動態(tài)優(yōu)化控制

此種優(yōu)化控制措施，主要是調(diào)節(jié)變量與設(shè)定目標值比較接近，隨著時間的變化，目標值也在持續(xù)變化，并非固定值。系統(tǒng)優(yōu)化反饋控制、模型預(yù)測控制法需求度高，轉(zhuǎn)變控制參數(shù)、控制算法，可以確保系統(tǒng)達到預(yù)期要求。

3.2 穩(wěn)態(tài)設(shè)定值優(yōu)化控制

此種優(yōu)化控制措施，主要是操作人員設(shè)置代數(shù)方程，系統(tǒng)按照設(shè)定目標要求，深入分析約束條件，對最優(yōu)控制參數(shù)、算法進行計算，以此尋求穩(wěn)態(tài)設(shè)定值。

4 智能化儀表的維護

儀表設(shè)備日常檢修與維護，對運行壽命影響非常大。針對同一設(shè)備儀表，當運行環(huán)境不同、維護標準不同時，則運行壽命也不同。運行環(huán)境，主要為儀表安裝位置、外部環(huán)境接觸環(huán)境，如：灰塵、水汽、油污等，對儀表防護影響非常大。儀表內(nèi)部接觸介質(zhì)環(huán)境，對設(shè)備使用壽命、測量數(shù)據(jù)準確性影響較大。當運行環(huán)境不同時，則所應(yīng)用的設(shè)備表也不同。為了延長設(shè)備儀表運行壽命，必須借助科學(xué)理論，聯(lián)合設(shè)備儀表維護經(jīng)驗，科學(xué)預(yù)算設(shè)備儀表生命周期。當設(shè)備儀表故障損壞時，可以應(yīng)用預(yù)見性、計劃性方案，開展防護檢修與更換，以此確保現(xiàn)場生產(chǎn)的順利性。化工行業(yè)儀表設(shè)備，涉及到控制系統(tǒng)、測量儀表、執(zhí)行機構(gòu)。對于測量儀表來說，涉及到流量、溫度、液位流量的測量裝置，上述儀表按照使用壽命、重要程度，做好定期維護與更換。當測量儀表對生產(chǎn)影響較大時，則可以采用一主一備方式，確保化工生產(chǎn)的順利性。針對化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)，多應(yīng)用集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備較高可靠性，且故障隱患比較少，可以發(fā)揮出強大的自診斷報警功能，且安裝位置安全性高。智能化儀表長期處于運行狀態(tài)時，維護人員檢測和拆除自動化儀表時，會出現(xiàn)集成電路插座松動、脫落、接觸不良問題，檢修人員不能使用鉗子擠壓，以免增加插座彈簧片壓力，致使彈簧片變形，還會導(dǎo)致儀表零部件接觸不良。檢修人員必須遵循標準化流程，逐一檢測智能化儀表故障問題，以免引發(fā)不良危害。由于機房建設(shè)標準嚴格，運行環(huán)境良好，重要儀器控制回路采用冗余配置防止，所以集散控制系統(tǒng)的各項設(shè)備運行周期長，比現(xiàn)場設(shè)備儀表的應(yīng)用優(yōu)勢高。

5 智能化儀表發(fā)展新趨勢

在化工行業(yè)發(fā)展過程中，合理應(yīng)用自動化控制技術(shù)。儀器設(shè)備朝著智能化、無線化、高精度化方向發(fā)展，并且成為必然發(fā)展趨勢。在企業(yè)發(fā)展過程中，開始廣泛應(yīng)用智能化、數(shù)字化儀表，可以統(tǒng)一管理、分散控制生產(chǎn)過程。企業(yè)通過信息技術(shù)培訓(xùn)，可以加快自動化控制建設(shè)速度。所以在化工儀表控制中，需要結(jié)合自動化儀表、信息技術(shù)，科學(xué)管理和控制化工行業(yè)過程。采用協(xié)調(diào)控制方式，可以實現(xiàn)信息采集、分析與應(yīng)用，全面確保儀表自動化控制準確性、全面性。

6 結(jié)語

綜上所述，為了確保智能化儀表運行壽命，必須科學(xué)檢修和診斷智能化儀表。由于智能化儀表運行環(huán)境不同，因此遵循的檢修標準也不同。為了延長智能化儀表使用壽命，必須采用科學(xué)化理論，聯(lián)合智能化儀表維護經(jīng)驗，科學(xué)預(yù)算使用時間，維護和檢修儀表故障，確保儀表運行正常化。化工儀表智能化發(fā)展，具備顯著應(yīng)用優(yōu)勢，網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢，可以充分發(fā)揮出網(wǎng)絡(luò)計算機、儀器儀表資源潛力注重動態(tài)優(yōu)化控制、穩(wěn)態(tài)設(shè)定值優(yōu)化控制、預(yù)測智能化儀表的發(fā)展趨勢，全面展示出智能化儀表的優(yōu)勢與特點。