化工自動化儀表及控制系統(tǒng)智能化分析

陳連和

(武漢工程大學研究設(shè)計院，湖北 武漢 430074)

近些年信息技術(shù)的發(fā)展促進了工業(yè)自動化水平的提高，在化工生產(chǎn)過程中應(yīng)用了諸多儀表設(shè)備，這些儀表在生產(chǎn)過程各方面參數(shù)的計算與控制中發(fā)揮了重大作用，不僅能夠提升化工生產(chǎn)效率，穩(wěn)定生產(chǎn)過程，降低生產(chǎn)成本，還能最大化降低化工生產(chǎn)安全風險。由此可見，將儀表設(shè)備和控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來，提升化工生產(chǎn)自動化、智能化水平尤為重要。

1 化工自動化儀表及控制系統(tǒng)智能化概述

在化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中，涉及到的變量與數(shù)據(jù)有很多，無論是溫度，還是壓力和流量，都需要進行相應(yīng)的控制，以此來保障順利生產(chǎn)。為了增強對整體生產(chǎn)過程的把控，就需要做到實時掌握相關(guān)數(shù)據(jù)與變量，通過儀表反映出的數(shù)據(jù)來判斷生產(chǎn)過程的運行情況。儀表本身就具備檢測設(shè)備狀態(tài)的功能，而自動化儀表在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用，則能夠有效實現(xiàn)對生產(chǎn)的整體性把控，既能夠解決在以往人為控制中存在誤差的問題，又能夠為正常生產(chǎn)提供強有力的保障。除此之外，自動化儀表在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用已然成為了非常重要的一種設(shè)備，該設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合也已成為生產(chǎn)流程中不可或缺的控制系統(tǒng)，其能夠根據(jù)相關(guān)標準對各個設(shè)備的運行狀態(tài)進行相應(yīng)的調(diào)控，從而顯著提升裝置的運行效率，將裝置生產(chǎn)過程的實際參數(shù)真實地反映出來。

在智能化的控制系統(tǒng)中，還會根據(jù)控制內(nèi)容的不同進行一定的類別劃分。在科學技術(shù)不斷革新與優(yōu)化的大環(huán)境下，智能化控制系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用也得到了良好成效的反饋。控制系統(tǒng)是保障化工生產(chǎn)效率與安全性的核心板塊，它不僅能夠通過程序的嵌入實現(xiàn)無人操作的調(diào)控，還能夠在當前工業(yè)生產(chǎn)控制的力度上進一步加強，促進控制系統(tǒng)的智能化發(fā)展。最為重要的是，該項系統(tǒng)在化工生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，在很大程度上幫助化工企業(yè)降低了生產(chǎn)控制與管理方面的投入，更是節(jié)省了大量的計算時間，從多個角度實現(xiàn)了資源配置的優(yōu)化，促進了生產(chǎn)效率的提升，并保障了生產(chǎn)安全。我們由此可以得知，化工儀表與控制系統(tǒng)自動化、智能化水平的不斷提高，必然將成為化工生產(chǎn)的未來發(fā)展方向[1]。

2 化工自動化儀表及控制系統(tǒng)智能化功能

2.1 數(shù)據(jù)存儲功能

自動化技術(shù)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在自動化儀表以及智能化控制系統(tǒng)兩個方面，而儀表作為化工生產(chǎn)中非常重要的一項設(shè)備，智能化系統(tǒng)的應(yīng)用能夠?qū)x表進行通電操控，即便是出現(xiàn)斷電問題，也能夠保障及時恢復。而在化工生產(chǎn)中，一旦出現(xiàn)了儀表短路或者斷電的問題，就會直接導致儀表的存儲數(shù)據(jù)以及相關(guān)參數(shù)丟失，而最終對生產(chǎn)流程造成嚴重的負面影響。最為重要的是，儀表在斷電或短路重連后，就會直接回到初始狀態(tài)，不僅會造成人力以及資源上的浪費，還會嚴重影響正產(chǎn)生產(chǎn)。只有控制系統(tǒng)在生產(chǎn)中應(yīng)用后，才保障了儀表故障后不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失問題[2]。

2.2 計算功能

在以往的化工生產(chǎn)中，技術(shù)人員需要基于基礎(chǔ)參數(shù)來模擬后續(xù)計算，而這樣的計算方式也只能處理部分簡單數(shù)據(jù)，當出現(xiàn)需要計算的數(shù)據(jù)量大且繁雜的情況時，不僅會耗費大量的人力與時間，其精準度也無法得到保障。但自動化儀表與智能化系統(tǒng)在生產(chǎn)中應(yīng)用后，就充分發(fā)揮了數(shù)字電路控制在儀表數(shù)據(jù)提取與計算中的優(yōu)勢，不僅能夠在短時間內(nèi)對儀表參數(shù)進行分析，還能夠提升計算結(jié)果的準確度，這為儀表在化工生產(chǎn)中的重要作用發(fā)揮起到了很大的促進作用。

2.3 編程功能

編程技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠充分發(fā)揮程序的諸多功能，通過運用系統(tǒng)代替硬件的方式，將儀表在化工生產(chǎn)中的各項功能充分利用起來。我們能夠根據(jù)對邏輯電路的分析得知，計算機軟件技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用，相比較人工技術(shù)來說固然具備諸多優(yōu)勢，但是在接口芯片等高難度的控制中就需要非常專業(yè)的技術(shù)來完成。而編程功能在其中的應(yīng)用就有效解決了這一問題，相關(guān)工作者只需要基于電路控制系統(tǒng)的性能運用硬件完成程序的編寫，就能夠在傳統(tǒng)儀表的基礎(chǔ)上優(yōu)化其使用狀態(tài)[3]。

2.4 誤差處理功能

自動化儀表在化工生產(chǎn)的使用中，微處理器這一裝置與軟件結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)對于數(shù)據(jù)的精準計算與分析，從而解決在化工生產(chǎn)檢測中產(chǎn)生的一些問題，在很大程度上降低了硬件的壓力與在運作中的負擔。因為計算機系統(tǒng)具有儲存量大的優(yōu)勢，因此在化工生產(chǎn)中更適合用作于遠程操控。因此，化工企業(yè)就要將先進的軟件系統(tǒng)應(yīng)用在生產(chǎn)線上，加大數(shù)據(jù)資源的獲取，并借用計算機技術(shù)來對這些數(shù)據(jù)進行精準度的嚴格把控。微處理器能夠在很大程度上降低數(shù)據(jù)的誤差，因此在智能化設(shè)備中安裝傳感器，并應(yīng)用溫壓補償功能，能夠在促進系統(tǒng)智能化水平的顯著提升，增強自動化儀表在化工生產(chǎn)中的使用效率[4]。

2.5 網(wǎng)絡(luò)化功能

自動化儀表本身就具備網(wǎng)格化的特征，因此自動化儀表借助于網(wǎng)絡(luò)連接實現(xiàn)對各個傳感器與系統(tǒng)進行全面性管理，能夠?qū)x表的功能價值發(fā)揮到最大。儀表的網(wǎng)格化功能能夠在多網(wǎng)絡(luò)與多操作的情況下，對相關(guān)數(shù)據(jù)與參數(shù)進行整體性地監(jiān)控，這樣一來，就保障了相關(guān)技術(shù)工作者得到數(shù)據(jù)資源后，采取具有針對性的措施展開后續(xù)操作。儀表在智能化應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠與單片機相互結(jié)合起來，以此來達到優(yōu)化檢測方法的目的，提升新設(shè)備在系統(tǒng)中應(yīng)用的實際成效，解決傳統(tǒng)儀表中存在的問題，提升計算效率與結(jié)果精準度。

2.6 記憶功能

儀表在化工企業(yè)自動化生產(chǎn)中的應(yīng)用本身就具備了記憶功能，它能夠?qū)ιa(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)與參數(shù)進行記錄并存儲。但是傳統(tǒng)應(yīng)用的儀表卻不含這一功能，當儀表出現(xiàn)短路、斷電以及其他故障需要再次啟動時，所有數(shù)據(jù)都會清零，這種數(shù)據(jù)遺失的問題影響了后續(xù)計算的開展以及正常生產(chǎn)。而自動化儀表在系統(tǒng)中的應(yīng)用，就在這一設(shè)備的內(nèi)部裝載了信息模塊，使儀表具備了數(shù)據(jù)記憶功能，不僅有效保障了儀表參數(shù)的完整性和真實性，還在一定程度上促進了化工生產(chǎn)的高效化發(fā)展。

3 化工自動化儀表及控制系統(tǒng)智能化分析

3.1 智能化參數(shù)控制

自動化儀表及智能化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)實際應(yīng)用的過程中，最為重要的數(shù)據(jù)資源就是儀表所體現(xiàn)出的參數(shù)，這也是保障化工生產(chǎn)線安全性與穩(wěn)定性的重點。所以在化工生產(chǎn)中要保障儀表參數(shù)的準確度與反映實時性，并進一步就這些數(shù)據(jù)資源展開分析，以此來助力于化工生產(chǎn)效率的提升。自動化儀表相較于以往生產(chǎn)中人為探測來說，其應(yīng)用的智能化參數(shù)測控在很大程度上避免了人為因素的影響，極大地提升了參數(shù)的精準度。另外，其中的傳感器設(shè)施具有非常強的抗干擾性，不僅能夠為數(shù)據(jù)資源的準確度提供保障，還能夠完成數(shù)據(jù)在短時間內(nèi)的傳輸。這于化工企業(yè)生產(chǎn)自動化發(fā)展而言有著重要意義，對化工生產(chǎn)智能化發(fā)展來說也起到了有效的促進作用。

3.2 智能化系統(tǒng)控制

在化工生產(chǎn)中，最為重要的一個板塊就是控制系統(tǒng)，基于該系統(tǒng)，儀表能夠測量整個生產(chǎn)過程的設(shè)備參數(shù)并進行相應(yīng)的分析，其不僅關(guān)乎著生產(chǎn)安全，更與化工生產(chǎn)操作有著直接性的聯(lián)系。而在化工生產(chǎn)中應(yīng)用信息技術(shù)與現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)，能夠有效提升整個化工生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的測控與分析，能夠達到對系統(tǒng)進行整體處理的目的。化工生產(chǎn)工作者在工作開展過程中，需要充分運用智能化系統(tǒng)的優(yōu)勢作用來對各個單元進行相應(yīng)的調(diào)整，以此來達到主動維護的目的，從而進行有效的系統(tǒng)優(yōu)化，如此才能在化工生產(chǎn)中將智能化系統(tǒng)的特點體現(xiàn)出來。

3.3 現(xiàn)場總線控制

在我國現(xiàn)代化發(fā)展步伐不斷加快的背景下，以往所應(yīng)用的集散控制系統(tǒng)也開始逐漸被總線控制系統(tǒng)所替代，而這作為一種更為先進的升級系統(tǒng)，在化工生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)線上已經(jīng)得到了廣泛的使用。該系統(tǒng)的特點是在化工生產(chǎn)的監(jiān)控中，把儀表轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)中一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，并實現(xiàn)各個節(jié)點之間的相互串聯(lián)。 化工企業(yè)只需要將相關(guān)數(shù)據(jù)信息給到生產(chǎn)現(xiàn)場的工作人員，生產(chǎn)設(shè)備的管理人員就能夠根據(jù)這一數(shù)據(jù)準確把控儀表的詳細使用情況，并進行相應(yīng)的診斷。而智能化系統(tǒng)以及自動化儀表在生產(chǎn)中的應(yīng)用，也省去了組件安裝的環(huán)節(jié)，能夠?qū)⑵渲苯影惭b在現(xiàn)有的系統(tǒng)中。另外，該系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用，還能夠利用PLC 這一系統(tǒng)來將儀表的作用與優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，深度開發(fā)儀表的功能。針對于現(xiàn)場總線儀表的控制可以利用嵌入軟件來實現(xiàn)，以此來達到儀表能夠自行校準的目的，促進儀表使用效率的顯著提升，提高化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)智能化水平[5]。

3.4 以太網(wǎng)控制系統(tǒng)

在化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，以太網(wǎng)這一控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用是相對新穎的，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)整體性掌控整個生產(chǎn)系統(tǒng)，還在一定程度上涉及到了生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備管理。而要想基于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中運用的信息技術(shù)進行開發(fā)，就要應(yīng)用相應(yīng)的瀏覽器，并引進化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)的智能化儀表。只有以智能水平高、精準度高的儀器設(shè)備為網(wǎng)絡(luò)通信功能提供參考，才能夠助力于化工企業(yè)生產(chǎn)效率與生產(chǎn)水平的整體提升，而以太網(wǎng)控制系統(tǒng)也才能在化工生產(chǎn)中全面投以使用。

3.5 集散控制系統(tǒng)應(yīng)用

集散控制系統(tǒng)早在上世紀就已經(jīng)在化工生產(chǎn)中投以使用，而步入互聯(lián)網(wǎng)時代以來，計算系統(tǒng)在不斷地更新與優(yōu)化中也在逐漸擴大涉及范圍，并且在系統(tǒng)中所應(yīng)用的智能化儀表數(shù)量也有一定增多，這就形成了現(xiàn)代化工生產(chǎn)中所應(yīng)用智能化儀表控制系統(tǒng)。在儀表應(yīng)用的過程中，相關(guān)工作人員能夠通過協(xié)議的方式實現(xiàn)鏈接，完成對生產(chǎn)過程中儀表數(shù)據(jù)參數(shù)的精確捕捉，與此同時，還能夠借助于信息的交換以及對于儀表參數(shù)的控制，優(yōu)化智能化系統(tǒng)中的儀表調(diào)節(jié)功能、控制功能和檢測功能[6]。

3.6 智能化儀表的維護

在進行儀表設(shè)備的維護與檢修工作時，維護工作人員可以采取有效的保養(yǎng)措施，以此來盡可能延長設(shè)備的實際使用壽命，提升生產(chǎn)效率。即便是同一種型號的同類型設(shè)備，在不同的使用環(huán)境以及不同的維護措施下，其實際使用壽命也參差不齊。設(shè)備的運行環(huán)境主要是指設(shè)備在生產(chǎn)線上的安裝位置，設(shè)備所接觸的外部環(huán)境，這些條件將在很大程度上影響著儀表的防護。與此同時，儀表的內(nèi)部環(huán)境也會對儀表自身的使用壽命以及參數(shù)的精準度產(chǎn)生直接性的影響，在不同的運行環(huán)境下，設(shè)備的運行效率與狀態(tài)必然會產(chǎn)生較強的差異。要想提升設(shè)備的使用壽命與狀態(tài)，就要遵循科學維護的原則，采取相應(yīng)的維護措施，定期性對儀表的生命周期進行分析。一旦發(fā)現(xiàn)儀表在日常運行中出現(xiàn)某些故障，就要提出相應(yīng)的有效處理方案，并進行后續(xù)的檢修和處理工作，以此來為設(shè)備在化工生產(chǎn)中的正常使用提供保障。在此基礎(chǔ)上，自動化儀表在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用還涵蓋了控制系統(tǒng)以及執(zhí)行系統(tǒng)等功能。設(shè)備維護人員需要對儀表的流量、濕度以及溫度等數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的測控，并對儀表中的裝置進行定期性的維護，必要時進行更換。在儀表對化工自動化生產(chǎn)影響相對較大的情況下，就要準備好備用儀表，從而保障當儀表出現(xiàn)故障時，化工生產(chǎn)能夠順利進行。另外，當前諸多智能化設(shè)備已經(jīng)具備了自我診斷功能，利用這一功能來提升設(shè)備的測控效率與診斷效率也尤為重要。智能化儀表在進行不斷運轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，就要求維護人員進行反復的檢查，一旦發(fā)現(xiàn)存在電路松動、接觸不良等問題，就要采取相應(yīng)措施，避免儀表內(nèi)部零件受到影響。在此基礎(chǔ)上展開故障分析，盡可能避免因儀表故障而影響整個生產(chǎn)流程[7]。

4 化工自動化儀表及控制系統(tǒng)智能化發(fā)展

4.1 高精度發(fā)展

在社會經(jīng)濟高速發(fā)展的帶動作用下，化工產(chǎn)品也面臨著更高標準。國家從環(huán)境保護角度出發(fā)提出了“減排”的要求，并設(shè)計了相應(yīng)的規(guī)劃，這就需要化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中要明確未來的發(fā)展方向與規(guī)劃，在生產(chǎn)流程中重視并落實自動化儀表與智能化系統(tǒng)的應(yīng)用，促進生產(chǎn)精準度的顯著提升。另外，還要通過引進先進設(shè)備來進行數(shù)據(jù)資源的整合，并經(jīng)過專業(yè)技術(shù)的分析和處理來提升化工生產(chǎn)的效率，保證安全生產(chǎn)。

4.2 智能化發(fā)展

在當前化工企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展過程中，自動化儀表是整個智能系統(tǒng)的核心構(gòu)成板塊，這一自動化設(shè)備的應(yīng)用，能夠促進系統(tǒng)操作性和開放性的整體提升。另外，在自動化儀表中應(yīng)用CPU系統(tǒng)，還能夠使得儀表具備自動補償、自動校準以及量程切換等諸多功能。可以說，化工生產(chǎn)中儀表與系統(tǒng)的智能化發(fā)展，能夠帶動化工生產(chǎn)流程整體性的優(yōu)化。因此，在化工生產(chǎn)的未來發(fā)展過程中，智能化生產(chǎn)也是非常重要的核心發(fā)展方向與優(yōu)化板塊[8]。

4.3 網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

在我國計算機技術(shù)飛速發(fā)展的帶動作用下，儀表在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的支撐下也實現(xiàn)了自動化發(fā)展，并在化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，而自動化也將是化工生產(chǎn)在未來發(fā)展中的一大趨勢，其最為明顯的特點就是運用數(shù)字化的通信技術(shù)來優(yōu)化生產(chǎn)流程各個節(jié)點的控制和管理。信息網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的結(jié)合，能夠?qū)⒅悄芑倏氐膬?yōu)勢全然發(fā)揮出來。在信息時代背景下，化工生產(chǎn)流程中應(yīng)用的智能化系統(tǒng)必然也將得到相應(yīng)的優(yōu)化與完善，嵌入式網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用更是加快了化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)智能化發(fā)展的步伐。

5 結(jié)語

綜上所述，自動化控制系統(tǒng)是化工生產(chǎn)中必不可少的一項重要裝置，而自動化儀表的應(yīng)用能夠促進化工生產(chǎn)效率的顯著提升，并有效保障了生產(chǎn)安全。在自動化儀表的實踐應(yīng)用中，還要將其功能價值充分發(fā)揮出來，積極引進先進技術(shù)并加強創(chuàng)新，推進化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)的智能化發(fā)展。