智能自動化儀表在煤化工行業(yè)的應(yīng)用與趨勢

辛明

摘 要：我國的工業(yè)領(lǐng)域是推動社會經(jīng)濟繁榮發(fā)展的重要組成部分之一。在計算機技術(shù)、光電技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)三大主流技術(shù)日新月異的更新變化過程中智能自動化儀表成為了提高煤化工行業(yè)生產(chǎn)效率的主要手段之一，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各大中小型煤化工企業(yè)當中。先進的智能自動化控制儀表顯著改善了煤化工企業(yè)的生產(chǎn)效率，還平衡調(diào)節(jié)了煤化工行業(yè)與生態(tài)環(huán)境之間的矛盾，給我國經(jīng)濟實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供了保障。文章主要闡述智能自動化儀表在煤化工行業(yè)的應(yīng)用與趨勢。

關(guān)鍵詞：煤化工行業(yè) 智能自動化儀表 應(yīng)用趨勢

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（b）-0098-02

煤化工行業(yè)是我國經(jīng)濟發(fā)展中一個重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，同時也是技術(shù)與能源密集型產(chǎn)業(yè)。近幾年來煤化工行業(yè)已經(jīng)得到了成熟的發(fā)展和進步，各類煤化工產(chǎn)品已經(jīng)廣泛普及應(yīng)用到經(jīng)濟發(fā)展中。傳統(tǒng)煤化工企業(yè)生產(chǎn)效率低下，生態(tài)環(huán)境污染嚴重，資源浪費現(xiàn)象隨處可見。隨著科學技術(shù)的發(fā)展智能自動化儀表對于改善煤化工企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀，提升其生產(chǎn)自動化水平，平衡經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境起著至關(guān)重要的作用[1]?，F(xiàn)代控制理論與智能自動化儀表結(jié)合成為了煤化工企業(yè)在激烈的市場競爭中獲得核心競爭力的重要手段。其不僅能夠顯著提高煤化工企業(yè)的生產(chǎn)效率，還能夠明顯改善產(chǎn)品質(zhì)量。同時，更為重要的是智能自動化儀表的應(yīng)用是煤化工企業(yè)從粗放型發(fā)展方式向集約型發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵手段，是我國實現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟平衡協(xié)調(diào)發(fā)展的重要途徑。

1 智能自動化儀表與優(yōu)勢

1.1 智能自動化儀表

智能自動化儀表在煤化工行業(yè)中的重要性逐漸凸顯。科學技術(shù)水平的提升大大推動了智能自動化領(lǐng)域的進步。所謂智能自動化儀表即為在自動化儀表中應(yīng)用了人工智能、專家控制等理論技術(shù)，可以實現(xiàn)各類復(fù)雜的計算與數(shù)據(jù)偏差的修正。同時能夠自動完成測量任務(wù)或在程序的安排下完成預(yù)設(shè)的動作。其能夠?qū)崿F(xiàn)自學習、自校正、自診斷等模擬人工智能功能。上述特性可以作為自動化儀表是否為智能化設(shè)備的判斷標準?？梢钥闯?，智能自動化儀表是基于計算機技術(shù)下的，其含有CPU和信號處理器。智能自動化儀表功能的實現(xiàn)主要是受計算機軟件的影響。在控制軟件方面包括編程軟件、功能模塊、編程功能以及控制策略包等。如果自動化儀表中僅僅使用了微處理器，也不能被稱為智能化。

1.2 智能自動化儀表優(yōu)勢

煤炭是我國重要的基礎(chǔ)能源之一，其是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)和保證人民群眾基本生活的重要物質(zhì)。而煤化工行業(yè)所生產(chǎn)的產(chǎn)品同時也是人民群眾生活與工作必不可少的重要物質(zhì)。智能自動化儀表在煤化工行業(yè)的廣泛應(yīng)用是由于其具有無可比擬的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）高精度。智能自動化儀表的精度都較高，其內(nèi)在的微處理器能夠?qū)崟r測量壓力、溫度對元件的影響，同時可以通過數(shù)據(jù)處理來獲得更加精確的結(jié)果；（2）功能強大。智能自動化儀表大多數(shù)具有強大的運算功能，通過其內(nèi)部的微處理器與存儲器可以滿足各種需求的復(fù)雜計算，并且記錄結(jié)果；（3）自我診斷。智能自動化儀表中通信器可以對其自身故障進行檢測并診斷，大大方便了設(shè)備的后期維護與故障維修工作。

2 煤化工智能自動化儀表的應(yīng)用

2.1 軟件編程控制

當前智能自動化儀表在煤化工行業(yè)均采用了計算機軟件管理控制模式，來替換傳統(tǒng)儀表的硬件邏輯電路。尤其是傳統(tǒng)儀表中的應(yīng)用控制技術(shù)，需要大量且繁雜的控制電路來實現(xiàn)。但是在應(yīng)用智能計算機軟件方式開展管理后，能夠根據(jù)實際需求來進行軟件編程，替代傳統(tǒng)的順序控制功能，節(jié)省了大量控制和設(shè)計定時電路的工作，大大簡化了自動化儀表的硬件結(jié)構(gòu)。同時軟件編程控制還能夠避免由于硬件邏輯電路而出現(xiàn)的電路故障所導致的安全隱患問題[2]。

2.2 記憶操作

普通的自動化儀表主要是應(yīng)用了時序邏輯電路以及組合邏輯電路，因此只能夠記錄某一個時刻下的簡單狀態(tài)。當進入下一個狀態(tài)后之前記錄的狀態(tài)也隨之被覆蓋。然后智能自動化技術(shù)能夠通過其內(nèi)部的隨機存儲機制來保留所有記錄的信息，從而有利于后期對整體信息的審視與研究。同時，智能自動化儀表使用了計算機芯片等存儲設(shè)備，可以通過芯片和存儲設(shè)備來記憶操作區(qū)間的參數(shù)設(shè)置。不僅僅能夠記憶單操作區(qū)間的參數(shù)，還能夠同時記憶多種設(shè)置狀態(tài)，強化了煤化工儀表的邏輯處理能力。

2.3 智能數(shù)據(jù)處理

煤化工行業(yè)中經(jīng)常會使用自動化儀表來進行檢測的數(shù)據(jù)處理。包括自檢驗、測量值轉(zhuǎn)換、線性化處理等。通過智能化自動儀表能夠利用微處理器和計算機軟件來進行智能化處理。智能化數(shù)量數(shù)據(jù)的能力提高顯著改善了自動化儀表的硬件工作量，并且強化了其工作性能。

2.4 網(wǎng)絡(luò)整體化

自動化儀表與智能網(wǎng)絡(luò)的有機融合能夠在煤化工行業(yè)形成智能自動化控制體系。例如可以實現(xiàn)智能化識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)件的自適應(yīng)和自聯(lián)想等功能。大大強化了煤化工行業(yè)中企業(yè)與企業(yè)之間的聯(lián)系[3]。萬用表、示波器等設(shè)備開始實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用，煤化工行業(yè)的自動化生產(chǎn)模式識別與特征相應(yīng)能力增強。同時，分布式采集系統(tǒng)的出現(xiàn)讓煤化工行業(yè)具備了一系列遠程工作能力，例如遠程測量、遠程采集、遠程存儲等。

2.5 智能變送器的應(yīng)用

流量計是對我廠中低壓循環(huán)水、蒸汽、氮氣、壓縮空氣等能源介質(zhì)的瞬時量和累積總流量進行統(tǒng)計的儀表，是我廠能源核算的重要依據(jù)。流量計原來采用電磁流量計和渦街流量計進行流量測量，因壓力波動大、濕度大、環(huán)境溫度變化大、介質(zhì)內(nèi)雜質(zhì)多等因素，造成儀表指示波動大、測量值偏離實際值大不能保證長期穩(wěn)定地提供準確數(shù)據(jù)，造成計劃核算經(jīng)常超標的問題。針對這種現(xiàn)象，提出采用智能差壓變送器與DCS結(jié)合的改造方案。

我廠改造使用EJA智能變送器。EJA智能變送器其不僅具有數(shù)字信號，還有模擬信號的混合式智能變送器，其量程范圍寬，量程比大，后期維護簡單。EJA智能變送器只需要在使用前進行簡單的設(shè)定，獲得與輸入差壓信號平方根的關(guān)系的輸出信號，就可以避免使用差壓式流量計的開方流程，大大簡化了測量、控制系統(tǒng)的構(gòu)成。同時，在開方后還能夠選擇不同方式切除小信號。不僅可以在輸出信號小于切除點的時刻完全切除，還能夠在輸出信號小于切除點時，輸出信號與輸入差壓信號線性關(guān)系。兩種切除方式均能夠在0%～20%范圍內(nèi)調(diào)整。EJA智能變送器還可以通過簡單的設(shè)定，使得EJA智能變送器內(nèi)部中的LCD模塊顯示不同的數(shù)據(jù)。LCD顯示模塊本身配備強制自我診斷功能，如果其被檢測出超過量程或變送器本身出現(xiàn)故障，那么LCD模塊將顯示出錯誤代碼來代替其原定參數(shù)的顯示。這一功能能夠幫助及時排除故障，并且通過后臺智能化終端可以在變送器中獲取更多實用信息。

正是因為EJA智能變送器本身測量的準確性、具備較強的抗干擾能力和多種自我診斷和測量信息的傳送和顯示功能。所以結(jié)合DCS進行流量測量對能源性的介質(zhì)有較全面的監(jiān)控。尤其在介質(zhì)使用量在短時間內(nèi)出現(xiàn)較大幅度的上漲或者減少，通過EJA與DCS結(jié)合增加流量累計報警功能會對監(jiān)控人員發(fā)出及時的報警信息，使監(jiān)控人員及時作出系統(tǒng)調(diào)整。至此我廠長期因能源性介質(zhì)使用測量不準造成的能源浪費、核算超標的情況得到徹底解決。

3 智能自動化儀表在煤化工行業(yè)的趨勢與應(yīng)用

3.1 智能自動化儀表在煤化工行業(yè)的趨勢

3.1.1 修正誤差

智能自動化儀表包括微處理器，因此可以通過限制外界干擾因素來有效的控制誤差。例如在溫度計電路設(shè)計中，如果應(yīng)用了敏感元件為熱電偶就會出現(xiàn)非線性感應(yīng)。但是如果使用智能溫度計，并且利用其中的子程序就能夠顯著的改善熱電偶所產(chǎn)生的非線性感應(yīng)。

3.1.2 精度提高

具備智能自動化內(nèi)部的計算機主頻一般都在1MHz以上。也就是相應(yīng)的主時鐘周期小于1us。如果每條指令為4個字節(jié)，那么執(zhí)行時間只需要短短的十幾個us。如果相應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換為幾十us，那么讀取模擬量進而進入存儲器的時間也小于1ms。簡單的說，即為智能自動化儀表能夠在1秒鐘內(nèi)執(zhí)行一千余次的測量。由此可見，使用智能自動化儀表能夠進行快速、多次測量，最終將多次測量的結(jié)果進行平均就可以最大程度的獲得準確的數(shù)據(jù)。

3.1.3 復(fù)雜控制

煤化工行業(yè)中自動化儀表中配置了微型計算機，因此在傳統(tǒng)硬件電路中難以達成的功能在智能化儀表中可以輕松的完成。例如在液相或氣象色譜儀中，為了確定物質(zhì)中的含量需要進行波形分析。然后基線會出現(xiàn)上下浮動的情況，進而影響面積準確性。但是在智能自動化儀表下就能夠準確快速的計算出分割的面積，并且提供相應(yīng)的時間與面積。

3.1.4 儀表網(wǎng)絡(luò)化

將計算機與煤化工儀表相結(jié)合，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學習等智能化軟件能夠?qū)⒂嬎銠C與儀表的資源特性發(fā)揮到最大的程度，并且實現(xiàn)靈活的組合與使用。

3.2 智能自動化儀表在煤化工行業(yè)的應(yīng)用趨勢

智能化已經(jīng)成為工業(yè)控制與自動化領(lǐng)域中的新技術(shù)、新產(chǎn)品的標志?！爸悄芑迸c“計算機化”之間存在本質(zhì)性的區(qū)別，智能化的根本性質(zhì)在于應(yīng)用人工智能理論或技術(shù)，具有一定擬人智能特性和功能。在智能自動化儀表中，新一代固態(tài)傳感器與智能變送器都朝著微型化、高精度、智能化的方向不斷深入發(fā)展。例如新型電磁流量計憑借著微處理器與軟件編程技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)量程拓寬，測量誤差補償、故障自我診斷等功能，設(shè)備的使用與實用性能大大提升。利用智能流量演算器聯(lián)合智能變送器能夠?qū)崿F(xiàn)各類復(fù)雜的數(shù)據(jù)計算與復(fù)雜補償功能。同時相應(yīng)的專業(yè)軟件，測試精度高達2.0級。

在線質(zhì)量分析儀表是煤化工行業(yè)中實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量控制、生態(tài)環(huán)境保護工作的重要方式之一。在工業(yè)水平發(fā)達的國家中，在線質(zhì)量分析儀的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，因此我國在經(jīng)濟不斷進步的同時，應(yīng)該普及在線質(zhì)量分析儀，同時實現(xiàn)煤化工產(chǎn)品質(zhì)量與生態(tài)環(huán)境保護的平衡。近紅外分析儀發(fā)展速度十分迅猛，目前已經(jīng)在煉油廠等測量工作中得到應(yīng)用。隨著煤化工行業(yè)的發(fā)展，其污染環(huán)境的程度已經(jīng)引起了社會各界的高度關(guān)注，廢氣、廢液和廢體的排放也得到了嚴格的控制，智能自動化環(huán)境監(jiān)測儀表的發(fā)展也將是煤化工行業(yè)智能自動化儀表發(fā)展的主要趨勢之一。

4 結(jié)語

智能自動化儀表在煤化工行業(yè)中的重要性逐漸凸顯?？茖W技術(shù)水平的提升大大推動了智能自動化領(lǐng)域的進步。智能自動化儀表相對于傳統(tǒng)儀表來說不論是整體性能還是部分結(jié)構(gòu)功能來說都具有巨大的優(yōu)勢。因此將其靈活應(yīng)用到煤化工行業(yè)中不僅可以顯著提高生產(chǎn)效率，還能夠有效的控制各種生產(chǎn)設(shè)備，降低設(shè)備故障發(fā)生幾率，避免安全隱患帶來的安全事故。智能自動化儀表給煤化工行業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展，也為我國社會經(jīng)濟發(fā)展提供了有力的支撐。

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