簡析化工儀表和化工自動化

閆海濤

摘要：自動化控制是一門綜合性的技術(shù)學(xué)科，綜合利用自動控制器儀表學(xué)科，以及計算機學(xué)科的理論服務(wù)于化學(xué)工程學(xué)科更是大家所研究的目標，從化工生產(chǎn)自動化需要出發(fā)，探討化工儀表的分類、性能和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：化工儀表；化工自動化；過程控制

化工自動化就是化工生產(chǎn)過程自動化，通常指將一些自動化裝置安裝在化工設(shè)備上，以實現(xiàn)化工生產(chǎn)流程的自動監(jiān)控。而實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程的自動化，必須依賴于高性能儀器、儀表，對生產(chǎn)過程進行顯示、測量，并依此對生產(chǎn)工藝過程進行有效控制和調(diào)整。

1、化工自動化儀表的種類和性能

分類方法很多，根據(jù)不同原則可以對自動化儀表進行不同的分類。我們根據(jù)實際生產(chǎn)中數(shù)據(jù)采集的不同特點，從以下幾方面對化工自動化儀表進行分析。

1）溫度儀表?；どa(chǎn)的特點是在一定溫度和壓力下，使原料發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)或變化，因此，對于生產(chǎn)中的溫度控制是不可避免的。一般需要指示的溫度范圍為—200～+1800℃，方式一般為接觸式測量。最常用的儀器儀表是熱電阻、熱電偶。由于電子技術(shù)的發(fā)展特別是現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用，熱電阻、熱電偶信號直接進入dcs或其它溫度采集儀表，一體化的溫度變送器（兩線制）等，使溫度控制實現(xiàn)自動化。

2）壓力儀表。壓力是化工生產(chǎn)中必不可少的，沒有一定的壓力，反應(yīng)就會發(fā)生，生產(chǎn)就不能進行。而因壓力往往關(guān)系到生產(chǎn)、設(shè)備和人身安全，因此，壓力儀表是非常關(guān)鍵的。一般壓力范圍為負壓到300mpa（高壓聚乙烯反應(yīng)器）。

因為壓力的測量原理有多種，壓力儀表的種類也較多，有壓力傳感器、變送器和特種壓力儀表等，應(yīng)用的范圍有高溫介質(zhì)、脈動介質(zhì)、腐蝕介質(zhì)、粘稠狀、粉狀、易結(jié)晶介質(zhì)的壓力測量，精度可達0.1級。

為了測量不同場合的壓力，壓力表可分為：液柱式、彈性式、活塞式（壓力校驗儀）3類。作為壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)除采用壓力變送器將信號送至dcs或其它調(diào)節(jié)器外，位移平衡式基地式調(diào)節(jié)器仍常用于現(xiàn)場測量和控制。

3）物位儀表。在化工生產(chǎn)中，往往需要對原料、半成品和成品的液位進行測量，由于測量過程與被測物料特性關(guān)系密切，所以除浮力式儀表外，物料儀表沒有通用產(chǎn)品，按測量方式分為直讀式、浮力式、靜壓式（差壓、壓力）、電接觸式、電容式、超聲波式、雷達式、重垂式、輻射式、激光式、音叉式、磁致伸縮式、矩陣渦流式等，其中雷達式（0.3%）、磁致伸縮式（0.05%）以及矩陣渦流式液位計（±1mm）精度高，在石化行業(yè)的應(yīng)用逐步普及。

4）流量儀表。流量的測量是化工生產(chǎn)中最多的控制環(huán)節(jié)，也是溫、壓、液（位）、流四大參數(shù)中內(nèi)容最豐富的一個門類。我們所說的流量，不是一般的流速，是單位時間內(nèi)流經(jīng)有效截面的流體的體積和質(zhì)量，有時還要測量管道中一段時間內(nèi)流過的累積流體的體積和質(zhì)量（流量積算儀）。由于不同條件下對整理流量測量的要求不同，有大口徑流量、微小流量；高、低溫介質(zhì)的流量；高粘度介質(zhì)強腐蝕介質(zhì)的流量；粉料、粘污介質(zhì)的流量；脈動流、多相流等流量。

流量測量原理上大致分有速度法、容積法測量體積流量，直接法、推導(dǎo)法測量質(zhì)量流量。實際上細分有節(jié)流式或壓差式（孔板、噴嘴、文丘里管等）、速度式（水表、渦輪、靶式、電磁、超聲波、渦街、質(zhì)量流量計等）。

5）在線過程分析儀。現(xiàn)代化工生產(chǎn)自動化需要全部的工

藝參數(shù)的自動化測量與控制，因此，生產(chǎn)過程中對溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)的保證，只是間接保證最終產(chǎn)品或中間產(chǎn)品的質(zhì)量合格，而對過程中物料成分的直接分析和對最終產(chǎn)品的成分分析是生產(chǎn)過程控制成功與否的根據(jù)，在線過程分析儀的應(yīng)用，可以實現(xiàn)化工生產(chǎn)控制和分析的完全自動化。在應(yīng)用中，在線過程分析儀往往要與高精尖的分析儀器配套使用，一般包括液相色譜、氣相色譜、質(zhì)譜、紫外及紅外光譜、核磁、電鏡、原子吸收及等離子發(fā)射光譜、電化學(xué)等分析儀器。

2、化工儀器儀表的新發(fā)展

1）儀表有了可編程功能。計算機的軟件進入儀表，可以代替大量的硬件邏輯電路，這叫硬件軟化。特別是在控制電路中應(yīng)用一些接口芯片的位控特性進行一個復(fù)雜功能的控制，其軟件編程很簡單（即可以用存儲控制程序代替以往的順序控制）。而如果帶之以硬件，就需要一大套控制和定時電路。所以軟件移植入儀器儀表可以大大簡化硬件的結(jié)構(gòu)，代替常規(guī)的邏輯電路。

2）儀表有了記憶功能。以往的儀表采用組合邏輯電路和時序電路，只能在某一時刻記憶一些簡單狀態(tài)，當(dāng)下一狀態(tài)到來時，前一狀態(tài)的信息就消失了。但微機引入儀表后，由于它的隨機存儲器可以記憶前一狀態(tài)信息，只要通電，就可以一直保存記憶，并且可以同時記憶許多狀態(tài)信息，然后進行重現(xiàn)或處理。

3）儀表有了計算功能。由于自動化化儀表內(nèi)含微型計算機，因此可以進行許多復(fù)雜的計算，并且具有很高的精度。在自動化儀表中可經(jīng)常進行諸如乘除一個常數(shù)、確定極大和極小值、被測量的給定極限檢測等多方面的運算和比較。

4）儀表有了數(shù)據(jù)處理的功能。在測量中常常會遇到線性化處理、自檢自校、測量值與工程值的轉(zhuǎn)換以及抗干擾問題。由于有了微處理器和軟件，這些都可以很方便的用軟件來處理，一方面大大減輕了硬件的負擔(dān)，又增了豐富的處理功能。自動化儀表也完全可以進行檢索、優(yōu)化等工作。

5）儀表的測量精度高了。由于自動化儀表的中心控制系統(tǒng)是微型計算機，可以進行快速多次重復(fù)測量，然后求平均值。這樣就可以排除一些偶然的誤差與干擾。

6）儀表具有修正誤差的能力。實時地修正測量值誤差是較為復(fù)雜的功能。裝有微處理器的儀表可以減少誤差，依靠限制干擾來提高精度。

7）儀表能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制功能。實現(xiàn)自動化以后，一些常規(guī)儀表不易實現(xiàn)的功能，在自動化儀表中就很容易實現(xiàn)。比如一臺氣相或液相色普儀，這種儀器利用對于復(fù)雜化學(xué)混合物進行色層分離的方法來確定樣品中存在的每一種化學(xué)成分的含量。

電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，也促進了常規(guī)儀表的發(fā)展，新型的數(shù)字儀表，智能化儀表，程序控制器，調(diào)節(jié)器等也不斷投入使用?，F(xiàn)在我國大、中、小型企業(yè)以及廣大鄉(xiāng)、鎮(zhèn)企業(yè)依據(jù)不同的生產(chǎn)實際和需求，氣動儀表、電動儀表、模擬儀表、數(shù)字儀表以及各種智能化儀表，計算機等都在進行使用，形成了氣電結(jié)合、模數(shù)共存、取長補短，協(xié)同發(fā)展的局面。它們構(gòu)成的各種自動化控制系統(tǒng)極大地推動著我們的現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)。