簡析液位計、流量計等化工儀表的自動化控制
閱讀：1272發(fā)布時間：2015-12-30
一、本文概述
化工生產(chǎn)隨著現(xiàn)代技術的進展越來越朝智能化，自動化的方向發(fā)展，對于化工生產(chǎn)的自動化控制的重要性日益凸顯，綜合利用自動控制器儀表學科，以及計算機學科的理論服務于化學工程學科更是大家所研究的目標，作為一門綜合性的技術學科自動化控制涉及到生產(chǎn)中的許多方面，通常指將一些自動化裝置安裝在化工設備上，通過各個方面的和系統(tǒng)性協(xié)作，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。本文就是從化工生產(chǎn)自動化需要出發(fā)，探討化工儀表的分類、性能和發(fā)展。
二、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。化工生產(chǎn)的特點是在一定溫度和壓力下，使原料發(fā)生一定的化學反應或變化，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。zui常用的儀器儀表是熱電阻、熱電偶。由于電子技術的發(fā)展特別是現(xiàn)場總線技術的應用，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*的，沒有一定的壓力，反應就會發(fā)生，生產(chǎn)就不能進行。而因壓力往往關系到生產(chǎn)、設備和人身安全，因此，壓力儀表是非常關鍵的。一般壓力范圍為負壓到300Mpa（高壓聚乙烯反應器）。
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、這方面的典型代表的產(chǎn)品有磁翻板液位計，玻璃板液位計等。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)的應用逐步普及。
4）流量儀表。流量的測量是化工生產(chǎn)中zui多的控制環(huán)節(jié)，也是溫、壓、液（位）、流四大參數(shù)中內(nèi)容zui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）、速度式（水表、渦輪、靶式、電磁流量計、超聲波流量計、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zui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直接分析和對zui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用，可以實現(xiàn)化工生產(chǎn)控制和分析的*自動化。在應用中，在線過程分析儀往往要與高精尖分析儀器配套使用，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、電化學等分析儀器。
三、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用一些接口芯片的位控特性進行一個復雜功能的控制，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，又增了豐富的處理功能。自動化儀表也*可以進行檢索、優(yōu)化等工作。比如現(xiàn)在在流量測量領域普遍在使用的超聲波流量計和電磁流量計都具備了數(shù)據(jù)分析與處理的能力，
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雜化學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成分的含量。
電子技術、計算機技術的發(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。現(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)代化建設事業(yè)。
四、結(jié)束語
化工生產(chǎn)過程自動化，是一門綜合性的技術學科，它是利用自動控制學科儀器、儀表學科，以及計算機學科的理論與技術，服務于化學工程學科的。現(xiàn)代化工工藝及設備與自動化裝置已經(jīng)構(gòu)成了有機的整體，使儀表實現(xiàn)高速、、多功能、高機動靈活等性能，使化工生產(chǎn)自動化水平不斷提高。（本文由潤中儀表科技有限公司整理發(fā)布）
