化工仪表自动化控制技术探析

摘要：在我国社会经济迅猛发展的背景下，各行各业对于化工产品的需求逐渐增多，也推动了化工企业相关生产技术的更新升级。仪表设备是化工企业日常生产期间所使用的重要工具，将其和自动化控制技术充分融合，能够实现化工仪表自动化控制，明显提高化工仪表使用效率，保证仪表运行的精准性，拓展仪表多样化功能，为化工生产奠定坚实基础。基于此，本文首先分析了自动化控制技术在化工仪表中的应用原理，然后探讨化工仪表中自动化控制的关键技术，最后总结自动化控制技术在化工仪表的具体应用。

关键词：化工；仪表；自动化控制技术

化工仪表是一种自动化的技术类型工具，可以全程监控和控制化工生产过程的各项参数，精准捕捉生产期间工艺参数的改变情况，对各项关键参数进行控制，维持稳定的数值水平，从而保障化工生产和相关操作的自动化运行[1]。近些年伴随自动化控制技术飞速发展更新，将自动化控制技术应用于化工仪表领域，革新了化工仪表常规控制模式，借助各种传感器动态采集化工生产中的压力、温度等参数，并将数据自动上传至控制中心，由既定的程序输出控制指令，最终达到自动化控制的效果[2]。化工仪表自动化控制技术的应用，使化工仪表运行及控制水平得到明显提升，与当前化工领域生产要求相符合，进一步提高生产效率。因此有必要深入探究化工仪表自动化控制技术的应用。

1 自动化控制技术在化工仪表中的应用原理

将自动化控制技术应用在化工仪表中，可以构建起仪表自动控制系统，对化工企业相关生产活动进行监控，根据提前设置的程序，对生产工艺进行合理控制，动态呈现出生产进度情况，继而保障化工生产得以正常、平稳进行。化工仪表与自动化控制技术的充分结合，可以对化工企业生产期间形成的各种数据和资料进行监控、管理，让化工企业生产水平及产品质量得到明显提升。目前自动化控制技术在化工领域中各个方面都得到了大量使用，使相关生产资料利用效率更高，一定程度增加了电气设备的使用时间，让化工企业经济效益因此也得到提升[3]。化工仪表通过使用自动化控制技术，能够覆盖信息的采集、分析处理和实践应用等环节。通过采集化工企业生产运行的各种信息，可以动态呈现化工生产潜在问题，并经过自动化控制系统进行分析，对化工生产整个流程进行科学控制。总而言之，自动化控制技术与化工仪表的充分融合，可实现全面采集和集中处理生产数据，有效提升仪表运行和监测效率，保障仪表控制准确度，增加化工仪表的控制与处理能力，全面增强化工仪表运行效果。化工仪表自动化控制原理具体见图1。

2 化工仪表中自动化控制的关键技术分析

2.1新型DCS技术

DCS技术实质也属于一种自动控制技术，也是化工仪表实现自动化控制的一项关键性技术。DCS系统能够对生产的各环节进行全程监控，减少化工企业生产过程中安全隐患的发生，保证生产工作有序开展，提高生产效率。DCS技术实现了计算机以及其他技术的充分融合，大幅提高了采集数据和分析处理数据的效率，并且简化了操作流程，技术人员借助DCS系统可以全面动态掌握各项生产环节的实际运行情况[4]。同时DCS系统还配备了完整的组态功能，针对各项生产环节出现的故障现象可以自动进行分析判断和处理。并且DCS系统的开发数据接口较多，也为更加多元化的功能实现提供了基础。除此之外DCS系统可以对化工仪表进行独立的控制和集中管理，若需要将化工仪表进行数字化的改造，还可以运用多回路组态对各种数据进行采集，从而更加精准地控制化工企业生产流程。借助显示系统的实时呈现功能，来实现自动控制化工仪表[5]。比如将DCS控制系统应用在化工企业的生产装置中，可以动态监控和管理整个生产环节。并且DCS系统具备多集控单元，可以对信息自动化系统进行集中管理和精准控制，提高信息系统的运行效率和水平。化工企业DCS系统机构见图2。

2.2PID技术

PID控制技术作为一种集成化的自动化调控系统，其多变量协调控制技术能够对化工行业各类仪表设备实现精准调控。PID控制技术中的各个字母代表的是比例控制（P）、积分（I）、微分输出（D）。在化工仪表数据采集出现偏差时，比例控制单元能快速识别异常值并触发自动调节机制，通过动态调整比例控制参数实现系统校准，显著提高仪表数据的可信度，提升化工企业生产效率。值得注意的是，比例因子设定值直接影响PID系统对仪表的控制情况，而积分效应会适度降低响应速度，有助于控制误差，提升仪表自动控制的精度。除此之外，PID系统的差分输出能够对比例控制进行相应的调节，减少系统出现的波动现象，确保化工生产更为平稳。

2.3容错技术

容错技术对其定义是生产设备发生故障时，系统对故障现象的容忍能力。容错技术的使用情况，对化工仪表改造和维护自动化控制技术运行过程中的可靠程度和安全保障有至关重要的影响。容错技术运行期间需要全面检测故障现象，通过容错装置明确出现故障的具体部位，然后借助自动化隔离方法减少故障现象造成的破坏和影响，从而最大限度保障化工仪表系统的运行效率。除此之外，容错技术还能够对自动化控制技术的故障现象做出精准的位置判定，高效地处理系统故障现象。

2.4总线控制技术

总线控制技术的开放性更加明显，并且充分体现出了更加智能、数字的特征，在化工领域发挥了重要的作用。总线控制系统近年来在化工企业得到了大量的使用，能够更加全面精准地控制化工企业的总线系统[8]。并且还可以借助总线控制技术对相关生产设备实现集中控制。总线控制技术需要借助现场总线以及局域网来达到控制的目的，其中局域网可以使各个计算机在网络中进行实时传输和信息分享。通过总线控制技术进行控制的过程中，可以更好地提升生产现场化工仪表测量的精准性，为调试工作开展提供良好基础。同时总线控制技术目前主要使用的是双向数字通信技术，也可以更好地保证系统可靠性和稳定程度。化工企业现场总线智能仪表方面一方面具备了基础的测量作用，另一方面还可以进行相应的控制和计算，能对各个分散的目标进行控制[9]。比如在生产现场借助一条总线能够串联数量更多的仪表，从而集中控制数量更多的仪表，有效控制电缆资源使用，也使相关程序进一步简化。

3 自动化控制技术在化工仪表的具体应用

3.1自动化控制压力仪表

压力测量仪表的主要作用是实时监测生产现场中的压力参数，减少生产过程中各种安全隐患的发生。从传统压力测量仪表的实际使用情况来看，经常伴随精确性不足的现象。在此背景下自动化控制压力仪表近年来在化工企业中逐步推广使用，其所具备的计算功能可以不断纠正化工生产过程中的测量参数，更好地减少测量结果偏差[10]。自动化控制压力仪表在实际使用期间需要动态测量作业环境中各种介质的压力，为最大限度减少出现的测量偏差现象，对于压力测量仪表型号的选择极其关键。具体来看，如果在测量原油压力时，由于黏度相对更高，对于自动化控制压力仪表的选择应该以隔膜式仪表为主，还可选择弹簧管压力仪表。以上提到的两种仪表有更好的测量准确性，大部分情况下可以减少测量误差现象，保证压力测量结果偏差维持在1.5～2.5之间。通过存在标准信号输出的压力仪表时，通常还可以与压力变速器进行配合使用。比如需要测量化工生产中的各种固体颗粒腐蚀介质时，可以选择法兰膜片式压力变速器，能够提高测量的准确性[11]。若化工生产期间伴随明显振动现象，此类情况下可以选择数字压力变动器。

3.2自动化液位控制仪表

自动化液位控制仪表应用在化工生产中主要是对原油或水体现阶段的液面高度进行精准测量，合理调整液面高度，从而减少作业环境中的安全隐患。随着自动化液位控制仪表的使用，使化工生产相关操作更加简便快捷。在自动化液位控制仪表中配备了更加完善的人机操作界面，便于相关人员快速进行各种操作和控制[12]。在人机界面中显示出自动化液位控制仪表的实际运行参数和状态，将操作目标划分为多个分组进行管理，能够更为精准地控制单一目标，相较于传统液位测量仪表控制效率得到明显提升。自动化液位控制仪表使用过程中，主要是借助人机界面完成各种控制，因此相关人员首先需要绘制出完整的模拟图。技术人员需要根据工艺标准制作出更加具体完善的模拟图，同时在人机界面交互中对信息分析、信息处理、参数预警等内容进行优化，保证人机界面符合化工生产的实际需求，提高保证自动化液位仪表实际运行效果，与化工生产液位检测要求相匹配，更好地保障化工生产中的安全性。

3.3自动化温度控制仪表

以往在化工行业所使用的传统温度仪表一般不存在相关刻度，比如常见的有热电阻温度仪和热电偶温度仪等。此类温度测量仪表的工作原理也有明显的差异。比如热电阻温度测量仪表主要是通过导热电阻来动态监测温度波动状态，可以呈现出温度变化的特点，并且在环境温度比较低的状态下，也能够比较精准地测量温度变化[13]。热电偶温度测量仪是借助热电效应这一机制来测量温度变化，和生产设备的节点温度以及导热材料使用情况有直接联系。膨胀式温度仪主要是根据物体热胀冷缩这一现象来监测温度变化，也比较容易受到液体凝固温度和液体汽化等现象干扰，部分情况下会存在温度测量结果偏差。辐射式温度测量仪一般在温度1000℃以上的高温环境中应用较多，该测量仪通过加热所产生的热辐射能够动态监测温度变化。伴随现阶段化工行业对温度检测要求的不断提高，自动化金属温度仪表得到了大量使用，可以更加精准地呈现出作业环境中的实际温度，将其和自动化控制技术进行结合，能够准确地测量化工生产现场-80℃～500℃的环境温度，将温度测量精准度控制在1.0级。但是如果作业环境温度在-80℃以下，或者无法直接进行接触时，则需要注意无法使用自动化金属温度测量仪。

3.4自动化控制计量测量仪表

计量和流量自动化仪表在化工生产作业中应用较多，自动化控制计量材料仪表的选择是否科学合理也会对数据准确性带来重要影响。比如针对气井产液量的计算中，目前主要采取容量式计量方法完成测量，该方法可以较好地解决气井产液稳定性不足、均匀性欠缺和各个气井之间液量存在差异的现象。如果气井产量比较稳定或者产量相对较低，通常可以选择容积式自动流量仪表或者涡轮自动流量仪表进行测量。其中容积式自动化仪表常见的又包括了腰轮式流量仪表、双转子仪表等。此类流量计量仪表可以对黏度较高的原油进行准确测量，并且在含有大量砂石、污水的原油中也可以保证测量结果的准确性。涡轮流量自动化仪表主要适用于质地较轻的原油中。总之，通过合理选择符合化工生产需求的自动化控制计量测量仪表，是包括生产效率的关键。

4 结语

综上所述，将自动化控制技术广泛应用于化工仪表领域，充分凸显了化工仪表智能化、信息化的特征，对提升化工仪表运行和控制效率有重要意义，也更好地保障化工生产质量，有助于促进化工企业持续健康发展。

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