化工自动化仪表的发展与应用浅析

　　摘要：化工自动化仪表在化工生产过程中的应用，自动完成了对生产工艺参数进行检测、显示、记录、控制或数据处理的工作，保证了化工生产过程的安全、正常和高效。化工仪表是实现化工生产过程自动化最直观的“核心”部分。
　　关键词：化工自动化，生产控制，化工仪表，仪表分类
　　一、引言
　　化学工业是当今社会工业中最重要的工业之一，它是创造价值经济的重要组成部分，它直接影响国计民生与国民经济的其他部门密切相关。化工生产过程往往是在密闭的容器和设备中，在高压、真空、高温、深冷的情况下连续进行，以及不少介质具有毒、易燃、易爆、腐蚀的性质，存在对人体和环境造成损害的危险。因此，为了响应科学发展观“以人为本”的号召，为使化工生产正常地、高效地进行，就必须把各项工艺参数维持在某一最佳范围之内，并尽量使生产过程自动化，而这些数据的控制和维持，最直观的就是化工生产自动化仪表的部分。
　　化工生产过程自动化(简称化工自动化)属自动化控制的理论范畴，其主要设计理念源于传统的化工设备与自动化控制技术的有机结合，其主要优点体现在提高了作业的速度与精度，自动化程度的提高降低了过重的人力成本，并在此基础上提高了处理复杂问题的能力。而化工仪表作为化工自动化的“核心”，其主要功用是：在生产过程中，对工艺参数进行检测、显示、记录或控制；化工仪表能在无人操作的情况下自动地完成测量任务，记录和控制等工作；化工仪表还可实现信息远距离传送和数据处理。自动化仪表功能的实现能保证化工生产过程得以顺利实施，提高生产效率，降低生产消耗，提高产品的合格率。因此，化工自动化控制是一门综合性的技术学科，综合利用计算机技术开发自动控制仪表，更是计算机应用理论在化学工程领域中的有效实践。该学科是广大科研院所、职业院校重点研究的主要目标，具有广阔的发展前景和很强的科学研究价值。下面就从化工生产的实践应用出发，简单地对化工自动化控制仪表作一些分析。
　　二、化工仪表概述及分类
　　自动化仪表分类方法很多，根据不同原则可以进行相应的分类。例如按仪表所使用的能源分类，可以分为气动仪表、电动仪表和液动仪表(很少见)；按仪表组合形式，可以分为基地式仪表、单元组合仪表和综合控制装置；按仪表安装形式，可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表；随着微处理机的蓬勃发展，根据仪表有否引入微处理机(器)又可分为自动化仪表与非自动化仪表。根据仪表信号的形式可分为模拟仪表和数字仪表等等。仪表覆盖面比较广，任何一种分类方法均不能将所有仪表分门别类地划分得井井有序，它们中间互有渗透，彼此沟通。例如变送器具有多种功能，温度变送器可以划归温度检测仪表，差压变送器可以划归流量检测仪表，压力变送器可以划归压检测仪表，若用兀压法测液位可以划归物位检测仪表，但都很难确切划归哪一类，中外单元组合仪表中的计算和辅助单元也很难归并。
　　三、化工仪表的发展趋势
　　化工仪表及自动化，最早出现在四十年代，那时的仪表体积大、精度低。六十年代后期，随着半导体和集成电路的进一步发展，自动化仪表便向着小体积、高效能的方向迅速发展并实现了用计算机处理数据。七十年代以来，仪表和自动化技术又有了迅猛的发展，新技术、新产品层出不穷，多功能组装式仪表也投入使用，特别是微机的发展在化工自动化技术领域发挥了巨大的作用。1975年首先出现了以微处理器为基础的过程控制仪表——DCS和PLC控制系统，把自动化技术推到了一个更高的水平。电子技术、计算机技术的发展，也促进了常规仪表的发展，新型的数字仪表、智能仪表、程序控制器、调节器等也不断投入使用。现在我国大、中、小型化工企业依据不同的生产实际和需求，气动仪表、电动仪表、模拟仪表、数字仪表以及各种自动化仪表和计算机都在使用，形成了电气结合、数模共存、取长补短、协同发展的局面。它们构成的各种自动化控制系统极大地推动着现代化建设事业，没有现代化的自动装置，也就没有现代化的化工生产。
　　解放前我国没有仪表制造业，新中国成立以后，在中国共产党的领导下，随着社会主义事业的蓬勃发展和科学技术的不断进步，我国的仪表工业，从无到有从小到大，得到了突飞猛进的发展，并且标准化水平得到了迅速提升。我国在五十年代出现了采用0.2～1.0kgf/cm2统一气压信号的气动仪表，接着又出现了采用4－20cm的直流信号的电动仪表，从而实现了集中控制，并使仪表体积大为缩小，可靠性和精度也有很大提高。五、六十年代以后，特别是六十年代后半期，随着半导体和集成电路的进一步发展，自动化仪表便向着小体积、高性能的方向迅速发展并实现了用计算机作数据处理的各种自动化方案。
　　随着现代化工生产向大规模、高效率、连续生产和综合利用方向的迅速发展，人工监控操作越来越不能适应生产的要求。因此，为满足不断发展的现代化工生产，需要开发一类不仅能迅速、准确地监测工艺参数，而且能迅速地进行工况分析、判断、作出操作决策并通过有效执行机构实现生产自动化的自控装置。于是一大批自动化装置应运而生，它们就是各种检测元件、变送器、调节器、执行器，以及其他各种有关的装置等。自动化装置在生产的工艺设备上和操作中，起到“眼”、“脑”、“手”的作用，它们与生产设备一起构成了各种各样的自动化控制系统。七十年代以来，仪表和自动化技术又有了迅猛的发展，新技术、新产品层出不穷，气动II型、III型仪表、电动II型、III型仪表相继投入使用，多功能组装式仪表也投入运行，特别是微型计算机的发展在化工自动化技术工具中发挥了巨大作用。1975年出现了以微处理器为基础的过程控制仪表———集中分散型控制系统，把自动化技术推到了一个更高的水平。
　　四、化工自动化控制仪表的技术介绍
　　现代化工自动化控制仪表主要特点是采用先进的微电脑芯片及技术，减小了体积，并提高了可靠性及抗干扰性能。其主要功能如下：
　　1.仪表有了可编程功能。计算机的软件进入仪表后，可以代替大量的硬件逻辑电路。特别是在控制电路中应用一些接口芯片的位控特性进行一个复杂功能的控制。其软件编程很简单，而如果带之以硬件，就需要一大套控制和定时电路。所以将计算机软件置入仪器仪表可以极大地简化硬件的结构，取消常规的巡回电路，使产品设计更加紧凑合理。
　　2.仪表有了计算功能。由于自动化仪表内装有微型计算机，因此可以进行许多复杂的计算。在自动化仪表中可以经常进行诸如乘除一个常数，确定极大和极小值等多项复杂的运算和比较。
　　3.仪表有了记忆功能。由于仪表内的微型计算机配置的随机存储器具有保存记忆的功能，既可以记忆前一状态信息，又可以一直保存记忆并且可以同时记忆许多状态信息，然后进行重现或处理，使仪表的记忆功能不受断电的影响。这项功能是传统仪表所不具备的。
　　4.仪表有了数据处理的功能。自动化仪表可以轻松地处理在测量过程当中遇到的线性化处理，自检自校，测量值与工程值的转换以及抗干扰等项技术问题。这样在增加了自动化仪表的处理功能的同时，有效地减轻了硬件的负担。
　　总之随着化工自动化技术应用的日益深入及应用范围与规模的不断扩大，使仪表实现高速、高效、多功能、高机动灵活等性能，我国的化工仪器仪表产业的发展水平必将快速迈向更高阶段，而化工自动化仪表的应用也将发挥其不可估量的作用。

《化工自动化仪表的发展与应用浅析》

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