王 博

（北京石油化工工程有限公司西安分公司，陕西西安 710075）

化工仪表是对化工生产中产品及生产设备情况进行检测信息显示的装置，化工生产自动化体系中应用自动化仪表进行信息收集能够为自动化控制逻辑单元提供全面的信息，而后对相应生产阶段设备发出指令反馈，能够有效提升化工生产的针对性与科学性。自动化仪表在未来会积极融合当前先进的人工智能技术，提升仪表运行的智能化水平，为化工企业生产向着智能化控制方向发展提供基础条件。

1 化工仪表及其自动化系统的发展历程

在过去的化工生产中，传统化工生产仪表的数量相对较少，且运行结构也相对简单，操作也比较简便，它们的运行操作也通常由生产技术人员来执行。从20世纪中叶开始，科技迅猛发展，自动化控制技术发生了质的飞跃，在电学与自动化技术有效融合的技术背景下，自动化控制仪表应运而生，在我国当前的化工生产中测量控制仪表以及相应的自动化控制系统已经得到了非常广泛的应用。

化工生产的环境特殊，很多设备中的化学反应过程都要在高温高压等苛刻条件下进行，如果环境控制不好不仅会影响化工产品的质量，还可能发生生产安全事故，因此针对这些设备安装自动化运行、精确的自动化仪表是非常有必要的。将自动化技术与化工仪表结合起来能够有效提升仪表运行的可靠性，并能够对设备运行情况、设备内部环境参数信息进行有效捕捉，为自动化控制系统的运行提供有效参数依据。将仪表采集的化工生产信息传输给逻辑处理器可以为控制动作装置下达科学指令，对生产设备控制阀门进行开闭，以保证化工生产环境符合要求。

在进入21世纪之后，化工生产的综合性以及产品高质量性要求越来越高，为了保证化工生产的效果，对生产装置进行有效优化，化工生产设备的控制点越来越高，工艺控制精度要求也在不断升高。自动化控制系统的结构,实现了模块化与集成化发展，而自动化仪表在其中扮演着重要角色。

2 化工仪表的主要种类

2.1 温度测量仪表

化学工业生产是一项利用化学反应过程进行物质生产的生产项目，化学反应通常要在一定的环境中进行，通常化工生产的温度非常特殊，部分化工反应要在-200～1800℃进行，为了保证化工生产的有序进行，就要对化工生产设备中的温度进行控制，具体测量装置就是温度测量仪表。热点偶和热电阻仪表是一种常用的温度测量仪表，当前先进的自动化仪表是在采用总线技术、搭载了电子信息技术的技术环境下运行的，它可以有效获得温度信息，温度采集系统能够将所采集的温度信息传输给自动化系统中，为设备内部保持符合生产需求提供保障。

2.2 压力测量仪表

这种仪表就是对设备内部运行压力的状态信息进行采集，在化工生产中，设备内部压力是一种非常重要的变量，压力的变化会直接影响化工生产的产品纯度。在具体化工生产中通常要针对压力设备使用专用压力仪表，压力仪表通常融合了压力传感器与特种压力表等装置，为了保证化工生产中压力仪表的运行安全，这种仪表通常具有抗腐蚀及抗高压的性能。

2.3 物力测量仪表

化工生产中原料的使用情况影响着生产质量，为了对原材料使用情况进行有力控制，需要对各种物力信息进行监测，而物力测量仪表通常包括波雷达仪表、浮力式仪表等，这些自动化仪表当中，相对来讲测量精度较高的波雷达仪表，它能够帮助化工生产人员更好地对物料用量进行有力控制，进而保证化工生产的有序推进。

2.4 流量测量仪表

这种仪表的测量对象是化工生产过程中管道及设备中的流量，流量对于各生产环节的化工生产中各种物料的配比情况有较大影响，因此测量流量是非常重要的化工生产控制依据，流量速度测量及流量容积测量是流量测量的重要工作，主要的测量仪器有浮子流量计以及电磁测量计。

3 化工自动化仪表的主要控制功能分析

3.1 自动化系统可编辑功能

当前的化工仪表在实现自动化功能方面通常是结合了电子控制软件以及仪表电子电路设计技术，新型自动化控制仪表的控制模块一般采用可编程的控制模块，它为自动化仪表操作与控制提供了灵活编程能力，为逻辑单元的控制灵活性优化提供了保证。

3.2 仪表记忆功能

记忆功能是一种结合了信息自动保存技术的自动化控制系统功能，传统化工生产中的仪表通常利用逻辑电路与时序电路共同实现仪表的信息记录，但是这种模式存在较为明显的缺陷，因为这种模式在进行信息记录的过程中，出现下段信息记录后会直接覆盖上段信息记录，因此无法对信息进行追溯、总结。而在化工仪表结合了自动化与信息化技术后，仪表内部搭载了小型信息模块，它可以对仪表产生的随机记忆信息进行有效存储，不仅避免了信息丢失，还能够防止信息被篡改。并且当前的化工仪表还增加了逻辑运算模块，这样就能够实现仪表信息的极值运算等功能。

3.3 化工仪表具有数据处理能力

在当前的化工生产中，信息数据会以非常快的速度生成，而这些信息的运算与分析，是化工仪表科学调整的依据，当前的自动化化工仪表就具有较高的信息运算功能，化工仪表能够对所获取的信息进行线性化处理，例如对化工装置信息进行校正等，采用数据处理技术的化工仪表不仅能够对化工生产信息进行记录，还能够提升仪表设备的信息采集精准性。

4 化工测控技术向智能化方向发展的趋势分析

4.1 未来化工自动化测控仪表发展智能化的趋势

数字化测量以及智能化数据分析处理、控制能力可靠性评估是当前各领域实现精准自动化控制及计量工作的基础，而科学的传感器是实现数字化测量的前提，因此数字化传感器是当前业界关注的重点。DSP 数字处理电路以及信息微处理器技术都在不断发展，为化工检测仪表当中的传感器优化以及智能传感器的研发提供了助力。

智能传感器是一种能够实现精确测量、测量效果稳定且搭载了高性能微控制器技术的先进智能传感器。它利用数字化技术将传统传感器转化为具有抗干扰能力以及响应时间短的，并且可以实现数据有效性分析功能的智能化传感器，这种传感器的运行优势是不容小觑的。在化工生产中智能传感器的优势也是非常明显的，因为传统传感器是不能对某种化工产品的质量全指标进行快速测量的，但是搭载了多种信息化技术、集成了智能诊断与自我学习功能模块的智能化传感器则可以以非常快的速度直接进行化工产品质量参数的测量，并对一些具有函数关系的数据进行综合分析，而后结合自身具有的神经网络技术构建数学分析模型，从而对化工产品质量进行分析与定性。当前自动化技术领域已经与智能化技术进行了融合，智能化传感器也已经集成了数字电极以及智能称重等高新技术模块，传感器功能十分强大。而自动化控制系统中的执行器则是根据所接收的逻辑控制器下达的控制指令进行被控对象控制响应，比如对被控介质流量进行调节，进而将被控变量调整到符合化工生产需求的范围内，因此执行器就是自动化系统当中非常重要的结构。化工生产过程中用到的执行器主要有控制阀门、变频器等，目前行业已使用的智能型执行器有智能型控制阀。智能型控制阀采用总线和微处理器技术，配合精密机械结构，能够在控制阀内实现流量特性修改、阀门正反作用修改、调整PID 算法、非线性补偿、运行状态监测、阀门故障诊断、故障安全位置锁定等一系列功能。采用离散式微处理器运算控制，分担了需DCS 提供的控制运算，并可与DCS 分享运行数据，具有更高的灵活性、可靠性。智能型测控仪表具备数字和模拟两种输出组网方式，其故障诊断预警和智能维护功能的实现，为工厂节省了运行成本、减少了检修维护时间，确保了生产安全高效。

4.2 自动化控制系统的智能化发展趋势

智能化数据分析，主动式维护保养控制系统是整个工厂的核心，负责现场检测数据采集、运算，再通过对现场执行单元的调节控制，是整个生产装置的大脑。而随着现代通信技术、计算机网络技术及现场总线控制技术的飞速发展，自带微处理器的智能传感器和智能执行器的大量应用，分担了大多数需要传统控制系统的运算处理，控制系统也由直接面对现场测控仪表的生产控制演变成工厂数据处理中心，负责与现场测控仪表处理器的数据共享、运行数据信息化、工艺方案优化、故障预警和主动式维护保养等，形成以智能型控制系统为数据处理核心、测控功能下放的分工协作网络模式。

4.3 安全仪表系统的冗余和仲裁技术发展

预防事故发生，主动消除事故、或降低事故损失化工生产规模化后，安全已成为生产的重中之重。根据应急管理部〔2009〕116号令有关15种危险工艺（安监总管三〔2013〕3号补充为18种）及实施措施，要求设置安全仪表系统SIS。安全仪表系统以IEC61508作为基础标准，遵循国际安全协会规定。包括检测单元、控制单元和执行单元以容错的多重冗余结构，提高故障裕度，保证了单一硬件故障不会导致系统安全功能丧失。通过自诊断功能，发现并预防潜在的危险，防止事故的发生，降低事故带来的危害及其影响。安全仪表系统基于自身硬件多重冗余架构，在将来相当长的时间内，会继续为大型化工装置的安全保驾护航。未来随着冗余型智能型测控仪表的进一步发展、在已满足功能安全的情况下，集中式的安全仪表系统也许会被更直接面对工艺生产装置的离散型冗余智能型测控仪表取代。

5 结束语

总之，在我国化工行业迅猛发展的今天，自动化控制技术得到了广泛应用，自动化仪表作为自动化体系中的重要装置，在未来与智能化技术融合的趋势非常明显，智能化传感器以及自诊断功能模块等的应用可以为自动化仪表精确性与运行可靠性优化提供更大助力。化工生产中运行自动化仪表时要做好运维与管理工作，保证仪表运行的效果，进而为化工生产的有效推进提供保障。