仪器仪表与化工生产的自动控制

摘 要：随着经济与科技的发展，化工仪器仪表与信息控制结合的自动化生产，已经成为化工行业发展的主流，文章重点围绕仪器仪表的分类以及在化工生产的自动控制的实现，展开了论述。

1 仪器仪表分类及功能分析

随着科学技术的快速发展，化工生产逐渐朝着能够连续大规模的进行自动化生产的方向发展，为降低人工操作带来的误差以及提高整个化工生产效率，通过引进电子综合控制装置，并实现仪器仪表自动化，成为实现化工生产过程工艺参数监控、流程显示以及实现相关控制的主要途径，也是保证生产安全性、稳定性，实现最大经济效益的主要方法。

自动化仪表在化工生产过程中，取代了传统的人工操作测量与控制，是自动化化工生产过程中用于数据测量、分析与计算的一种辅助装置。按照不同的分类方式，可将仪表分为多种类别。例如，依照仪表对能源使用方式的不同，可将其分为气动、电动以及液动等仪器仪表；按照仪表的安装方式的不同，可分为盘装、现场、架装仪表等；按照生产过程中使用功能类别，可分为检测、显示、调节等功能仪器；按照仪器仪表自身功能特点，又可将其分为调节、物位压力、流量温度等仪表；按照不同的仪器仪表功能组合方式，可分为基地式、单元组合式、综合控制型等仪器。不论采用何种分类方式，仍然相互联系，无法单一而论，例如，流量检测仪表当中就包括压差变送器等。

不同的仪器具有不同的生产作用，其中，最常见的、使用最多的主要有检测类仪表、调节类仪表、执行类仪表以及传感器的集成化。

1.1 检测类仪表

检测类仪器仪表，主要是检测生产过程中的主要特征参数，如温度、压力、流量等，同时附带一定的控制与调节功能，依据相关的检测信号进行不同仪器仪表的选择使用，并对其进行主要参数数据的显示。

温度仪表，主要用来指示温度，防止生产过程因为温度控制失误而造成爆炸事故的发生，温度控制体现在化工生产的方方面面，在计算机技术的推动下，化工企业逐渐实现了用多点热电偶、防爆热电偶等替代了传统的接触式测量电偶、电阻，并且实现了一体化温度变送器等总线技术的应用。

流量仪表，主要用于实现化工生产流量控制，主要监控内容包括单位时间内通过有效截面的介质体积、质量等，并依据流量计算方法如溶剂法、速度法等，对流量体积进行计算测量。在流量仪器仪表实际生产使用中，体积测量与质量流量测量是其采用的主要方式。

压力仪表，是对化工生产过程中的相关设备压力情况进行动态监控，测量压力涵盖负压到300MPa等整个范围，压力测量原理主要分为弹性式、液柱式以及活塞式3 种，在实际使用过程中，要依据化工实际生产过程需要、介质类别以及压力作用方式等，选择不同的压力仪表，保证压力测量的准确。

1.2 调节类仪表

情况设定的标准值与仪器仪表在生产过程中实际采集到的测量参数，依据预定的逻辑对比分析方法，将处理结果信号由调节器输送到执行器中。此外，调节类仪器还包括对介质成分的直接分析与最终产品的合格性分析，对化工废料的环保性分析等，将计算机信息技术与检测调节仪器仪表相结合是实现化工过程自动化调节的必经之路。

1.3 执行类仪表

执行类仪表，也称为执行器，一般包括调节与执行两个结构。调节结构即调节器，是测量分析信号输出与执行器信号输入结构，执行仪表负责对化工生产过程中的输入输出情况进行动态控制，同时对监测结果参数与预定参数不符的工作参数进行修正调节。常见的执行类仪表是气动薄膜调节阀，在化工生产过程中与电气阀门定位器配合使用，实现改善调节阀性能的智能执行与调节功能。调节结构主要由阀体、阀芯、阀座以及上阀盖组成，调节阀的关键技术主要体现在其特性计算、标准制定以及测试验证等方面，因其种类繁多，在化工生产过程中作用关键，在调节阀的通用化、组合化以及标准化方面也受到了越来越多的重视。

1.4 新式传感器的研发及集成化

化工企业要想保证其在市场中的竞争性，就必须加大新式传感器的研发投入。通过对新技术手段的引入，结合精微数据的采集分析，实现多回路自动化系统的正常运行，是新型传感器研发并集成化的主要目标，同时也是提高工作效率，进行大数据分析的主要手段。此外，随着数字化技术的发展，采用微分、线性、非线性以及积分等计算方式，结合微型计算机技术并在综合控制装置集成运用中，实现自动化仪器仪表的更高层次发展与应用。

2 仪器仪表在化工生产自动控制中的应用

化工自动化生产控制，主要是指在化工生产与管理过程中降低人力资源的使用，通过自动化仪表等装置的使用，按照指定要求或者规律进行自动化控制化工生产的过程。随着国内电子计算机技术、多媒体技术的飞速发展，出现了新的功能复杂多样、精度较高的化工仪器仪表，例如新型数字仪表、智能化仪表等，为化工生产自动控制与发展提供了有力保障。依据生产过程中的综合需求，例如气动、电动过程模拟等生产环境与综合控制系统，建立适用于国内化工自动化发展的控制系统，促使国内化工行业形成一个综合的有机整体。

微电脑芯片的使用促使自动化仪器仪表体积的大幅度缩小，同时其可靠性、抗干扰性能力显著增强。通过对自动化仪表技术原理进行分析，深入了解其各项功能优势与劣势，能够推动国内自动化仪表的发展。

2.1 自动化仪表控制主要优势与功能

因嵌入式微技术芯片的使用，化工生产过程中自动化仪表控制的优势与功能主要体现在仪表具有可编程性、操作状态记忆性、精确稳定计算性与复杂数据处理性等4个方面。在自动化仪表的可编程性方面，计算机软件技术的发展使其能够替代传统繁复的逻辑电路，用软件的可编程性替代硬件逻辑，成为自动化仪表发展的新趋势，也是控制系统由硬件转向软件的革命性改变。例如，将位控特性丰富的接口芯片运用到控制电路中能够实现复杂的控制功能，再加上编程的易操作性，便可以实现存储控制类程序在主体中的使用，无需再使用传统的顺序控制。

在仪表操作状态记忆方面，传统的仪表只能对某一时刻的某个简单状态进行初级的操作记忆，一旦操作进入下一个状态，先前的所有仪表信息就会被取代或者自动消失，这主要是因为传统仪表采用了组合时序电路以及逻辑电路的缘故。计算机芯片的引入，能够实现对仪表运行状态的综合记忆，在持续通电的情况下，不仅可对相关操作与仪表信息进行长久保持，还能够实现对多种类别、多种状态的信息进行分类记忆，对信息处理过程进行重现等功能。

在精确稳定计算功能方面，同样由于微型计算机芯片的使用，强化了自动化仪表的计算特性，使得在化工生产过程各项环节中出现的数据能够得到快速的计算分析，在计算处理精度方面也较传统仪表有了大幅提高。例如，化工生产中经常会对某些常数进行加减乘除的运算，对某一仪器参数进行极限值的确定、检测、运算与比较等，并对相关的计算结果进行分析对比等，这些都是自动化仪表计算功能的优点所在。

在复杂数据处理方面，仪表测量过程中经常需要对测量结果、采集数据进行线性化处理、对计算分析结果进行自我检验、对工程数值与测量数值进行单位转换并进行稳定性、抗干扰性的数据分析，这些都是自动化仪表能够轻松运算的。微处理软件的不仅丰富了自动化仪表种类与功能，而且在很大程度上降低了硬件负担，实现了对测量环节的检索优化功能。

2.2 自动化仪表控制缺点及解决措施

自动化仪表因其拥有多种优势在国内发展迅速，但仍存在一定的缺点，产品转化能力较差，在自动化仪表模型的通用性能及集成性能方面存在明显的短板。自动化仪表目前所存在的缺点体现在仪器仪表的设计、施工安装与调试过程3个方面。不论是政府科研单位还是企业研发团队，在自动化仪表研发过程中，经常面临资金短缺的问题，从而导致研发的仪表技术水平低，在仪器仪表的计算能力、计算精度等方面参差不齐，市场的竞争能力差，即便是优质的仪器仪表，在施工安装与调试过程中，因缺乏专业的施工队伍而无法进行质量保证。

因此，依据自动化仪器仪表研发使用过程，可从仪表测量精度、降低测量复查、处理复杂数据与控制过程方面进行自动化仪表水平的提高。首先，提高自动化仪表控制中心的计算机芯片处理能力，借助其大存储与高运算速率，重复进行测量，提高测量数（下转第100页） CR＜0.1，即认为判断矩阵具有满意的一致性；否则应对判断矩阵重新做出适当调整，使之具有满意的一致性。具体程序及有关结果见表4、表5。

表5 城市管理信息化绩效评价各维度的权重

判断矩阵B通过了一致性检验接。接下来继续对判断矩阵C1、C2、C3、C4进行权重计算，得出他们的权重向量和最大特征根λ_max，结果表明，判断矩阵C1、C2、C3、C4 都通过了一致性检验。从而得出城市管理信息化绩效评价各维度的权重，见表5。

从表5可以直观的看出成本投入C13、管理信息化成熟度C11、数据库建设C1、公众信息化意识C5位于比较突出的位置，因此，这几项也是城市管理信息化下一步的工作重点，从而使城市管理信息化的绩效水平逐步提升。

4 结语

城市管理信息化，是城市信息化的重要组成部分，在城市信息化中起着先锋和带头作用，加快城市管理信息化，是实现资源高效配置、经济社会快速发展的必由之路。因此，要有客观全面的城市管理信息化评价指标体系，从而使城市管理信息化建设逐步实现规范化、科学化。本文在遵循全面性、科学性的原则上，构建了城市管理信息化绩效评价指标体系，采用层次分析法，分析了构成城市管理信息化绩效评估体系各个指标的重要程度，有利于深化城市管理改革，提高政府决策水平，完善城市管理公共服务，促进城市经济和社会的快速发展。