高科技之路高精度智能化淺析工業(yè)儀表發(fā)展趨勢儀器儀

智能化

    從工業(yè)，如要求速度更快、靈敏度更高、穩(wěn)定性更好、樣品量更少、檢測微損甚至無損、遙感遙測遙控更遠(yuǎn)距、使用更方便、成本更低廉、無污染等，自動化儀表的發(fā)展趨勢看，同時也為儀器儀表科技與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的推動力，智能化是其核心分，并成了儀器儀表進(jìn)一步發(fā)展的物質(zhì)、知識和技術(shù)基礎(chǔ)。尤其需要指出的是：近10年來，所謂智能化表現(xiàn)在其具有多種新功能。例如過去當(dāng)流量儀表需要進(jìn)行溫度，由于包括納米級的精密機(jī)械研究成果、分子層次的現(xiàn)代化學(xué)研究成果、基因?qū)哟蔚纳飳W(xué)研究成果、新型傳感器技術(shù)與智能化技術(shù)研究成果，壓力的補(bǔ)償時需要分別測量流量，以及高精密超性能特種功能材料研究成果和全球網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推廣應(yīng)用成果等在內(nèi)的批當(dāng)代最新科技成果的競相問世，溫度和壓力的三臺變送器，使得儀器儀表領(lǐng)域發(fā)生了根本性的變革――這些新成果，并且需要運算器來計算，不僅成了現(xiàn)代儀器儀表及其產(chǎn)業(yè)賴以生存與發(fā)展的土壤、基礎(chǔ)、支撐與動力，而現(xiàn)在一臺智能化的流量變送器就可以包攬這一任務(wù)；又如一臺智能化執(zhí)行器，而且還正在迅速改變儀器儀表的工作原理與本質(zhì)特征，由于具有多種的自診斷功能，并使其具備和擁有了傳統(tǒng)儀器儀表根本無法企及與實現(xiàn)的眾多的、全新的、超高的功能?？梢哉f，使維修預(yù)報成為可能。如當(dāng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥的閥桿行程累計超過一定長度時，現(xiàn)代儀器儀表產(chǎn)品已成為最具典型性的高科技產(chǎn)品。目前，就會發(fā)出信號通知維修人員進(jìn)行密封填料的更換；又當(dāng)閥門的動作過于頻繁時也可通知工作人員進(jìn)行干預(yù)，它不但已經(jīng)完全突破了傳統(tǒng)的光、機(jī)、電的框架，以免發(fā)生事故；當(dāng)用于具有腐蝕性介質(zhì)時，向著計算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多功能化的方向迅速發(fā)展，如超過一定流量及工作時間時，而且由于大量采用高新科學(xué)技術(shù)的研究成果、跨學(xué)科的綜合設(shè)計、高精尖的制造技術(shù)與嚴(yán)格科學(xué)的實際應(yīng)用，也能發(fā)出信號，因而使得它還正朝著更高速、更靈敏、更可靠、更簡捷地獲取被分析、檢測、控制對象全方位信息的方向闊步前進(jìn)。通過以上分析可以看出，以便及時更換，高科技化不但是現(xiàn)代儀器儀表的主要特征，因為絕不會發(fā)生腐蝕的材質(zhì)是沒有的。

    在工控方面，而且是振興儀表工業(yè)的必由之路，過去控制的算法，也是新世紀(jì)儀器儀表及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主流。伴隨現(xiàn)場總線的問世，只能由調(diào)節(jié)器或DCS來完成，過程測控儀表發(fā)展出現(xiàn)了重大轉(zhuǎn)折和難得機(jī)遇目前，如今一臺智能化的變送器或者執(zhí)行器，現(xiàn)場總線已成為全球自動化技術(shù)的熱點?，F(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場智能化儀表與控制室之間的一種、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)。它的產(chǎn)生，只要植入PID模塊，既是廣大用戶的實際需求和制造廠商間技術(shù)競爭的結(jié)果，就可以與有關(guān)的現(xiàn)場儀表在一起，在現(xiàn)場實現(xiàn)自主調(diào)節(jié)；從而實現(xiàn)控制的徹底分散，從而減輕了DCS主機(jī)的負(fù)擔(dān)，使調(diào)節(jié)更加及時，并提高了整個系統(tǒng)的可靠性。

    高精度化

    由于工業(yè)生產(chǎn)對成品質(zhì)量的要求日益提高，的政策和法令對節(jié)能減排也有具體的要求和規(guī)定，因此提高測量儀表與控制系統(tǒng)的精度就被提上了議事日程。例如變送器的精度，普遍從百分之零點七五提高到百分之零點零四。用于貿(mào)易交換計量的科氏質(zhì)量流量計，精度已達(dá)到百分之零點零五，分氣體超聲波流量計的準(zhǔn)確度已達(dá)到百分之零點五，同時新一代的DCS也以此作為一個重要的指標(biāo)。

    當(dāng)前一些新建的大型項目，在招標(biāo)時，對有關(guān)產(chǎn)品的精度已提出明確的要求。這既是一個門檻，也是一種對制造廠商的資源的要求。

    無線化

    現(xiàn)場總線本來是一種非常有前途的技術(shù)，理應(yīng)得到迅速的發(fā)展和推廣，但由于國際標(biāo)準(zhǔn)的過多，影響了推廣，例如第一代總線型的現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)已達(dá)到10多種，加上第二代的實時工業(yè)以太網(wǎng)，其國際標(biāo)準(zhǔn)可能會有20多種，而第三代的總線通信方案又在興起，而且各大跨國公司和有關(guān)組織都在制定各自的標(biāo)準(zhǔn)，目前知道的就有HART無線、ISA的SP100、IEC、還有艾默生、西門子等一些大公司都在制定各自的無線標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)過多，對用戶來講，實在不是一個好兆頭，用戶希望能夠通過努力，制訂出單一的國際的標(biāo)準(zhǔn)。

    工業(yè)生產(chǎn)要求高產(chǎn)，穩(wěn)定，優(yōu)質(zhì)，低耗，安全，環(huán)保。隨著生產(chǎn)規(guī)模越來越大，如火電機(jī)組已有100萬KW的超臨界機(jī)組；煉油企業(yè)達(dá)到了1000萬噸級，乙烯裝置也達(dá)到了100萬噸的規(guī)模，測量和控制的點數(shù)不斷增加，一般已達(dá)萬點以上。如果現(xiàn)場儀表能夠?qū)崿F(xiàn)通信無線化，電纜和維護(hù)的工人量都會大大減少，施工設(shè)計門和最終用戶都是會歡迎的，因此研發(fā)近距離，低功耗可靠的無線通信是當(dāng)前的一個亮點。

    安全儀表系統(tǒng)（SIS）

    隨著生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，一旦發(fā)生事故，不但在經(jīng)濟(jì)上會造成巨大的損失，而且人員傷亡和對環(huán)境的影響均非同小可，因此生產(chǎn)的安全問題日益受重視。

    目前，一些化工或石化企業(yè)的安全系統(tǒng)，如ESD緊急停車是由專門的PLC如TRICONES來負(fù)責(zé)管理，這樣企業(yè)的控制系統(tǒng)就由兩大分組成，即DCS與專門的PLC。

由于新型DCS的功能不斷擴(kuò)大，已經(jīng)有了安全儀表系統(tǒng)（SIS），因此也可以用一套具有SIS功能的DCS來統(tǒng)一管理，這樣業(yè)主當(dāng)然歡迎。但保險公司需要第三方的認(rèn)證，而認(rèn)證就要有量化的概念，因此IEC制定了標(biāo)準(zhǔn)，將安全等能分為四級。所謂SIL全名為安全完整性等級。根據(jù)目前的制造水平，變送器的安全等級僅為SIL2，若要滿足SIL3的要求，可采取冗余措施，至于DCS，目前一些大的DCS制造商都已通過了TUV認(rèn)證，達(dá)到了SIL3。按照目前的社會的生產(chǎn)水平，只要符合SIL3的標(biāo)準(zhǔn)就可以滿足化工及重石化行業(yè)的安全要求了。

    因此越來越多的儀表制造廠商使其產(chǎn)品具有SIS的功能，這是當(dāng)前的一個熱點。

    科學(xué)儀器的在線化

    隨著科技的進(jìn)步，科學(xué)儀器的結(jié)構(gòu)。日益簡化，體積縮小，重量減輕，操作也更方便，價格也逐步降低，而且能在工業(yè)條件下操作。因此在過去只能在實驗室內(nèi)進(jìn)行離線操作的科學(xué)儀器，現(xiàn)在可以在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行在線運行了。例如質(zhì)譜儀居武鋼的高爐上試用，用來分析爐頂煤氣的成分。從應(yīng)用的角度來看，這種儀器也可看成工業(yè)自動化儀表中的一員了。今后這種趨勢還會加速發(fā)展。

    新型儀表不斷涌現(xiàn)過去認(rèn)為不能檢測的禁區(qū)，現(xiàn)在有了突破。如二相流的測量已有產(chǎn)品處于實用階段，如德國SWR公司的微波氣，固二相流量計，英國SOLARTRON公司的DUALSTR-EAMMKI氣液二相流量計，美國MALFIAID公司的LP多相流量計等。而SWR公司的氣、固二相流量計已在武鋼高爐噴煤粉系統(tǒng)上試用。

    軟測量技術(shù)正在發(fā)展

    由于生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性：工業(yè)環(huán)境的惡劣性，使得有些重要的或者關(guān)鍵性的參數(shù)不能進(jìn)行直接測量，只能借助計算機(jī)技術(shù)，依靠其他相關(guān)能測得的參數(shù)進(jìn)行推導(dǎo)。用這樣間接測量的方法，有人稱之為虛擬儀表。

    實現(xiàn)軟測量技術(shù)的關(guān)鍵在于研發(fā)人員首先要了解工藝生產(chǎn)，熟悉工藝操作，同時還要掌握測量和計算機(jī)的技術(shù)，才能取得事半功倍的功效。

    MIV模式

    目前新建的一些大型石化裝置如乙烯項目都采用了MIV承包模式，所謂MIV就是主要儀表承包商。這種做法利于大型工程的，保證項目順利按時投產(chǎn)，如百萬噸級的乙烯項目，其下產(chǎn)品很多，一般有十幾個裝置，需要同時投產(chǎn)。否則誤工一天，就會有上億元的損失。為了便于管理，工程公司和企業(yè)都愿意這樣做。但這種模式也不是一成不變的，例如上海SECCO的乙烯裝置采用的是MIV，南海的CSPC乙烯項目采用的是MAC模式，福建的乙烯項目采用的是MICC，而獨山子乙烯則10套DCS由家公司總承包，2.5萬臺場儀表則由另一家公司承包。對于承包的儀表廠商來講這是一種增值的服務(wù)。作為MIV的公司也需要一定的資源質(zhì)，即除了能提供一定水平的DCS外，還要有較廣泛的，質(zhì)量過硬的現(xiàn)場儀表，而且還要熟悉工藝或有這個方面的業(yè)績。

    國內(nèi)的一些大型DCS制造廠，也應(yīng)向該方向努力。以上就是工業(yè)自動化儀表行業(yè)一些主要發(fā)展趨勢。隨著科技的發(fā)展，生產(chǎn)的進(jìn)步，還會有新的需求對發(fā)展的趨勢產(chǎn)生影響。

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