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智能化仪表在化工控制中的应用分析
时间:2017-11-21 14:40:47 作者:
智能化仪表在化工生产方面的作用是非常大的,它有效地推动了我国现代化建设事业的发展。随着现代化工业的快速发展,对自动化的控制系统提出了更高的要求,也就是对仪表的智能化提出了更高的要求[1]。目前化工企业的生产装置规模逐渐扩大,生产技术和工艺过程也日趋复杂,智能化仪表的使用可以有效地促进化工发展。
1 化工仪器仪表的发展历程和组成部分

1.1 化工仪器仪表的发展历程
经确认,化工仪器仪表大发展经历了3 个阶段。第一阶段的化工仪器仪表是指针式的,如弹簧压力表和动圈时温度显示仪等;第二阶段的化工仪器仪表主要是数字式的,主要在高精度和快速相应器上应用;第三阶段的化工仪器仪表就是智能化的了,它主要借助内置的单片计算机、微处理器来进行工作,通过通用接口把仪表和外部的微机联系起来,构成自动的测试系统[2],这种智能化仪表在化工仪表中得到了极为广泛的应用。
1.2 化工仪器仪表的组成
智能化仪表主要有两个部分组成,一个是硬件部分,一个是软件部分。其中, 这两个组成部分中的硬件部分又由4 个方面构成,软件部分由3 个部分构成。
1.2.1 硬件部分构成
构成硬件的第一个方面就是主机电路,主机电路的功能是对数据和与程序相关的信息进行有效地储存,将这些信息进行运用和处理后供仪表使用。主机电路有几个主要的组成部分,分别是随机存储器RAM、未处理器、计数电路、只读存储器ROM、输入输出接口。硬件构成的其他3个方面分别是输入和输出通道、人机联系的相关部件、接门电路和并行数据通信接口的构成以及申请数据通信接口的构成。输入模拟信号主要由模拟量输出/ 输入通道来完成,输出模拟量信号可以通过模拟量输出/ 输入通道进行。
操作者以及仪表之间的沟通和联系是人机联系部件的主要功能[3]。
1.2.2 软件部分构成
监控程序、中断处理程序和各种功能模块,是智能仪表软件的3 个组成部分。其中,监控程序的功能是对仪表中的各种命令进行有效地接收,并对软件中的相关操作和执行进行管理和协调。在人机联系部件的过程出现问题时,中断处理程序功能会提出相应的中断申请,在主机响应后,转到执行的操作任务,处理相应的任务。
2 智能化仪表的应用

2.1 在记忆功能方面的应用
传统仪表要进行记忆和信息的储存,就要通过采用逻辑电路和时序电路,信息没有记忆方面的功能,但是智能化仪表解决了传统仪表的这个缺点。智能化仪表在对计算机通电并进行操作以后,计算机就可以对信息进行存储保留。
2.2 在计算功能方面的应用
之前的仪表对数运输的精准度不太高,因为通常都是使用模拟电路来进行对数运输。一般情况下,模拟算法都会存在一定局限性,对数运输都不是很准确。但是自从智能化仪表运用数字电路控制,一些复杂和精确方面的运算都可以进行操作了。
2.3 在网络化功能方面的应用
想要完成各种不同形式的网络化测量,可以把一些不同任务的仪表和计算机联合起来,也可以让多个用户一块来进行监控。比如,在距离较远的两个地方,每个部门的技术和质量监控人员可以对统一生产运输进行检测控制,不需要亲自到达现场,他们可以更好地建立数据库,对数据进行收集[4]。
2.4 智能化仪表具有可编程性
所谓的硬件软化指的是计算机的软件进入仪表,取代大多数的硬件逻辑电路。将软件移到仪器仪表里,不仅可以简化硬件结构,还可以取代以往常规的逻辑电路。在对电路进行控制应用的过程中,软件的编程控制是一个相对比较复杂的过程,接口芯片位控特征还是比较简单的,但如果带上硬件的话,对定时电路和一个复杂功能的控制就会比较麻烦。
2.5 仪表能够有效地处理数据
测量中经常会遇到一些问题,如自检自校和抗干扰等,微处理器可以全面的对这些问题进行处理。微处理器不仅具有能够丰富处理的功能,还能减轻硬件的负担。装有微处理器的仪表,能够有效地减少误差,依靠限制干扰进一步提高精度。
3 智能自动化仪表的优越性

智能自动化仪表的优越性主要表现为以下几个方面。
3.1 智能化仪表功能丰富
1)记忆性强
与传统仪表相比,智能化仪表的记忆性更强。传统的仪表只能对一个时刻的简单状态进行记录,因其采用的是时序逻辑电路和组合逻辑电路,而智能化仪表内部运用的是随机存储器,因此智能化仪表不仅可以记忆前面的信息,也可以重现分析后期的信息。
2)可以编程
智能化仪表之所以具有可以编程的功能,是因为计算机软件引入了化工仪表。软件编程在执行功能比较复杂的控制过程时可以方便的实现控制,避免了对大量硬件的使用,借助编程可以取代大量硬件逻辑电路。
3)具有数据处理功能
智能化仪表比传统的化工仪表更具有优势,运用智能化仪表,可以有效地对测量过程中遇到的问题进行处理。
如测量过程中的线性化处理、自检自校和抗干扰问题,智能化仪表借助于软件和微处理器,可以方便地对以上问题进行解决。此外智能化仪表还可以快速地处理仪表的检测结果,其工作原理就是通过对大容量的计算机软盘进行借助,用遥控的方式在仪表中移入专家系统,完成优化检索的工作。因此,智能化仪表不仅可以发送简单的命令,还可以对数据进行处理运算。
3.2 智能化仪表具有更加强大的其他功能
1)具有对错误修正的功能
智能化仪表可以通过限制干扰来减少误差,因为其自身具有微处理器。一个比较典型的例子就是将相应的子程序加入到温度计电路中,这样可以修正对热电偶带来的非线性感应。
2)精度更高
智能化仪表的运用可以加快进行工作测量,想要对偶然误差进行排除,只要将最后的测量结果进行平均就可以,这样做还可以有效地提升测量精准度。智能化仪表内置了微型计算机,这种计算机的主频一般都在1MHz 以上,其中相应的主时钟周期也比1us 小,每条指令平均为4 个字节,执行时间一般都是十几us。如果把相应的A/D 用几十us 来进行转换,读取一个模拟量进入存储器的时间也不会大于1ms,1000 多次的测量在1 秒内就可以完成[5]。
3)可以实现复杂的控制功能
智能化仪表比传统的仪表更具有优势。因为其加入了微型计算机,所以一些在常规的硬件电路中不易实现的功能,在智能化仪表中能够更好的实现。例如为了对液相或是色相色谱仪中的复杂化学混合物进行色彩分离,对每一种化学成分的含量进行确定,就要对得到的波形进行分析。
在仪器输出时,电压随着时间的变化所得到的每个峰之下的面积会不好确定。这是因为基线的浮动,从而导致了峰与峰的重叠。如果可以借助智能化仪表,每个分峰的面积就可以更方便的被计算出来,还可以对相应的时间和面积进行打印。
3.3 智能自动化促进仪表网络化
通过网络自组织和自学习联想记忆功能或是自适应等可以把计算机和化工仪表连接在一起。想要区别不同时空条件和仪器仪表类别特征,可以通过数字万用表和示波器对Web 进行连接,再借助模式识别软件和因特网就可以了,这样做最终还可以对临界值做出不同的响应。以前应用的是传统的单独数据采集设备,现在可以用分布式数据采集系统代替传统的设备。分布式数据采集系统通过跨越因特网,可以实现对远程数据的采集和测量。想要高效地完成多种形式的任务要求,就需要借助网络化的智能测量环境,把不同的任务和不同类型的计算机、仪器仪表进行有机的联合。例如,想要日后便于对数据进行调用,可以把某个区域采集的数据进行传送,将数据传送到需要这些信息的部门和地方,再将这些数据进行拷贝,拷贝出来的数据信息送到相应的部门或是远方,由相应部门的数据库进行保管[6]。想要实现不同用户对同一过程的监控,可以利用化工仪表管理的网络化,比如在实际的操作中,各部门的主管领导人员、质量监控人员、工程技术人员等,可以在不同的地方监控各地,不仅有效避免了亲临现场的麻烦,还有利于对信息进行及时搜集和决策制定、规律分析。在网络化背景下一旦发现问题,就可以及时地商讨对策或是立即实现重新配置,从而可以尽快制定挽救措施[7]。

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