1、电气及自动化仪表在工业控制过程中的应用 吴欣懋 重庆化工设计研究院有限公司 摘 要： 工业过程控制智能化是时代发展的方向, 也是行业未来的客观需求。在石油化工、医药等生产领域, 人们在建设、改造生产过程中的电气和自控设备时, 都在设法提升其整体自动化水平, 从而提升工作效率。自动化往往离不开电气及自动化仪表, 通过自控仪表可实现数据的远程监控, 通过电气设备执行必要的回馈动作, 将二者结合起来应用于工业过程控制中, 便可显著提升自动化水平, 对其应用进行探究有利于技术的推广和发展。关键词： 电气设备; 自动化仪表; 过程控制; 应用; 作者简介：吴欣懋 (1985-) , 男, 工程师, 研究
2、方向:电气和自控仪表。1 前言自动化仪表和电气设备可以看作是人的眼睛和手脚, 仪表将现场信息以可视的方式上传到上位机控制器, 再由控制器根据预编程序下达命令至电气设备处, 最终由各种电气自动化设备完成所需要动作, 从而实现过程控制自动化。自动化仪表和电气设备是整个控制系统的基础。常见的自动化仪表和电气设备包括温度仪表、压力仪表、流量仪表、智能型电动机保护器、智能操作显示终端等。2 电气设备和自动化仪表概述2.1 电气设备概述电气设备包括电力系统中的发/输电设备、电机保护设备、电力监控设备等, 在过程控制中, 电气设备主要包括:电动机、变频搅拌器、电加热器等。现代工业生产过程对各种电气设备的智能
3、化要求将越来越高。2.2 自动化仪表概述自动化仪表主要指各种温度仪表、压力仪表、液位仪表等, 同时各种智能电力仪表 (如:智能电力多功能仪表) 也属于自动化仪表范畴。自动化仪表、电气设备及上位机控制器组成了一个完整的自控系统回路。常见的自动化仪表应用包括火电厂的温度监测、污水处理工厂的流量监测、锅炉压力监测等, 这些监测行为除最基本的显示功能外, 还可将数据上传至上位机控制器进行信号处理、报警、联锁等, 最终由控制器发令给各执行器 (电气设备) 以完成自动控制的功能。3 电气设备和自动化仪表在工业控制过程中的应用3.1 电气设备和自动化仪表在工业控制过程中的设计原理传统的工业过程主要是人工操作
4、, 现代工业为了加强安全生产并提高效率, 遂引入了各种自动化仪表和电气设备。工控过程自动化的设计原理主要有四点: (1) 充分了解生产环境; (2) 设备具有较高的智能化水平; (3) 可实现远程操作; (4) 便于维护管理。对生产环境的了解是应用自动化仪表和电气设备的基础, 如某工厂锅炉的荷载通常情况下均在额定最大荷载之下, 但按需要提高其荷载时, 控制设定的安全数值也应等比例的提高, 若简单的设定为最大额定荷载, 轻则造成资源浪费, 重则造成工况不稳甚至发生生产事故。设备智能化主要体现在四个方面, 测量、监控、调节、处理。仍以锅炉为例, 测量指仪表可实时检测锅炉状态;监测是指锅炉状态可在上
5、位机上实时观察到;调节指设备拥有自动跟踪调整以适应实际需求;处理指上位机发现锅炉出现问题时通过下达必要指令至电气设备终端, 进行应急处理以使人员及时进行后续工作。如:监测到锅炉液位偏低时, 通过仪表发送信号至计算机, 再通过计算机发出相应指令至电气设备电控柜以启动锅炉补水泵等, 同时相关参数如电流信号、故障状态等可在上位机上进行追溯。远程操作是智能设备的突出优势, 远程控制的目的是根据需求随时进行必要调节, 比如设备端设定的安全负荷为锅炉额定负荷的 60%, 但实际生产时需要锅炉提供更多的动力以达到额定负荷的 70%, 该项调节工作便可由计算机远程操作实现, 通过程序数值的修改完成。便于管理是
6、指所用电气设备和自动化仪表以智能技术为支撑, 以默认的设定程序作为工作依据, 无需过度依赖人工操作, 只要程序设定合理、计算机软硬件性能正常, 便可持续工作, 管理上实现基本无人化。当热, 设备应用还应注意定期的维护和管理。以上四个原则是自动化仪表和电气设备在工业过程控制中应用的基本雏形, 也是在后续工作时应注意的内容。3.2 测量环节的实际应用测量是自动化仪表的基础功能, 在进行目标数据测量时, 仪表可以将所得的测量值保存下来以便于后续统计工作的开展进行1。3.3 监测环节的实际应用监测是控制工作的中心环节之一, 是指在应用了带自动化仪表和智能电气设备的控制系统后, 实际应用中系统对控制目标
7、进行的实时监测。这种监测是伴随整个工作全程同步的, 工作停止后, 监测也同时停止, 如:锅炉液位的监测、电机转速的监测、电动机故障状态的监测等。以净水厂的净化系统作为监控对象为例, 净水过程包括进水、净化、出水三个基本环节, 中间还包括过滤、沉淀等, 就进水工作而言, 通常需通过设置流量仪的方式了解进水量, 由于进水工作往往是长期、持续的, 人员不可能随时在进水口进行测量和观察, 而且人员测量和观察也存在明显的误差, 自动化流量仪从而有了使用的基础需求, 将流量计、上位机控制器 (PLC、工控机等) 、执行器 (电动阀、电控柜、泵等) 应用于流量监控过程中, 当进水流量在合理范围内时, 流量计
8、正常作业, 当进水量过大或者过小时, 流量计会发出信号至上位机, 信号经上位机处理后发出指令至阀门或电控柜处, 从而可实现流量超限关阀、停泵等自控控制和调节的动作。并以此保证了相关过程安全、高效的运作。需要注意的是, 在实际应用中, 可以将记录功能添加到监测工作中, 即对全天的监测内容进行记录, 该数据可以作为相关人员后续工作的有效支持, 比如总进水量和总净化水量的比值等。3.4 执行环节的实际应用执行环节是控制的核心环节, 该环节是衡量工业过程自动化执行结果的关键一步, 是指在自控过程中对发令器指令的最终执行和动作。该环节功能的实现依赖于自动化执行仪表 (如:电动阀) 和电气设备 (电控柜等
9、) 的联合工作。仍以净水厂的净水系统为例, 当该系统的工作无异常时, 控制设备只进行正常的监测工作, 如果该水厂由于外部设备损坏等因素, 会造成大量水流涌入, 放任水流蔓延, 可能造成净化效果下降甚至设备、生产环境破坏, 应用智能控制系统则可以避免该情况, 当流量仪监测到水流量变化后, 首先会发出警报, 如果水流量持续增大, 超过安全值, 则流量计会将这一情况反馈给控制系统中央处理器, 处理器再向执行器 (泵、阀等) 下达指令, 从而可进行进水口封闭、停泵、开启备用水池蓄水等操作, 避免净化系统非正常工作或水流蔓延带来的破坏2。3.5 保护环节的实际应用保护环节是建立在监测和执行两个环节基础上
10、的, 是指在监测对象发生异常时, 对其进行保护防止其过限动作等产生不可逆转的损失, 该项工作也包括对控制系统本身的保护。以电力设备的控制系统为例, 工业生产中很多时候会应用到大型电力设备, 比如铸造厂的退火炉, 在进行电加热作业时, 由于设备功率大, 产生的电流也是较大的, 如果超过安全电流则会造成设备、加工部件损坏等问题, 同样, 如果设备出现短路, 也会带来不良影响。传统模式下, 对退火炉的控制依赖人工和旧式设备, 存在着一定的落后性, 对瞬间电流等也无法及时把控、处理, 应用智能设备可以避免上述情况。在退火炉工作时, 智能电流表随时监测其工作情况, 尤其是较大交流, 如果某一瞬间由于意外
11、因素等造成瞬时电流急剧增大, 电流表可以将该情况在一瞬间反馈给控制系统中央处理器, 处理器将指令下达给电气设备, 根据默认的设定程序, 电气设备立即切断电源, 从而避免了退火炉、加工部件以及控制系统受到破坏3。类似的处理原则在压力控制系统、流量控制系统、温度控制系统等自动化控制系统中也是十分常见的, 比如火电厂的温度控制系统, 当异常情况发生时, 也会采取相应措施保证生产的安全。4 结束语电气设备和自动化仪表在工业控制过程中往往是同时出现、联合工作的, 连接两类设备的是智能模块的中央处理器, 随着工业设备越来越专业化、精细化, 工业生产对安全越来越重视, 智能控制成为工业发展的一大特色, 在进行系统设计时, 需注意了解生产环境、保证设备性能和智能化水平, 同时确保可以进行远程操作和控制, 使其更好的应用于控制工作。参考文献1朱耿.电气自动化控制设备可靠性测试研究J.工程技术研究, 2016, (8) :115. 2张婷婷.电气自动化控制设备的可靠性探析J.工程技术研究, 2017, (4) :109-110. 3郝隆杰.刍议电气自动化控制技术在工业生产中的应用J.电子技术与软件工程, 2015, 17:141.
