自动化仪表的技术特点及维护

Abstract： The automation instrumentation operating on line in Honglin Branch is surveyed and analyzed． In accordance with the technical features of modern automation instrumentation and the actual situation in Honglin Branch，the model selection，installation and maintenance of instruments， the impact and the role in promoting of technological process on instrumentation， and how to well maintain automation instrumentation are investigated． Aiming at the practical situation of each kind of instrument， the optimum method is proposed，i． e． ， for kernel and critical instruments，the proactive maintenance based on reliability is adopted； while for general instrumentation scheduled maintenance is used． Good effects are obtained in practice． Keywords： Intelligent instrument Model selection of instruments Instrument installation Instrument maintenance DSP
自动化仪表的技术特点及维护
刘燕江
自动化仪表的技术特点及维护
Technical Features and Maintenance of Automation Instrumentation
刘燕江
（ 云南云天化国际化工股分有限公司红磷分公司 ， 云南 开远 661600 ） 要： 对红磷分公司在线运行的自动化仪表进行了调查分析 ， 并结合现代自动化仪表的技术特点与红磷分公司的实际情况 ， 对仪
修改稿收到日期 ： 2012 － 04 － 05 。 1996 年毕业于云南工业大学生产过程自 作者刘燕江 （ 1974 － ） ， 男， DCS 系统应用研究 。 动化专业， 工程师； 主要从事自动化仪表 、
《自动化仪表》 第 34 卷第 4 期 2013 年 4 月
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自动化仪表的技术特点及维护 1． 3． 2 温度类仪表
［2 ］
2． 2
智能与数字化
［1 ］ 以美国德州仪器公司提出的“DSPS ” 概念为例 ，
其以 DSP 芯 片 为 核 心 ， 配 合 先 进 的 混 合 信 号 电 路、 ASIC 电路、 元件及开发工具等进行系统设计 。 仪表进 PC 技术融合 ， 一步与微处理器 、 采用大量超大规模集 成的新器件 、 表面贴装技术 、 多层线路板印刷 、 圆片规 模集成和多芯片模块等新工艺 ， 使多媒体技术 、 模糊控 制、 人工神经元网络等新技术在现代仪表中得到广泛 的应用 。智能仪表具有完善的自诊断 、 自校正等功能 。
。
3． 2
正确的安装与防护
有了好的仪表选型 ， 如果安装不正确 ， 再先进的仪
［5 ］
表也不能发挥其应有的功能与作用 ， 甚至损坏仪表
。
由于安 装 不 合 理 导 致 仪 表 损 坏 的 典 型 例 子 莫 过 于 18 万 t / a磷铵装置进管式反应器的料浆陶瓷衬里电磁 3303 ， 流量计 FT其安装位置示意图如图 1 所示 。
2． 3
网络及总线化
随着计算机 、 网络和通信技术的发展 ， 网络已突破
了传统通信方式的时空和地域限制 ， 进入了生产及生 活的各个方面 。网络化 、 总线化
［1 ］
仪表作为网络中独
测控信息可在网络上传输或跨越网络组成 立的节点 ， 远程在线 、 实时测控系统 。 与传统仪表相比 ， 网络化 、 总线化仪表具有节约大量的现场布线 、 全数字化 、 开放 性与互操作性好 、 抗干扰能力强 、 系统扩充及维护方便
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PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vol. 34 No. 4 April 2013
自动化仪表的技术特点及维护 新型仪表的选用应先在一定的范围内试用 ， 取得可靠 的数据后再逐步推广 。 实践证明选对仪表才能用好 、 维护好仪表
［4 ］
刘燕江
热传导方式到达流量计 ， 只是速度、 幅度没有直接的方 式大 ， 而管道热胀冷缩产生的应力仍无法克服 ， 事实上 以前已损坏过 ， 只是没有此次的突出与集中 ， 所以认为 “正常 ” 3303 的安装位置改到图 1 中 损坏 。 把 FT是 A 点后 ， 同型号的流量计已正常运行三年多 。 此外 ， 仪表的防水、 防振 、 防砸等措施也不容忽视 。
刘燕江 通用性和互换性 。
K（ 镍 首先是温度传感器 ， 主要有 Pt100 的热电阻 、 铬镍硅 ） 分度和 S（ 铂铑 10铂） 分度的热电偶 ， 测温原 热电偶的毫伏电势随温度变化而 理为热电阻的阻值 、 变化 ， 但不论是热电阻还是热电偶 ， 其热电特性是非线 性的 。热电偶与二次仪表的连线需要专用的补偿导 温度测量覆盖范围为 － 150 ～ 1 600 ℃ 。此外 ， 还有 线， 部分现场显示的双金属温度计 。温度类仪表是第二大 类仪表 。 1． 3． 3 流量类仪表 流量类仪表主要有 ： 电磁流量计 ； 流体振荡类流量 计， 如涡街 、 旋涡 ； 差压流量计 ， 通过节流元件如标准孔 V 锥、 板、 喷嘴 、 阿纽巴 、 弯管 、 皮托巴等取得与流量相 对应的差压 ， 通过流量变送器及补偿算法得到流量 ； 科 热质式质量流量计 ； 超声波流量计等 。以电磁流 氏力 、 量计为例 ， 测量口径覆盖范围为 DN10 ～ 1 000 、 量程为 0 ～ 1 500 m3 / h 。由于流量计直接安装在工艺管道上 ， 因此 ， 其受工艺条件如温度 、 压力 、 流速等因素的影响 大， 在实际应用中也是争议较多的仪表 。 从世界范围 来看 ， 流量计是使用比制造难得多的少数仪表之一 “流量仪表 ” 。 皮带秤 、 给料机可归为 表 。此外 ， 1． 3． 4 物 （ 液 ） 位仪表 物 （ 液） 位仪表主要有差压式液位计 、 超声波及雷 达液位计 、 同位素液位计 ， 是第四大类仪表 。 1． 3． 5 分析仪表 尾气及环境可燃性 、 毒 气体分析仪主要用于过程 、 分析原理有红外线 、 热导式 、 催化燃 性气体含量分析 ， 烧式 、 电化学式等 。液体分析仪主要分析过程液体的 pH 值 、 电导率 、 酸浓度等 。分析仪表是第五大类仪表 ， 是需要精心维护的仪表 。 1． 3． 6 磁阀 。 1． 3． 7 其他仪表 如自动定量包装秤 、 喷码机等。 执行器 执行器主要是气动调节阀及由仪表专业负责的电
2． 5
调试 PC 化
某些仪表如罗斯蒙特 5600 系列的雷达液位计 ， 则
须借助 PC 及专用软件组成的平台 ， 在实际使用条件 下完成调试 ， 才能发挥其应有的功能 。
3
3． 1
自动化仪表的维护
合理的仪表选型
仪表的服务对象是工艺及设备 ， 而不同的工艺及
设备对仪表有着不同的测量重点及要求 。合理选型的 首要条件是对工艺流程 、 操作范围、 介质特性的准确把 握 ； 其次是对具体安装位置的电磁 、 振动 、 腐蚀等因素 对不同工作原理的仪表可能造成的影响评估 ； 再次是 熟知各种仪表的工作原理 、 技术特点 、 适用范围 ， 熟悉 国内外主要仪表厂商的仪表性能及技术优势 ， 并具有 在不同过程条件下的应用经验 。此外 ， 还要从可靠性 、 稳定性 、 长期性和经济性等方面进行综合考虑 ， 作出最 优化的选型 。一般来说 ， 应选技术成熟可靠的产品， 对
［3 ］ 。“网络就是仪表 ” 等优点 的概念确切地概括了这
，
一特点 。
是第三大类仪表 ， 是类型 、 工作原理 、 技术最复杂的仪
Fra Baidu bibliotek
2． 4
应用参数化
对一台已完成机械安装 、 电缆连接和通电的电磁
流量计而言 ， 其投用也非常简单 ， 只需要通过面板使用 触摸屏或是手持式智能终端 ， 按照菜单提示进行 按键 、 对话式的设定操作 （ 一般只需要设置仪表位号 、 测量 单位 、 测量管口径 、 量程 4 个基本参数 ） 就可以正常投 用， 其过程仅几分钟 。
2
2． 1
现代自动化仪表的技术特点
高精度与宽量程比
现代仪表利用微处理器及其软件技术 ， 实时检测
压力 、 温度等变化对检测元件的影响 ， 并在线实时补 偿， 使其测量的精度高 ， 如在公司普遍应用的 3051 压 力变送器精度为 0． 075% 、 量程比为 100∶ 1 。 宽量程比 即仪表测量范围宽 ， 可减少变送器的规格 ， 增强仪表的
1． 3
公司仪表概况
目前 ， 公司在线运行的自动化仪表约 7 000 余台 件， 其中 ， 智能仪表约 4 000 余台件； 80 万 t / a 硫酸主 装置采用现场总线仪表 ； 全公司的核心仪表 （ 影响装 置开停 ） 约为 400 台件 ， 关键仪表 （ 影响工艺操作 、 指 标控制 ） 约 1 200 台件 。 1． 3． 1 压力类仪表 压力类仪表主要是压力变送器、 压力开关、 现场压力 表， 是第一大类仪表， 测量覆盖范围为 － 0． 1 ～ 60 MPa。此 外， 压力变送器也应用于差压式液位测量及流量测量。
3． 3
合理的备件
合理的备件有利于正常的运行维护 ， 备件量大会
造成资金的积压 ， 而备件不足则会影响生产的运行 。 由于仪表故障具有一定的突发性和偶然性且基本不具 有可维修性 ， 因此面对数量 、 型号 、 规格众多的仪表 ， 应 该做好合理的备件 。 备件的需求主要来自 4 个方面 ： ① 进入寿命晚期， 故障增多需要更换 ； ② 选型不当或实际的工艺磨损 ； ③ 非正常或不可抗拒力导致的损坏 ； ④ 非计划增加的 测量点 。因此 ， 主要的备件量应以前面所述 4 点的需 求作为基准 。 优化仪表备件应从以下几个方面着手 ： ① 仪表选 型时除考虑综合的性价比外 ， 还需要进行规划统一 ， 减 少型号及厂家 ， 同一系列的仪表部件应具有通用性和 杜绝非正常性 互换性 ； ②强化仪表的日常维护与管理 ， 对故障仪表进行分类处 损坏 ； ③ 极积开展修旧利废， 理， 清理出正常的部件 ， 测试后按正常备件进行管理 ； ④ 对新增测量点 ， 要严格审批 ， 可要可不要的就不要 ， 必须要的就一定要用好 ； ⑤ 核心仪表必须有备件且必 须完好 。
为工业自动化仪表与控制系统 、 科学仪器 、 电子与电工 医疗仪器 、 各类专用仪器 、 传感器与仪器仪表元 测量 、 器件及材料 6 个大类
［1 ］
。
1． 2
自动化仪表的作用
化工生产过程控制主要围绕压力 、 温度 、 流量 、 液 位及成分 5 大参数进行 ， 而这些参数的测量与控制是 由自动化仪表 、 控制系统及执行器等组成的“自动化 完成的， 其作用相当于人的眼 、 耳、 神经系统 、 大 系统 ” 脑及手脚 。
摘
工艺专业对仪表的影响和促进作用以及如何做好自动化仪表维护等方面进行了探讨 。 针对各类仪表的实际情 表的选型 / 安装 / 维护、 况， 提出了对核心仪表、 关键仪表采用以可靠性为中心的主动性维护 ， 而对一般性仪表则采用事后维护的优化方式。 这些方式在实践 中取得了良好的维护效果。 关键词： 智能仪表 中图分类号： TP273 仪表选型 仪表安装 仪表维护 DSP 文献标志码： A
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引言
云南云天化国际化工股份有限公司红磷分公司是
1
1． 1
公司自动化仪表概况
仪器仪表的分类
按照应用领域和自身技术特点 ， 仪器仪表大致分
39 万 t 磷酸 、 8 万 t 合成 目前具有年产 117 万 t 硫酸 、 45 万 t 磷铵及 30 万 t 复合肥生产能力的磷复肥企 氨、 业。多年来红磷分公司紧跟自动化技术的发展趋势 ， 选用先进的自动化仪表及系统 ， 为生产自动化及信息 化奠定了坚实的基础 。 目前， 公司形成了以合成氨 、 硫酸为代表的长周期 运行 ， 以磷酸 、 磷铵为代表的周期性清堵 、 检修的生产 装置 ， 数千台仪表以网状 、 节点的形式遍布于生产的各 个角落 ， 把生产数据测量转换后汇集于以 PC 为平台 的操作控制及信息层面上 。目前公司生产信息化已初 步实现 。 自动化仪表在公司生产中的作用越来越重要且不 。“核心 ” 可代替 仪表故障往往会造成装置的非计划 性紧急停车 ， 给安全生产带来隐患 ， 而仅“核心 ” 仪表 如何有效维护好自动化仪表 ， 满 就有数百台件 。因此 ， 足工艺生产的需要是我们亟待探讨的课题 。