工业自动化仪表的节能方式探究 於琪

工业自动化仪表的节能方式探究於琪
摘要：一直以来，人们都比较重视工业自动化仪表的节能，不仅在先进技术、
优化工艺流程等方面应用节能，也将节能应用到仪表的使用过程中。

在使用过程
中仪表节能是很有挖掘潜力的。

工业自动化仪表是用来变换、存储、获取、传输、处理与分析信息，然后根据处理的结果，最终对工业生产过程实行了严格控制。

工业自动化仪表主要分为记录仪表、分析仪表、测温仪表、执行和控制仪表等几
大类。

随着高新技术的发展，工业自动化仪表也得到了很大的发展。

因此，加强
对工业自动化仪表的节能方法的探究，具有十分重要的意义。

关键词：工业自动化；仪表；节能方式
1 工业自动化仪表
工业自动化仪表通常由变送器、调节器及执行器构成，其简单的结构原理如
图1所示。

被控参数的数位，必须用各种变送器来检测；各种数学运算和逻辑判断，必须用各种调节器和逻辑运算器来进行；系统中的执行指令，则必须由各种
执行器来完成。

变送器是将各种工艺变量和电气信号转换成相应的统一标准信号，包括测量
部分（输入转换部分）、放大器和反馈部分。

变送器分为模拟变送器和数字变送器。

数字变送器由传感器部件和电子部件组成，其中电子部件由微处理器、A/D
转换器、D/A转换器、通信器件等组成。

调节器是接收偏差信号后，按照一定的运算规律输出控制信号，作用于被控
对象，以消除扰动对被控变量的影响，从而使被控变量回到给定值上来。

调节器
分为模拟调节器和数字调节器。

模拟调节器采用模拟技术，以运算放大器等模拟
器件为基本部件。

模拟式控制器所传送的信号形式为连续的模拟信号，其基本结
构包括比较环节、反馈环节放大器等。

比较环节：将被控变量的测量值与设定值
进行比较得到偏差。

电动控制器是在输入电路中进行电压或电流信号的比较。

反
馈环节：控制器的PID控制规律是通过反馈环节进行的。

输出的电信号通过电阻
和电容构成的无源网络反馈到输入端。

放大器：放大器实质上是一个稳态增益很
大的比例环节。

在电动控制器中可采用高增益的集成运算放大器。

数字调节器包
括主机电路、过程输入通道、过程输出通道、人机联系部分和通信部件等。

图1 工业自动化简单控制系统
2 自动化仪表的节能方法
2.1 使用新型交流变频调速装置
变频调速技术是一种以改变电机频率来达到电机调速目的的技术，其基本原
理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f(1－s)/p（式中n，f，s，p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数），通过改变电动机
工作电源频率达到改变电机转速的目的。

该技术主要具备以下优势：调速比均匀
并且调节的范围很大，调速过高发生的概率较低，提高了运行效率，并且降低了
调节阀的使用成本；需要的启动电流较小，不会因为电流较大而对系统造成冲击，显著节省了用电量；具有安装阻力小、占用空间小、装置体积小等优点，显著降
低了安装和调试过程中的能耗；电动机运行过程中保持低转差率，可以显著降低
转子损耗。

将交流变频器与原有的调节器、截止阀并用的方法可知，使用交流变
频器可以减少1/3的电量损失，节能效果较好。

此外，在应用交流变频器时，机
组的运载负荷可以显著降低，降低机组故障的发生率，确保机组的长久运行，相
应地降低维修成本的投入。

由此可知，新型交流变频调速器的应用可以降低仪表
的能耗，它的应用范围将逐步扩大替代旧有的工作设备。

2.2 低压损或无压损的仪表的使用
节流装置应用于流量测量高于百分之七十的，但是这样会对能源的节约产生
不利影响，因为压损过大。

伴随着公众节能环保意识的不断提升，人们逐渐开始
重视和普遍关注低压损或无压损的仪表。

尤其是近些年来，旋涡流量计、笛形均
速管流量计等在工业生产过程中表现出了显著的优势。

特别是笛形均速管流量计，即阿牛巴流量计，由于安装使用方便、造价低廉、压损微小等特点，受到了广泛
的欢迎。

笛形均速管流量计与孔板流量计相比较，虽然两者的工作原理基本相同，但是前者比后者的节能效果更加明显。

在通常情况下，在对同一流量进行测量时，笛形均速管流量计产生的差压还不到孔板流量计的百分之五，产生的压损仅仅只
有孔板流量计的五十分之一。

由此可以得出结论，笛形均速管流量计的永久压损
和孔板流量计相比是极为微小，甚至可以是忽略不计的，一般笛形均速管流量计
连续能量消耗，和节流孔板相比，可减少至少百分之九十五。

2.3 减小仪表和流体间的阻力
2.3.1 降低调节阀的阀组比
阀组比是调节阀全开时前后压差与系统总压差的比值，也叫压降比，在调节
阀实际的使用过程中，必须使调节阀具有一定的压差，才能保证调节阀有一定的
可调比。

但是，由能耗与阀组比的关系可知，阀组比越大，其损失的能量就越高。

依据此原理，可以在保证调节阀正常工作的前提下，适当减小其阀组比，可以有
效降低机组和泵的用电量。

这种方法已经逐步在工业生产中应用，是一种比较绿
色的节能方式。

2.3.2 适当扩大节流装置的直径比
节流装置是流量计中最为重要、也是用途最广泛的一个分支，它包括文丘里管、楔形流量计等，在工业中起着非常大的作用。

由于流体存在一定的黏度，因此，流体通过节流装置时，其中的部分能量会在摩擦阻力和节流装置形成的漩涡
中损耗，因此会产生一定的压力损失。

由直径比与压力损失的关系可知，压力损
失随着节流装置直径比的增加而减小，因此，可以在一定范围内尽量扩大节流设
备的直径比从而降低压损，实现设备的节能。

当然，其直径比也不可过大，否则
会使得节流装置由于压力过大而损毁。

2.4 合理布局调节阀的安装位置
一般来说，调节阀要尽量安装在换热器的前面，如此一来，调节阀产生的压
力损失可以在一定程度上减小物料进入换热器的压力，从而降低物料的汽化温度，温度的降低则进一步节省了能量消耗。

另外，仪表安装不合理会对整个生产装置
的体系平衡、热量交换、物料分配等方面产生不利的影响，甚至导致危险事故的
发生，因此，合理布局调节阀的安装位置，会使整个装置设备的空间得到充分的
利用，在控制热量散失、减小物料浪费、保障系统安全等方面也起着重要作用。

结语
随着信息化时代的到来，越来越多的高新技术也随之快速发展，例如网络技术、计算机技术、自动化仪表等，因此工业自动化仪表技术也得到了不断更新，
领域不断拓宽，能源节约问题也逐渐被人们广泛关注。

节约能源直接决定着国家
经济健康发展的大局，也与企业自身发展有着密切的联系。

我们要加强对工业自
动化仪表的节能方法的探究，通过更新工业自动化仪表的使用方法和技术，大大
节约能耗，提高企业的经济效益。

参考文献
[1]张健.浅谈生物化工业企业中自动化仪表的节能措施[J].科技与创
新,2016,(19):136.
[2]张衷维.石化企业仪表节能管理方法与探究[J].石化技术,2016,23(09):205.
作者简介
於琪，1982-，毕业于安徽工业大学，现从事EMS、仪控、设备管理技术工作。