工业自动化仪表的节能方式探究栾希斌

工业自动化仪表的节能方式探究栾希斌

栾希斌

（内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司内蒙古赤峰025350）

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。

执行器是由执行机构和调节机构组成，执行机构产生推力或位移的装置，调节机构直接改变能量或物料输送量的装置，通常称调节阀。执行器分成电动执行器（角行程和直行程）、气动执行器（薄膜式和活塞式）、液动执行器，液动执行器的电液伺服控制系统如图2所示。

2工业自动化仪器仪表节能的方法

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使用压力损失较低的自动化仪表

流体在装置中形成死水区或漩涡区、流体黏度过大等因素会造成压力损失，压损会浪费巨大的能量，如果压损过大则会干扰整个生产系统的正常运行，因此，探索低压力损失的仪表显得十分必要。低压损智能涡街流量计、笛形均速管流量计的快速发展打破了仪器仪表在使用过程中必出现大的压损的现象，进一步节约了能耗。尤其是作为技术前沿的旋涡流量计，有着其他传统流量计所不具备的优点：运行功耗极低，不需要随时更换电池，从而极大地节省了电力消耗；内部无机械传动构件，减小了机械摩擦，在降低功率的同时，更换和维修频率大大降低。总的来说，随着高新技术的进步，这些低压力损失的自动化仪表普遍具备良好的性能和极低的能耗，并且安装也相当方便，广泛应用于煤炭、钢铁、石油等高能耗行业，一定程度上带动了企业向低能耗方向的转型。

2.3减小仪表和流体间的阻力

在工业生产过程中，由于工业自动化仪表是与流体直接接触的，从而产生阻力，而阻力的存在就会产生不必要的能耗，同时阻力越大，能耗也就越高。因此我们要在管道的各种阻力件中，使用流量计和调节阀，这种方法在对流体产生的阻力中占有很大的一部分。目前，我们要想最大限度减少接液仪表的阻力，就必须要采取一系列措施，主要有：①增大节流装置的直径比。节流装置的应用在各种流量测量装置中是最为广泛的，尤其是在石油化工行业中，节流装置的应用几乎达到一半以上.实际上，流体具有一定的粘性，因此当流体流经节流装置的时候，一部分能量用来消耗在节能装置上形成的漩祸，还要克服摩擦阻力，因此，通过节流装置以后，液体的静压力就会有相当大的损失，同时还不能完全恢复。由此可知，直径比与压力损是成反比的，直径比越大，压力损就越小，节能也就越好。②减低调节阀的阀阻比。调节阀的阀阻比是指在阀全开的状态下，压降与管路总压降之比，常以s表示。损失在阀上的能量与s值是成正比关系的。根据以往的经验可以知道，s值一般不低于0.3，而阀阻比的选值范围通常在0.3和0.5之间，气体的阀阻比则相对较高，通常在0.5以上。在石化生产中应用十分广泛的措施就是控制调节阀，实施流量的功能，通过减低阀阻比值，最终大大降低应用过程中产生的机泵电力消耗。

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

由于当前的信息技术、计算机技术及自动化技术的发展十分迅速，因此，工业自动化仪表技术的应用领域也将不断扩大，其性能也将不断提升。由于当前能源节约已经成为我国的基本国策，因此，也要重视自动化仪表的节能研究，快速更新工业自动化仪表的使用方法和技术，不断提高降低企业的能源损耗，提高企业的经济效益。

参考文献：

[1]朱庆.工业自动化仪表节能方法探析[J].石油石化节能，2014，（09）：34-35.

[2]吴立国.原油提馏装置工艺过程用能分析[D].大庆石油学院，2003.

[3]王永初.工业自动化仪表在电机节能控制系统中的应用[J].自动化仪表，1985，（05）：1-4+45-46.