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。
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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
论文作者:於琪
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/13
标签：流量计论文; 节能论文; 调节器论文; 仪表论文; 调节阀论文; 装置论文; 工业自动化仪表论文; 《电力设备》2017年第30期论文;