济南市 250101
摘要：我国自改革开放以来，工业生产规模日益扩大，各种大容量、高效率和高参数的新型设备越来越多地在工业生产中应用，我国的工业生产正以一种蓬勃发展的趋势迈向自动化时代。工业自动化水平的高低，是衡量一个国家科学水平与生产技术先进程度的重要标志之一。事实上，仪表和节能在工业生产的过程中是密不可分的。本文分析了工业自动化仪表的节能方式。
关键词：自动化仪表；工业；节能方式
工业自动化仪表的节能将会是传统工业节能措施的重要组成部分，因为仪表应用在工业生产的方方面面，它的能耗过大会给一个企业带来不小的压力。在石油化工过程中，由于仪表设备与流体的接触阻力和不恰当的仪表安装，每年会带来巨大的电力消费和能源消耗。因此，寻找新的节能方法来降低自动化仪表的能量消耗，是一个迫在眉睫且潜力巨大的课题。
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。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。
2工业自动化仪器仪表节能的方法
在化工生产过程中，由于仪器和液体直接接触会产生一定的阻力，由于这种阻力会加速能源消耗，并且阻力越大，消耗的能源越多。由于阻力不断加大，可能会使自动化仪表产生损坏或者失灵。由此可见，需要降低流体与仪表之间产生的阻力，这是实现节能降耗的关键。
2.1减小仪表和流体间的阻力
流体在流动时，一方面会造成仪表器壁的摩擦，另一方面，当流体经过仪表或阀门时，速度、方向的突变会产生较大的液接阻力，这些阻力不但增加了能量浪费，而且如果阻力持续过大，也会对仪表性能产生不良影响，导致仪表的不稳与失灵。仪表与流体间的阻力引起的能耗在仪表的总能耗里占的比重是比较高的，因此，尽可能地减小流体与仪表的液接阻力，将是降低总能耗的关键点。针对自动化仪表液接阻力的产生原理，可以通过下述方法实现仪表的节能：
2.1.1降低调节阀的阀阻比
调节阀的阀组比概念如下：当阀在全开状态时，压降与管路总压降之比被称作调节阀的阀组比，通常阀组比用S表示，根据以往的经验值可知，S通常不小于0.3，燃气阀S的取值一般在0.5以上，比例阀S的取值一般在0.3-0.5。阀门值S和能量损失成正比，通过降低阀组比S可以降低工业自动化仪表的能量损耗。
2.1.2增加节流装置的直径比
节流装置是流量中的关键部分之一，节流装置在各种流量监测装置中应用十分广泛。实际流体具有一定的黏度，当流体通过节流件时会产生一定的涡流，产生涡流时为了克服摩擦阻力会消耗部分能量，因而通过节流件之后液体的静压力会产生一定的损失，并且不能完全恢复，由于压力损失和直径比成反比，要想降低压力损失就必须增大直径比，利用这一原理可以降低能量损耗，从而实现节能减排的最终目的。但需要注意的是，直径比不能太大，否则也会造成不必要的电能浪费。
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2.2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。
2.3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。
2.4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。
3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。
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论文作者:陈庆江
论文发表刊物:《基层建设》2017年第29期
论文发表时间:2018/1/2
标签：阻力论文; 仪表论文; 节能论文; 流体论文; 调节器论文; 装置论文; 调节阀论文; 《基层建设》2017年第29期论文;