王科

摘 要 文章針對自動化儀表的相關概念以及其分類進行了介紹，通過對DCS系統(tǒng)以及主線系統(tǒng)的發(fā)展進行了分析和展望，對于把握天然氣領域中儀表自動化的發(fā)展方向有著積極意義。

關鍵詞 天然氣；儀表；自動化；發(fā)展

中圖分類號：F407 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0114-01

在天然氣工業(yè)環(huán)境中，儀表是必不可少的重要工具。隨著工業(yè)自動化技術的不斷發(fā)展和向前推進，儀表自動化系統(tǒng)在天然氣的生產(chǎn)和加工領域也扮演著越來越重要的角色。縱觀儀表自動化的發(fā)展過程，存在其必然的規(guī)律性以及客觀性，并且毋庸置疑，如果能夠對這種發(fā)展進程以及其內在規(guī)律進行把握，必然對于當前天然氣環(huán)境中的儀表自動化需求能夠有一個更好的把握和理解，也必然能夠以一種更為積極的態(tài)度推動儀表自動化發(fā)展的進程，最終實現(xiàn)對于天然氣工業(yè)的推動。

1 自動化儀表的主要分類

在天然氣的生產(chǎn)和加工領域中，所涉及到的自動化儀表數(shù)量眾多。這種伴隨著天然氣工業(yè)一同發(fā)展的儀表系統(tǒng)，從一開始就得到了廣泛關注。在天然氣的開采以及加工領域中，經(jīng)常會涉及到諸如高溫高壓環(huán)境，或者環(huán)境中存在對人體有害的成分等，對于工作在這中環(huán)境下的儀表，通常無法采取直接監(jiān)控的方式獲取讀數(shù)，因此需要通過遠程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，將儀表讀數(shù)實時傳達給控制人員。從這個角度上看，儀表應當能夠實現(xiàn)良好的自我控制，這是天然氣生產(chǎn)領域對于儀表本身自動化提出的要求。與此同時，為了能夠針對天然氣生產(chǎn)和加工環(huán)境實現(xiàn)更好的控制，推動整個油氣田生產(chǎn)環(huán)境的安全水平提升，就需要進一步加大對于整個生產(chǎn)過程中諸多方面數(shù)據(jù)的深入分析，借以獲取到更為有價值的、系統(tǒng)性的信息。然而在天然氣生產(chǎn)領域中，所涉及到的數(shù)據(jù)量龐雜，如果單純依靠工作人員的指令在進行處理，很難獲取到及時有效的信息，針對此種狀況，必然要求自動化技術的參與，只有建立起較為完善的自動化數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)，才能及時有效地獲取到整個天然氣生產(chǎn)系統(tǒng)中諸多數(shù)據(jù)所包含的內在價值。

從儀表的功能角度看，可以將天然氣領域中的測量儀表大概劃分為幾個種類，即壓力計量儀表、溫度計量儀表、物位計量儀表以及流量/流速計量儀表。壓力計量儀表是工業(yè)環(huán)境中最為常用的儀表，不僅僅對于天然氣的生產(chǎn)領域，在其他工業(yè)環(huán)境中同樣至關重要。依照測試原理還可以將壓力表分為壓力傳送器、壓力傳感器等，其自動化表現(xiàn)在能夠通過壓力的調節(jié)系統(tǒng)將采樣到的信號傳輸?shù)娇刂菩酒?，借以實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理。溫度計量儀表的作用在于監(jiān)控天然氣生產(chǎn)領域中各個環(huán)節(jié)的溫度，主要存在價值在于避免溫度環(huán)境超過物質本身的安全界限，而引發(fā)物質產(chǎn)生某種反應。曾經(jīng)多采用熱電阻來實現(xiàn)對于溫度的計量，近年來隨著相關技術的不斷完善和發(fā)展，集成度較高的溫控智能系統(tǒng)能夠通過總線技術將熱電阻信號直接傳輸?shù)竭_數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，便于實現(xiàn)信息的深入加工和處理。而對于物位計量儀表而言，其工作重點在于實現(xiàn)原料或產(chǎn)品的液面位置測量，在天然氣以及石油領域中，對于處于傳輸過程中的物料液面測量也均采用此種計量設備，用以確保物料狀態(tài)以及相關容器的安全狀況。最后是流量/流速計量儀表，主要用于實現(xiàn)對單位時間內流經(jīng)有效截面的流體質量或體積以及流速進行計量，在某些環(huán)境下還會要求實現(xiàn)對于累計數(shù)值的統(tǒng)計。

2 天然氣領域中儀表自動化的發(fā)展

當前天然氣工業(yè)領域中，儀表自動化占據(jù)了重要地位，其發(fā)展也同樣受到了多個方面的共同關注。如何更好地發(fā)掘天然氣領域本身對于儀表自動化體系的切實要求，并且把握當前技術發(fā)展特征，及時跟進，成為了整個天然氣生產(chǎn)行業(yè)對于儀表自動化的關注焦點。

就目前的狀況看，儀表的分布式控制系統(tǒng)（DCS，Distributed Control System）以及總線控制系統(tǒng)成為了代表儀表自動化發(fā)展水平的重要標志，因此一直以來的儀表自動化發(fā)展狀況，也有必要以此作為重要線索予以展開。

從DCS的發(fā)展角度看，逐漸走向開放的發(fā)展方向已經(jīng)日趨明朗。這種在集中式控制系統(tǒng)的基礎上發(fā)展演變而來的計算機控制系統(tǒng)，對于天然氣生產(chǎn)領域而言尤為適用，其作為一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術，其基本思想是幫助有效實現(xiàn)分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便等相關控制職能。傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)在發(fā)展的過程中，逐漸呈現(xiàn)出對于數(shù)據(jù)接收和處理能力無法滿足實際需求的特征，并且在現(xiàn)場信號的監(jiān)測與傳送方面也呈現(xiàn)出一定的不適應。以數(shù)據(jù)量為例，20世紀60年代的天然氣工業(yè)I/O點僅為500左右，而到了90年代就已經(jīng)增加到50000點，并且隨著信息技術的不斷融入，數(shù)據(jù)量仍然呈現(xiàn)出顯著增加趨勢，這其中也不乏諸多基于儀表工作和儀表保護而形成的流媒體數(shù)據(jù)。而在信號的傳輸方面，傳統(tǒng)的模擬信號必然會被淘汰，精度低并且難以實現(xiàn)自我校驗與診斷，此外還無法實現(xiàn)雙向傳送，對于實時控制無法有效實現(xiàn)，因此已經(jīng)被數(shù)字信號所代替。當前的DCS系統(tǒng)開始呈現(xiàn)出顯著的開放特征，以霍尼維爾的TPS（Total Plant Solution System）為例，從根本上看是通過企業(yè)內部往來將諸多控制組件以及總線連接在一起，從而實現(xiàn)功能和組件等多方面良好的延展性。當前天然氣工業(yè)環(huán)境中，以總線作為基礎的DCS系統(tǒng)逐步成熟，無論從軟件還是從硬件角度看都表現(xiàn)出良好插件特征，控制效果上也日趨完善。

而對于總線的發(fā)展而言，現(xiàn)場總線以及因此而衍生出的現(xiàn)場總線智能儀表控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當前熱點，作為連接諸多智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡，其存在和成熟狀況直接關系到天然氣以及其他工業(yè)領域的工作狀態(tài)。當前的現(xiàn)場總線在可靠性和標準化方面都表現(xiàn)良好，這進一步為其可維護奠定了基礎，并且也是整個自動化儀表系統(tǒng)開放性的首要依據(jù)。與此同時，標準化程度的不斷提升，首先對于硬件的敷設和維護成本會大大降低，其次對于相關工作人員的專業(yè)技能培養(yǎng)也同樣大有裨益。這些優(yōu)勢都會幫助成為推動總線機制進一步成長的重要動力，并且決定著相關技術未來發(fā)展的主體方向。

3 結論

隨著我國經(jīng)濟的不斷的發(fā)展，相關技術也在不斷演進。儀表自動化作為諸多生產(chǎn)技術中的一個重點，一直以來在天然氣生產(chǎn)領域都發(fā)揮著至關重要的作用，其地位不容忽視。針對這一技術體系，相關工作人員應當在充分認識天然氣環(huán)境需求特征的前提之下，切實展開技術研究，以技術發(fā)展，推動最終的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并且促進我國經(jīng)濟整體進步。

參考文獻

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