工業自動化儀表的節能方式探究

王猛

摘要：由于科學技術的發展，工業自動化儀表在我國的工業制造領域的作用十分重要。當前全球范圍內能源問題備受關注，因此工業自動化儀表的能耗問題也成為企業關注的焦點。文章分析了工業自動化儀表的簡單結構，并闡述了3種工業自動化儀表的節能方法，以降低工業自動化儀表在應用中的能耗。

關鍵詞：自動化儀表；工業；節能方式

我國自改革開放以來，工業生產規模日益擴大，各種大容量、高效率和高參數的新型設備越來越多地在工業生產中應用，我國的工業生產正以一種蓬勃發展的趨勢邁向自動化時代。工業自動化水平的高低，是衡量一個國家科學水平與生產技術先進程度的重要標志之一。事實上，儀表和節能在工業生產的過程中是密不可分的。

1.工業自動化儀表

工業自動化儀表通常由變送器、調節器及執行器構成，其簡單的結構原理如圖1所示。被控參數的數位，必須用各種變送器來檢測；各種數學運算和邏輯判斷，必須用各種調節器和邏輯運算器來進行；系統中的執行指令，則必須由各種執行器來完成。

變送器是將各種工藝變量和電氣信號轉換成相應的統一標準信號，包括測量部分（輸入轉換部分）、放大器和反饋部分。變送器分為模擬變送器和數字變送器。數字變送器由傳感器部件和電子部件組成，其中電子部件由微處理器、A/D轉換器、D/A轉換器、通信器件等組成。

調節器是接收偏差信號后，按照一定的運算規律輸出控制信號，作用于被控對象，以消除擾動對被控變量的影響，從而使被控變量回到給定值上來。調節器分為模擬調節器和數字調節器。模擬調節器采用模擬技術，以運算放大器等模擬器件為基本部件。模擬式控制器所傳送的信號形式為連續的模擬信號，其基本結構包括比較環節、反饋環節放大器等。比較環節：將被控變量的測量值與設定值進行比較得到偏差。電動控制器是在輸入電路中進行電壓或電流信號的比較。反饋環節：控制器的PID控制規律是通過反饋環節進行的。輸出的電信號通過電阻和電容構成的無源網絡反饋到輸入端。放大器：放大器實質上是一個穩態增益很大的比例環節。在電動控制器中可采用高增益的集成運算放大器。數字調節器包括主機電路、過程輸入通道、過程輸出通道、人機聯系部分和通信部件等。

執行器是由執行機構和調節機構組成，執行機構產生推力或位移的裝置，調節機構直接改變能量或物料輸送量的裝置，通常稱調節閥。執行器分成電動執行器（角行程和直行程）、氣動執行器（薄膜式和活塞式）、液動執行器，液動執行器的電液伺服控制系統如圖2所示。

2.工業自動化儀器儀表節能的方法

在化工生產過程中，由于儀器和液體直接接觸會產生一定的阻力，由于這種阻力會加速能源消耗，并且阻力越大，消耗的能源越多。由于阻力不斷加大，可能會使自動化儀表產生損壞或者失靈。由此可見，需要降低流體與儀表之間產生的阻力，這是實現節能降耗的關鍵。

（1）增加節流裝置的直徑比。節流裝置是流量中的關鍵部分之一，節流裝置在各種流量監測裝置中應用十分廣泛。實際流體具有一定的黏度，當流體通過節流件時會產生一定的渦流，產生渦流時為了克服摩擦阻力會消耗部分能量，因而通過節流件之后液體的靜壓力會產生一定的損失，并且不能完全恢復，由于壓力損失和直徑比成反比，要想降低壓力損失就必須增大直徑比，利用這一原理可以降低能量損耗，從而實現節能減排的最終目的。但需要注意的是，直徑比不能太大，否則也會造成不必要的電能浪費。

（2）降低調節閥的閥阻比。調節閥的閥組比概念如下：當閥在全開狀態時，壓降與管路總壓降之比被稱作調節閥的閥組比，通常閥組比用s表示，根據以往的經驗值可知，s通常不小于0.3，燃氣閥s的取值一般在0.5以上，比例閥s的取值一般在0.3-0.5。閥門值s和能量損失成正比，通過降低閥組比s可以降低工業自動化儀表的能量損耗。

（3）使用新型交流變頻調速裝置。變頻調速技術是一種以改變電機頻率來達到電機調速目的的技術，其基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系：n=60.f（1-s）/p（式中n，f，s，p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數），通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。該技術主要具備以下優勢：調速比均勻并且調節的范圍很大，調速過高發生的概率較低，提高了運行效率，并且降低了調節閥的使用成本；需要的啟動電流較小，不會因為電流較大而對系統造成沖擊，顯著節省了用電量；具有安裝阻力小、占用空間小、裝置體積小等優點，顯著降低了安裝和調試過程中的能耗；電動機運行過程中保持低轉差率，可以顯著降低轉子損耗。將交流變頻器與原有的調節器、截止閥并用的方法可知，使用交流變頻器可以減少1/3的電量損失，節能效果較好。此外，在應用交流變頻器時，機組的運載負荷可以顯著降低，降低機組故障的發生率，確保機組的長久運行，相應地降低維修成本的投入。由此可知，新型交流變頻調速器的應用可以降低儀表的能耗，它的應用范圍將逐步擴大替代舊有的工作設備。

（4）使用壓力損失較低的自動化儀表。流體在裝置中會形成漩渦區、死水區或者黏度過大等造成壓損，從而浪費能量，如果壓損過大會對整個生產系統的運行造成干擾，因此，在實際生產過程中會使用壓力損失較小或者無壓損的自動化儀表。當前，旋渦流量計由于其無需隨時更換電池，運行功耗極低，從而降低了電力能量損耗；內部無機械傳動構件，降低功率，減少機械摩擦，并且更換和維修頻率顯著降低，得到了廣泛的應用。

3.結語

由于當前的信息技術、計算機技術及自動化技術的發展十分迅速，因此，工業自動化儀表技術的應用領域也將不斷擴大，其性能也將不斷提升。由于當前能源節約已經成為我國的基本國策，因此，也要重視自動化儀表的節能研究，快速更新工業自動化儀表的使用方法和技術，不斷提高降低企業的能源損耗，提高企業的經濟效益。