單流路分析儀實現多流路分析的方法

崔福軍，朱斌，高曉華，王皓，涂麗容

(新疆獨山子石化公司 乙烯儀表車間，新疆 獨山子 833699)

在線分析儀具有測量快速，同時可大量減少人工分析工作量等優點，在化工行業得到廣泛應用。由于在線分析儀較為昂貴，在許多化工企業中，為了讓分析儀充分地發揮更大作用，在應用中經常采用多流路分析的方案。當前，在線分析儀實現1機多流路分析測量的方法主要有兩種情況： 在線分析儀自帶多流路分析的功能；在線分析儀不帶多流路分析的功能。

對于自帶多流路分析功能的在線分析儀，在沒有達到該分析儀的多流路分析上限時，如果想增加新的分析流路，其改造相對簡單。對于不帶多流路分析功能的在線分析儀，如需增加分析流路，改造則復雜一些。

筆者在具體改造項目中，通過改造單流路在線分析儀，實現了多流路分析的目的。

1 分析儀實現多流路分析的方法

多流路分析是指用1臺在線分析儀通過控制技術實現對多條進樣流路輪流采樣、分析，當試樣分析周期結束后，在線分析儀送出對應進樣流路的分析結果，即在每個分析周期結束時，只能送出1條進樣流路的分析結果。

1.1 在線分析儀自帶多流路分析功能

在線氣相色譜儀、在線質譜儀等在線分析儀，具有適用范圍廣、分析成分多、測量范圍寬等特性，為了適應現場各種實際工況，通常儀表的電子單元設計較為復雜，用戶在初期選型時只要選擇帶有多流路分析功能的在線分析儀即可。

雖然在線分析儀自帶多流路分析功能，但初期如果選型為1條分析流路，后期若需要增加分析流路，同時在線分析儀也沒有配置備用輸出通道，則后期需要添加模擬輸出通道，如采用數字通信就不需添加輸出設備，并且還需要增加流路控制電磁閥，并且需要相應地改造樣品預處理系統。

由于采用該方法實現多流路分析的應用案例較多，因此用戶在現場具體采用何種方法實現多流路試樣的分析，需要根據在線分析儀各生產廠家說明書中的要求進行對應改造，這里不作詳細的介紹。

1.2 在線分析儀不帶多流路分析功能

對于不帶多流路分析功能的在線分析儀，要實現多流路分析，就需要對在線分析儀進行如下兩方面的改造：

1)改造樣品預處理系統。將2路分析試樣通過管路分別引入樣品預處理系統，分別進行減壓、除液、除塵、限流等處理，以滿足在線分析儀的分析條件；然后根據預先設定的時間，通過控制電磁閥輪流切換分析進樣流路，將待分析的試樣引入在線分析儀中。

2)改造在線分析儀的分析數據輸出部分。通過改造，使分析結果由1路輸出變成多路輸出，并通過邏輯運算實現對各分析進樣流路的吹掃、分析，讓在線分析儀的輸出結果與流路分析試樣一一對應。

因此，為了實現上述功能，現場實際工作中通常采用以下兩種方法實現多流路在線分析。

1.2.1 通過PLC實現多流路分析

以單流路在線分析儀改造為2條流路分析為例，為了實現2條流路分析，需要改造單流路的進樣系統，增加1路進樣流路至預處理單元，經過預處理系統處理并滿足在線分析儀要求的條件后，再通過控制防爆電磁閥的通斷，從而輪流切換2條進樣流路，使2條進樣流路待分析試樣輪流進入在線分析儀，最終實現1臺在線分析儀對2條進樣流路的分析。通過可編程序控制器(PLC)實現多流路分析控制的原理如圖1所示。

圖1 PLC多流路分析控制原理示意

由于在線分析儀只有1路4～20 mA分析結果輸出，為了實現2路輸出，還需要將在線分析儀的分析輸出數據引入PLC的模擬輸入端，并對輸入的數據進行編程處理。在PLC的模擬輸出端引出2路4～20 mA分析信號，分別作為流路1及流路2的輸出結果。在PLC中實現分析流路與分析結果輸出相對應的運算時，應注意以下事項：

1)當流路1進樣時，流路1電磁閥打開。2條進樣流路的試樣經過預處理系統處理并滿足在線分析儀要求的條件后，通過電磁閥切換進入在線分析儀，由于進入在線分析儀之前的管路為2條進樣流路輪流使用，因此為了避免切換時滯留在管線中的前1條流路的少量殘余分析試樣與現流路的分析試樣混合造成的分析結果偏差，需要先使用待分析的試樣將共用的管路吹掃一定時間，確保能將滯留在管路中的前1條流路的殘余分析試樣置換干凈后，再進行分析。

2)由于2條進樣流路為輪流間歇式進樣分析，因此當1條進樣流路的試樣分析完之前，為了確保分析結果準確、穩定，此時流路1和流路2的輸出均保持上次的分析結果，待分析試樣吹掃置換結束完成后，再開始下1條進樣流路試樣的分析。

a)正式開始分析時，通過PLC將流路1的輸出定義為在線分析儀的分析結果輸出，而流路2的輸出則繼續保持上次的分析結果。

b)當流路1分析結束后，流路1電磁閥關閉；同時流路2電磁閥打開，流路2開始進樣，為了避免流路1的殘余試樣對流路2的分析造成影響，因此先需要用流路2試樣對管路吹掃、置換，這期間還需要通過PLC將流路1及流路2的輸出繼續保持上次分析結果，直至流路2吹掃置換結束后，開始分析流路2時，再通過PLC將流路2的輸出定義為在線分析儀的分析結果輸出，而流路1的輸出此時仍然保持上個周期的分析結果。

如此反復檢測、分析、循環，在線分析儀的1路分析結果在送至PLC后，將分析結果按流路順序及時序拆分成2路輸出，最終實現單流路在線分析儀的多流路分析。對于沒有采用分散控制系統(DCS)的裝置，將單流路在線分析儀改造成多流路分析儀，通常選用該方案實現多流路分析。

1.2.2 通過DCS實現多流路分析

若裝置采用DCS，就可以通過DCS中的功能實現單流路在線分析儀對多流路試樣組分的分析。目前的DCS基本都配有邏輯運算功能，只是DCS為了減少處理器的負荷，其掃描時間等指標比專業的PLC邏輯運算慢，同時復雜的邏輯運算功能也沒有PLC編寫方便。但對于本文前面介紹的PLC的邏輯功能，DCS的邏輯運算功能足矣，其實現多流路分析的原理與PLC相同，兩者區別僅是將上述介紹的邏輯運算功能在DCS中編程實現即可，并將輸出結果直接顯示到DCS顯示畫面上，不同廠家的DCS可能實現的具體方法也不盡相同。通過DCS實現多流路分析控制的原理如圖2所示。

圖2 DCS實現多流路分析控制原理示意

2 兩種改造方案的比較

在線分析儀單流路改造為多流路分析，一方面是為了減少投資，另一方面是現場位置受限或者取樣管線的距離等無法滿足新增大型多流路在線分析儀的條件，轉而利用原有的在線分析儀進行改造。

1)若裝置采用DCS，建議采用第二種方案，即通過DCS實現多流路分析功能，因為不管增加多少條進樣流路，但模擬輸入通道不需要增加，只需將在線分析儀分析結果輸出到DCS后，通過DCS內部的功能塊就能將1個分析結果按邏輯關系分別顯示到對應的流路畫面中，僅需增加數字量輸出至控制電磁閥即可。

2)若采用PLC方案，如果想要增加幾條進樣流路，從投資的性價比上要差些，同時對邏輯以及設定值的更改，還需用專門的PLC編程設備，這也增加了投資及工作量。

3 結束語

通過單流路在線分析儀實現多流路分析的改造，提高了在線分析儀的使用效率，對企業的挖潛增效具有顯著的效果。盡管單流路在線分析儀能夠實現多流路試樣分析的功能，但各個用戶現場工藝要求的分析指標及工藝介質等不盡相同，因此是采用單臺在線分析儀或是多臺在線分析儀進行分析，要視現場具體情況分析、選擇。