小小的传感器,竟能改变整个化工过程?

文章来源:弗戈工业在线 点击数:52 发布时间:2016-09-09
智能传感器是未来工业过程控制系统的主流产品,将对传统的控制系统结构和方法带来革命性的变化。

随着微电子技术的发展,智能传感器时代已经到来。智能传感器采用超大规模集成电路,利用嵌入软件协调内部操作,在完成输入信号的非线性补偿、零点错误、温度补偿、故障诊断等基础上,还可完成对工业过程的控制,使控制系统的功能进一步分散。

智能传感器的出现将复杂信号由集中型处理变成分散型处理,即可以保证数据处理的质量,提高抗干扰性能,同时又降低系统的成本。它使传感器由单一功能、单一检测向多功能和多变量检测发展,使传感器由被动进行信号转换向主动控制和主动进行信息处理方向发展,并使传感器由孤立的元件向系统化、网络化发展。

为什么备受青睐?

与传统意义的传感器相比,智能化传感器之所以倍受青睐,主要是因为其多功能性。智能化传感器相当于微型机与传感器的综合体,其主要组成部分包括主传感器、辅助传感器及微型机的硬件设备。通常情况下,一个通用的检测仪器只能用来探测一种物理量,其信号调节是由那些与主探测部件相连的模拟电路来完成的;而智能化传感器却能够实现所有的功能,而且其精度更高、价格更便宜、处理质量也更好。

与传统的传感器相比,智能化传感器具有以下优点:

①自补偿功能:对信号检测过程中的非线性误差、温度变化及其导致的信号零点漂移和灵敏度漂移、响应时间延迟、噪声与交叉感应等效应的补偿功能;

②自诊断功能:接通电源时系统的自检,系统工作时实现运行的自检,系统发生故障时的自诊断,确定故障的位置与部件等;

③自校正功能:系统中参数的设置与检查,测试中的自动量程转换,被测参量的自动运算等;

④数据的自动存储、分析、处理与传输等;

⑤微处理器与微型计算机和基本传感器之间具有双向通信功能。

不断涌现的新产品

传感器技术的某些进步,使无分析仪的场所,可通过工程设计来降低成本。

Sensorex公司

例如,美国Sensorex公司的S8000模块化pH / ORP系统与自我清洁传感器将新一代平板式表面自清洁pH/ ORP传感器与模块化安装硬件和电子设施组合在一起,可实施精确的测量,减少了维护和用户成本。该平台是一个完全可予以配置的系统,可使用户只购买他们所需要的组件,同时还允许扩展测量能力,以满足装置不断变化的要求。

该公司的TCS3020Toroidal传感器,当与该公司的环形发射器相结合使用时,提供了高精确度和低维护的电导传感解决方案。为最佳性能而设计,它提供了非接触式、感应式电导率测量。作为一种电感式传感器,它可耐腐蚀,结垢是接触式电导率传感器常见的的问题。它的设计可用于长期部署,无需维护,并且具有对溶剂有宽的容许度和具有对温度的稳定性等特点。

MEAS公司

在线油品分析传感器:MEAS公司研发出全球唯一的在线油品分析传感器/油品分析仪:FPS2800B12C4/FPA2400BST。该传感器采用低成本4针连接器,数字总线,CANJ1939认证,可以很方便地连接到主控制器。FPS可直接同时测量大多数液体的密度、粘度、介电常数和温度。基于其专利音叉技术,该传感器可通过测量机油、燃油、液压油、过程液体、制冷剂和化学溶剂等的相关物理参数而分析出该液体的品质,状况及受污染情况。

主要应用于发动机,发电站,涡轮机,工业机械,变速器,船舶,铁路,飞行器,压缩机,制冷,液压系统,过程液体监测等。对于实现机械故障的早期预警、延长设备使用寿命、提高企业自动化水平、节能减排具有重要的意义和作用。该系列产品已在中国地区由北京赛斯维测控技术有限公司销售。

邦纳工程

美国邦纳工程(BannerEngineering)公司也着眼于制造更有成本效益的传感器,其VSM系列微型传感器可用于检测解决方案。这类传感器为微型光电传感器,在紧凑的封装中可提供高的性能。他们提供的能力,可用于各种液体和化学品的冲洗环境中,并在高度柔性化的环境中,提供贴近传感器和光纤性能的解决方案。

Micronor公司

美国Micronor公司的光纤传感器是一种全光学设计,不受任何电磁干扰,如闪电、辐射、磁场以及其他恶劣的环境条件。该传感器的光纤也使得它能适合超过几百米的长距离的传感,不受接地环路问题的影响。

艾默生过程管理

数字式远程液位传感器:美国艾默生过程管理公司于2011年9月推出数字式远程液位传感器。这种3051S ERS(电子遥控感应器)系统基于数字、压差液位技术,它可取代该公司靠电子技术将两处连接在一起的压力传感器机械式脉冲管设计。两个传感器之一的差压经计算,并使用标准的两线制4~20 - mA的HART信号传输。该3051S ERS系统的理想应用领域包括高大的容器、蒸馏塔和其他设施,这些设施通常在传统上需要有过长的脉冲管或毛细管。甚至在温度有很大变化时,该系统也可提供更快的响应时间和更具重复性的测量。

艾默生公司数字式远程液位传感器

中石化

2011年9月底,中石化乙烯装置首台在线红外温度监视系统在齐鲁分公司烯烃厂投入运行。该监测系统采用红外数字式图像传感器,在实现炉内实时监控的同时,还可完成加热件表面温度检测,对生产工艺控制、炉膛安全、节能降耗均起到了良好作用。

霍尼韦尔

公司宣布推出全新的SmartLine系列工业智能压力变送器。该系列产品能够帮助流程制造商提升通讯能力,提高运营效率并降低全生命周期成本。在流程工业工厂,测量压力、流量及液位的现场设备是确保工厂安全以及高效生产所不可缺少的,特别是像精炼厂这样的大型、复杂的工业设施,通常需要多达数千个此类设备支持其生产流程。

霍尼韦尔SmartLine智能变送器提供了独特的“效率提升”特性,全新的针对流程数据的图形化显示特性支持简单易读的趋势图及柱状图,能够将生产数据以图形化格式进行呈现并与控制室进行通讯,从而提升工厂运转的可靠性。

SmartLine智能变送器另一个特性是其模块化组件设计。模块化设计通过允许更换独立变送器组件而非整个单元来实现简化维护的功能,即使在危险区域也是如此。此外,模块化的设计还有利于用户进行更加灵活的采购,降低库存成本以及减少维护工作,因而能够降低工厂生命周期成本。

有别于其他众多变送器的另一个显著特点是,SmartLine智能变送器不会由于反向接线极性而受损,而且还能正常工作。这在工厂开车时候提供了便利,将极大地减少浪费在定位及修理错误接线设备上所花的时间。

智能无线技术监测实例

中海油工艺管线监测

旅大27-2/32-2油田位於渤海东部海域,西北距河北省秦皇岛市约104公里。油田所处海域平均水深约25米。旅大27-2油田与旅大32-2油田相邻,中海油天津分公司对旅大27-2油田及32-2油田进行了联合开发。旅大27-2/32-2油田的开发生产设施包括二座井口平台,一座生产储油平台,34口生产井。旅大27-2/32-2平台是2009年中海油天津分公司在建并投产的海上采油平台大项目之一,采用了新的自动化技术和方案。艾默生智能无线技术,满足设计要求,为平台信息化管理及建设创造条件,32-2平台是国内海上平台首家使用智能无线技术的单位。

智能无线技术监测工艺管线压力示意

中海油艾默生智能无线解决方案,作为艾默生的PlantWeb数字工厂管控网的一部分,采用自组织网络通讯架构,其性能可靠、安全。通过无线通讯方式,可对敷设电缆困难的设备和区域进行监测,从而节省安装成本,有效提升工厂的维护水平,降低维护成本。

该自动化方案包括:

★艾默生智能无线网关SmartwirelessGateway1420,

★罗斯蒙特(Rosemount)3051S压力变送器。

海上采油具有高投入、高风险和高技术性的特点,海上平台对仪表设备的安全要求极高,必须满足危险区域认证,艾默生智能无线仪表符合WirelessHART无线标准,产品符合危险区域认证,适应严酷的环境条件,其无线网络采用自组织MESH网络架构,消除海上平台其他无线网络及电磁干扰,保证了无线网络数据的安全可靠性。无线仪表无需电缆及桥架,无需供电,节省了施工成本,降低平台自重,从而节省海上平台建设成本。

结果:★无线仪表安装节约时间75%;

★无线仪表本安认证,符合平台易燃易爆环境需求;

★应用WirelessHart标准,保护已有技术投资。

天然气泄漏检测技术

埃克森美孚授权为加工装置转让远程天然气泄漏检测技术。埃克森美孚石油公司上游研究公司于2014年2月20日将其创新的InteliRed远程气体探测系统提供给共同开发者普罗维登斯光子学(Providence Photonics)公司授予第一个商业许可。该InteliRed系统旨在提高炼油厂、化工厂、LNG设施和其他气体处理设施过程的安全和环保性能。这个新的先进的系统采用了一个专门开发的计算机算法,可自动分析红外摄像机图像,以便检测逃逸的烃类气体。该InteliRed系统可提供烃类泄漏的早期预警警报,识别最小的假警报。普罗维登斯光子学公司是普罗维登斯工程公司的附属公司,总部位于美国巴吞鲁日。埃克森美孚和普罗维登斯的科学家化了4年时间共同开发了InteliRed系统,积累了该系统2013年开始在卡塔尔的液化装置上的实地测试经验。

监控能源和水资源的使用

英国豪迈集团属下的无线遥感勘测制造公司2009年底开发出低价的自动测量读数传输器,可远程监控能源和水资源的使用。该设备在地上和地下都能应用,其硬件也可进行无线升级。传输器可在10秒内完成储存测量脉冲头或簧片开关的脉冲输出,并将数值传输到安全的数据储存器。它还可以用于监测水渗漏,精确提供日消耗量数据。其最大操作距离为100米,电池寿命长达10年。

油库油罐液位的测量

在目前的油库油罐液位的测量设计中,比较流行的是采用雷达液位计或浮球、浮标、钢带式液位计等。雷达液位计虽然精度高但成本也高,而浮标、浮球等液位计,安装、维护比较麻烦。差压式液位计,在锅炉汽包等密闭容器中应用广泛,但测量结果并非真正液位,因此在油罐液位测量的设计鲜有应用。

其实油库油罐的精确液位,并不十分重要,用户实际要了解的并不是液位,而是通过测量液位来了解油罐中油品的实际数量(即吨数),从而防止满溢。因此采用差压法来测液位(实际为吨数)也不失为一个好的选择。因为目前1151差压变送器的应用十分成熟,技术十分完善,精度可达0.075级,而且价格大幅下跌,性能价格较高。

结语

智能化传感器技术正处于蓬勃发展时期,具有代表意义的典型产品是物理变量智能变送器和二维加速度传感器,以及另外一些含有微处理器(MCU)的单片集成压力传感器、具有多维检测能力的智能传感器和固体图像传感器(SSIS)等。与此同时,基于模糊理论的新型智能传感器和神经网络技术在智能化传感器系统的研究和发展中,其重要作用也日益受到了相关研究人员的极大重视。

21世纪的先进传感器必须具备小型化、智能化、多功能化和网络化等优良特性,其中,智能化特性可以说是重中之重。在当今工业自动化领域,智能化传感器多用于压力、力、振动/冲击加速度、流量以及温/湿度的测量,如物理变量智能变送器和二维加速度传感器就属于这一类传感器。

现在传感器间的信息量已超过计算机或其他应用,成为信息交互的主流,其在感知层、网络层与应用层都有各自攻关的关键技术。传感网与因特网的高效融合,能实现人与物、物与物的互联,从而有效地推进“物联网”的发展。因此,传感器核心芯片和传感器网接入因特网的技术,将成为今后几年IT前沿技术进展中优先攻关的瓶颈。这样,如何更好地将传感器与Zigbee通信技术、RFID通信技术、WI-FI通信技术、以及2G和3G通信技术相结合,便成为了未来智能化传感器发展的主要方向。随着物联网的飞速发展,智能化传感器必然会迎来一个全新的时代。