1. 引言
随着dcs集散控制系统的应用已经成为当今仪表控制发展的主流,在各pva生产厂家在新上的项目中或对原有系统进行改造中,在控制部分纷纷采用了较为先进的dcs控制系统, dcs系统优异的性能和高可靠性大大提高生产控制水平，从而提高了产品质量，同时也大大减少了仪表人员对二次表的维护工作量，大部分仪表人员今后主要的工作是在对现场一次表的维护调试工作上。dcs系统的控制从数据的采集到计算后的调节信号的输出都是要通过现场仪表来实现的，因此，现场仪表的精确度和稳定性是保证dcs高效运行的基础。在这种情况下，大家的注意力要转移到对现场仪表设备和控制方案的改进上，合适的仪表加正确的控制方案才能提供有效的生产控制系统。
2. 概述
测量仪表准确和可靠测量是仪表应用工程中的重要技术，它是一种过程知识（process knowledge）经验。其中，仪表选型是首要的也是最重要的一环，里面还有仪表的正确安装、调试和维护等问题。仪表的选型是技术性、实用性很强的工作，必须对被测量对象的工况条件、物理化学性质、测量能力等各方面了解清楚，做到对症下药，有的放矢；其次，要对测量仪表的工作原理有较深的了解，并且掌握个生产厂家产品质量的动态。这样才能作出性价比最优的选择。不合理、不正确的选型会给生产带来测量误差和经济上的损失。
由于dcs系统的广泛应用，对于仪表的选型优先选用智能化的仪表设备，智能化仪表相比传统仪表具有丰富的软件功能和方便性。特别是仪表测量部分进行了恰到好处的误差补偿校正、自诊断功能保证了测量的精度，还可以有选择地实现组态。并且可以通过手操器在现场或控制室进行组态参数的修改和调校工作，大大调高了工作效率和降低了劳动强度。
3. 液位测量
现在我公司和大多数pva企业使用最广泛的液位测量仪表是1151或3051电容式差压变送器，其工作原理是将液位产生的差压在电容极板上形成差动电容，然后由电子线路降之转换为4～20madc 信号输出。在大多数情况下，这种差压变送器能满足使用要求，但在应用中也存在局限性和测量缺点。
3.1 树脂液位的测量现状
在聚合工段聚合釜的液位测量中，我公司采用的是罗斯蒙特3051差压变器，尽管3051有优异的性能，但在实际应用中主要存在以下两方面的问题：
1) 由于反应釜内的pvac树脂的比重所到聚合反应的程度和温度的影响，从而较大影响了差压变送器的测量精度。
2) 较常时间使用后其测量隔离膜片上往往会积结一层已经硬化的树脂，这大大影响了釜内液位压力的传递，从而造成测量准确性的下降。
3) 在清洗隔离膜片上的硬化的树脂时易出现损伤膜片的情况，造成仪表设备的损坏。
3.2 腐蚀性介质的液位测量
另外一些腐蚀性较强的介质（如醋酸）对隔离膜片的腐蚀破坏较强，普通的316l材质难以抵抗，而选用更好材质如钼二钛、蒙乃尔将使得仪表的投入成本大为提高，因此有必要寻找更为合适的非接触式液位测量仪表。
3.3 改进方案考虑
通过对液位测量的使用现状的分析，要解决以上的测量缺陷，从测量的精度、安装的方便性、使用的场合及经济的考虑，较好的树脂反应釜和腐蚀性介质的液位测量仪表类型为非接触式的物位计如雷达液位计和超声波液位计,而且对于绝大多数的液位测量场合使用都是很好的一个方案。两者均采用非接触式原理，易于安装和低维护量。可用于大多数测量场合。智能化的仪表内置的信号处理软件可以过滤了由搅拌产生的虚假回波，从而测得反应釜中树脂真实的液位。
超声波物位变送器利用换能器中的压电晶体发射超声波，并接收从物位表面反射回来的回波，通过测量超声波发射及接收的时间间隔，计算超声波的传输距离，从而完成物位的准确测量。通过信号滤波器的处理，可识别液面的真实回波及由声电噪音和运动中搅拌产生的虚假回波。并且内置了温度补偿功能。
超声波和雷达物位计均具有以下特点：
1) 非接触式测量，可以测量普通液体、浆状物、固体等介质及腐蚀性液体；
2) 测量范围宽，通常可测量0.25~60m量程，有的产品甚至可达125m；
3) 测量不受介质密度、介电常数、导电性的影响，在一定范围内容器里的压力也不影响测量；
4) 测量精度高，大致在0.1~0.25%之间；
5) 可采用两线制24vdc电源，可带hart、profibus-pa等类型的现场总线。
使用时，注意对反应釜中树脂搅拌的干扰信号的过滤屏蔽，这是该类测量方案的应用成功的关键。
4. 流量测量
4.1 使用现状
现在在各pva企业使用最广泛的是金属管流量计（包括现场指示和电远传）， 其测量原理与玻璃转子流量计相同，为浮子原理：
如图1示，由导向器控制的浮子处于测量管的一定位置时，浮子a与流体对浮子的推力w的和与浮子重力g相等，同时流体的流动使测量管与浮子之间形成一个环形间隙。随动磁铁跟着转动，直接显示在刻度盘上，另外有电远传转换部分将之转换为4～20ma 信号输出。
其使用局限性主要有：
1) 通用性差。金属管流量计的使用一般是每一台对应相应的比重的介质，而且其测量范围是固定不变的，这就使得其通用性差。随着pva生产能力的不断提高，各种流量参数的改变更加突现了金属管流量计的这中缺点。在仪表备件方面不得不备有大量的金属管流量计，从而造成生产成本的上升 。
2) 易堵卡。金属管流量计的磁性转子部分在实际生产中经常会吸附有大量的铁锈或pva粉末而造成堵卡现象，
经常性的拆洗给仪表维护人员带来了很的工作量，造成人力资源的浪费，也影响了生产的稳定。
3) 测量精度不高。金属管流量计的测量精度仅为1.6%，这种测量精度在一些要求较高的场合（如醇解工段的加碱量的测量）中是不够的。
4) 不易调校。部分金属管流量计可以与hart手操器通讯，但不能进行调校，调零和调量程只能通过表上的按钮进行，精度不高，操作也不方便。
4.2 考虑改进方案——采用智能电磁流量计
电磁流量计的测量原理（如图2）是基于法拉第电磁感应定律：导电液体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中会产生感应电势，其感应电势e为：
e=k b v d
式中：k----------仪表常数
b----------磁感应强度
v----------测量管道截面内的平均流速
d-----------测量管道截面的内径
测量流量时，导电液体以速度 流过垂直于流动方
向的磁场，导电性液体的流动感应出一个与平均流速
成正比的电压，其感应电压信号通过两个或两个以上与液体直接接触的电极检出，并通过电缆送至转换器通过智能化处理，然后lcd显示或转换成标准信号4～20ma 和 0～1k hz 输出。
电磁流量计使用的前提条件是被测液体或浆体必须具备一定的电导率，电导率≥5μs/cm。可以测量pva生产中的绝大多数物料的流量。
其特点如下：
1) 测量不受流体的密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，传感器感应电压与平均流速呈线性关系，因此测量精度高，可达到0.2％。
2) 测量管道内无组流件，因此没有附加的压力损失，也不易出现堵塞故障；测量管道内无可动部件，因此传感器寿命极长。
3) 传感器部分只有内衬和电极与被测液体接触，只要合理选择电极和内衬材料，及可实现耐腐蚀和耐磨损。
4) 智能化操作，量程可以通过手操器进行调整，适应不同的流量场合。
4.3. 考虑改进方案二——采用超声波流量计
超声波流量计在现场使用中有着独特的优势：它可以从金属管道外部测量管内的液体流速，不接触被测介质，不扰乱流场，无压力损失，使用安全、可靠、方便快捷。正是基于以上的优点，使得超声波流量计的应用日益广泛。
4．4 气体和蒸汽的流量测量考虑改进方案——涡街流量计
涡街流量计是基于卡门涡街原理测量流量的新型流量计，由于其具有的独特的优点，自上世纪七十年代以来得到了迅速发展，据有关资料显示，现在在日本、欧美等发达国家使用的涡街流量计的比例大幅度上升，已广泛应用于各个生产领域，是孔板流量计最理想的替代产品。涡街流量计适合于测量过热蒸汽、饱和蒸汽、压缩空气和一般气体和液体的质量流量和体积流量。
4．4．1工作原理：
在测量管中垂直插入一个柱状物时，流体通过柱状物两侧就会交替产生有规则的漩涡（如图3所示），这种旋涡列称为卡门涡街。卡门涡街的释放频率与流体的流动速度及柱状物的宽度有关，可用下式表示：
f = stv/d
式中：
f---------卡门涡街的释放频率；st ----------系数（思特罗哈数）
v---------- 介质流速； d----------柱状物的宽度。
卡门涡街释放频率f 和流速 v 成正比，因此可以通过测量卡门涡街释放频率就可以算出瞬时流量。
4．4．2 主要优点：
1) 结构简单，无可动部件，可靠性高，检测传感器不直接接触被测介质，性能稳定，寿命长；
2) 安装简单，维护十分方便；
3) 输出是与流量成正比的脉冲信号，输出信号频率不受流体的物理性质和组分变化的影响，无零点漂移，测量精度高。
5 树脂浓度测量
5.1 现使用的测量方法
pvac树脂的在线式浓度测量一直是pva生产中的一个难题，通过分析浓度得到的数据要在取样两小时后才能出结果，这种浓度分析滞后给聚合工段控制树脂浓度的操作带来了不便，送出树脂的浓度难以维持稳定的范围，进而影响了醇解工段的操作；同时醇解工段也不能按照树脂浓度的变化及时调整碱摩尔比，最终导致影响了pva产品的质量。
现我公司采用的树脂浓度在线测量方案是由王豪博士提供的专利—差压法浓度测量法。该方案的测量原理（如图4）为：根据树脂不同的浓度所对应的密度不同，因而通过测得树脂的密度就可以得出树脂的浓度。该方案中树脂的密度通过差压法间接测量的，相同高度的不同密度树脂所生产的静压不同。
图中的测量对象为一定体积的测量筒，通过差压变送器测得的差压，然后通过算式进行动差压的补偿和温度变化补偿，得出树脂的密度，进而算出树脂的浓度。该测量方法的算式推算过程很复杂。
从使用的情况来看，其测量系统基本能反应出树脂浓的变化，但测量的精确度达不到使用要求，经常出现与分析浓度出现较大差别的情况，故该系统有待进一步成熟完善。我们也可以寻求可行的另外的测量方案。
5.2 考虑改进方法——密度计测量法
我公司在扩产项目中的聚合工段应用的vac－甲醇回用系统中，使用的横河dm8密度计测量vac的浓度，取得的很好的效果。
横河dm8密度计采用的是电磁振荡原理，通过测定不同密度介质的共振频率频率来获取介质的密度值，该密度计内置了恒温装置，以保证测量的准确性，更有自动粘度校准功能，可以根据不同的介质粘度自动校正测量数据。
5.3 考虑改进方案二——核子密度计测量法
核子密度计直接测量一定容积内的介质质量从而得出其密度，而不是通过其它的过程变量（如粘度、折光率、偏转度等参数）的变化推导出密度的。其特点：安装费用低廉，可以在故有的管道上直接安装；低维护率高可靠性，在线测量实时过程控制，可用于很宽的管径测量。
6 执行器
6.1 概述
执行器是构成自动调节系统不可缺少的重要部分，但是由于执行器的原理较为简单，人们往往会轻视这一环节。其实，执行器安装在生产现场，长年和各种介质接触，常工作在高温、高压、强腐蚀、易堵、易漏等恶劣条件下，要保证它的安全运行往往是一件重要而不易的事。事实上，它常常是整个调节系统中最为薄弱的一环。由于执行器的选用不当或维护不善，使整个调节系统的调节品质严重下降，从而最终影响产品的质量。而且执行器直接影响生产过程中的物料和能量平衡，调节系统的调节品质。因此要给予执行器足够的重视。因此合理选择调节阀是很关键的一环。
6.2 树脂调节阀使用现状及改进
我公司现在的树脂调节阀都是采用了隔膜调节阀，其中使用的进口的honeuwell的隔膜调节阀使用的情况很理想，几乎未出现故障。进口的隔膜调节阀因为其价格高昂影响了其进一步的应用。但后来系统采用的国产隔膜调节阀使用较差，其原因是阀中的聚四氟乙烯隔膜片的耐磨性能和耐热性能较差，故在很短的时间内会出现破损，导致了阀的不可靠问题。而且介质对隔膜片的推力大，故其执行机构的输出要求大，使得阀体变的笨重，不利于安装维护。故可以考虑更换为其它类型的调节阀。
6.2.1考虑改进方案一：改用凸轮绕曲阀（偏心旋转阀）
如图5所示，其阀芯呈扇形球面状，与绕曲臂及轴套一起铸成，固定在转动轴上，如图示。
特点：
1）流路简单，阻力小
2）流通能力大，比同口径的双座阀
大10～30％，可调比达到100：1
3）适用高压差
4）泄漏量小为0.01％c（c－流通能力）
5） 体积小、重量轻，便于安装和维修。
所以偏心旋转阀特别适合用于高压、高粘度、含悬浮物和颗粒的流体的流量调节。
6.2.2考虑改进方案二：改用角形阀
如图6示，流体的进出口成直角形，其结构与直通单座阀相似，一般为低进侧出，但在高压差场合，为减少流体对阀芯的损伤，可以侧进低出。该类调节阀流路简单，流阻小，阀体内不易积存污物，故特别适用于高粘度及含悬浮物和颗粒的流体的流量调节。其具有的一定的自洁能力可减少结焦、堵塞故障的发生。
6.3 电气阀门定位器的改进
大多数调节阀配合电气阀门定位器使用，以改善调节阀的定位精度和提高灵敏度，并能以较大功率克服阀杆的摩擦力、介质的不平衡力等影响，从而使调节阀门位置能按控制信号实现正确定位。我们现在使用的都是普通的电气阀门定位器，其使用的故障率较高，成为调节系统常见的不稳定因素。而且其调校和故障处理均比较繁琐，也不易调校精确。因此，在比较重要的调节系统可以考虑使用更为先进便捷的智能电气阀门定位器，以提高调节的品质。
智能阀门定位器是带有微处理器的数字式现场仪表，其特性与通用的产品相比有许多明显的优点，主要如下：
1) 零位和量程自动调节功能，节约了大量的调校时间；
2) 手动操作无需辅助设备；
3) 可选择的或随意编程的特性，行程限位，分程操作；
4) 锁定或设定安全阀位；
5) 执行机构和阀门诊断功能，并有hart通讯可选；
6) 控制精度不受震动、环境温度变化以及气源压力变化的影响。
虽然智能阀门定位器已经成功应用，但仍处于发展阶段，各公司的产品功能和价格有很大差别，因此在设计应用中要根据系统需要进行选择合适的品牌型号。另外要注意智能阀门定位器与系统匹配问题， 如智能阀门定位器的输入阻抗均大于常规定位器的250ω。
7 结束语
我们知道：加快创新是企业形成和保持竞争优势的一个灵魂。不论是从生产的工艺、仪表等各个角度出发改进与创新都将使得我们的企业更加的具有市场竞争力。工业测量技术是一门迅速发展的高新技术，工业测量技术与仪表的种类繁多，测量对象的复杂多样，这就决定了工业仪表在应用技术上的复杂性。
本文中就一些在pva生产中出现的自控部分的问题进行分析和探讨，并根据控制原理和实践应用经验提出一些改进建议方案，希望与pva生产同行们进行交流和共同提高生产控制水平。
参考文献
1. 《化工仪表及自动化》 厉玉鸣 化学工业出版社
2. 《model dm8 vibration type density meter user’s manual>; yokogawa
3. 《rosemount product manuals》rosemount
作者简介:洪宝庆,1976年生,仪表工程师，1996年毕业于江西师范大学高分子合成专业,2002年东南大学自动控制系结业,现工作于江西化纤化工有限责任公司有机分厂，从事仪表技术及dcs系统管理工作。曾在《维纶通讯》上发表过论文。
作者单位：江西化纤化工有限责任公司有机分厂
地址：江西化纤化工有限责任公司有机分厂 333311
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