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儀器儀表中小企業可持續發展的重要途徑

更新: 2010-9-21
       在工業生產過程控制領域,實時檢測工藝參數的儀器儀表作用至關重要?v觀我國檢測儀器儀表行業的發展現狀,應當承認目前還處于相對低迷時期。當今知識經濟時代,企業的高生命力可持續性發展,首要依靠自主創新能力,但是從長期以來占據檢測儀器儀表行業主導產品的“四大參數”——溫度、壓力(含差壓)、流量(含重量)、物位(含液位)來看,似乎其發展的空間不太大。因此筆者認為花大力氣和投資應著眼于我國目前薄弱環節,應用科技含量更高的產品研發方面,如工業在線分析儀。

  一在線成分檢測分析的應用需求為企業發展提供了廣闊市場

      化工生產過程中物料的成分變化要檢測的種類很多,而現在能夠精確檢測分析的手段少得可憐,成千上萬種化工物料的成分分析有賴于科學技術水平不斷突破才能有效檢測分析,這種現狀從理論上為企業充分利用高新技術發展新的檢測手段、研發新產品提供了可能性和必要性。我們知道流程式的化工過程多為氣體、液體、管道式傳輸,反應塔、釜、罐、池、槽、泵類設備的連續運轉,操作人員少,其自動化的水平相對別的過程高一些,在生產過程的各個階段可能都需分別對溫度、壓力、流量、液位進行檢測和控制,控制好這“四大參數”的目的歸結于物料成分質量的要求,生產者最直接想了解的是動態成分質量的變化,而成分質量的動態變化,大多數企業還延續離線的靜態取樣化驗分析傳統工藝,甚至有些企業還停留在做試樣、用試紙、用人的感官體驗——眼看、觸摸、品嘗等原始方式憑經驗來推測,其結果是:

      (1)分析化驗的結果反饋為“時過境遷”的“事后諸葛亮”,如成分質量不合格,往往造成整塔、整罐的廢品或等外品,其物料或工時能耗損失飴盡。

      (2)取出的樣液如為有毒、有害、腐蝕性、揮發性氣、液,將對人對環境都有危害,樣液、樣氣的最終處理也會造成污染和損失。

      (3)分析化驗成分異常,已顯露出有爆炸的先兆危險,再通知改變異常的操作,有時已晚,造成重大事故,例如去年的吉化硝苯爆炸事故造成污染轟動全國,據說與操作有關系,如果有實時反映成分質量異常的檢測,是不是可把爆炸的先兆預報警了呢?

      (4)很難想象已用上DCS系統的化工過程,還沿用人工取樣分析,即不相匹配又難以高效實現管控一體化。

      在自動化技術發展到今天,難道還讓現代大工業生產延用這傳統落后的檢測工藝嗎?國外有在線工業色譜分析儀,但我們知道,每一次色譜分析最少也需要10min左右的分離分析過程才反饋數據,而且還需定時更換色譜柱等配件,特別是整套設備價格昂貴達數百萬元,一般化工企業根本用不起,也沒有必要用這種高精度、高成本的檢測設備。

      在市場經濟、全球商務的今天,在國內儀器儀表行業“四大參數”產品激烈的競爭中,企業的發展活力在于創新產品,而新產品研制的出發點要以市場需求作為依據,我們應該開發一些價格適中,簡單一些的能起到實時監控成分質量要求的在線成分檢測分析儀。天津市自儀科貿有限公司一家名不見經傳的民營小企業,正是基于以上市場分析,先從簡單的但最緊迫的適應強腐蝕性、有毒有害的物料生產需求的產品起步,研發成功了應用軟測量技術的“化工液體成分濃度智能在線檢測儀”。該產品一經申報,因符合國家發展計劃精神,立即得到《科技部中小企業技術創新基金》的立項無償資助,2004年該產品研制成功,在科委推薦和成果鑒定時,受到化工用戶和專家們的一致好評,認為這一基于世界流行的先進軟測量技術的在線濃度檢測儀有多處技術創新點,能夠利用創新技術改造延用了幾十年的傳統工藝,把對工人健康和環境有害的手工取樣、離線操作,改為密閉自動連續檢測、數字顯示并輸出控制信號,達到實時在線控制生產的要求。為以成分質量為核心的化工自動化奠定了基礎。該產品適用于多種強腐蝕有毒有害介質的工業現場,有較高經濟和社會效益。最終結論是:該項目的先進性、科學性和實用性是顯而易見的,應盡快實現目前這項成果僅以應用在化工的氯化產品物料中,每年就有數百臺的市場需求,而且此類產品還可在其他類似物料生產過程中應用,是個可延伸的系列化長產品線的產業。

      二軟測量技術是在線成分檢測分析行業持續發展的法寶

      隨著計算機技術的高速發展而興起的“虛擬儀器”和“嵌入式技術”正在自動檢測儀器儀表界引起一場變革,所謂軟測量技術是把常規檢測手段與計算機信息處理、科學運算結合起來的一種基于過程辨識、工藝規律、控制機理的間接檢測技術。其包含4方面內容:

       (1)分析過程機理、確定主導變量和輔助變量;

      (2)計算機的采集、存儲、數據處理;

      (3)建立數學模型或經驗模型;

      (4)在線校正。

     在以往的記載中,軟測量技術并沒有在儀器儀表的研發上應用,實際應用的多在煉油化工常減壓塔、分餾塔、催化裂化、煉油裝置方面,且多在大型計算機控制系統內應用,如:Inferential Control公司、Setpoint公司、DMC公司等都有以商品化軟件形式推出的軟測量技術產品,其價格昂貴,國內有些軟測量技術,也多用在計算機控制系統中,天津市自儀科貿有限公司創新性地把在大型計算機控制系統中應用的軟測量技術移植到儀器儀表的研發中,已申報了發明專利,提出一個軟測量技術儀表化的研發技術工藝路線,并把軟測量技術作為在線成分檢測分析儀的核心技術。一種化工物料的生產是要由已知成分的原料,也許經過很復雜的生產工藝流程,在特定的設備內施以各種外界條件(比如壓力、溫度等),經歷從形態—量變到質變的演變,才生成新的物質。綜合各種參數的分析建模計算無疑是很復雜的和不實時的,但復雜的問題在一定范圍、一定條件下可以簡化,我們可有針對性擇取某一特定階段、特定范圍的主要決定性變量,舍去那些影響不大的參數和條件,簡化成2~4個變量參數的分析建模。例如化工生產的成分分析在某一階段上,并不是全面分析各種成分組成,而是已知主要成分需檢測分析這種主要成分的含量,多組分分析在這里簡化為單個成分含量或者成分濃度的檢測分析。再比如,在前道工序已經生成,或提純了的半成品或原料,在后一階段決定成分變化的就是一兩個變量參數,那么主要決定成分變化的主導變量一個,主要影響成分變化的輔助變量一兩個,這樣的軟測量模型更適合在智能儀表上實現,(變量參數多,模型更復雜,影響采集運算的實時性)。在生產實踐中,常遇到這樣的情形:在某一特定設備及原料條件下,到了特定的溫度、壓力條件,成分質量就在合格的范圍內,工藝參數就是這樣制定的。如果條件向某方向變化,成分質量也向某方面變化,有長期實踐經驗的工人們說,按這個溫度、壓力等條件,估計的成分結果八九不離十,不信拿去化驗,果真很準。智能儀表的任務就簡化為把這種“經驗模型”變成科學計算、判斷、推導、分析,把成分質量預測性實時反映出來。當然要形成分析儀器產品,這在軟測量數學模型建立前后,還要伴以提取各種量程階段的樣液及在測量同時取樣的化驗室化驗、色譜分析進行比對、校正,最后還要在形成固定數模程序后投運儀表時,現場用儀表具有的智能在線修正功能消去誤差。

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