用软测量技术开创在线检测分析仪表新局面

    1　软测量技术可以成为智能仪器仪表的核心技术

    信息处理技术的高速发展必将带来仪器仪表行业的技术深入掘进,单片机的嵌入式应用无处不在,因为它的功能愈进强大,体积、功耗却愈进微小,而且价格越来越低,目前比较流行的虚拟仪器实际上就是计算机技术在电测仪器方面引起的革新发展,那么在过程控制领域,软测量技术也就应运而生,所谓软测量技术是把常规检测手段与计算机信息处理、科学运算结合起来的一种基于过程辩识、工艺规律,控制机理学习的间接检测技术。软测量技术包含以下4个内容;分析过程机理、确定主导变量和辅助变量;计算机的采集、存储、数据处理;建立数学模型或经验模型;在线校正。

    在以往的记载中,软测量技术并没有在仪器仪表的研发上应用,实际应用的多在炼油化工常减压塔、分馏塔、催化裂化等方面,且多在大型计算机控制系统内应用,如:Inferential Control公司、Set2point公司、DMC公司等都有以商品化软件形式推出的这方面软测量技术产品,国外的产品价格很昂贵,国内有些软测量技术的文献,也多是在计算机控制系统中^[1]。笔者觉得,既然软测量技术的内核是充分体现计算机最擅长的科学计算和信息处理,没有理由不把软测量技术作为智能仪器仪表的核心技术。这里又有一个既是常识,又易模糊的概念,有一种狭义、却是普遍的认识是把只要用上MPU的数字仪器仪表都称为智能仪器仪表。实际上如果用上MPU的仪表只是简单重复模拟电子仪器仪表的功能,岂不是计算机技术的浪费甚至倒退?只有充分利用MPU解决复杂高速运算;对状态、结果的判断;对参数的整理“分析”;甚至基于科学计算的预测、预估等现代人所具有的智力思维功能,才可称其为智能仪器仪表。而软测量技术正是这种仪器仪表的“智能内核”。

    2　成分在线检测分析的特征需要软测量技术来胜任^[1]

    软测量技术主要就是抓住主导变量和辅助变量,基于工艺机理、条件、研究变量间的关系,构建数学模型———研究规律性的数学表达,根据数学模型或经验模型计算出相当于“分析”出的结果,还要进行在线校正,由生产实践中产生的理论模型,再到生产实践中检验的科学思想方法。

    “ 在线检测”中“在线”强调的是在生产流程中的实时性,“检测”的目的是实时控制,是及时改正操作与控制的根据,在线检测指生产中间过程的检定,不是生产最终结果的检验。多用于控制类仪表,而不是质检仪器仪表。这种控制类的检测仪表的基本条件必须是适应现场工业环境条件的、参与控制的、长时间全天候工作,其安全性、可靠性、实时指导性是最重要的。当然并不是说在线检测不需精度,相反越贴近现场、越贴近工艺条件,越能检测准确。软测量技术正是必须要实时地结合生产工艺条件,在生产过程中完成检测分析,既要把检测分析结果及时回馈控制,又要根据控制工艺条件预测检测分析结果,软测量技术与控制过程是密不可分的。软测量还有一个基本出发点就是间接测量,在工业现场存在很多参数难以或根本无法用常规仪表手段直接检测。迄今为止,化工生产普遍应用在线检测的仪表还是温度、压力、流量、物位(含液位)四大参数,而软测量技术可以综合各种常规参数,研究与成分有因果关系的主要几种,根据机理分析,测算甚至预估出成分的变化。有些老专家就不相信“建模”计算出的“软”结果,觉得要用色谱、质谱分析那样的“硬”件才叫成分分析,殊不知,即使是色谱、质谱经过高精度物质分离后,也需要用模型计算、绘出谱峰曲线来。可以说,软测量建模是研究分析物质“关系”的必然结果。