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1、仪表专业知识培训课件(公共课-2) 化工仪表与自动化 2013年10月10日 主要内容 一、概述 二、仪表基础知识 三、常用仪表、控制图形符号 四、自动控制系统 五、集散型控制系统 一、概述 1:化工自动化的发展情况 20世纪40年代以前 绝大多数化工生产处于手工操作状况 ,操作工人根据反映主要参数的仪表指示情 况,用人工来改变操作条件,生产过程单凭 经验进行。低效率,花费庞大。 20世纪50年代到60年代 人们对化工生产各种单元操作进行了大 量的开发工作,使得化工生产过程朝着大规 模、高效率、连续生产、综合利用方向迅速 发展。 20世纪70年代以来 化工自动化技术水平得到了很大的提 高。 2
2、0世纪70年代 计算机开始用于控制生产过程,出现了 计算机控制系统。 20世纪80年代末至90年代 现场总线和现场总线控制系统得到了迅 速的发展。 2:化工自动化的意义及目的 加快生产速度、降低生产成本、提高产品 产量和质量。 减轻劳动强度、改善劳动条件。 能够保证生产安全,防止事故发生或扩大 ,达到延长设备使用寿命,提高设备利用 率、保障人身安全的目的。 生产过程自动化的实现,能根本改变劳动 方式,提高工人文化技术水平,以适应当代 信息技术革命和信息产业革命的需要。 二、仪表基础知识 1:仪表的分类: 检测与过程控制仪表(通常称自动化仪表) 分类方法很多,根据不同原则可以进行相应的分 类。例
3、如: (1)按仪表所使用的能源分类:分为气动仪 表、电动仪表、液动仪表; (2)按仪表组合形式分类:分为基地式仪表、 单元组合仪表、综合控制装置; (3)按仪表安装形式分类:分为现场仪表、盘 装仪表、架装仪表; (4)按仪表是否引入微处理器分类:分为智能仪 表、非智能仪表; (5)按仪表信号形式分类:分为模拟仪表、数字仪 表。 检测与过程控制仪表最通用的分类是按仪表在测 量与控制系统中的作用进行划分的,一般分为检测 仪表、显示仪表、调节(控制)仪表、执行器等四 大类。 检测仪表根据其被测变量不同,根据化工生产五 大参量又可分为温度、流量、压力、物位、分析仪 表。 1 2:仪表主要性能指标 准确
4、度是指测量值与实际值的一致程度。习惯 上又称为精确度或精度。是仪表基本误差的最大 允许值。 准确度等级是仪表按准确度高低分成的等级 ,习惯上又称为精确度等级或精度等级。 仪表的精度等级是根据引用误差来划分的。 2.1.测量仪表的准确度(精确度) 因此影响仪表精度的主要因素是: 说明:仪表的测量误差可以用绝对误差来 表示。但是,仪表的绝对误差在测量范围 内的各点不相同。因此,常说的“绝对误 差”指的是绝对误差中的最大值max。 两大影响因素 绝对误差和仪表的量程范围 仪表的引用误差越大,表示它的精确度 越低;反之,仪表的引用误差越小,表示仪 表的精确度越高。将仪表的引用误差去掉“” 号及“”号,
5、便可以用来确定仪表的精确 度等级。目前常用的精确度等级有0.005, 0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5 ,2.5,4.0等。 小结 2.2、变差 变差(也叫回差)是仪表被测变量在外界条 件不变的情况下,在被测参数由小到大的正行程和由大 到小的反行程中,对同一个参数却指示出不同的数值, 两读数只差即称为该点的变差。 变差 = 上行程示值 下行程示值 造成变差的原因很多:如传动机构间隙过 大、运动部件的摩擦、弹性元件的滞后的影响等。 工业测量仪表的变差规定不得超过该仪表本身的 精确度等级,否则应予以检修。 2.3、灵敏度 灵敏度是表达仪表对被测参数变 化的灵敏程度
6、。它是指仪表达到稳定状态以 后,其输出增量与输入增量之比。比值越大 ,仪表越灵敏。 三、常用仪表、控制图形符号 1:图形符号 1.1. 测量点 测量点是由过程设 备或管道符号引导仪表 圆圈的连接引线的起点, 一般无特定的图形符号, 如图1-2-1(a)所示。 若测量点位于设备 中的位置时,可在引线 的起点加一个直径为2mm 的小圆圈或加虚线,如 图1-2-1(b)所示。 1.2.连接线图形符号 仪表圆圈与过程测量点的连接引线,通用的仪表信号线和 能源线的符号是细实线。当通用仪表信号线为细实线可能造成 混淆时,通用信号线符号可在细实线上加斜短划线(斜短划线 与细实线成45角)。 1 1.3. 仪
7、表图形符号 仪表图形符号是直径为12mm(或10mm)的细实线圆 圈。仪表位号的字母或阿拉伯数字较多,圆圈内不能容纳 时,可以断开。如图1-2-2(a)所示,处理两个或多个变量 ,或处理一个变量但有多个功能的复式仪表,可用相切的 仪表圆圈表示,如图1-2-2(b)所示。当两个测量点引到一 台复式仪表上,而两个测点在图纸上距离较远或不在同一 张纸上,则分别用两个相切的实线圆圈和虚线圆圈表示, 如图1-2-2(c)所示。 分散控制系统(又称集散型控制系统DCS)仪表图形 符号是直径为12mm(或10mm)的细实线圆圈,外加与 圆圈相切的细实线方框,如图1-2-3(a)所示。作为分散 控制系统一个部
8、件的计算机功能图形符号,是对角线长 为12mm(或10mm)细实线六边形,如图1-2-3(b)所 示。分散控制系统内部连接的可编程序逻辑控制器(即 PLC)功能图形符号,如图1-2-3(c)所示。 1.4.表示仪表安装位置图形符号 1.5.控制阀体图形符号、风门图形符号 1.6.执行机构图形符号 1.7.执行机构能源中断时控制位置的图形符号 注:上述图形符号中,若不用箭头、横线表示 , 也可以在控制阀体下部标注下列缩写词: FO-能源中断时阀门打开 FC-能源中断时阀门关闭 FL-能源中断时阀门保持原位 FI-能源中断时阀门在任意位置 2:字母代号 2.1.被测变量和仪表功能的字母代号 2.2
9、.仪表位号(TAG): 2.2.1.仪表位号组成 在检测、控制系统中,构成一个回路的每个仪表 (或元件)都应有自己的仪表位号。仪表位号由字母代 号组合和回路编号两部分组成。仪表位号中,第一个字 母表示被测变量,后续字母表示仪表的功能;回路编号 可以按装置或工段(区域)进行编制,一般用三至五位 数字表示。如下图所示: T RC 1 01 序号(一般用两位数字,也可用三位数字) 工序代号(可以一位,也可以用两位数字) 功能字母代号(记录、调节控制) 被测变量字母代号(温度) 2.2.2.分类与编号 仪表位号按被测变量进行分类,即同一个装置(或工段)的 相同被测变量的仪表位号中数字编码是连续的,但允
10、许中间有空 号;不同被测变量的仪表位号不能连续编号。如果同一个仪表回 路中有两个以上具有相同功能的仪表,可用仪表位号后附加尾缀 (大写英文字母)加以区别,例如:PT-202A、PT-202B表示同 一回路内的两台变送器等。 2.2.3.带控制点流程图和仪表系统图上表示方法 仪表位号表示方法是:字母代号填写在圆圈上半圈中,回路 编号填写在圆圈下半圈中。集中仪表盘面安装仪表,圆圈中有一 横,如下图(a)中所示,就地安装仪表中间没有一横,如下图( b)中所示。 TRC T I (a) 101 101 (b) 在带控制点流程图上表示方法 根据图形符号、文字代号以及仪表位号表示方法, 可绘制仪表系统图,
11、见表1-2-14所示: 四、自动控制系统 1:控制系统的原理及组成 自动控制系统由被控对象、检测元件(包括变送 器)、控制器和调节阀等四部分组成。自动控制系统 组成方块图如下图: 控制器控制阀阀对对象 测测量元件 变变送器 给定值偏差控制器输出操纵变量 被控变量 测量值 干扰作用 SVPV-SVMV PV 人工操作图 液位自动控制图 人工操作与自动控制比较图 控制速度和精度不能满足大型 现代化生产的需要 2:控制系统中常用的名词术语 被控对象:自动控制系统中,工艺参数需要控制 的生 产过程、设备或机 器等。 被控变量: 被控对象内要求保持设定数值的工 艺 参数。 操纵变量: 受控制器操纵的,用
12、以克服干扰的 影 响,使被控变量保持设定值的物料量 或能量。 扰动量: 除操纵变量外,作用于被控对象并 引 起被控变量变化的因素。 设定值: 被控变量的预定值。 偏差: 被控变量的设定值与实际值之 差。 3:控制系统的分类 3.1.开环控制系统 控制系统的输出信 号(被控变量)不反馈到 系统的输入端,因而也不 对控制系统作用产生影响 的系统称为开环控制系统。 如右图(a)所示: 3.2.闭环控制系统 系统的输出 (被控变量)通过测量 变送环节,又返回到系 统的输入端,与给定信 号比较,以偏差的形式 进入控制器,对系统起 控制作用,整个系统构 成一个封闭的反馈回路 ,这种控制系统被称为 闭环控制
13、系统,或称为 反馈控制系统。如右图 (c) 所示: 4:基本控制规律 基本控 制规律 比例控制 (P) 积分控制 (I) 微分控制 (D) 1 常 用 的 控 制 规 律 比例控制(P) 比例积分控制(PI) 比例微分控制(PD) 比例积分微分控制(PID) 5:控制器参数对系统控制质量的影响及控制 规律的选择 5.1.常用的几种控制规律 位式控制 适用于对控制质量要求不高,被控对象是单容量的、且 容量较大、滞后较小、负荷变化不大也不太激烈,工艺允许 被控变量波动范围较宽的场合。 比例控制 优点:比例控制克服干扰能力强、控制及时、过渡时间 短。 缺点:在过渡过程终了时存在余差 适用于控制通道滞
14、后较小、负荷变化不大、工艺允许被控 变量存在余差的场合。 比例微分控制 优点:利用微分超前的作用,在被控对象具有较大滞后的场合下,将会 有效地改善担制质量。 缺点:有可能会使系统产生振荡,严重时使系统失控而发生事故。 比例积分微分控制 比例积分微分控制综合了比例、积分、微分控制规律的优点。适用于容 量滞后较大、负荷变化大、控制要求高的场合。 比例积分控制 优点:系统在过渡过程结束时无余差 缺点:系统的超调量、振荡周期都会相应增大,过渡时间也会相应增 加。 适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺不允许被控变量存在余 差的场合。 控制器增益 Kc或比例度: 增益 Kc 的增大(或比例度下降),
15、使系统的调节作 用增强,但稳定性下降; 积分时间Ti 积分作用的增强(即Ti 下降),使系统消除余差的能 力加强,但控制系统的稳定性下降; 微分时间Td 微分作用增强(即Td 增大),可使系统的超前作用增 强,稳定性得到加强,但对高频噪声起放大作用,主要适 合于特性滞后较大的广义对象,如温度对象等。 5.2. PID参数对控制性能的影响 5.3.工业PID控制器的选择 *1:当工业对象具有 较大的滞后时,可 引入微分作用;但 如果测量噪声较大 ,则应先对测量信 号进行一阶或平均 滤波。 5.4.控制器正、反作用的选择: 保证整个控制系统形成负反馈。 在控制系统中,控制器、被控对象、测量元件及执行