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1、化工仪表及自动化 2011届大学生基础知识培训 工程建设部张敏 一 基础知识二 压力检测仪表三 流量检测仪表四 温度检测仪表五 物位检测仪表六 气动执行器七 控制系统八 集散型控制系统 DCS 目录 化工自动化是石油 化工等生产过程自动化的简称 自动化技术的研究开发和应用水平是衡量一个国家发达程度的重要标志 自动化技术的进步推动工业生产的飞速发展 在化工设备上配备一些自动化装置 代替操作人员的部分直接劳动 使生产在不同程度上自动执行 这种用自动化装置来管理化工生产过程的方法 称为化工自动化 化工自动化定义 一 基础知识 人工控制与自动控制 一 基础知识 机械化 人工控制向自动控制转变 人脑 眼
2、睛 四肢 控制器 检测仪表 执行器 人工控制与自动控制 一 基础知识 1 20世纪40年代手工操作状态 只有少量的检测仪表用于生产过程 2 20世纪40年代末 50年代自动化仪表 采用基地式仪表和部分单元组合仪表 气动 型和电动 型 控制理论 以反馈为中心的经典控制理论控制系统 多为单输入 单输出简单控制系统 化工自动化发展 一 基础知识 3 20世纪50年代 70年代自动化仪表 单元组合仪表 气动 型和电动 型 成为主流产品 60年代后期 出现了专门用于过程控制的小型计算机 直接数字控制系统和监督计算机控制系统开始应用于过程控制领域 控制理论 出现最优控制理论为基本特征的现代控制理论 控制系
3、统 串级 比值 均匀 前馈和选择性等多种复杂控制系统 化工自动化发展 一 基础知识 KFL现场型基地式气动液位指示调节仪 化工自动化发展 一 基础知识 4 20世纪70 80年代自动化仪表 气动 型和电动 型 以微处理器为主要构成单元的智能控制装置 集散控制系统 DCS 可编程逻辑控制器 PLC 工业PC机 工控机 和数字控制器等 已成为控制装置的主流 控制理论 出现最优控制理论为基本特征的现代控制理论 传统的单输入单输出系统发展到多输入多输出系统领域 控制系统 串级 比值 均匀 前馈和选择性等多种复杂控制系统 化工自动化发展 一 基础知识 5 20世纪90年代至今自动化仪表 信息技术飞速发展
4、 现场总线控制系统 FCS 的出现 引起过程控制系统体系结构和功能结构上的重大变革 现场仪表的数字化和智能化 形成了真正意义上的全数字过程控制系统 出现各种智能仪表 变送器 无纸纪录仪 控制理论 人工智能 神经网络控制 控制系统 管控一体化现场 综合自动化是当今生产过程控制的发展方向 化工自动化发展 一 基础知识 早期的DCS控制系统 一 基础知识 现代的DCS控制系统 一 基础知识 化工自动化目的 提高工作效益 降低生成成本 保证生产安全 减轻劳动强度 化工自动化目的 一 基础知识 化工自动化的基本组成 显示控制仪表 检测仪表 执行器 一 基础知识 如仪表的测量范围 400 1200KP则仪
5、表的量程为1600KP 仪表量程 仪表量程 测量上限 测量下限 一 基础知识 精度等级有0 02 0 05 0 1 0 2 0 4 0 5 1 0 1 5 2 5 4 0等 仪表精度 表示测量的准确程度 一 基础知识 仪表类型及标准信号 仪表类型 电动仪表 气动仪表 4 20mADC 1 5VDC 1 远传信号用电流源优于电压源 电流传输 电压接收 2 20mA的选择是基于 安全 实用 功耗 成本的考虑 3 零点为4mA DC 不与机械零点重合 这种 活零点 有利于识别断电和断线等故障 4 两线制 0 02 0 1MPa 20KPa 100KPa 一 基础知识 信号的传递形式 连续变化 0 和
6、 1 组合 两种状态 模拟信号 数字信号 开关信号 信号传递形式 一 基础知识 仪表的名称 在DCS系统中是唯一的 一般不超过8位 如 PV2301 LT2310 TIC2310等 仪表位号 TAG 英文字母 数字 仪表位号 一 基础知识 仪表位号 TAG 仪表工位号 参数符号 功能符号 数字 如 TIC2310 参数符号F 流量 L 液位 P 压力 T 温度 E 电流 H 手操 V 振动 阀门 功能符号A 报警 R 记录 C 调节 I 指示 Q 累积 T 变送器 CV 自力式G 现场监视 数字12 9 一 基础知识 前面2位阿拉伯数字一般代表生产工序 后面2位阿拉伯数字一般代表该工序该参数的
7、序号 TG6101 FQI6227 PIC6502 TIA2217A 仪表位号 TAG 一 基础知识 压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力 工程上的 压力 与力学中的 压力 不表示同一个概念 压力的单位为帕斯卡 简称帕 Pa 二 压力检测仪表 压力的定义及单位 1kgf cm2 105Pa 0 1MPa 1巴 bar 0 1兆帕 MPa 100千帕 KPa 1 0197公斤 平方厘米 二 压力检测仪表 压力的定义及单位 美标法兰和公制法兰压力等级的表示方法 CL150 PN2 0 CL300 PN5 0 CL600 PN11 CL900 PN15 CL1500 PN26 CL2500 PN4
8、2 1psi 6 895kpa 0 07kg cm2 0 06895bar PSI英文全称为Poundspersquareinch 在压力测量中 常有表压 绝对压力 负压或真空度之分 当被测压力低于大气压力时 一般用负压或真空度来表示 压力的定义及单位 二 压力检测仪表 弹簧管压力表 二 压力检测仪表 普通压力表 耐震压力表 膜片式压力表 电接点压力表 弹簧管压力表 二 压力检测仪表 将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表 图2 5电气式压力计组成方框图 压力变送器 二 压力检测仪表 电容式压力变送器 压力变化 电容量的变化 转变 4 20mA 输出 二 压力检测仪表 智能差压变送器 3051
9、C型智能差压变送器 4 20mA 方框图 二 压力检测仪表 压力 差压 变送器 差压变送器 压力变送器 二 压力检测仪表 流量 单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小 即瞬时流量 单位 t h kg h L h m3 h等 流量定义 二 流量检测仪表 质量流量M 体积流量Q 如以t表示时间 则流量和总量之间的关系是 质量流量和体积流量 三 流量检测仪表 差压式 也称节流式 流量计利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的流量与压力差 P的平方根成正比 即Q K 1 2切断阀 3平衡阀差压计阀组安装示意图 孔板 差压式流量计 三 流量检测仪表 漩涡流量计 三 流量检测仪表 漩涡流量计
10、以卡门涡街理论为基础 采用压电晶体检测流体通过管道内三角柱时所产生的旋涡频率 从而测量出流体的流量 漩涡流量计 三 流量检测仪表 质量流量计 三 流量检测仪表 质量流量计 三 流量检测仪表 电磁流量计 测量原理是法拉第电磁感应定律 用来测量导电液体 三 流量检测仪表 转子 金属浮子流量计 三 流量检测仪表 金属管浮子流量计采用可变面积式测量原理 适用于测量液体 气体 全金属结构 有指示型 电远传型 玻璃管转子流量计 金属浮子流量计 转子流量计的主要测量元件为一根垂直安装的下小上大锥形玻璃管和在内可上下移动的浮子 适应 温度定义及单位 表示物体冷热程度的物理量 常用的温度单位为热力学温标 T 单
11、位是开尔文 K 摄氏温标 单位摄氏度 华氏温标 单位 T tC 273 16tF 32 1 8tC 四 温度检测仪表 双金属温度计 图5 1双金属片 利用液体或固体受热时产生热膨胀的原理 可以制成膨胀式温度计 四 温度检测仪表 热电阻 利用金属的电阻随温度变化而变化的特性来进行温度测量的 工业上使用的铂电阻主要有分度号为Pt100 它的R0 100 Cu50 它的R0 50 四 温度检测仪表 热电偶 两种不同成份的导体两端焊接在一起 当工作端和参比端存在温差时 就在回路中产生热电势 通过热电势的测量就知道对应温度值 工业上使用的热电偶有K型 镍铬 镍硅 S型 铂铑 铂 等 热电偶温度计测温系统
12、示意图 1 热电偶 2 补偿导线 3 测量仪表 四 温度检测仪表 温度变送器 温度变送器为24V供电 二线制的一体化变送器 将热电阻或热电偶的信号放大 并转换成4 20mA的输出电流 四 温度检测仪表 物位检测仪表分类 液体 颗粒 液体 液体 液位计 料位计 介面计 物位仪表 五 物位检测仪表 玻璃板液位计 容器连接构联通器 透过玻璃板直接指示容器的液位 五 物位检测仪表 磁翻板液位计 根据浮力原理和磁性耦合作用原理工作的 当被测容器中的液位升降时 液位计本体管中的磁性浮子也随之升降 浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器 驱动红 白翻柱翻转180 当液位上升时翻柱由白色转变为红色 当液
13、位下降时翻柱由红色转变为白色 指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度 从而实现液位清晰的指示 五 物位检测仪表 差压液位变送器 五 物位检测仪表 差压式液位计 差压式液位计原理图 因此 将差压变送器的一端接液相 另一端接气相 五 物位检测仪表 雷达液位计 雷达式液位计示意图 五 物位检测仪表 其他液位计 电容式液位计 超声波液位计 浮球液位计 浮力和静磁场原理 磁致伸缩液位计 电容量的变化 五 物位检测仪表 物位开关 音叉液位开关 浮球液位开关 阻旋式液位开关 五 物位检测仪表 五 物位检测仪表 六 气动执行器 执行器的分类 气动执行器 电动执行器 液动执行器 气动执行器 调节阀 切断阀
14、执行器的组成 调节机构 执行机构 辅助机构 调节阀的组成 六 气动执行器 执行机构 气动薄膜 气动活塞 执行机构的分类 六 气动执行器 执行机构的作用方式 六 气动执行器 调节机构 阀 直通单座阀 直通双座阀 角形阀 蝶阀 球阀 调节机构的分类 六 气动执行器 调节阀的作用方式 气开式 FC 气关式 FO 调节阀的作用形式 六 气动执行器 主要从工艺生产上安全要求出发 信号压力中断时 应保证设备和操作人员的安全 如果阀处于打开位置时危害性小 则应选用气关式 以使气源系统发生故障 气源中断时 阀门能自动打开 保证安全 反之阀处于关闭时危害性小 则应选用气开阀 选择要求 压力信号增加时 阀关小 压
15、力信号减小时阀开大的为气关式 反之 为气开式 气开式与气关式的选择 六 气动执行器 表11 1组合方式表 图11 11组合方式图 六 气动执行器 调节阀的流量特性 直线 等百分百 快开 抛物线 流量特性的分类 六 气动执行器 电气阀门定位器 电磁阀 辅助机构 六 气动执行器 人工操作与自动控制比较图 七 控制系统 图12 3简单控制系统的方块图 负反馈是控制系统的基石 七 控制系统 基本控制规律 比例控制 P 积分控制 I 微分控制 D 七 控制系统 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 七 控制系统 简单控制系统组成 测量元件 控制器
16、 调节阀 对象 七 控制系统 液位控制系统 温度控制系统 七 控制系统 简单控制系统 简单控制系统的方块图 七 控制系统 简单控制系统 通过这套串级控制系统 能够在塔釜温度稳定不变时 蒸汽流量能保持恒定值 而当温度在外来干扰作用下偏离给定值时 又要求蒸汽流量能作相应的变化 以使能量的需要与供给之间得到平衡 从而保持釜温在要求的数值上 七 控制系统 串级控制系统 在上例中 选择的副变量就是操纵变量 加热蒸汽量 本身 这样 当干扰来自蒸汽压力或流量的波动时 副回路能及时加以克服 以大大减少这种干扰对主变量的影响 使塔釜温度的控制质量得以提高 七 控制系统 串级控制系统 串级控制系统典型方块图 七 控制系统 串级控制系统 串级控制系统的结构 串级控制系统有两个闭合回路 主回路是个定值控制系统 副回路是个随动系统 在串级控制系统中 主变量是反映产品质量或生产过程运行情况的主要工艺参数 副变量的引入往往是为了提高主变量的控制质量 它是基于主 副变量之间具有一定的内在关系而工作的 七 控制系统 七 控制系统 比值控制系统 工业上为了保持两种或两种以上物料的比值为一定的控制叫比值控制 七 控制系统
