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1、主讲教师：华陈权,答疑 地点：A座537 时间：周一下午2:305:00 电话：15963217635,传感器与检测基础,讲课学时：48 实验学时：8,教材：化工测量及仪表 （第三版） 陈忧先 主编,1.测量问题,压力,物位,2.控制问题：,流量,温度,本课程主要解决两个问题,测控,测量仪表,浓度,等工艺参数测量出来,如何把工艺参数 控制到工艺需要的值,控制仪表,控制算法,控制系统,绪 论,测量仪表与自动化的应用 生产过程自动化的基本概念 学习本课程的目的 本课程的内容安排与学习要求,一、自动化技术的应用,美国在前南斯拉夫、海湾战争中使用的全球定位系统，导弹误差2-3 米。,1.军事(二战开始
2、，促进自动化发展),俄罗斯：GLONASS系统 (24),美国： GPS系统(32),欧盟： 伽利略定位系统(34),中国： 北斗定位系统（35),导弹首先要确定自己的方位：测量的问题,打击指定的方位：控制的问题,转为民用（10米）：,定值控制： 目标不变,随动控制： 目标变化,南斯拉夫大使馆,1999,1991海湾战争,爱国者 飞毛腿,这里我们先来看一下1个童话故事：,嫦娥奔月,在当时的技术条件下， 只是人们的一种美好愿望。,（创新思想）,古人想到月球看看，飞天梦；,1969年7月21日，美国的“阿波罗11号”宇宙飞船载着三名宇航员成功登上月球，美国宇航员尼尔阿姆斯特朗在踏上月球表面这一历史
3、时刻时，曾道出了一句被后人奉为经典的话这只是我一个人的一小步，但却是整个人类的一大步。,2.上天（航空航天）,我国嫦娥探月工程：嫦娥一号、二号、三号、四号、五号,“绕”、“落”、“回”3个阶段,北京航天飞行控制中心、西安卫星测控中心、 中国卫星海上测控部（“远望号”船队）、中科院上海天文台,2013年12月2日 嫦娥3号发射升空,“神舟” 载人飞船,杨利伟,2.上天（航空航天）,“嫦娥” 探月,太空特点： 太空极端温度：高温、低温； 能源：太阳能电池； 控制距离远，信号弱：,3. 入海：水下导航,难度更大大,美国“深海漫游者”机器人探秘海底.,水下特点： 高压、密封， 无GPS信号 导航(方位
4、/速度/航向） 监听（被动、主动）,潜艇,在加州海岸水面约40公里以下的海底泥泞中辛苦作业，为科学家们提供全新的海底景象资料,多普勒声纳测速,地磁导向,磁罗盘,由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向,陀螺仪,地貌导航,iPhone 4是世界上第一台内置MEMS微机电系统三轴陀螺仪的手机， 可以感知来自六个方向的运动，加速度，角度变化。测量转动、偏转的动作,难度最大,4.入地： 地铁、隧道（人可进入）钻井、采油（人不可进入）、探矿,特点： 高温：100多度； 高压：几十MPa 电源：电池或电缆 水平井：导向 地层结构等未知,海洋平台,我们先来看一下1个童话故事：,阿里巴巴与四十大盗,“芝麻开门
5、”的故事，包含两层意思：,在当时的技术条件下， 阿里巴巴的这个愿望能实现吗？ 只是人们的一种美好愿望。,但在我们现在的技术条件下， 阿里巴巴的这个愿望能实现吗？,如何实现，请大家讨论？,语音控制开门；,只有特殊语音才能开门；,（创新思想）,5、日常生活中的测控技术,声控开关,用于开自己家的门，需要解决那些技术问题？,噪声滤波 语音识别 识别不同人,这种声控开关只能用于公共场所的自动门（商店、银行等）,“芝麻开门”有什么缺点？,现在除了钥匙外，还有哪些开门方式？如何实现？,遥控,光电自动门,热释电传感器用于自动门，当然也可以用于防盗,热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的
6、传感器。,图像识别,指纹识别,人脸识别,返回,4、日常生活（1）体温计一种简单的温度测量仪表。特点：测量范围35-42,（2）水、电、气表简单的流量累计测量仪表。用于双方结算：计量仪表IC卡远程抄表,绪 论,返回,（3）冰箱、空调、电熨斗简单的温度控制系统。,绪 论,返,5、油气田自动化,油气田地面工程主要生产流程,天然气外输管道,天然气,计量站,联合站,原油外 输首站,油井,天然气 外输首站,原油,天然气处理厂,轻质油外运,轻质油,集气站,污水处理,回注,清水,污水,气井,炼厂,原油、天然气从钻井、采油/气到中间处理、外输、提炼每一个环节都需要自动化来保证正常生产，而且每一个环节生产工艺有不
7、同特点。,钻井过程中：扭矩、钻压、振动、导向,测控难度大：高温、高压、强腐蚀、强振动,里伯顿公司（Halliburton）、斯伦贝谢公司（Schlumberger）、 贝克休斯(Baker Hughes)等,仪器和服务几乎被几大钻井服务公司所垄断：,(1)钻井自动化,返回,（2）采油自动化,高温：100多度； 高压：几十MPa 电源：电池或电缆,分层监测井下压力、流量、温度,（3）井口自动化,RTU,自动检测：,套压、油压、回压、温度,示功图测试 动态液位,抽油机电机控制、 保护、节能,自动控制：,油井产量控制,常采用RTU：现场监控和信号远传。,（4）计量站自动化,（1） 选井控制：812口
8、井 （2） 分时计量：油气井的油、气、水计量 （3） 配水间压力流量测量：(汇管总压力及每口水井的水量、压力) （4） 远程数据采集与监控 （5） 辅助设备的自动切换与控制,常采用PLC或SCADA系统,多通阀完成倒井的功能,磁浮式液位计,气体流量计,含水分析仪,天然气：孔板、涡轮、涡街等，压力、温度补偿等,液体：翻斗流量计、定体积测时间等,含水：电容、射频、射线等,去 装 油 台,1#换热器,2#换热器,1#,2#,1#,2#,3#,3#事故罐,原 稳 塔,外输泵,1# 电 脱 水 器,除 油 器,缓 冲 罐,1# 分 离 器,1# 高 效,2# 高 效,计 量 站 来 油,1#事故罐,2#
9、事故罐,2# 分 离 器,2# 电 脱 水 器,2# 分 离 器,1# 分 离 器,去水区,去水区,去水区,去轻烃,去 轻 烃,3#,去轻烃,去 油 库,来 气,去加热炉,去火炬放空,卸油台,联合站是油气田地面工程最复杂，控制要求最高、测点最多的生产过程。,（5）联合站自动化,联合站自动化的要求,（1） 三相分离器测控系统：分离、计量,（2） 电脱水装置测控系统,控制：油水界面、出口含水控制等；,（3） 加热炉控制系统,测量参数：油水界面、出口含水、温度、压力、电流、电压；,（4） 蒸汽锅炉控制系统,（5） 原油稳定装置测控系统,控制：锅炉汽包水位、饱和蒸汽压力、炉膛负压控制等；,控制：出口温
10、度热媒入口流量、风量控制等；,（6） 天然气处理过程测控系统,（7） 注水测控系统,油库：用来接收、储存和发放原油或成品油,（6）油库自动化,发油(原油、成品)是油库最主要的作用。,发油区自动化,管道,铁路,公路,水路,管道外输：流量、含水、温度、压力、密度流量控制、温度控制,对于不同发油方式，原油、成品油，自动化要求稍有不同,装车、装船：流量、含水、温度、压力付油控制、温度控制,由于涉及到双方贸易结算，流量、含水要求测量精度高：,流量（与温度有关）：0.2%,油库自动化的要求,油库自动化的要求,计量要求：液位测量与报警、油水界位、温度、压力等；盘库；切换,油库主要作用之一：通过油罐进行油品(
11、原油、成品)储存,油库周转比较快，盘库是油库的一项重要工作，每天都要进行，主要通过液位测量来实现的，所以对液位测量精度要求高。,罐区自动化,020m，2mm或1mm,西气东输一线 新疆轮南上海 4000公里左右,西气东输二线 新疆霍尔果斯口岸 东至上海、南下广州，全长4895公里 中亚国家中国,特点：测点分散、距离远、通信要求高,（7）化工生产自动化,常减压装置工艺流程,对控制要求最高,返回,青岛炼油自动化系统,DCS I/O 27000 控制器（冗余） 43 操作站 168 各种机柜 286,特点：控制要求高；点多、集中,35,现代自动控制系统的监控与操作,返回,热电偶温度计,差压 流量计,
12、差压 变送器,变送器仪表箱,转子 流量计,浮筒液位计,绪 论,返回,质量流量计,气动活塞调节阀,气动薄膜调节阀,气动活塞调节阀,气动活塞调节阀,气动活塞调节阀,采用计算机控制系统，对生产过程实现全厂自动化集中监控，实现了减员增效；增强了石油化工生产的安全性。,控制中心,返回,绪 论,返回,生产参数模拟控制器。可 实现手/自动切换，设定值 SP界面输入，PID参数整定。,绪 论,返回,根据图示各类参数变化 趋势，对生产运行状况 进行分析诊断，从而有 效的指导生产。,（一 ）自动控制系统的组成,自动控制系统是在人工控制的基础上产生和发展起来的。所以，在开始介绍自动控制的时候，先分析人工操作，并与自
13、动控制加以比较，可以帮助我们分析和了解自动控制系统。,二、生产过程自动化的基本概念,例13-1:液位控制,人工控制,眼-看：观察当前的液位值，并通过神经系统告诉大脑。,脑想（判断、决策、命令）：大脑根据眼睛看到的液位高度，并与要求的液位值进行比较判断，得出偏差的大小和正负，经决策后发出命令。,手动：执行大脑的控制命令，通过手改变阀门开度，以改变出口流量，从而使液位保持在所需高度上。,反复进行步骤，直到液位达到期望值HSP。,由于干扰的随时存在、变化-影响液位因素（干扰）：入口压力，出口压力流量等；,随时产生干扰,反复进行步骤,人工控制特点：反应慢，控制精度差，效率低、劳动强度大,不能满足大多数
14、现代化生产控制的要求。,反复进行步骤，直到液位达到 期望值HSP。,但是，调节过程远还没有结束！,例13-:原油加热炉出口温度控制,人工控制：,眼看：观察当前的温度值；,脑想：大脑根据眼睛看到的温度，并与要求的温度值进行比较判断，经决策后发出命令。,手动：执行大脑的控制命令，通过手改变阀门开度，改变燃料油流量，改变火力大小，从而使温度保持在所需温度值上。 ；,反复进行步骤，直到温度达到期望值。,影响温度因素（干扰）：原油入口流量、成份、温度，燃料油压力、成份等；,随时产生干扰,反复进行步骤,自动控制：用自动化装置（仪表）来实现上述的人工控制过程。,变送器：代替眼睛，观察当前值；（测量）,控制器：代替大脑：分析、判断，发出控制命令；（控制）,
