仪表自动化在化工生产中的应用

《仪表自动化在化工生产中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《仪表自动化在化工生产中的应用（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、I 摘 要 随着我国工业化水平不断提高，化工仪表自动化研究备受关注。生产实践中的自 动化控制是一门综合性的技术学科，自动化仪表的应用为化工行业过程控制提供了先 进的手段，同时其必不可少的控制仪器为自动控制仪表。本文从化工生产的角度出发 探讨了自动化仪表的含义分类、产生发展、工作属性、功能开发及其未来的发展趋势， 对提升化工效率、企业经济效益、社会综合效益，巩固仪表控制安全操作性、灵活应 用性有积极有效的促进作用。化学工业是创造价值经济的重要组成部分,它直接影响国 计民生还国民经济的其他部门密切相关。 化工生产过程 ,往往是在密闭的容器和设备中,在对于工作人员不利的情况下连续进 行的。此外,不少

2、介质还具直接伤害人体的化学性质。因此,为了响应 “以人为本 ”的号召 ,使 化工生产正常地、 高效地进行,就必须把各项工艺参数维持在某一最佳的范围之内,并尽 量使 生产过程自动化,而这些数据的控制和维持,最直观的就是化工生产自动化仪表的部 分。 关键词：自动化，化工生产，控制仪表 II 目 录 第一章 绪论 .1 1.1 仪表自动化的产生和定义.1 1.2 自动化的工业应用 2 1.2.1 环保仪器仪表.2 1.2.2 电工仪器仪表.2 1.2.3 工业自动化仪表.2 第二章 仪表自动化的介绍 .3 2.1 概述 3 2.1.1 什么是自动化.3 2.1.2 工业控制系统的组成.3 2.2 工

3、业自动化的优点 4 第三章 自动化仪表的分类 .5 3.1 检测仪表 5 3.1.1 温度仪表.5 3.1.2 压力仪表.5 3.1.3 物位仪表.5 3.1.4 流量仪表.6 3.1.5 在线过程分析仪.6 3.2 控制仪表 6 3.2.1 DCS 集散控制系统 .6 3.2.2 PLC 可编程控制系统 .7 第四章 自动化系统在化工生产中的应用 .8 4.1 锅炉汽包水位控制方面的研究 8 4.1.1 单冲量控制系统.8 4.1.2 双冲量控制系统.9 4.1.3 三冲量控制系统10 4.2 冷却器控制方案的研究 .12 4.2.1 控制冷却剂的流量12 4.2.2 控制气氨排量12 第五

4、章 自动化在化工生产中的发展方向 14 III 第六章 结论 15 参考文献 .16 致 谢17 1 第一章 绪论 1.1 仪表自动化的产生和定义 工业仪表在我国出现较早，刚开始出现时主要运载在冶金、热能动力、石油炼制 以及化工等热力生产行业中，所以在当时工业仪表被称作是热工表。最早生产出的工 业仪表主要有液动式以及机械式两种，而且体积也较大，主要作用是进行检测记录与 简单的控制，运用起来极不灵活而且功能较少，不能够在工业生产中发挥很大的作用。 后来人们对这种工业仪表进行了发展与优化，针对其不能进行远程控制的问题研制除 了气动仪表，这种仪表具备了压力信号与远程发送器，可以进行远距离的检测记录与

5、 控制，在这个基础上有出现了可调节的电子仪表。在二十世纪五十年代左右，首次出 现了电动式仪表，它主要是利用各种电子仪器对工业仪表进行控制。再后来，集成电 路与半导体技术得到了一定的发展出现了计算机信息技术，这才逐渐出现了自动化技 术，计算机技术的发展带动了自动化技术的发展，并开始在化工行业中得到运用。 自动化工业仪表的真正出现是在二十世纪的八十年代，人们通过一种控制装置把 自动化技术与工业仪表进行了有效结合，然后通过组装的电子设备进行综合控制，后 来随着控制技术的不断发展，自动化技术逐渐成为了工业仪表发展的主要工具，也就 出现了真正的自动化工业仪表。随着自动化仪表技术的不但发展，其体积越来越来

6、， 功能越来越全，在工业生产中发挥的作用也越来越明显，成为现代工业发展必不可少 的一个重要工具。 随着社会信息技术的不断发展，自动化工业仪表在发展的过程中也表现出了开放 性、总线性、网络化以及智能化等特点。自动化工业仪表主要是通过采用接口通信、 微处理器以及集成电路等现代化网络技术来实现其智能化的，这些技术可以利用一些 嵌入式软件对自动化工业仪表的内部操作进行协调，从而使其具备智能化处理能力。 在这个基础上对各种输入信号进行非线性处理，并通过压力与温度进行补偿，再通过 故障诊断以及零点的修正与漂移等过程来逐步实现自动化工业仪表的总线控制，这种 总线控制式自动化工业仪表是未来重点发展的重点。总之

7、，未来自动化工业仪表的发 展离不开计算机信息技术的支持，只有把计算机数字化技术充分运用到自动化工业仪 表中，才能使自动化工业仪表取得进一步发展。 2 自动化仪表，是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具。 它一般同时具有数种功能，如测量、显示、记录或测量、控制、报警等。自动化仪表 本身是一个系统，又是整个自动化系统中的一个子系统。自动化仪表是一种“信息机 器” ，其主要功能是信息形式的转换，将输入信号转换成输出信号。信号可以按时间域 或频率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字量形式。仪表自动 化是用以实现信息的获取、传输、变换、存储、处理与分析，并根据处理结果对

8、生产 过程进行控制的重要技术工具。近年来，微电子技术、计算机技术、网络通信技术和 数字信息处理技术等日新月异发展的新技术对自动化仪表产生了深远的影响 1.2 自动化的工业应用 “十二五”期间，我国仪器仪表市场容量很大，应用领域广阔，但应用领域需求 相对集中，应用要求迫切的领域主要有：钢铁电力、煤炭化工、石油、医药、轻工等 产业部门。这些产业部门除了有上千项新建工程需要配置大量自动化仪表与控制系统 外，还有上万个企业需要进行技术改造，为此必须替换旧型仪表或零部件需求量极其 庞大。 1.2.1 环保仪器仪表 环保仪器仪表主要用在环境质量监测和污染源监测等方面。针对我国具体国情， 环保主要解决我国水

9、环境、大气环境两个战略性和全局性的大环境生态污染问题。随 着节能降耗、减少排放和低碳经济成为国家长期国策。 1.2.2 电工仪器仪表 在国家电网公司提出，要大力推进以特高压电网为龙头、各级电网协调发展、健 全智能电网的原则，同时还明确了电力用户用电信息采集系统建设是我国智能电网建 设的重要组成部分后，智能电网建设渐进式发展起来。而电网建设是全球性行为，是 长期、渐进式的刚性市场，为电工仪器仪表行业的重大发展机遇。 1.2.3 工业自动化仪表 工业自动化仪表重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种 专用自动化仪表。从市场需求看，我国工业自动化市场需求日旺。据中国仪器仪表协 会预测

10、，到十一.五末，工业自动化市场需求将超过 1000 亿元。随着国家对民生关注 3 的大大提高，一些与民生相关的需求也提到日程上来，也对仪器仪表提出新的要求和 市场需求。 4 第二章 仪表自动化的介绍 2.1 概述 以前， “自动化”一词多用在现代化的行业中，如化工、炼油、纺织、电力、轻工 业等。如今，自动化已经进入我们的生活领域，出现了许多新兴的词汇，如楼宇自动 化、办公自动化等。现代家庭中的自动化装置随处可见，从电饭锅到热水器，从电炉 到空调，它使我们能轻松的感受到生活的便捷。 2.1.1 什么是自动化 自动化（Automation）是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人 或较少

11、人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵 控制，实现预期的目标的过程。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、 商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、 部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极 大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动化是工业、 农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。 2.1.2 工业控制系统的组成 一般过程控制系统是由被控对象、测量变送器、控制器、控制阀四个基本环节所 组成简单控制系统结构简单，投资少，易于调整和投运，能满足一般生产过程的控

12、制 要求，因而应用广泛。它尤其适用于被控对象纯滞后和时间常数较小，负荷和干扰变 化比较平缓或者对被控变量要求不太高的场合。按被控制的工艺变量来划分，最常见 的是温度、压力、流量、液位和成分五种控制系统。 工业控制系统指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制的自 动化技术工具(包括自动测量仪表、控制装置)的总称。工业自动化系统以构成的软、 硬件可分类为：自动化设备、仪器仪表与测量设备、自动化软件、传动设备、计算机 硬件、通信网络等。 （1） 自动化设备：包括可编程序控制器（PLC）、传感器、编码器、人机界面、 开关、断路器、按钮、接触器、继电器等工业电器及设备； （2） 仪器仪表与测

13、量设备：包括压力仪器仪表、温度仪器仪表、流量仪器仪表、 5 物位仪器仪表、阀门等设备； （3） 自动化软件：包括计算机辅助设计与制造系统（CAD/CAM）、工业控制软件、 网络应用软件、数据库软件、数据分析软件等； （4） 传动设备：包括调速器、伺服系统、运动控制、电源系统、马达等； （5） 计算机硬件：包括嵌入式计算机、工业计算机、工业控制计算机等； （6） 通信网络：网络交换机、视频监视设备、通信连接器、网桥等。 2.2 工业自动化的优点 在集散控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）中，过去的调节器的功能是 由软件实现的。一般为控制器系统软件中的一个功能函数。此功能函数可以通过简单

14、 的组态实现非常复杂的控制功能，组成简单控制系统只是其中的应用之一。和过去的 常规模拟仪表不同，复杂的控制系统与简单控制系统相比，在硬件上并不增加多少投 资，硬件安装复杂程度也没增加。那么是不是应该更多的使用复杂控制系统来取代简 单控制系统呢？笔者不这么看，在选择控制方案时，应该一切从实际出发，能满足控 制要求就可以了，毕竟简单控制系统结构简单，调整和投运比较容易。先进技术的采 用只是一种手段，并不是我们所要的效果。只有合理地使用才能真正提高自动化水平， 提高产品的质量和数量，改善劳动条件，在经济效益上也会反映出来。不从具体实际 出发，一味的追求复杂高级，甚至认为控制系统越复杂就越先进，效果就

15、越好的看法 是错误的。对于一个搞自动化的工程技术人员来说，掌握一些先进的控制技术不是最 难的，最难的就是怎样合理的应用这些技术。 6 第三章 自动化仪表的分类 3.1 检测仪表 分类方法很多,根据不同原则可以对自动化仪表进行不同的分类。我们根据实际生 产中数据采集的不同特点,从以下几方面对化工自动化仪表进行分析。 3.1.1 温度仪表 化工生产的特点是在一定温度和压力下,使原料发生一定的化学反应或变化,因此, 对于生产中的温度控制是不可避免的。一般需要指示的温度范围为-200+1800,方 式一般为接触式测量。最常用的仪器仪表是热电阻、热电偶。由于电子技术的发展特 别是现场总线技术的应用,热电

16、阻、热电偶信号直接进入 DCS 或其它温度采集仪表,一 体化的温度变送器(两线制)等,使温度控制实现自动化。 3.1.2 压力仪表 压力是化工生产中必不可少的,没有一定的压力,反应就会发生,生产就不能进行。 而因压力往往关系到生产、设备和人身安全,因此,压力仪表是非常关键的。一般压力 范围为负压到 300Mpa(高压聚乙烯反应器)。 因为压力的测量原理有多种,压力仪表的种类也较多,有压力传感器、变送器和特 种压力仪表等,应用的范围有高温介质、脉动介质、腐蚀介质、粘稠状、粉状、易结晶 介质的压力测量,精度可达 0.1 级。 为了测量不同场合的压力,压力表可分为:液柱式、弹性式、活塞式(压力校验仪)3 类。作为压力调节系统除采用压力变送器将信号送至 DCS 或其它调节器外,位移平衡式、 基地式调节器仍常用于现场测量和控制。 3.1.3 物位仪表 在化工生产中,往往需要对原料、半成品和成品的液位进行测量,由于测量过程与 被测物料特性关系密切,所以除浮力式仪表外,物料仪表没有通用产品,按测量方式分为 直读式、浮力式、静压式(差压、压力)、电接触式、电容式、超声波式、雷达式、重 垂式、辐射式