自动化基础知识55866PPT课件

自动化基础知识 安全经验分享 一 事件经过 3月2号星期一约14 50某联合站加热岗的燃烧器燃烧不好发出 呜呜 的声音 值班员张某找来原岗位工人柳某询问原因 柳某告诉张某是天然气燃烧不好造成的 放空后可以解决 随后柳某就拿着工具来到真空炉旁的放空口进行放空 大概十分钟左右 他们听到嘭的一声 放空口随即燃烧起来 柳某立即跑到生产指挥间向站领导作了汇报 站长崔某等立即赶到现场 关掉了气源并用灭火器扑灭了明火 二 事故原因 现场检查发现 电缆沟盖板跷起 值班室两扇窗户震碎 配电盘面板变形的严重 作业区安全副大队长 生产办泵站管理干部随后赶到现场 大家经过现场勘查认为 产生此次事故的原因是由于地面下沉导致电缆沟和炉体下面的排放口联通 在风的作用 放空时使部分天然气进入到电缆沟内 由于室内的配电盘都不是防爆电器 运行过程中 某一点温度较高 当空气中的天然气浓度达到一定比例时 产生爆燃 安全经验分享 三 预防措施 1 加强天然气放空口的安全措施 放空口不应在室内 设备操作间等通风条件差的环境内 避免天然气高度聚集引长火灾 2 地面 墙体坍塌会导致防爆环境变化 对出现地面 墙体坍塌的地方应安排专人进行落实 对坍塌的危害进行评价 并提出整改要求 3 操作员工在操作时要按照要求穿戴好劳保用品 安全经验分享 目录 一 自动化仪表分类二 自动化仪表基础知识三 自控仪表简介四 自动控制基础知识五 DCS与PLC简介 一 自动化仪表分类 检测与过程控制仪表 通常称自动化仪表 分类方法很多 根据不同原则可进行相应分类 按仪表所使用的能源可分为气动仪表 电动仪表 液动仪表 按是否带微处理器分为智能仪表 非智能仪表 根据仪表信号形式分为模拟仪表 数字仪表 自动化仪表最通用的分类 是按仪表在测量与控制系统中的作用进行划分 一般分为检测仪表 显示仪表 调节仪表 执行器4类 一 误差误差是在正确测量的前提下 所测得的数值和真实值之间的差异 按误差数值表示的方法 误差可以分为绝对误差 相对误差 引用误差 绝对误差 是指仪表的测量值与被测变量真实值之差 绝对误差 测量值 真值 相对误差 是绝对误差与实际值之比的百分数 相对误差 绝对误差 实际值 100 引用误差 是指绝对误差与测量表量程的比值 以百分比表示 引用误差 绝对误差 量程 100 按误差的测试条件分为 基本误差 附加误差基本误差 是在规定的条件下 如温度 压力 湿度 密度 电源电压 频率等一定 仪表本身具有的误差 附加误差 是当仪表的工作条件偏离正常范围时所引起的误差 如密度 温度 压力等条件的变化 二 自动化仪表基础知识 二 仪表主要性能指标精确度仪表精确度简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度 精度等级是根据引用误差来划分的 仪表引用误差去掉百分数就是我们通常说的仪表精度 精度 最大误差 测量范围 100 我国生产的仪表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 二 自动化仪表基础知识 例 一台压力表 量程是0 1 0MPa 精度为1 6级 测量0 5MPa压力时 该表显示0 49MPa 计算相关误差 判断此表是否合格 绝对误差 0 49 0 5 0 01MPa相对误差 0 01 0 5 100 2 0 基本误差 1 0 1 6 0 016MPa引用误差 0 01 1 0 100 1 0 因为0 01 0 016 1 0 1 6 所以此表合格 二 自动化仪表基础知识 三 被测变量和仪表功能的字母代号 二 自动化仪表基础知识 英文名称英文缩写中文名称TEMPERATUREINDICATORTI温度表TEMPERATURETRANSMITTERTT温度变送器TEMPINDICATORCONTROLLERTIC温度显示控制器TEMPERATURECONTROLVALVETCV温度控制阀TEMPERATURESWITCHHIGHTSH温度高开关TEMPERATURESWITCHHIGHHIGHTSHH温度高高开关TEMPERATURESWITCHLOWTSL温度低开关TEMPERATURESWITCHLOWLOWTSLL温度低低开关TEMPERATUREALARMHIGHTAH温度高报警TEMPERATUREALARMHIGHHIGHTAHH温度高高报警TEMPERATUREALARMLOWTAL温度低报警TEMPERATUREALARMLOWLOWTALL温度低低报警PRESSUREINDICATORPI压力表PRESSURETRANSIMITTERPT压力变送器PRESSUREINDICATORCONTROLLERPIC压力显示控制器PRESSURECONTROLVALVEPCV压力控制阀PRESSURESWITCHHIGHPSH压力高开关PRESSURESWITCHHIGHHIGHPSHH压力高高开关PRESSURESWITCHLOWPSL压力低开关PRESSURESWITCHLOWLOWPSLL压力低低开关PRESSUREALARMHIGHPAH压力高报警PRESSUREALARMHIGHHIGHPAHH压力高高报警PRESSUREALARMLOWPAL压力低报警PRESSUREALARMLOWLOWPALL压力低低报警PRESSUREDIFFERENTSWlCHHIGHPDSH差压高开关PRESSUREDIFFERENTSWICHLOWPDSL差压低开关PRESSUREDIFFERENTALARMLOWPDAL差压低报警PRESSUREDIFFERENTALARMHIGHPDAH差压高报警 仪表常用缩写字母 二 自动化仪表基础知识 英文名称英文缩写中文名称LEVELINDICATORLI液位计LEVELGLASSTUBELG液位玻璃管LEVELTRANSIMITTERLT液位变送器LEVELINDICATORCONTROLLERLIC液位显示控制器LEVELCONTROLVALVELCV液位控制阀LEVELSWITCHHIGHLSH液位高开关LEVELSWITCHHIGHH1GHLSHH液位高高开关LEVELSWITCHLOWLSL液位低开关LEVELSWITCHLOWLOWLSLL液位低低开关LEVELALARMHIGHLAH液位高报警LEVELALARMLOWLOW液位低报警LEVELALARMHIGHHIGHLAHH液位高高报警LEVELALARMLOWLOWLALL液位低低报警FLOWINDICATORFl流量表FLOWTRNSIMITTERFT流量变送器FLOWINDICATORCONTROLLERFIC流量显示控制器FLOWCONTROLVALVEFCV流量控制阀PRESSURESAFETYVALVEPSV压力安全阀SHUTDOWNVALVESDV关断阀BLOWDOWNVALVEBDV排空阀UNITSHUTDOWNUSD单元关断PROCESSSHUTDOWNPSD系统关断EMERGENCYSHUTDOWNESD紧急关断PROGRAMA LOGICALCONTROLLERPLC可编程逻辑控制器 仪表常用缩写字母 二 自动化仪表基础知识 仪表常用的电信号包括 4 20mADC信号1 5VDC信号脉冲信号RTD 热电阻 PT100信号mV信号 热电偶 仪表常用的电信号字母表示 AI AnalogInput 模拟量输入信号AO AnalogOutput 模拟量输出信号DI DigitalInput 数字量输入信号DO DigitalOutput 数字量输入信号 四 仪表信号和接线方式 二 自动化仪表基础知识 两线制 两根线既传输电源又传输信号 也就是传感器输出的负载和电源是串联在一起的 电源是从外部引入的 和负载串联在一起来驱动负载 四 仪表信号和接线方式 二 自动化仪表基础知识 三线制 三线制传感器就是电源正端和信号输出的正端分离 但它们共用一个COM端 四 仪表信号和接线方式 二 自动化仪表基础知识 四线制 电源两根线 信号两根线 电源和信号是分开工作的 四 仪表信号和接线方式 二 自动化仪表基础知识 变送器基本概念 将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备 一般分为 温度变送器 压力变送器 差压变送器 液位变送器 电流变送器 电量变送器 流量变送器 重量变送器等 三 自控仪表简介 压力 垂直作用在物体表面上的力单位 帕斯卡 a 1 压力变送器 压力开关 即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所形成的压力值为1Pa 1Pa 1N m2 1 压力测量 三 自控仪表简介 在压力测量中 常有表压 绝对压力 负压或真空度之分 工业上所用的压力指示值多数为表压 即压力表的指示值是绝对压力和大气压力之差 所以绝对压力为表压和大气压力之和 如果被测压力低于大气压 称为负压或真空度 1 压力测量 三 自控仪表简介 表压 绝对压力 负压 真空度 关系图 三 自控仪表简介 压力变送器最常见的分为电容式压力变送器和单晶硅压力变送器 其它还有扩撒硅压力变送器 目前主流压力变送器几乎都采用了智能协议 1 差压变送器差压变送器两侧分别接不同的压力 根据压力差来测量液位的高度以及和孔板配合测量管道流量等 2 绝压变送器绝压变送器其一侧抽真空 另一侧所受压力就为绝对压力 适用于绝压场合 3 微差压变送器微差压变送器选用2E膜盒 0 0 1 5KPA 提高测量小压力的精度 4 高静压差压变送器高静压差压变送器选用高静压膜盒 所谓静压就是当压力变送器两侧所加压力相同时其输出电流应4 00mA 但普通差压变送器当两侧压力同时增大到25MPA以上其输出难以保证在4 00mA 故高静压差压变送器多用于流量 液位测量且压力较高的场合 2 压力变送器 三 自控仪表简介 3051C型表压与绝压变送器 3051T型表压与绝压变送器 3051L型液位变送器 3051H型高温压力变送器 可测过程温度高达375 F 191 C 且不需使用远传膜片密封或毛细管 三 自控仪表简介 一般使用来测量阻力 液位或者与流量节流元件配套使用测量流量仪表 该类型仪表往往与三阀组或者五阀组配套使用 目前国内应用三阀组较为普遍 使用时应注意问题 开启表时 应先打开正压阀1 再关闭平衡阀2 最后打开负压阀3 停表时 应先关闭负压阀3 再打开平衡阀2 最后关闭正压阀1 3 差压变送器 三 自控仪表简介 1 压力开关是一种简单的压力控制装置 当被测压力达到额定值时 压力开关可发出警报或控制信号 2 压力开关的工作原理是 当被测压力超过额定值时 弹性元件的自由端产生位移 直接或经过比较后推动开关元件 改变开关元件的通断状态 达到控制被测压力的目的 3 压力开关采用的弹性元件有单圈弹簧管 膜片 膜盒及波纹管等 开关元件有磁性开关 水银开关 微动开关等 4 压力开关的开关形式有常开式和常闭式两种 5 压力开关的调节方式有两位式和三位式两种 6 压力开关的参数可调 依实际使用压力范围调节 4 压力开关 三 自控仪表简介 1 热电阻 热电阻测温原理 基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的 热电阻大都由纯金属材料制成 目前应用最多的是铂和铜 PT100型号的铂热电阻分为单支 双支 Pt100类型热电阻对应0 时阻值为100 Cu50类型热电阻对应即0 时阻值为50 标准的热电阻回路国内一般采用三线制 采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差 这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥 热电阻作为电桥的一个桥臂电阻 其连接导线 从热电阻到中控室 也成为桥臂电阻的一部分 这一部分电阻是未知的且随环境温度变化 造成测量误差 采用三线制 将导线一根接到电桥的电源端 其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上 这样消除了导线线路电阻带来的测量误差 热电阻将铂热电阻体的电阻信号直接转换为4 20mADC的标准信号一体化仪表就是温度变送器中比较常见的一种 2 温度仪表 三 自控仪表简介 热电阻接线方式 三 自控仪表简介 2 热电偶 热电偶是中高温区最常用的一种温度检测元件 它的主要特点是测量精度高 性能稳定 工作原理 两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来 构成一个闭合回路 当导体A和B的两个接合点之间存在温差时 两者之间便产生电动势 因而在回路中形成电流 这种现象称为热电效应 热电偶就是利用这一效应来工作的 三 自控仪表简介 如图所示 两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来 构成一个闭合回路 置于被测温度为t的介质中 称为称为工作端或热端 另一端与导线相连 称为冷端或自由端 放在温度为t0的恒定温度下 当工作段的被测介质温度发生变化时 热电势也随温度发生一定规律的变化 热电偶产生热电势的条件是两热电极材料相异 两接点温度相异 热电动势大小只与电极材料与两端的温差有关 而与热电极的长度和直径的粗细无关 三 自控仪表简介 补偿导线 虽然在理论上热电偶可以直接连接到仪器 但它们之间长距离连接时使布线成本过高 并且在测量回路中容易出现问题 因此 使用在常温下可使用和热电偶有相同或相近特性的补偿导线 将热电偶的冷端延伸出来 三 自控仪表简介 温度变送器是现场安装式温变送单元 包括测温元件 A D转换模块 显示模块 变送器可以安装于热电偶 热电阻的接线盒内与之形成一体化结构 其作用是将检测的热电偶或热电阻等温度信号转变为标准的仪表信号4 20mA电流信号或者1 5VDC 实现对温度的精确测量与控制 3 一体化温度变送器 三 自控仪表简介 4 温度开关 温度开关是一种用双金属片作为感温元件 正常工作时 双金属片处于自由状态 触点处于闭合 断开状态 当温度升高至动作温度值时 双金属元件受热产生内应力而迅速动作 打开 闭合触点 切断 接通电路 从而起到热保护作用 当温度降到设定温度时触点自动闭合 断开 恢复正常工作状态 三 自控仪表简介 流量 流体在单位时间内通过管道某一截面的数量 按计算流体数量的方法的不同流量可分为质量流量和体积流量 Qm Qv瞬时流量 是指单位时间内流过管道横截面介质的体积或质量数 累积流量 是指在一定时间间隔内流过某管道截面的介质总量 3 流量仪表 根据测量原理分类 节流式 速度式 容积式 电磁式 质量式 超声式等 三 自控仪表简介 节流式流量计 测量过程 充满管道的流体 当它们流经管道内的节流装置时 流束将在节流装置的节流件处形成局部收缩 从而使流速增加 静压力低 于是在节流件前后便产生了压力降 即压差 介质流动的流量越大 在节流件前后产生的压差就越大 所以可以通过测量压差来衡量流体流量的大小 三 自控仪表简介 差压流量计测量原理 三 自控仪表简介 节流式流量计 节流装置 标准孔板 OrificePlate 三 自控仪表简介 标准喷嘴 Nozzle 三 自控仪表简介 文丘里管 VenturiTube 三 自控仪表简介 涡轮流量计 当被测流体流过涡轮流量计传感器时 在流体作用下 叶轮受力旋转 其转速与管道平均流速成正比 叶轮的转动周期地改变磁电转换器的磁阻值 检测线圈中磁通随之发生周期性变化 产生周期性的感应电势 即电脉冲信号 经放大器放大后 送至显示仪表显示 三 自控仪表简介 质量流量计 流体在旋转的管内流动时会对管壁产生一个力 它是科里奥利在1832年研究水轮机时发现的 简称科氏力 质量流量计以科氏力为基础 在传感器内部有两根平行的T型振管 中部装有驱动线圈 两端装有拾振线圈 变送器提供的激励电压加到驱动线圈上时 振动管作往复周在振管周期振动 工业过程的流体介质流经传感器的振动管 就会上产生科氏力效应 使两根振管扭转振动 安装在振管两端的拾振线圈将产生相位不同的两组信号 这两个信号差与流经传感器的流体质量流量成比例关系 计算机解算出流经振管的质量流量 不同的介质流经传感器时 振管的主振频率不同 据此解算出介质密度 安装在传感器器振管上的铂电阻可间接测量介质的温度 三 自控仪表简介 转子流量计 转子流量计 是变面积式流量计的一种 在一根由下向上扩大的垂直锥管中 圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的 浮子可以在锥管内自由地上升和下降 在流速和浮力作用下上下运动 与浮子重量平衡后 通过磁耦合传到刻度盘指示流量 一般分为玻璃和金属转子流量计 金属转子流量计是工业上最常用的 对于小管径腐蚀性介质通常用玻璃材质 由于玻璃材质的本身易碎性 关键的控制点也有用全钛材等贵重金属为材质的转子流量计 三 自控仪表简介 涡街流量计 在流体中安放一个非流线型旋涡发生体 使流体在发生体两侧交替地分离 释放出两串规则地交错排列的旋涡 且在一定范围内旋涡分离频率与流量成正比的流量计 三 自控仪表简介 旋进漩涡流量计 当流体通过由螺旋形叶片组成的旋涡发生器后 流体被迫绕着发生体轴剧烈旋转 形成旋涡 当流体进入扩散段时 旋涡流受到回流的作用 开始作二次旋转 形成陀螺式的涡流进动现象 该进动频率与流量大小成正比 不受流体物理性质和密度的影响 三 自控仪表简介 超声波流量计 超声波流量计依据测量原理常见的有两类 时间差计量 传播速度差法 多普勒原理计量 三 自控仪表简介 电磁流量计 电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律 在电磁流量计中 测量管内的导电介质相当于法拉第实验中的导电金属杆 上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场 当有导电介质流过时 则会产生感应电压 管道内部的两个电极测量产生的感应电压 测量管道通过不导电的内衬 橡胶 特氟隆等 实现与流体和测量电极的电磁隔离 三 自控仪表简介 腰轮流量计RootsFlowMeter 三 自控仪表简介 椭齿流量计EllipticGearsFlowmeter 三 自控仪表简介 气体腰轮流量计 三 自控仪表简介 物位液位料位界面 4 物位仪表 三 自控仪表简介 浮球液位计 UFB系列磁浮球液位变送器 三 自控仪表简介 浮筒液位计 根据阿基米德原理进行液位测量的液位计 可用于测量开口和压力容器内的液位 尤其适合在高温高压条件下使用 三 自控仪表简介 浮子杠杆液位计 三 自控仪表简介 静压式液位计 三 自控仪表简介 差压式液位变送器 三 自控仪表简介 电容式液位计 三 自控仪表简介 超声波液位计 三 自控仪表简介 智能雷达液位计 三 自控仪表简介 5 执行器 执行器是自动控制系统中的一个重要的组成部分 它的作用是接收控制器送来的控制信号 产生相应动作来控制被控变量 执行器按其使用能源形式可分为气动 电动 液动三大类 气动执行器用压缩空气做为能源 简单 可靠 推力大 防火防爆 价格低廉 电动执行器的能源取用方便 信号传递迅速 三 自控仪表简介 气动执行器 三 自控仪表简介 电动执行器 Electricalactuator 三 自控仪表简介 调节阀由执行机构和阀体部件两部分组成 其中执行机构是调节阀的推动装置 它按信号压力的大小产生相应的推力 是推杆产生相应的位移 阀体是调节阀的调节部分 它直接与介质接触 由于调节阀的阀芯作用 改变调节阀的节流面积 达到调节目的 调节阀 三 自控仪表简介 气动调节阀的执行机构 气动薄膜阀气动活塞阀 三 自控仪表简介 调节阀阀体一般情况下介质流动方向是下进上出 常用的阀体种类有直通单座 直通双座 角形 隔膜 小流量 三通 偏心旋转 蝶形 套筒式 球形等 调节阀阀体的结构 三 自控仪表简介 阀门定位器 ValuePositioner 三 自控仪表简介 调节阀的作用方式只是在选用气动执行机构时才有 其作用方式通过执行机构正反作用和阀门的正反作用组合形成 组合形式有4种即正正 气关型 正反 气开型 反正 气开型 反反 气关型 通过这四种组合形成的调节阀作用方式有气开和气关两种 气动调节阀的作用方式 三 自控仪表简介 当气信号增加时阀杆向下移动 则为正作用 反之为反作用 上进气为正作用下进气为反作用 执行机构的正反作用 三 自控仪表简介 调节机构作用形式 例 直通单座阀 正作用 反作用 三 自控仪表简介 气动调节阀气开气关形式 气开和气关是针对整个执行器所说的 就是执行机构 调节阀的这个系统 气动信号增加 执行器流通量口径增加为气开 反之 为气关 三 自控仪表简介 电动调节阀 三 自控仪表简介 电动阀执行机构 直行程调节阀角行程调节阀多圈行程调节阀电磁阀 三 自控仪表简介 气动执行器选择原则 安全 在事故条件下 如气动阀门气源中断 应尽量使其动作不会引起严重事故 对于调节阀作用方式的选择 主要从三方面考虑 a 工艺生产安全 b 介质的特性 c 保证产品质量 经济损失最小 三 自控仪表简介 例1 加热炉燃油系统供油阀 为防止高温事故 应选气开式 三 自控仪表简介 例2 工业锅炉汽包水位给水阀 在事故条件下需保证有冷水进入汽包 应选气关 闭 式 三 自控仪表简介 调节阀的流量特性 阀芯相对位移和相对流量变化的关系 Qmax 阀门最大流量L 阀芯最大行程Q 实际流量l 实际行程 三 自控仪表简介 四 自动控制基础知识 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 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 系统的过渡过程 调节系统在受干扰作用后 在调节器的控制下 被调参数随时间而变化的过程 系统性能指标 最大偏差 A余差 C超调量 B衰减比 N峰值时间衰减率 过渡时间 调整时间 Ts振荡周期 T 四 自动控制基础知识 调节器 根据偏差 按一定的运算规律产生输出信号 比例P 有两种表示方式 比例度 和增益K K 1 K越大控制作用越强 随着K的增加 比例度 减小 余差下降 最大偏差减小 但稳定性变差 积分I 积分时间以Ti 分 来表示 积分作用的基本目的是在系统经受干扰后使系统输出返回设定值 即消除余差 Ti 系统稳定性 Ti 积分作用越强 微分D 微分时间以Td 分 来表示 微分作用的基本目的是能补偿容量的滞后 使系统稳定性改善 从而允许使用高的增益 并提高响应速度 Td 作用强 太强会振荡 四 自动控制基础知识 单回路控制系统 单回路控制系统通常是指由被控对象 检测元件 调节器和执行器所构成的单闭环控制系统 四 自动控制基础知识 闭环回路 闭环回路是指既有输出控制 又有反馈信号的回路 系统被控对象的输出 被控制量 会反送回来影响控制器的输出 形成一个或多个闭环 开环回路 开环回路是指只有输出控制 没有反馈信号的回路 四 自动控制基础知识 实例 四 自动控制基础知识 联合站三相分离器工艺控制流程图 五 DCS与PLC简介 DCS是分散控制系统 DistributedControlSystem 的简称 国内一般习惯称为集散控制系统 它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统 综合了计算机 Computer 通讯 Communication 显示 CRT 和控制 Control 等4C技术 其基本思想是分散控制 集中操作 分级管理 配置灵活 组态方便 控制站 是系统的核心部件 它负责直接处理现场的I O信号 信息交换 控制算法 逻辑控制 以及实现工业过程的实时控制功能 控制站任一组成部分都能根据用户的要求实现冗余配置 操作站 是一套由PC机 CRT显示器 键盘 鼠标 打印机等组成的人机界面 它使得操作者能够完成对生产过程的监控和管理 高性能的工业PC 友好的工艺画面 多窗口图形显示 更好的实现控制过程的集中显示 操作和管理 工程师站 是专门为专业工程师设计的 安装了组态软件和系统维护工具 对系统进行组态和维护 过程控制网 是实现工程师站 控制站 操作站的连接 完成信息 控制指令的传输 可采用双重化冗余化配置 使得信息传输更加安全 高速 DCS硬件构成 五 DCS与PLC简介 集散控制系统 DCS DistributedControlSystem 五 DCS与PLC简介 分散的过程控制装置集中的操作管理装置数字通信网络 DCS系统结构的三个主要部