化工仪表及自动化PPT课件

1 仪表及自动化知识培训 2 自动化技术是当今举世瞩目的先进技术之一 它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准 也是现代化社会的一大标志 自动化技术的进步推动了工业生产的飞速发展 大大提高了劳动生产率 获得了巨大的社会效益和经济效益 化工自动化是化工 炼油 食品 轻工等化工类型生产过程自动化的简称 在化工设备上 配备上一些自动化装置 代替操作人员的部分直接劳动 使生产在不同程度上自动进行 这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法 称为化工自动化 前言 3 主要内容 1 自动控制系统基本概念 2 检测仪表与传感器 3 DCS控制系统 4 SIS控制系统 5 自动化仪表与实践 6 自动化仪表项目管理 4 1 自动控制系统基本概念 1 1化工自动化的主要内容化工仪表及自动化一般包含自动检测 自动保护 自动控制三方面的内容 主要由各种仪表 联锁装置 PLC和DCS控制系统等硬件及相应的软件来完成上述功能 1 1 1自动检测系统利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量 指使或记录的 称为自动检测系统 它代替了操作人员对工艺参数的不断观察与记录 因此起到人眼睛的作用 如下图 5 1 自动控制系统基本概念 1 1 2自动控制系统生产过程中各种工艺条件不可能是一成不变的 为此 就需要用一些自动控制装置对生产中的某些关键性参数进行自动控制 使它们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时 能自动的控制而回到规定的数值范围内 为此目的而设置的系统就是自动控制系统 如下图 6 1 自动控制系统基本概念 1 1 3自动信号和联锁保护系统生产过程中 有时由于一些偶然因素的影响 导致工艺参数超出允许的变化范围而出现不正常情况时 就有引起事故的可能 为此 常对某些关键性参数设有自动信号联锁装置 防止事故的发生和扩大 如下图 7 1 自动控制系统基本概念 1 2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 如图1自动控制的实现大大提高了生产过程的自动化程度 解放了劳动力 如图2自动化装置主要由三部分组成 测量元件与变送器 自动控制器 执行器 图1 图2 8 1 自动控制系统基本概念 1 3工艺管道及控制流程图在工艺流程确定后 工艺人员和自控设计人员共同确定控制方案 包括流程中各控制点的选择 控制系统的确定及有关自动信号 联锁保护系统的设计等 再根据工艺流程图 按其流程顺序标注出相应的测量点 控制点等 便成了带控制点的工艺流程图 P ID 如右图 9 1 自动控制系统基本概念 1 3 1图形符号 测量点是由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪表圆圈的连接线的起点 一般无特定的图形符号 如图1所示 必要时 检测元件也可以用象形或图形符号表示 连接线通用的仪表信号线均以细实线表示 连接线表示交叉及相接时 采用图2的形式 必要时也可用加箭头的方式表示信号的方向 在需要时 信号线也可用气信号 电信号 导压毛细管等采用不同的表示方式以示区别 如图3 图1 图2 交叉 相接 方向 图3 仪表电信号线 仪表气信号线 仪表引压毛细管 10 1 自动控制系统基本概念 仪表的图形符号仪表的图形符号是一个细实线圆圈 对于不同的仪表安装位置的图形符号不一样 如图1 字母代号和仪表位号1 在控制流程图中 用来表示仪表的小圆圈的上半圆内 一般写有两位字母 第一位字母表示被测变量 后继字母表示仪表的功能 常用被测变量和仪表功能的字母代号见下表 2 在控制系统中 每个仪表都有自己的仪表位号 仪表位号由字母代号组合和阿拉伯数字编号两部分组成 阿拉伯数字编号写在圆圈的下半部 图1 就地安装仪表 嵌在管道中的就地安装仪表 集中仪表盘面安装仪表 就地仪表盘面安装仪表 集中仪表盘后安装仪表 就地仪表盘后安装仪表 DCS仪表 联锁回路 11 1 自动控制系统基本概念 字母 A D E F I K L M P Q C R S T V W Y Z 第一位字母 后继字母 被测变量 修饰词 功能 被测变量和仪表功能字母代号表 分析 电导率 密度 电压 流量 电流 时间或时间程序 物位 水分或湿度 压力或真空 数量或件数 放射性 速度或频率 温度 粘度 力 供选用 位置 差 比 分数 报警 控制 检测元件 指示 自动 手动操作器 积分 累计 安全 积分 累计 记录或打印 开关 联锁 传送 阀 挡板 百页窗 套管 继动器或计算器 驱动 执行或未分类的终端执行机构 12 1 自动控制系统基本概念 3 字母代号和仪表位号示例如在1 3工艺流程图中 PICA 2101所表示的意义是 PICA 2101 仪表序号 单元序号 装置代号 表示被测变量为压力 表示具有指示功能 表示具有控制功能 表示带报警功能 13 1 自动控制系统基本概念 1 4自动控制系统方块图在研究自动控制系统时 为了能更清楚地表示出一个自动控制系统中各个组成环节之间的相互影响和信号联系 便于对系统分析研究 一般都用方块图来表示控制系统的组成 例如 在1 2节的图2中 图示的液位自动控制系统可以用下图的方块图来表示 控制器 控制器输出 控制阀 操纵变量 对象 干扰作用 被控变量 测量元件变送器 给定值 测量值 偏差 14 2 检测仪表与传感器 2 1概述在工业生产中 为了正确的指导生产操作 对过程进行控制 一项必不可少的工作是准确而及时地检测出生产过程中的各个有关参数 例如压力 流量 物位 温度等 用来检测这些参数的技术工具称为检测仪表 用来将这些参数转换为一定的便于传送的信号 例如电信号或气压信号 的仪表通常称为传感器 当传感器的输出为规定的标准信号时 通常称为变送器 2 1 1测量误差在测量过程中 由于所使用的测量工具本身不够准确 观测者的主观性和周围环境的影响等等 使得测量的结果不可能绝对准确 由仪表读得的被测值与被测量真值之间 总是存在一定的差距 这一差距就称为测量误差 误差的分类方法多种多样 按误差出现的规律可分为系统误差 偶然误差和疏忽误差 按仪表使用的条件分为基本误差和附加误差 按被测变量随时间变化的关系分为静态误差和动态误差 按与被测变量的关系分为定值误差 累计误差 按误差的数值表示分为绝对误差 相对误差和引用误差 测量误差通常有两种表示方法 即绝对误差和相对误差 绝对误差是指仪表指示值和被测量的真值之间的差值 在实际应用中真实值指得是标准表的读数 X X0相对误差等于某一点的绝对误差 与标准表在这一点的指示值X0之比 Y X0 X X0 X0 15 2 检测仪表与传感器 2 1 2仪表的性能指标 精确度 简称精度 根据仪表的使用要求 规定一个在正常情况下允许的最大误差 这个允许的最大误差就叫允许误差 允许误差一般用相对百分误差来表示 即某一台仪表的允许误差是指在规定的正常情况下允许的相对百分误差的最大值 即 仪表允许的最大绝对误差值 测量范围上限值 测量范围下限值 100 仪表的 越大 表示它的精确度越低 反之 精确度越高 将仪表的允许相对百分误差去掉 号和 号 便可以用来确定仪表的精确度等级 目前 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 16 2 检测仪表与传感器 例 某台测温仪表的测温范围为200 700 校验该表时得到的最大绝对误差为 4 试确定该仪表的精度等级 解 该仪表的相对百分误差为 4 700 200 100 0 8 如果将该仪表的 去掉 号和 号 其数值为0 8 由于国家规定的精度等级中没有0 8级仪表 同时该仪表误差又超过了0 5级仪表所允许的最大误差 所以这台测温仪表的精度等级为1 0级 1 在外界条件不变的条件下 用同一仪表对某一参数进行正反行程测量时 仪表的示值之差叫变差 用仪表输出量程的百分数表示 灵敏度是表达仪表对被测参数变化的灵敏程度 仪表的灵敏限是指能够引起仪表指示值发生变化的被测参数的最小变化量 17 2 检测仪表与传感器 变差在外界条件不变的条件下 用同一仪表对某一参数进行正反行程测量时 仪表的示值之差叫变差 用仪表输出量程的百分数表示 灵敏度与灵敏限灵敏度是表达仪表对被测参数变化的灵敏程度 在数值上等于单位被测参数变化量所引起的仪表指针移动的距离 或转角 仪表的灵敏限是指能够引起仪表指示值发生变化的被测参数的最小变化量 上述指标只适用于指针式仪表 在数字式仪表中 往往用分辨率来表示 分辨率对数字仪表分辨率是指数字显示器的最末位数字所代表的被测参数变化量 显然 不同量程的分辨率是不同的 相应于最低量程的分辩力称为该表的最高分辨力 也叫灵敏度 当数字式仪表的灵敏度用它与量程的相对值表示时 便是分辨率 18 2 检测仪表与传感器 线性度线性度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度 总是希望输出与输入的线性关系越好越好 线性度通常用实际测得的输入输出特性曲线与理论直线之间的最大偏差与测量仪表量程之比的百分数表示 即 fmax 仪表量程 100 式中 线性度 fmax 校准曲线对于理论直线的最大偏差 仪表示值 被测变量 fmax 2 检测仪表与传感器 反应时间当用仪表对被测量进行测量时 被测量突然变化以后 仪表总是滞后一段时间才能准确地显示出来 反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反应参数变化的品质指标 实际上反应了仪表动态特性的好坏 温度 液位 流量 压力 反映时间由慢到快 20 2 检测仪表与传感器 2 2工业仪表的分类工业仪表种类繁多 结构形式各异 根据不同的原则 可以进行相应的分类 按仪表使用的能源分气动 电动和液动仪表 按信息的获得 传递 反映和处理的过程分检测仪表 显示仪表 集中控制装置 控制仪表 执行器 按仪表的组成形式分基地式仪表和单元组合仪表 雷达液位计 电磁流量计 差压变送器 阀门校验 气动调节阀 21 2 检测仪表与传感器 2 3工业仪表的信号类型 电压信号 电流信号1 两线制2 三线制3 四线制 注意 区别热电阻的几种接法 1 两线接法2 三线接法3 四线接法 22 3 DCS控制系统 3 1DCS简介 DCS是分布式控制系统的英文缩写 DistributedControlSystem 在国内自控行业又称之为集散控制系统 是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统 它是在集中式控制系统的基础上发展 演变而来的 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 通信 显示和控制等4C技术 其基本思想是分散控制 集中操作 分级管理 配置灵活以及组态方便 3 2DCS主要厂家 国内DCS主要厂家有 浙大中控 和利时 上海新华 南京科远 浙江威盛 自仪股份 鲁能控制 国电智深 上海华文 浙江中自等 国外的有 艾默生 霍尼韦尔 横河 FOXBORO ABB 西门子 罗克韦尔公司等 23 3 DCS控制系统 3 3DCS概述 DCS硬件包括现场控制站 人机接口 通信系统 现场控制站主要由过程控制站 控制器 I O单元 I O卡 和现场仪表组成 是系统控制功能的主要实施部分 人机接口 工程师站 操作员站 服务器 打印机等 完成系统的操作和组态 通信网络 它是DCS的基础和核心 网络对于DCS整个系统的实时性 可靠性和扩充性 起着决定性的作用 多数厂家的DCS均采用双总线 环形或双重星形的网络拓扑结构 24 3 DCS控制系统 0101 0101 0101 25 4 SIS ESD 控制系统 SIS是安全仪表系统 它是根据美国仪表学会对安全控制系统的定义而得名的 在 国家安全监管总局关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见安监总管三 2014 116号 文中 描述是 化工安全仪表系统 SIS 包括安全联锁系统 紧急停车系统 ESD 和有毒有害 可燃气体及火灾检测保护系统等 SIS包括现场仪表 控制器及I O单元 紧急开闭阀三部分 设计是否采用SIS系统由设计部门工艺 安全等专业评估决定 如通过HAZOP分析的方法 26 4 SIS ESD 控制系统 ESD属于SIS的一部分 ESD其作用是在工艺发生危险状况时 对管线及设备紧急启动 停止 实现安全保护 ESD几乎无可操作画面 不允许操作工操作 ESD上位机一般配置工程师站 用来组态 SOE站 用来查看事件记录 有些厂家提供联锁逻辑流程图 每个ESD回路均要做SIL评估 为实现SIL2或SIL3安全等级 有时需采用两台电磁阀控制紧急开闭阀 三台差压变送器测量同一液位 采用雷达及超声波各一台仪表测同一液位等方法 27 5 自动化仪表与实践 自动化仪表与各专业的关系 电气 工艺 电信 设备 分析化验 信息化 28 5 自动化仪表与实践 优秀的自动化仪表工需要 有端正的态度 吃苦耐劳 肯钻研和积极向上的精神 要懂原理 懂性能 懂结构 懂用途 要会使用 会维护 会排除故障 要会设计 会选型 会组态 会调试 29 5 自动化仪表与实践 自动化仪表的过去 现在和将来 手动阀机械表 气动表 电动表 电I II III 单回路调节 数字多回路调节 小型可编程控制系统 DCS控制系统 先进控制系统 MES系统 ERP 2 自控 1 仪表 Hart协议数字智能仪表 现场总线仪表 无线仪表 30 6 自动化仪表项目管理 十大知识领域 范 时 成 质 人 沟 风 采 整人 时间 成本 质量控制是关键 首先制定章程 其次要落实好范围 才能开展后续工作 五大过程组 启动 规划 执行 监控 收尾 人力资源管理 寻求1 1 2 而不是1 1 2或1 1 1 干系人管理 所有与项目相关人员 征询需求并结合项目情况确定方案 31 6