LNG工厂仪表自动化培训

1、lnglng工厂工厂化工化工仪表及自动化仪表及自动化 新员工基础知识培训新员工基础知识培训 - 1/131- 一一、 基础知识基础知识 九、紧急停车系统（九、紧急停车系统（esd)esd) 二、压力检测仪表二、压力检测仪表 十、仪表安全系统（十、仪表安全系统（sis)sis) 三、流量检测仪表三、流量检测仪表 十一、火灾报警系统（十一、火灾报警系统（fgs)fgs) 四、温度检测仪表四、温度检测仪表 十二、安防系统（十二、安防系统（sps)sps) 五、物位检测仪表五、物位检测仪表 六、气动执行器六、气动执行器 七、控制系统七、控制系统 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs）

2、目目 录录 - 2/131- 化工自动化是石油、化工等生产过程自动化的简称。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。动化装置来管理化工

3、生产过程的方法，称为化工自动化。 化工自动化定义化工自动化定义 一、基础知识一、基础知识 - 3/131- 人工控制与自动控制人工控制与自动控制 一、基础知识一、基础知识 - 4/131- 机械化机械化 人工控制向自动控制转变人工控制向自动控制转变 人脑人脑 眼睛眼睛 四肢四肢 控制器控制器 检测仪表检测仪表 执行器执行器 人工控制与自动控制人工控制与自动控制 一、基础知识一、基础知识 - 5/131- 1 1、2020世纪世纪4040年代年代 手工操作状态，只有少量的检测仪表用于生产过程。 2 2、2020世纪世纪4040年代末年代末5050年代年代 自动化仪表：采用基地式仪表和部分单元组合

4、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 化工自动化发展化工自动化发展 一、基础知识一、基础知识 - 6/131- 3 3、2020世纪世纪5050年代年代 7070年代年代 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。 化工自动化发展化工自动化发展 一、基础知识一、基础知识 - 7/1

5、31- 化工自动化发展化工自动化发展 一、基础知识一、基础知识 - 8/131- 4 4、2020世纪世纪70708080年代年代 自动化仪表：气动自动化仪表：气动型和电动型和电动型，以微处理器为主要构成单型，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（元的智能控制装置。集散控制系统（dcsdcs）、可编程逻辑控制）、可编程逻辑控制 器器 (plc) (plc) 、工业、工业pcpc机（工控机）和数字控制器等，已成为控机（工控机）和数字控制器等，已成为控 制装置的主流。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，传控制理论：出现最优控制理论为基本特征的现代控

6、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。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。系统。 化工自动化发展化工自动化发展 一、基础知识一、基础知识 - 9/131- 5 5、2020世纪世纪9090年代至今年代至今 自动化仪表：信息技术飞速发展，现场总线控制系统（自动化仪表：信息技术飞速发展，现场总线控制系统（fcsfcs） 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

7、智能化，形成了真正意义上的全数字过。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。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。的发展方向。 化工自动化发展化工自动化发展 一、基础知识一、基础知识 - 10/131- 早期的早期的dcs控制系统控制系统 一、基础知识一、基础知识 - 11/131- 现代的现代的dcsdcs控制系统控制系统 一

8、、基础知识一、基础知识 - 12/131- 化工自动化目的化工自动化目的 提高工作效益提高工作效益 降低生成成本降低生成成本 保证生产安全保证生产安全 减轻劳动强度减轻劳动强度 化工自动化化工自动化 目的目的 一、基础知识一、基础知识 - 13/131- 化工自动化的基本组成化工自动化的基本组成 显示控制仪表显示控制仪表 检测仪表检测仪表 执行器执行器 一、基础知识一、基础知识 - 14/131- 如仪表的测量范围：-4001200kp 则仪表的量程为1600kp 仪表量程仪表量程 仪表量程仪表量程测量上限测量上限测量下限测量下限= - 一、基础知识一、基础知识 - 15/131- 精度等级有

9、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、 0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等 仪表精度仪表精度 表示测量的准确程度。表示测量的准确程度。 一、基础知识一、基础知识 - 16/131- 仪表类型及标准信号仪表类型及标准信号 仪仪 表表 类类 型型 电动电动 仪表仪表 气动气动 仪表仪表 420madc（15vdc） 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。 0.020.1mpa（20kpa100kpa） 一、基础知

10、识一、基础知识 - 17/131- 信号的传递形式信号的传递形式 连续变化“0”和“1”组合两种状态 模拟信号模拟信号数字信号数字信号开关信号开关信号 信号传递形式信号传递形式 一、基础知识一、基础知识 - 18/131- u 仪表的名称; u 在dcs系统中是唯一的; u 一般不超过8位。 如：pv0401、lt0803、tic1105 等。 仪表位号仪表位号(tag)(tag) 英文英文 字母字母 数数 字字 + 仪表仪表 位号位号 = 一、基础知识一、基础知识 - 19/131- 仪表位号(tag) 仪表工位号：参数符号仪表工位号：参数符号+ +功能符号功能符号 + + 数字，如：数字，

11、如：tic1310。 参数符号参数符号 f:f:流量；流量； l l：液位；：液位； p p：压力；：压力；t t：温度；：温度； e e：电流；：电流；h h：手操；：手操； v v：振：振 动、阀门；动、阀门； 功能符号功能符号 a a：报警；：报警； r r：记录；：记录； c c：调节；：调节； i i：指示；：指示； q q：累积；：累积； t t：变送器；：变送器； cvcv：自力式：自力式 g g：现场监视：现场监视 数字数字 1 1 2 2 . . . . . . 9 9 一、基础知识一、基础知识 - 20/131- 前面前面 2 2 位阿拉伯数字一位阿拉伯数字一 般代表般代表

12、生产工序生产工序 ； 后面后面 2 2 位阿拉伯数字一位阿拉伯数字一 般代表该工序该般代表该工序该参数的参数的 序号序号。 pbl/abspbl/abssansan 原料原料气气体体过过 滤单滤单元元 01000100干燥干燥单单元元05000500 脱脱重重烃单烃单元元02000200脱脱汞汞单单元元06000600 燃料燃料气气体体单单 元元 03000300液化液化单单元元08000800 脱脱酸酸单单元元04000400冷冷剂剂配比配比单单 元元 11001100 tg0101、 fiq0501、 pic0603、tia0822a 仪表位号仪表位号(tag)(tag) 一、基础知识一、

13、基础知识 - 21/131- 表示受力面积。表示垂直作用力；表示压力；式中，sfp s f p 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。 的单位为帕斯卡，简称帕（pa） 2 11mnpa 26 /1010001011cmkgkpapampa 二、压力检测仪表二、压力检测仪表 压力的定义及单位压力的定义及单位 1 kgf/cm2=105pa=0.1mpa 1巴(bar)=0.1兆帕(mpa)=100千帕(kpa)=1.0197 公斤/平方厘米 - 22/131- 二、压力检测仪表二、压力检测仪表 压力的定义及单位压力的定义及单位 美标法兰和公制法

14、兰压力等级的表示方法：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（pn42）。）。 1psi=6.895kpa=0.07kg/cm2=0.06895bar (psi英文全称为英文全称为pounds per square inch) - 23/131- 大气压力绝对压力表压 ppp 在压力测量中，常有在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度表压、绝对压力、负压或真空度之分。之分。 绝对压力大气压力真空度 ppp 当被测压力低于大气压力

15、时，一般用负压或真空度来表示。当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。 p表 p真 p绝 p绝 大气压力线大气压力线 零线零线 图2-1绝对压力、表压、负 压（真空度）的关系 压力的定义及单位压力的定义及单位 二、压力检测仪表二、压力检测仪表 - 24/131- 弹簧管压力表弹簧管压力表 1弹簧管；2 拉杆；3 扇形齿 轮；4 中心齿轮；5 指针； 6 面板；7 游丝；8 调整螺 丝；9 接头 二、压力检测仪表二、压力检测仪表 - 25/131- 测量原理测量原理 二、压力检测仪表二、压力检测仪表 各种弹性元件在被测介质压力作用下会产生弹性变形。各种弹性元件在被测介质压力作用下会产

16、生弹性变形。 特点及适用场合特点及适用场合 结构简单，价格便宜、测压范围宽，测量精度也比较高，结构简单，价格便宜、测压范围宽，测量精度也比较高， 在生产过程中获得了最广泛的应用。在生产过程中获得了最广泛的应用。 - 26/131- 普通压力表耐震压力表膜片式压力表电接点压力表 弹簧管压力表弹簧管压力表 二、压力检测仪表二、压力检测仪表 - 27/131- - 28/131- 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、压力检测仪表二、压力检测仪表 - 29/131- 图2-8 电容式测量膜盒 1中心感应膜片 (可动电极)；2固 定电极；3测量侧；

17、 4隔离膜片 压力压力 变化变化 电容电容 量的量的 变化变化 转变转变 420 ma 输出输出 二、压力检测仪表二、压力检测仪表 - 30/131- 3051c型智能差压变送器（型智能差压变送器（420ma）方框图）方框图 二、压力检测仪表二、压力检测仪表 - 31/131- 压力（差压）变送器 二、压力检测仪表二、压力检测仪表 - 32/131- - 33/131- - 34/131- 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。 u单位单位：t/h、kg/h、l/h 、m3/h等 流量定义流量定义 二、流量检测仪表二、流量检测仪表 - 35/131- m qqm或 如以 t

18、 表示时间，则流量和总量之间的关系是 tt mdtmqdtq 00 , 总总 质量流量和体积流量质量流量和体积流量 三、流量检测仪表三、流量检测仪表 - 36/131- 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流量 与压力差与压力差pp的平方根成正比的平方根成正比，即，即 q=k q=k 。 1 1，2 2 切断阀；切断阀；3 3 平衡阀平衡阀 差压计阀组安装示意图差压计阀组安装示意图 孔板孔板 差压式流量计差压式流量计 三、流量检测仪表三、流量检测仪表 - 37/131- 漩涡流量计漩涡流量计 三、流量检测仪表三、流量检测仪表 - 38/131- 漩涡流量计漩涡流量计以卡门涡

19、街理论为基础，采用压电晶体检测流体通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。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。 图3-12 卡门涡列 (a)圆柱涡列； (b)三角柱涡列 漩涡流量计漩涡流量计 三、流量检测仪表三、流量检测仪表 - 39/131- 质量流量计质量流量计 三、流量检测仪表三、流量检测仪表 - 40/131- 质量流量计质量流量计 三、流量检测仪表三、流量检测仪表 - 41/131- 电磁流量计电磁流量计 三、流量检测仪表三、流量检测仪表 - 42/131- 转子转子/ /金属浮子流量计金属浮子流量计

20、 三、流量检测仪表三、流量检测仪表 金属管浮子流量计采用可金属管浮子流量计采用可 变面积式测量原理，变面积式测量原理，适用适用 于测量液体、气体。于测量液体、气体。 全金全金属结构属结构，有指示型，有指示型 、电远传电远传型型。 玻璃管转子流量计玻璃管转子流量计金属浮子流量计金属浮子流量计 转子流量计的主要测量元件转子流量计的主要测量元件 为一根垂直安装的下小上大为一根垂直安装的下小上大 锥形玻璃管和在内可上下移锥形玻璃管和在内可上下移 动的浮子。适应动的浮子。适应 - 43/131- - 44/131- - 45/131- 表示物体冷热程度的物理量。表示物体冷热程度的物理量。 常用的温度单位

21、为热力学温标（常用的温度单位为热力学温标（t t），单），单 位是开尔文（位是开尔文（k k）；摄氏温标，单位摄氏度）；摄氏温标，单位摄氏度 （）；华氏温标，单位（）；华氏温标，单位（）。）。 t = t t = tc c + 273.16 t + 273.16 tf f = 32 + 1.8 t = 32 + 1.8 tc c 四、温度检测仪表四、温度检测仪表 - 46/131- 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、温度检测仪表四、温度检测仪表 - 47/131- 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。利用金属的电阻随温度变化

22、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 00 1ttrrt trr tt 0 四、温度检测仪表四、温度检测仪表 - 48/131- 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。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工业上使用的热电偶有k型（镍铬型（镍铬-镍硅）、镍硅）、s型（铂铑型（铂铑-铂）等。铂）等。 热电偶温度计测温

23、系统示意图 1、热电偶；2、补偿导线；3、测量仪表 四、温度检测仪表四、温度检测仪表 - 49/131- 温度变送器为温度变送器为24v24v供电、二线制的一体化变送器。将热电阻或热电偶供电、二线制的一体化变送器。将热电阻或热电偶 的信号放大，并转换成的信号放大，并转换成4-20ma4-20ma的输出电流。的输出电流。 四、温度检测仪表四、温度检测仪表 - 50/131- - 51/131- - 52/131- 物位检测仪表分类物位检测仪表分类 液液 体体 颗颗 粒粒 液体液体 液体液体 液位计液位计 料位计料位计介面计介面计 物位仪表物位仪表 五、物位检测仪表五、物位检测仪表 - 53/13

24、1- 玻璃板液位计玻璃板液位计 容器连接构联通器，透容器连接构联通器，透 过玻璃板直接指示容器过玻璃板直接指示容器 的液位的液位。 五、物位检测仪表五、物位检测仪表 - 54/131- 磁翻板液位计磁翻板液位计 根据浮力原理和磁性耦合作用原根据浮力原理和磁性耦合作用原 理工作的理工作的 。当被测容器。当被测容器 中的液位中的液位 升降时，液位计本体管中的磁性升降时，液位计本体管中的磁性 浮子也随之升降，浮子浮子也随之升降，浮子 内的永久内的永久 磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指 示器，驱动红、白翻柱示器，驱动红、白翻柱 翻转翻转180 ，当液位上升时翻柱由白色转变，当液

25、位上升时翻柱由白色转变 为红色，当液位下降时为红色，当液位下降时 翻柱由红翻柱由红 色转变为白色，指示器的红白交色转变为白色，指示器的红白交 界处为容器内部液位的实界处为容器内部液位的实 际高度际高度 ，从而实现液位清晰的指示。，从而实现液位清晰的指示。 五、物位检测仪表五、物位检测仪表 - 55/131- 五、物位检测仪表五、物位检测仪表 - 56/131- 差压式液位计原理图 ghppp ab 因此 ghpp ab 将差压变送器的一端接液相，另一端接气相 五、物位检测仪表五、物位检测仪表 - 57/131- 雷达式液位计示意图 t c lh 2 五、物位检测仪表五、物位检测仪表 - 58/

26、131- 电容式液位计电容式液位计超声波液位计超声波液位计 浮球液位计浮球液位计 （浮力和静磁场原理）（浮力和静磁场原理） 磁致伸缩液位计磁致伸缩液位计 (电容量的变化电容量的变化) 五、物位检测仪表五、物位检测仪表 - 59/131- 物位开关物位开关 音叉液位开关音叉液位开关浮球液位开关浮球液位开关阻旋式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 - 60/131- - 61/131- - 62/131- - 63/131- - 64/131- 六、气动执行器六、气动执行器 执行器的分类执行器的分类 气动执行器气动执行器 电动执行器电动执行器 液动执行器液动执行器 气动执行器

27、气动执行器 调节阀调节阀 切断阀切断阀 - 65/131- 执行器的组成执行器的组成 调节机构调节机构 执行机构执行机构 辅助机构辅助机构 调节调节 阀的阀的 组成组成 六、气动执行器六、气动执行器 - 66/131- 执执 行行 机机 构构 气动薄膜气动薄膜 气动活塞气动活塞 执行机构的分类执行机构的分类 六、气动执行器六、气动执行器 - 67/131- 图11-3 正作用式气动薄膜执行机构 1上膜盖； 2波纹膜片； 3下膜盖 ；4支架； 5推杆；6弹簧；7弹 簧座；8调节件；9连 接阀杆螺母； 10行程标 尺 图11-4 反作用式气动薄膜执行机构 1上膜盖； 2波纹膜片； 3下膜盖；4密封

28、膜片； 5密封环；6填块；7 支架；8推杆；9弹簧； 10弹簧座；11衬套； 12调节件；13行程标尺 执行机构的作用方式执行机构的作用方式 六、气动执行器六、气动执行器 - 68/131- 调节机构（阀）调节机构（阀） 直通单座阀直通单座阀直通双座阀直通双座阀角形阀角形阀 蝶阀蝶阀 球阀球阀 调节机构的分类调节机构的分类 六、气动执行器六、气动执行器 - 69/131- 调节阀的作用方式调节阀的作用方式 气开式（气开式（fc） 气关式（气关式（fo） 调节阀的作用形式调节阀的作用形式 六、气动执行器六、气动执行器 - 70/131- 主要从工艺生产上安全要求出发。主要从工艺生产上安全要求出发

29、。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。 压力信号增加时，阀关小、压力信号减小时阀开大的为气气 关式关式。反之，为气开式气开式。 六、气动执行器六、气动执行器 - 71/131- 序号执行机构 控制阀气动执行器 （a） （b） （c） （d） 正 正 反 反 正 反 正 反 气关（反） 气开（正） 气开（正） 气关（反） 表11-1组合方式表 图11-11 组 合方式图 六、气动执行器六、气动执行器 - 72/131- 调调 节节 阀

30、阀 的的 流流 量量 特特 性性 直直 线线 等百分百等百分百 快开快开 抛物线抛物线 流量特性的分类流量特性的分类 六、气动执行器六、气动执行器 - 73/131- 电气阀门定位器电气阀门定位器 电磁阀电磁阀 辅助机构辅助机构 六、气动执行器六、气动执行器 - 74/131- - 75/131- - 76/131- - 77/131- - 78/131- - 79/131- - 80/131- - 81/131- 人工操作与自动控制比较图人工操作与自动控制比较图 七、控制系统七、控制系统 - 82/131- 图12-3简单控制系统的方块图 负反馈是控制系统的基石负反馈是控制系统的基石 七、控

31、制系统七、控制系统 - 83/131- 基本控基本控 制规律制规律 比例控制比例控制 （p） 积分控积分控 制（制（i） 微分控制微分控制 （d） 七、控制系统七、控制系统 - 84/131- 常常 用用 的的 控控 制制 规规 律律 比例控制（比例控制（p） 比例积分控制（比例积分控制（pi） 比例微分控制（比例微分控制（pd） 比例积分微分控制（比例积分微分控制（pid） 七、控制系统七、控制系统 - 85/131- 简单控简单控 制系统制系统 组成组成 测量测量 元件元件 控制控制 器器 调节调节 阀阀 对对 象象 七、控制系统七、控制系统 - 86/131- 液位控制系统 温度控制系统

32、 七、控制系统七、控制系统 简单控制系统简单控制系统 - 87/131- 简单控制系统的方块图 七、控制系统七、控制系统 简单控制系统简单控制系统 - 88/131- 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。 精馏塔塔釜温度串级控制系统 1精馏塔；2再沸器 七、控制系统七、控制系统 串级控制系统串级控制系统 - 89/131- 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，

33、 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、控制系统七、控制系统 串级控制系统串级控制系统 - 90/131- 串级控制系统典型方块图 七、控制系统七、控制系统 串级控制系统串级控制系统 - 91/131- 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 - 92/131- 在串级控制系统中，由于

34、引入一个闭合的副回路，在串级控制系统中，由于引入一个闭合的副回路， 不仅能迅速克服作用于副回路的干扰，而且对作用不仅能迅速克服作用于副回路的干扰，而且对作用 于主对象上的干扰也能加速克服过程。于主对象上的干扰也能加速克服过程。 因此，在串级控制系统中，因此，在串级控制系统中， 由于主、副回路相互配合、相互补充，充分发挥了由于主、副回路相互配合、相互补充，充分发挥了 控制作用，大大提高了控制质量。控制作用，大大提高了控制质量。 七、控制系统七、控制系统 - 93/131- 比值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 制叫比值控制比值控制。 主物料、主动信号主物料、

35、主动信号 从物料、从动信号从物料、从动信号 七、控制系统七、控制系统 - 94/131- 12 qqk 从物料量q2与主物料量q1的 比值关系为 开环比值控制 七、控制系统七、控制系统 - 95/131- 结构简单，只需一台纯比例控制器，其比例度可以根据 比值要求来设定。 主、副流量均开环； 这种比值控制方案对从物料量q2本身无抗干扰能力。所 以这种系统只能适用于副流量较平稳且比值要求不高的场 合。 特点 七、控制系统七、控制系统 - 96/131- 单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统是为了克服开环比值控制方案的不 足，在开环比值控制系统的基础上，通过增加一个副流量的闭 环控制系统而组成的。

36、 单闭环比值控制 这种方案的优点是结构 简单,能确保两流量比 值不变,是应用最多的 方案。 七、控制系统七、控制系统 - 97/131- 分程控制分程控制就是由一只调节器的输出信号控制两只或更多只 控制阀,每只控制阀在控制器输出信号的某段范围内工作。 分程控制示意框图 七、控制系统七、控制系统 分程控制系统分程控制系统 从控制系统的结构来看,分程控制属于单回路的定值控制系 统,其控制过程与简单控制系统一样。 - 98/131- 图13-20 热交换器温度分程控制 采用热水与蒸汽两种不 同物料作为调节介质,在一 般控制系统中难于实现,但 在分程控制系统中,不仅充 分利用了热水,而且节省了 蒸汽。

37、 七、控制系统七、控制系统 分程控制系统应用场合分程控制系统应用场合 - 99/131- 有时生产过程负荷变化很大有时生产过程负荷变化很大, ,要求有较大范围的流量变化。若用要求有较大范围的流量变化。若用 一个控制阀一个控制阀, ,由于控制阀的可调范围由于控制阀的可调范围r r是有限的是有限的, ,当最大流量和最当最大流量和最 小流量相差太悬殊时小流量相差太悬殊时, ,就会降低控制系统的控制质量就会降低控制系统的控制质量, , 这时可采这时可采 用分程控制系统。用分程控制系统。 阀门动作示意图 分程控制 七、控制系统七、控制系统 分程控制系统应用场合分程控制系统应用场合 2.用来保证在不同负荷

38、下的正常控制用来保证在不同负荷下的正常控制 - 100/131- 复杂控制系统复杂控制系统 串级串级 控制控制 系统系统 均匀均匀 控制控制 系统系统 比值比值 控制控制 系统系统 分程分程 控制控制 系统系统 前馈前馈 控制控制 系统系统 选择选择 控制控制 系统系统 三冲量三冲量 控制系控制系 统统 七、控制系统七、控制系统 - 101/131- 控制控制 系统系统 投用投用 工艺工艺 人员人员 仪表仪表 人员人员 1、现场仪表、阀门校验、现场仪表、阀门校验 2、控制器正反作用检查、控制器正反作用检查 3、控制阀气开、气关检查、控制阀气开、气关检查 4、。、。 1、阀门动作方向、阀门动作方

39、向 2、参数设定、参数设定 3、控制器手、控制器手/自动切换自动切换 4、. 七、控制系统七、控制系统 - 102/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） 计算机控制系统的定义计算机控制系统的定义 计算机控制是关于计算机技术如何应用于工业生产过程计算机控制是关于计算机技术如何应用于工业生产过程 自动化的一门综合性学问。自动化的一门综合性学问。 计算机控制系统是融计算机技术与工业过程控制于一体计算机控制系统是融计算机技术与工业过程控制于一体 的综合性技术，它是在常规仪表控制系统的基础上发展的综合性技术，它是在常规仪表控制系统的基础上发展 起来的。起来的。 - 103/1

40、31- 计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展 1965 1965 年以前是试验阶段。年以前是试验阶段。 1946年第一台数字计算机问世； 1959 年，美国texaco（德士古）公司的炼油厂安装了第一 个计算机闭环控制系统 ； 1960 年，美国monsanto (孟山都）公司的氨厂实现了第一 个计算机监督控制系统。 1962 年，美国monsanto (孟山都） 公司的乙烯厂实现了第 一个直接数字计算机控制系统。 特点特点：1、采用电子管，运算速度慢； 2、价格贵，体积大、可靠性差 。 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 104/131- 计算机控制系统的发展计算

41、机控制系统的发展 1965 1965 年到年到1969 1969 年是实用阶段。年是实用阶段。 半导体技术与集成电路技术的发展，出现了专用于工业过程控 制的高性能价格比的小型计算机。 特点： 1、硬件可靠性不够高； 2、且所有的监视和控制任务都由一台计算机来完成，故使得危 险也集中化； 2、常常要另外设置一套备用的模拟式控制系统或备用计算机。 3、系统的投资过高。 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 105/131- 计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展 1970 年以后计算机控制系统的应用逐渐走向成熟阶段。 随着大规模集成电路技术的发展，1972 年生产出运算速度

42、快、 可靠性高、价格便宜和体积很小的微型计算机，从而开创了计 算机控制技术的新时代，即从传统的集中控制系统革新为集散 控制系统(dcs)。 1975 年美国honeywell公司的推出世界上第一套真正意义的集 散型控制系统tdc-2000 系统。 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 106/131- 计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展 20 世纪80 年代，计算机向着超小型化、控制智能化方向发展 ； 20 世纪80 年代末出现将控制、管理和经营融为一体的新型集 散控制系统 ； 当代现场总线控制系统(fcs) 。 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs

43、） - 107/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） 硬件（躯体）硬件（躯体） 1、主机；、主机； 2、常规外部设备；、常规外部设备； 3、过程输入、过程输入/输出设备；输出设备； 4、操作台和通信设备、操作台和通信设备. 软件（灵魂）软件（灵魂） 1、系统软件；、系统软件； 2、应用软件、应用软件 计计 算算 机机 控控 制制 系系 统统 - 108/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） 计算机控制系统的硬件组成计算机控制系统的硬件组成 - 109/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） 计算机控制系统的分类计

44、算机控制系统的分类 数据采集系统数据采集系统 是计算机应用于生是计算机应用于生 产过程控制最早、产过程控制最早、 也是最基本的一种也是最基本的一种 类型。类型。 代替大量的常规显代替大量的常规显 示、记录和报警仪示、记录和报警仪 表，对整个生产过表，对整个生产过 程进行集中监视。程进行集中监视。 。 - 110/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类 操作指导控制系统操作指导控制系统 基于数据采集系统的一种基于数据采集系统的一种 开环系统开环系统 ；计算机根据采；计算机根据采 集到的数据以及工艺要求集到的数据以及工艺要求 进行

45、最优化计算，计算出进行最优化计算，计算出 的最优操作条件，并不直的最优操作条件，并不直 接输出控制生产过程，而接输出控制生产过程，而 是显示或打印出来，操作是显示或打印出来，操作 人员据此去改变各个控制人员据此去改变各个控制 器的给定值或操作执行器器的给定值或操作执行器 - 111/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类 直接数字控制系统直接数字控制系统 生产过程的闭环控制生产过程的闭环控制 。完全取代了多个模。完全取代了多个模 拟调节器，控制方案拟调节器，控制方案 上，不改变硬件只通上，不改变硬件只通 过改变程序就能有效过改

46、变程序就能有效 地实现各种各样的复地实现各种各样的复 杂控制。因此，杂控制。因此，ddc 系统是计算机在工业系统是计算机在工业 生产过程中最普遍的生产过程中最普遍的 一种应用方式。一种应用方式。 - 112/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类 计算机监督控制系统计算机监督控制系统 计算机监督控制系计算机监督控制系 统是操作指导系统统是操作指导系统 （scc)scc)与常规仪表与常规仪表 控制系统或控制系统或ddc ddc 系系 统综合而成的两级统综合而成的两级 系统系统. . - 113/131- 八、集散型控制系统（八、

47、集散型控制系统（dcsdcs） 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类 集散型控制系统（集散型控制系统（dcs) 随着生产规模的扩大，信息量的增多，控制和管理的关随着生产规模的扩大，信息量的增多，控制和管理的关 系日趋密切。对于大型企业生产的控制和管理，不可能只用系日趋密切。对于大型企业生产的控制和管理，不可能只用 一台计算机来完成。于是，人们研制出以多台微型计算机为一台计算机来完成。于是，人们研制出以多台微型计算机为 基础的分散控制系统基础的分散控制系统(distributed control system，dcs)。 dcs 采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合采用分散控制、

48、集中操作、分级管理、分而自治和综合 协调的设计原则，自下而上可以分为若干级，如过程控制级、协调的设计原则，自下而上可以分为若干级，如过程控制级、 控制管理级、生产管理级和经营管理级等。控制管理级、生产管理级和经营管理级等。dcs 又称分布式又称分布式 或集散式控制系统。或集散式控制系统。 - 114/131- 集散控制系统集散控制系统(distributed control system, dcs ),是计算机控是计算机控 制系统的一种结构形式。制系统的一种结构形式。 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） 危险分散危险分散 管理集中管理集中 集散型控制系统集散型控制系统 -

49、115/131- d c s 系系 统统 发发 展展 历历 程程 第一代第一代dcs(初创期初创期)，1975年年honeywell公司公司 tdc2000系统系统 第二代第二代dcs(成熟期成熟期) ，1980年年honeywell公司公司 tdgc3000，特点引入了局域网，特点引入了局域网(lan)作为系作为系 统骨干统骨干 第三代第三代dcs(扩展期扩展期) ，1987年年honeywell 公司公司 的的tdc-3000/ucn、yokogawa公司的公司的centum- cs1000系列系列 ，特点增加了上层网络，特点增加了上层网络 新一代新一代dcs，现场总线技术的成熟与应用，现

50、场总线技术的成熟与应用 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 116/131- 人机接口人机接口 通信网络通信网络 现场控制站现场控制站 d c s 基基 本本 结结 构构 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） 集散控制系统基本构成图 - 117/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） 控制技术控制技术 计算机技术计算机技术 通信技术通信技术 图形显示技术图形显示技术 d c s 系系 统统 的的 技技 术术 基基 础础 - 118/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） 监视操作方便监视操作方便 控制

51、功能丰富控制功能丰富 系统扩展灵活系统扩展灵活 安装维护方便安装维护方便 系统可靠性高系统可靠性高 信息数据共享信息数据共享 dcs系统的特点系统的特点 - 119/131- 人机接口人机接口 通信网络通信网络 现场控制站现场控制站 d c s 基基 本本 结结 构构 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 120/131- 通信模块通信模块 处理器模块处理器模块 输入输出模块输入输出模块 电源模块电源模块 控制站软件控制站软件 + 现场控制站的构成现场控制站的构成 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） 现场现场 控制控制 站站 - 121/131- ra

52、m e2prom rom 存放存放cpu的运算结果和的运算结果和i/o信号信号 存放用功能块连成的控制方案存放用功能块连成的控制方案 操作系统、功能块库、通信软件操作系统、功能块库、通信软件 现场控制站内存及作用现场控制站内存及作用 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 122/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） 控制器是dcs的核心部件，它相当于一台pc机！ 控制器中安装有操作系统，功能块组态软件和通讯软件。 组态按照工艺要求，把功能块连接起来形成控制方案。把控 制方案存在e2prom中。因为e2prom可以擦写，组态要 随工艺改变而改变

53、为了系统安全运行，闭环控制器一定是冗余运行的，一用一 备，并且是热备。为了使冗余成功，应注意以下几点：两个 控制器的硬件、软件版本必需一致；检查发送-接收的芯片 是否完好；冗余的芯片是否完好。两个模件的设定是否一样 、还要检查有没有带手操站等。 - 123/131- 通信功能通信功能 控制策略实现控制策略实现 信号采集、转换信号采集、转换 现场控制站的功能现场控制站的功能 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） 现场控制现场控制 站的功能站的功能 - 124/131- 操作员站操作员站 工程师站工程师站 人机接口站人机接口站 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs

54、） 人机接口站人机接口站 - 125/131- 操操 作作 员员 站站 的的 功功 能能 操作功能操作功能 监视功能监视功能 u 手、自动、串级切换；手、自动、串级切换； u 给点值修改；给点值修改； u pid参数的调整；参数的调整； u pid参数的调整；参数的调整； u 调节阀阀位的改变；调节阀阀位的改变； u 机泵启停；机泵启停； u 报警、联锁确认；报警、联锁确认； u 流程图画面流程图画面 u 总貌画面总貌画面 u 报警画面报警画面 u 趋势画面趋势画面 u报表报表 数据处理数据处理 报表打印报表打印 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 126/131- 系

55、统生成系统生成 控制策略实现控制策略实现 系统管理系统管理 工程师站的功能工程师站的功能 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） 工程师站的功能工程师站的功能 - 127/131- 组态软件组态软件 控制层软件控制层软件 监控软件监控软件 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） dcs 软件软件 dcs软件软件 - 128/131- dcsdcs主要供应商及产品主要供应商及产品 国外公司国外公司 1 1、honeywellhoneywell公司，美国。公司，美国。tdc2000tdc2000、tdc3000/lcntdc3000/lcn、pkspks系统。系统。

56、 2 2、yokogawayokogawa公司，日本。公司，日本。centum-cs1000/cs3000centum-cs1000/cs3000系统。系统。 3 3、emersonemerson公司，美国。公司，美国。deltavdeltav系统。系统。 国内厂家国内厂家 1 1、浙大中控公司，中国。、浙大中控公司，中国。webfield ecx-100webfield ecx-100。 2 2、和利时公司，中国。、和利时公司，中国。hollias macs hollias macs 系统。系统。 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 129/131- 浙江中控浙江中控

57、jx-300xp简单介绍简单介绍 浙江中控成立浙江中控成立于于1993年年，是国内著名是国内著名的自动化设备供的自动化设备供 应商。其应商。其dcs产品结构紧凑、硬件质量可靠、软件功产品结构紧凑、硬件质量可靠、软件功 能强大、人机界面友好能强大、人机界面友好 。 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 130/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 131/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 132/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 133/131- 八、集散型控制系统（八、

58、集散型控制系统（dcsdcs） - 134/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 135/131- 操作员键盘操作员键盘 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 136/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 137/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 138/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 139/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 140/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs）

59、- 141/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 142/131- 仪表面板仪表面板 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 143/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） - 144/131- 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（dcsdcs） 中控中控dcsdcs软件软件 - 145/131- 中控中控dcsdcs软件软件 - 146/131- 中控中控dcsdcs软件软件 - 147/131- 九、紧急停车系统（九、紧急停车系统（esdesd） esd介绍介绍 esd紧急停车系统紧急停车系统 esd是英文是

60、英文emergency shutdown device紧急紧急 停车系统的缩写。停车系统的缩写。 这种专用的安全保护系统是这种专用的安全保护系统是90年代发展起来的，以它的年代发展起来的，以它的 高可靠性和灵活性而受到一致好评。高可靠性和灵活性而受到一致好评。 esd紧急停车系统按照安全独立原则紧急停车系统按照安全独立原则 要求，独立于要求，独立于dcs集散控制系统，其安全级别高于集散控制系统，其安全级别高于dcs。在正常情况下，。在正常情况下， esd系统是处于静态的，不需要人为干预。作为安全保护系统，凌驾于生产系统是处于静态的，不需要人为干预。作为安全保护系统，凌驾于生产 过程控制之上，实