检测仪表与工业自动化(刘勇)

1、DCS系统培训（工艺(gngy)操作篇）检测仪表与工业(gngy)自动化湖北双环科技股份有限公司共四十六页双环(shun hun)仪表控制发展史双环公司80年代末开始使用电III型仪表，第一套DAS控制系统是南京第一兵工厂生产的893数据采集系统，主要以前端采集数据进行数据监控，刷新时间长，实时性较差。90年代初期开始使用第一套国外进口系统MOORE系统，可在线修改逻辑控制程序，唯一的不足是数据刷新不够快。2000年在压缩机等单体控制设备上使用西门子200/300PLC可编程逻辑控制器，很好的实现(shxin)了联锁逻辑、顺序控制等功能，大大提高了设备自动化程度。大量的智能变送器开始使用HAR

2、T协议后，在控制室即可做到参数修改。共四十六页2006年双环公司(n s)引进了大量国外先进的控制系统，霍利威尔TPS、西门子PCS7、康吉森TRICONEX、英国欧陆等系统。 共四十六页一、检测仪表通常在化工企业检测仪表所指的就是对流动介质和压力容器的温度、压力、流量、物位四大热工参数进行测量检测的一种装置。另外化工生产中还有一种比较特殊的仪表就是气体分析仪表，主要(zhyo)用于分析工业气体的成分，可有效控制有毒有害气体的浓度，保证人生和设备的安全。以下我们就从这四类常规仪表进行介绍。共四十六页1、 温度(wnd)的测量与变送温度是化工生产中最普遍而又十分重要的参数之一。任何一个化工生产过

3、程，都伴随着物质的物理和化学性质的改变(gibin)，都必然有能量的转化和交换，而热交换则是这些能量转换中最普遍的交换形式。因此，在很多煤化工反应的过程中，温度的测量和控制，常常是保证这些反应过程正常进行与安全运行的重要环节；它对产品产量和质量的提高都有很大的影响。温度测量仪器种类繁多，若按测量方式的不同，测温仪表可分为接触式和非接触式两大类。前者感温元件与被测介质直接接触，后者的感温元件却不与被测介质相接触。接触式测温元件简单、可靠、测量精度较高；共四十六页共四十六页机械式的大多只能就地指示，幅射式的精度较差，只有电的测温仪表精度高，且测温元件很容易与温度变送器配用，转换成统一标准信号进行远

4、传，以实现对温度的自动记录和调节。因此，在生产(shngchn)过程控制中应用最多的是热电偶和热电阻温度计，便于远传信号并且易于参与生产(shngchn)控制。共四十六页常见温度(wnd)测量仪表共四十六页常见温度(wnd)测量仪表共四十六页2、 压力(yl)的测量与变送在压力(yl)测量中，通常有绝对压力(yl)，表压力(yl)、负压、或真空度等名词。绝对压力(yl)是指介质所受的实际压力(yl)。表压是指高于大气压的绝对压力(yl)与大气压之差，即： P表=P绝-P大 负压与真空度是指大气压力与低于大气压力的绝对压力之差，即： P真 =P大-P绝共四十六页 绝对压力、表压力、大气压力、负压

5、力（真空度）之间的关系如下图所示。 因为各种工艺设备和测量仪表都处于大气中，所以工程(gngchng)上都用表压力或真空度来表示压力的大小。我们用压力表来测量压力的数值，实际上也都是表压或真空度（绝对压力表的指示值除外）。因此，在工程(gngchng)上无特别说明时，所提的压力均指表压力或真空度。共四十六页压力测量仪表的品种，规格甚多。化工生产所使用的压力检测仪表主要有：1、弹簧管指针式压力表2、波纹管式压力表3、应变式压力表4、压力变送器5、差压变送器谐振式传感器是采用超精细加工工艺在单晶硅材料上制成两个完全一致的H型谐振梁，并以一定的频率产生振动。其谐振频率取决于梁的长度及张力，而张力随压

6、力的变化而变化，实现了压力变化转换成频率信号的变化，并采用了频率差分技术，将两个频率信号直接输出到脉冲计数器。从而使传感器具有误差小，重复性好、分解能力(nngl)和反应灵敏度高、直接输出数字信号等特点。由于传感器良好的特性，可使变送器几乎不受静压和温度的影响，而且具有优良的过压性能和范围较宽的量程。共四十六页2测量范围的确定 仪表的测量范围是根据被测压力的大小来确定的。对于(duy)弹性式压力表，为保证弹性元件能在弹性变形的完全范围内可靠地工作，量程的上限值应高于工艺生产中可能的最大压力值。根据化工自控设计技术规定，在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的2/3；测量脉动压力时，最大工作

7、压力不超过量程的1/2； 测量高压压力时，最大工作压力不应超过量程的3/5。 为了保证测量的准确度，所测的压力值不能太接近于仪表的下限值 ，亦即仪表的量程不能选得太大，一般被测压力的最小值应不低于量程的1/3。 按上述要求算出后，实取稍大的相邻系列值，一般可在相应的产品目录申查到。 3精度级的选取 仪表的精度主妥是根据生产上允许的最大测量误差来确定的。此外，在满足工艺要求的前提下，还要考虑经济性，即尽可能选用精度较低、价廉耐用的仪表。共四十六页常用(chn yn)压力检测仪表共四十六页3、 流量(liling)的测量与变送在化工生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，经常需要测量生产过程中各

8、种介质 (如液体、气体和蒸汽(zhn q)等)的流量，以便为生产操作和控制提供依据。同时，为了进行经济核算，也需要知道在一般时间 (如一班、一天等)内流过的介质总量。所以，对管道内介质流量的测量和变送是实现生产过程的控制以及进行经济核算所必需的。 在工程上，流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的体积或质量，即瞬时流量。 流量的计量单位如下: 表示体积流量的单位常用立方米每小时 (m3/h)、升每分 (I/min)、升每秒(l/s)等； 表示质量流量的单位常用吨每小时 (t/h)、千克每小时 (kg/h)、千克每秒 (kg/s)等。 若流体的密度是，则体积流量Q与质量流量M的关系是: M=Q

9、 或 Q=M/共四十六页共四十六页常用(chn yn)流量计仪表共四十六页差压式流量计 差压式 (也称节流式)流量计是使用历史最久，应用也最广泛的一种流量测量仪表，同时也是目前生产中最成熟的流量测量仪表之一。它是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差与其流量有关而实现流量测量的。 差压式流量计通常是由能将被测流量转换成差压信号的节流装置 (包括节流元件和取压装置)、导压管和差压计或差压变送器及其显示仪表三部分所组成。在单元组合仪表中，由节流装置所产生的差压信号，常通过差压变送器转换成相应的电信号或气信号，以供显示、调节用。节流现象及其原理 流体在有节流元件的管道中流动时，在

10、节流元件前后的管璧处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象，如图3-1所示。所谓节流装置就是设置在管道中能使流体产生局部收缩(shu su)的节流元件和取压装置的总称。应用最广泛的节流元件是孔板，其次是喷嘴、文丘里管。共四十六页4、 液位的测量(cling)与变送 在石油化工生产中，常遇到测量容器中介质的液位和界面的位置问题，液位测量是这个问题的一个(y )方面。一般液位测量有两种目的：一种是通过液位测量来确定容器里的原料或产品的数量，以保证生产过程中各环节得到预先计划好的原料用量或进行经济核算；另一种是通过液位测量，了解液位是否在规定范围内，以便及时监视或控制容器液位，保证安全生产以及产品

11、的质量和数量。 由于各种被测介质的性质不同，各种生产设备的操作条件也不同，所以需要各种各样的液位测量仪表，以满足生产的不同需要，下表列出了各种液位测量仪 表的主要特点和应用场合。共四十六页共四十六页常用(chn yn)液位计共四十六页差压式液位计差压式液位计是应用差压计或差压变送器来测量变送器液位的，是目前应用得最广泛的一种液位测量仪表。差压式液位汁是利用容器内液位改变时，由液柱产生的静压也相应(xingyng)变化的原理而工作的，如图所示。 + -HP气 P液 Q入 P出排污当差压变送器的一端接液相，另一端接气相时根据流体静力学原理，我们知道，变送器正压室受到的压力为： Pl=P气十Hg式中

12、 H 液位高度; 介质密度;g 重力加速度;P气 气相压力。图4-3 差压变送器测量液位示意图共四十六页工业(gngy)自动化控制一、工业自动控制的基本概念自动控制：指在无人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象（机器、设备）的某一个物理量自动(zdng)地按照预定的规律运行，控制系统：为实现某一控制目标所需要的物理部件（及软件）的有机组合，通常由控制器和被控对象组成。自动控制理论：是研究自动控制共同规律的科学，它包括以反馈控制理论为基础的古典控制理论（单输入、单输出），以状态空间为基础的现代控制理论（多输入、多输出）以及以模糊控制和神经网络为代表的智能控制（不需精确数学模型）。共四十六页二

13、、工业自动控制系统基本类型：顺序控制系统：顺序控制是按照预先规定的时间顺序（或逻辑关系），逐步对各设备或对象进行控制到方法。如电梯、双环公司的型煤炉等。过程控制系统：对工业生产过程中的各物理量（如温度、压力、液位等）进行闭环控制，使其按照要求的规律(gul)变化。运动控制系统：控制运动物体的转速或位置，使其按照要求的规律变化。如调速系统，位置随动系统等。如汽轮压缩机。监控系统：对生产过程中的大量运行参数进行采集、显示、记录或报警，如双环公司全向系统。共四十六页三、控制系统(kn zh x tn)的传统实现方法顺序控制系统：继电逻辑控制系统，及PLC可编程控制器系统。过程控制系统：常规仪表(yb

14、io)控制系统。运动控制系统：拖动控制系统，机电一体化运行控制系统。监控系统：常规显示、记录或报警仪表。共四十六页回路控制器：能完成以PID为基础的回路控制的数字仪表，多路数据采集器以及无纸记录仪等一系列数字仪表，在面板上仍保留棒图和手/自动切换，用数字显示代替指针显示，这些数字仪表统称为回路控制器。回路控制器内部的算法预先用程序作成功能块的形式，存在ROM中。可以按照所要求的控制策略，进行组态。 可编程控制器(PLC)：PLC是由摸仿继电器控制原理发展起来的，以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。现代(xindi)的也

15、增加有一些控制回路用的算法。 运动控制器：用于控制运动部件的速度或位置，通常包括变频器和伺服系统。现场总线：全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置；用分散的虚拟控制站取代集中的控制站；改变传统的信号标准、通信标准。共四十六页四、计算机技术对工业(gngy)控制技术的影响共四十六页PLC控制系统(kn zh x tn)共四十六页DCS控制器共四十六页人机界面(rn j ji min)共四十六页五、实现计算机控制到几种尝试(chngsh)方案直接数字(shz)控制系统（DDC)。单片机控制。总线式工控机。可编程调节器。共四十六页DCS系统基本(jbn)结构系统(xtng)网络S

16、NT2#操作站IO/趋势 服务器B 1#操作站3#操作站IO/报警 服务器B 交换机A交换机B控制网络CNT电源柜系统柜安全栅柜继电器柜现场控制站现 场 仪 表温度、压力、压差、流量、液位、分析、执行器、开关等共四十六页 DCS系统包括三大部分：带I/O部件的控制器、通讯网络和人机接口。 人机接口包括操作站、工程师站和历史站。控制器I/O部件和生产过程相联接，操作站和人相联系，通讯网络把这两部分联成系统。所以操作站是DCS的重要组成部分，工程师站给控制器和操作站组态，历史站记录生产过程的历史数据。最近几年开发的人机界面还有动态数据服务器。一个DCS系统控制器和I/O部件通常可以运行16-20年

17、，而操作站因为有活动(hu dng)部件，所以比较容易损坏，如：硬盘、键盘、CRT、软驱等，运行6-8年后出现故障的概率就比较大，所以在DCS运行过程中，操作站更新的情况比较多。共四十六页六、计算机控制的现状及发展(fzhn)可编程控制器(PLC)。集散控制系统(kn zh x tn)(DCS)。现场总线控制系统(FCS)。工业以太网。共四十六页国内外主要(zhyo)厂家PLC产品简介 Emerson（艾默生）Siemens（西门子）MITSUBISHI（三菱）Rockwell（罗克维尔）OMRON（欧姆龙）B&R（贝加莱） Schneider（施耐德）YOKOGAWA（横河）GE（通用(tn

18、gyng)）Panasonic（松下）AB（艾伦-布拉德利）台湾和利时（国内最大）安控兰州全志南京嘉华（民营） 南京亚锐（台资） 浙大中控国 外：国 内： 目前，世界上有200多家PLC厂商，400多品种的PLC产品，PLC产品可按地域分成三大流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。共四十六页国外主要(zhyo)DCS厂家介绍制造商： Bailey（美）、Westinghous（美）、HITACH（日）、LEEDS & NORTHRMP（美）、SIEMENS（德）、Foxboro（美）、ABB （瑞士(ru sh)）、Hartmann & Braun（德）、Yokog

19、awa（日）、Honewell（美国）、Taylor（美）等。 共四十六页国内主要(zhyo)DCS厂家介绍国内DCS主要厂家有：上海新华，自仪股份、鲁能控制，国电智深，浙大中控，和利时，上海华文，上海乐华，浙江中自等。本课主要介绍浙大中控、上海新华、北京和利时三厂家。 以和利时、浙大中控、上海新华为代表的国内DCS厂家经过十几年的努力，各自推出自己的DCS系统：和利时推出HOLLIAS第四代DCS系统、浙大中控推出Webfield(ECS)系统、新华推出XDPF-400系统。新华公司在火力发电方面取得显著成绩，浙大中控在化工控制等方面业绩突出(t ch)，和利时公司在核电、热电、化工、水泥、制药以及造纸等方面取得