PRY环境工程项目仪表与自动化复习资料整理

1、环境工程仪表与自动化第一章：自动化操纵系统概述一、自动操纵系统经历的四个时期：（P2）20世纪50年代是以基地式操纵器等组成的操纵系统（原理简单，维修方便，但调整设定不易，仍未淘汰，有所进展，但比重少）20世纪60年代出现单元组合仪表组成的操纵系统，分电动和气动两大类：气动仪表（ODZ系列）为20-100kPa气压信号电动仪表信号为0-10mA（已不使用，0mA做为故障值设定）直流电流信号（DDZ-II系列）和4-20mA（广泛使用）直流电流信号（DDZ-III系列）20世纪70年代出现计算机操纵系统，DDC（直接数字操纵系统）被DCS（集散操纵系统）替代20世纪80年代后出现二级优化操纵，在

2、DCS的基础上实现先进操纵和优化操纵二、PID操纵原理简单，易于实现对无时刻延迟的单回路操纵系统极为有效，直到目前为止，在工业过程操纵中有80%90%的系统还使用PID操纵规律。（P1）三、闭环与开环操纵系统有何不同？（P5）在反馈操纵系统中，被控变量送回输入端与设定值比较后依照偏差进行操纵，整个系统形成一个环，称为闭环操纵。其特点在于按偏差进行操纵，只要出现偏差就会起到操纵作用。但其却有操纵不够及时，若系统内部各环节配合不行甚至会使系统失去操纵。开环操纵方式不需要对被操纵量进行测量，只需依照输入信号进行操纵。但系统受到扰动作用后被控变量偏离设定值并无法消除，这是缺点所在。四、自动操纵系统的品

3、质指标（P12-P14，重点：衰减比n） 一个操纵系统在受到外作用时，要求被控变量要平稳、迅速和准确地趋近或恢复到设定值。在稳定性、快速性和准确性三个方面提出各种单项操纵指标和综合性操纵指标。这些操纵指标仅适用于衰减振荡过程。1.衰减比n：第一个波的振幅与同方向第二个波的振幅之比。n越小，稳定度越低；n接近1，操纵系统的过渡过程接近于等幅振荡过程；n越大，稳定度越高；n无穷大，过渡过程接近非振荡过程。为保持足够的稳定裕度，一般希望过渡过程有两个波左右，与次对应的衰减比在4：1到10：1的范围内。2.最大动态偏差emax3.余差e()4.回复时刻Ts和振荡频率wTips：1.1kgf/cm2=1

4、4.7PSI PSI即是磅/平方英寸 2.国际压力表 MPa 3.93%的H2SO4导电率最高 4.（ORP）氧化还原电位 5.最好的PLC是AB的，通用电力系统是ABB的 6.污水处理厂工艺过程要操纵的工艺变量：污水处理流量，药剂投加量，水池中液位，污水处理装置中PH、DO、ORP值、水温T、电导率、COD、TN、TP、TSS、TU（浊度） 7.风扇电动机使用的是电容电动机 8.废水处理系统常用的自控系统： 9吸附再生活性污泥法（SBR）的程序自控系统，一般采纳PLC来实现时刻顺序的操纵，也采纳现场检测的条件操纵 曝气生物滤池（BAF）的操纵：一般设定为定时进行反冲，且反冲采纳气水联合反冲洗

5、（快开阀操纵，反冲：水5min、气5min、水+气5min） 过滤器的反冲与正常生产切换之间的操纵：其操纵模式与BAF有类似之处 模拟指示操纵与开关操纵:模拟量：Anlalogue，给出一个模拟的数值，如Q、P、PH.开关量：Digital，一般指0/1操纵，它是开关量，在0时命令关，在1时命令开，如电动机启动 10.水池中停留时刻用流量操纵（T=V/Q） 11.废水PH值调节:a.将PH从11-13调至10-11； b从10-11调至9左右； c调为7-8 12.马达启动时电压是正常的7倍 13.PAC最佳投加PH：6.5-8 14.ORP：-500-600mV 15.Cr3+在PH为8-9

6、.5中去除 16.罗茨鼓风机工作压力：0.06MPa 17.好氧操纵溶解氧DO=2-4mg/L，厌氧0 18.衰减振荡：灵敏度适中，第一振幅A:第二振幅A=4：1 单调衰减：灵敏度太低第二章 过程特性一、废水处理厂的被控过程有哪些？水泵:离心泵、计量泵、螺杆泵、污泥泵风机：罗茨风机、离心风机二、漂水厂的流量检测：腐蚀性强，如何解决？三、在废水处理厂，要操纵好氧处理的DO，可使用的操纵方法有哪些？答：改变曝气量（可变，加变频器），水量，曝气头深度（越深，DO越大），曝气气泡大小（气泡越小，DO越大），增加水湍流系数，加填料阻碍气泡到水面。四、过程特性的一般分析（描述有自衡非振荡过程的特性参数有放

7、大系数k、时刻常数T和时滞0）1.被控变量的变化量C与操纵变量的变化量q之比称为放大系数K0（过程操纵通道K0，扰动通道kf(相同f选kf小的)）。操控变量q(t)对应的放大系数的数值大，讲明操纵作用显著。2.时刻常数T（表征被控被控变量变化快慢的动态参数）：在阶跃外作用下，一个阻容环节的输出变化量保持初始变化速度，达到新的稳态值所需要的时刻确实是那个环节的时刻常数T。能够用过程的容量系数C与阻力系数R之积来表征过程的时刻常数T。时刻常数对操纵系统的阻碍：操纵通道时刻常数T对操纵系统的阻碍在相同的操纵作用下，过程的时刻常数T大，则被控变量的变化比较缓和，这种过程比较稳定，容易操纵，但操纵过程过

8、于缓慢；过程时刻常数T小，则情况相反。过程的时刻常数太大或太小，在操纵上都将存在一定的困难，因此需要依照实际情况适当考虑。扰动通道时刻常数T对操纵系统的阻碍就扰动通道而言，时刻常数T大些有一定好处，相当于将扰动信号进行滤波，这是阶跃扰动对系统的作用显得比较缓和，因此这种过程比较容易操纵。3.纯滞后（什么是滞后现象？） 许多过程在输入变化后，输出不是随之立即变化，而是需要间隔一段时刻才发生变化，这种现象称为纯滞后(时滞)现象（由于传输信息需要时刻引起的）。（如曝气池曝气量增大后，DO的变化；输送物料的皮带运输机等）实际工业过程中纯滞后时刻往往是纯滞后与容量滞后时刻之和，即0+c（1）纯滞后对操纵

9、通道的阻碍 需按其与过程的时刻常数T的相对值/T来考虑。一般认为/T0.3的过程较易操纵，而/T(0.50.6)的过程往往需用专门操纵规律。（2）纯滞后对扰动通道的阻碍 关于扰动通道来讲，假如存在纯滞后，相当于将扰动作用推延一段纯滞后时刻0后才进入系统，而扰动在什么时刻出现，本来确实是不能预知的。因此并不阻碍操纵系统的品质，即对过渡过程曲线的形状没有阻碍。在不同变量的过程中，液位和压力过程的较小，流量过程的和T都较小，温度过程的c较大，成分过程的0和c都较大。第三章 检测变送Tips：1.水处理工艺中的常用变量：流量、pH值、DO、ORP值、浊度，COD值。 2.水处理中与温度有关的工艺：絮凝

10、、生化处理、厌氧处理(33-35,50-56) 3因为罗茨风机的工作压为0.06MPa，因此好氧池高度为6m。 4.仪表的字母表示：P：压力表；T:温度表；F：流量表 仪器的字母表示：P：泵（pump）；B：风机（blower） PI102-1(pressure indicater 102-1)现场指示表 PT102-1(pressure transmitter）转送表 5.一个大气压=0.1MPa=1kg水的力=10m水高 6.若在电气信号（4-20mA），显示为40%，则实际I=16*40%+4=10.4mA 频率f=50*0.4=20Hz 关于一对极电动机来讲转子转速n1=3000*0.

11、4=1200（r/s） 7.日本使用100v单相 8.一台离心泵的扬程20m，应选用什么规格的压力表(压力表量程有0-1MPa，0-0.6MPa，0-0.3MPa，0-0.1MPa)？选0-0.3MPa的(相当于30kg即30m) 9.水的三相点温度0；4时是密度最大。 10.一般热电偶用于较高温度的测量（500以上） 11.Cl-浓度高的不能用不锈钢，有Ti的 12.T202-1：T（测温仪表）2（工段）02(第二个仪表)-1（同一段n个代表之一） 13.测碱水的转子流量计应用透明的塑料做。 14.弹性式压力表测压范围 (0103MPa),其测量精度最高能够达到0.1级。压力表安装要考虑到风

12、机的振动问题，因为风机出口温度高，且风机振动会阻碍该表的周密度。因此要考虑减振问题。解决方法为：用软钩管引出安在墙上。 15.0.1级表测量误差0.1%，0.999-1.001，误差=量程*精度 16.HRT：水力停留时刻 17.ESP：静电除尘器 18.LT：液位变送器 19.LLA：液位低报警仪 20.LHA：液位高报警仪 21.A/D:模拟数字转换 D/A：数字模拟转换 22.镀黄金对高频传输专门有利：肤出效应 23.能与上位计算机相连的变送器都使用数字信号一、由于检测元件的输出信号种类繁多，且信号较弱不易察觉，一般都需要将其通过变送器处理，转换成标准统一的电气信号(如420mA或201

13、00kPa（3-15PSI）气压信号)送往显示仪表，指示或记录工艺变量，或同时送往操纵器对被控变量进行操纵。有时将检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪表，或者将检测元件称为一次仪表，将变送器和显示装置称为二次仪表。二、关于检测仪表来讲，检测、变送与显示能够是三个独立部分，也能够只用到其中两个部分。例如热电偶测温所得毫伏信号能够不通过变送器，直接送到电子电位差计显示。三、目前中国生产的仪表精度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。仪表的精度等级是将仪表同意误差的“”号及“%”去掉后的数值，以一定的符号形式表示在仪表标尺板上，如1

14、.0外加一个圆圈或三角形。精度等级1.0，讲明该仪表同意误差为1.0%。例：某台测温仪表的量程是600-1100，仪表的最大绝对误差为4，试确定该仪表的精度等级。解：仪表的最大引用误差max=4/（1100-600）*100%=0.8%由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，而该仪表的最大引用误差超过了0.5级仪表的同意误差，因此这台仪表的精度等级应定为1.0级。例：仪表量程是600-1100，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过4，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？解：依照工艺要求，仪表的最大引用误差为max=4/（1100-600）*100%=0.8%0.8%介于0.5%与1.0%

15、之间，假如选择同意误差为1.0%，则其精度等级应为1.0级。量程是600-1100，精确度为1.0级的仪表，可能产生的最大绝对误差为5，超过了工艺要求。因此只能选择一台同意误差为0.5%，即精确度等级为0.5级的仪表，才能满足工艺要求。校验仪表时，确定仪表的精确度等级与依照工艺要求来选择仪表的精确度等级是不一样的例：P83第二题仪表精度与量程有关，量程是依照所要测量的工艺变量来确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量程，能够减小测量误差，提高测量准确性。一般而言，仪表的上限应为被测工艺变量的4/3倍或3/2倍，若工艺变量波动较大，例如测量泵的出口压力，则相应取为3/2倍或2倍。通常被测工艺

16、变量的值以不低于仪表全量程的1/3为宜。四、热电偶测温时要求参比端温度恒定。因此使用专用的导线，将热电偶的参比端延伸出来，以解决参比端温度的恒定问题。这种导线确实是补偿导线。（现代的热电偶测量一般不再用参比端了）五、工业上常用的热电阻是铜电阻和铂电阻两种。PT100用得最多，范围比较适宜。热电阻的接线有二线式与三线式。问题：用二线式好，依旧三线式好，什么缘故？（三线式好，导线随外界温度变化抵消电阻的变化。三线式断了一线后有66.6%机会能修）六、流量检测：压差流量关系（qv的平方与p称正比），仪表的分类速度式流量计（P44-P48）：节流装置、靶式流量计、转子流量计（正常其流量比在1：10左右

17、）、涡轮流量计（若卡死，流量是多少？（0）。安装的位置特不重要，特不是电磁干扰！马达和电动机至少4m远，适宜测量比较洁净而粘度又低 的液体流体）、电磁流量计（不可测脱离子水流量，因为不导电。用来测强酸强碱）、旋涡流量计（检验时用小锤敲击可测出是否安装正确，不能将其安装在弯管地点，一般安在5-7D处）、超声波流量计。容积式流量计: 椭圆汽轮流量计（石油也用此流量计）污水处理厂最常用的流量计是：巴氏槽流量计。通过测量流体在巴氏槽中的液位，来确定废水的流量。结构简单，不易损坏。往往要用超声波来测量槽中液位的高度！七、压力检测表压=绝对压力-大气压力真空度=大气压力-绝对压力压力表的选用：必须满足工艺

18、过程的要求，包括量程和精度；必须考虑被测介质的性质，如温度、压力、粘度、腐蚀性、易燃易爆程度等；必须注意仪表安装使用时所处的现场环境条件，如环境温度、电磁场、振动等。(对水处理系统，特不要考虑振动！）八、物位检测差压式液位计：利用静压原理来测量。差压式液位计测量液位时，液位h与差压p之间有一定的关系。安装时注意，有时需要安装连通管。磁翻转式液位计:如多次使用有专门多却红了如何办？先灌满水全红，再放水全白，再测九、pH的检测测量溶液pH值的电极有玻璃电极与金属锑电极，用得比较多的是玻璃电极。用于溶液pH值的电势测量法的电极一般由玻璃电极与饱和甘汞电极所组成。目前污水处理厂现场使用的pH电极差不多

19、上将这两个电极组装在一起。玻璃电极是作为溶液中H+离子浓度的指示电极，而饱和甘汞电极作为参比电极，这两个电极和测量溶液组成一个电化学原电池。十、溶解氧的检测溶解氧传感器的校正：将其至于空气中，其表面有水膜，指示氧的百分数应为21%，或相应温度下饱和溶解氧的读数。使用一段时刻后要更换电解液。其它常见检测仪表：浊度计、ORP计、各种专用例子浓度检测电极、在线COD测定仪、电导率检测（：大量应用于去离子水生产系统，在水回用的场合，也开始使用）、在线粘度计十一、变送器仪表的量程迁移和零点迁移：仪表的量程迁移和零点迁移扩大了使用范围，增加了通用性和灵活性。然而在何种条件下能够进行迁移，以及能够有多大的迁

20、移量，还要结合具体仪表的结构和性能而定。在进口的仪表上有两个调节扭：Zero, Span。中文：零点、量程。若贮缸中有溢流口，则要进行量程迁移。国产的分光光度计上有两个调节扭，零点、100。温度变送器：将热电偶、热电阻的检测信号转换成标准统一信号，如010mA直流电流，420mA直流电流，l5V直流电压，输出给通用的显示仪表或操纵器实现对温度的显示、记录或自动操纵。一些高级仪表,可直接接收热电偶或热电阻号,但必预先组态(CONF)。温度变送器有四线制和两线制之分，四线制是指供电电源和输出信号分不用两根导线传输，目前使用的大多数变送器均是这种形式。（电源的类型（自配一个24VDC电源）、接线正负

21、极）两线制是指变送器与操纵室之间仅用两根导线传输。这两根导线既是电源线又是信号线，既节约了大量电缆线等费用，又有利于安全防爆。压差变送器：流量与压差的平方根成正比多维、多功能化的传感器：以测温为例：测量线电阻，测量一个平面的温度分布、测量空间的温度场第五章 执行器一、执行器按其能源形式可分为气动、电动和液动三大类。Tips：1.电动执行器安全防爆性能较差，电机动作不够迅速，且在行程受阻或阀杆被轧住时电机易受损。(可感受到有特不明显的发热现象） 2. 由于气动执行器有结构简单、输出推力大、动作平稳可靠、本质安全防爆等优点，因此气动薄膜操纵阀在化工、炼油生产中获得了广泛的应用。在防爆要求不高且无合

22、适气源、系统所要求的执行器数量较少的情况下能够使用电动执行器。 3.1美加仑=3.78L 1英加仑=4.2L F=32+9/5 4.操纵阀不能与管径一样大，因为操纵不灵敏。 5.I/P:电流气压转换器 6.PLC是八进制 7.厌氧恒温选择电加热系统 8.二级管全波整流：0.9倍电压 二级管半波整流：0.45倍电压 9.气动阀：有气声而无动作，表明操纵器坏了 10.M/A：手动自动选择 11.ss304：一般不锈钢；ss316：含钼不锈钢 50000-60000/t 含钼2%左右 CS:碳钢 12.输送氨水不可用不锈钢泵，氨水对铜腐蚀性强。二、较大的阀门采纳正作用式，什么缘故？还有什么因素阻碍选

23、择正作用式与反作用式？阀门越大，开关所需的力越大，而正作用式产生的力较大。选择因素：力，安全，生产要素三、气开式是输入气压越高时开度越大，而在失气时则全关，故称FC型；气关式是输入气压越高时开度越小，而在失气时则全开，故称FO型。（那个地点的F是什么意思？选择FC与FO的要紧依据是什么）F：Force C：Close O：Open 要紧依据是：工艺安全性，工艺设备安全，PPE（个人爱护用品）四、气动薄膜操纵阀的流量特性1.理想流量特性：a.线性流量特性：线性操纵阀的放大系数Kv是一个常数，不论阀杆原来在什么位置，只要阀杆作相同的变化，流量的数值也作相同的变化。可见线性操纵阀在开度较小时流量相对

24、变化值大，这时灵敏度过高，操纵作用过强，容易产生振荡，对操纵不利；线性操纵阀当工作在小开度或大开度情况下，操纵性能都较差，不宜用于负荷变化大的场合。b.对数流量特性：操纵阀的放大系数Kv是变化的，它随相对流量的增加而增加。由于对数阀的放大系数Kv随相对开度增加而增加，因此，对数阀有利于自动操纵系统。在小开度时操纵阀的放大系数小，操纵平稳缓和，在大开度时放大系数大，操纵灵敏有效。c.快开流量特性:在开度较小时就有较大流量，随着开度的增大，流量专门快就达到最大，随后再增加开度时流量的变化甚小，故称为快开特性。离子交换器、BAF等水处理系统的自动操纵阀差不多上快开型五、气动薄膜操纵阀的安装使用操纵阀

25、最好垂直安装在水平管道上，在专门情况下需要水平或倾斜安装时一般要加支撑。操纵阀应安装在环境温度不高于60和不低于40的地点，以防止气动执行机构的薄膜老化，并远离振动设备及腐蚀严峻的地点。操纵阀应尽量安装在靠近地面或楼板的地点，在其上下方应留有足够的空间，便于维护检修。操纵阀安装到管道上时应使流体流淌方向与操纵阀体箭头方向一致。操纵阀的公称通径与管道直径不同时，两者之间应加一异径管。操纵阀在安装时一般应设置旁路，以便在它发生故障或维修时，可通过旁路接着维持生产。现在在执行器两边应装切断阀，在旁路上装旁路阀。在日常使用中，应注意填料的密封和阀杆上、下移动的情况是否良好，气路接头及膜片有否漏气等等，

26、要定期进行维修。六、注意：使用前的检查检查方法：开关是否灵敏？能否自控？维修方法：关心动作一次；拆开清理；更换新阀。七、若生产系统有时大流量操纵，有时小流量操纵，如何呢？（加旁路阀）八、S值的选择值：S=1管道阻力损失为零，系统的总压差全部降在操纵阀上，工作流量特性和理想流量特性一致。随着S的减小，即管道阻力的增加，带来两个不利后果:一是因为系统的总压差不变，管道阻力的增加，意味着操纵阀全开时压差减小，全开时的流量也就减小，操纵阀的可调范围R变得越来越小；二是操纵阀的流量特性发生专门大畸变，理想线性特性慢慢趋近快开特性，理想对数特性慢慢趋近线性特性。S的选择值以0.3 0.6为宜。九、操纵阀口

27、径的确定依照生产能力、设备负荷决定出最大流量；依照所选的流量特性及系统特点选定S值(S=pv/p)，然后求出计算压差。依照流通能力计算公式，求得最大流量时的Kvmax；依照已求得的Kvmax，在所选用的产品型号的标准系列中选取大于Kvmax并最接近的Kv值，从而选取阀门口径；验证操纵阀开度和可调比，一般要求最大流量时阀开度不超过90%，最小流量时阀开度不小于10%。依照Kv确定操纵阀的公称通径和阀座直径。十、其他执行器：变频器；冲程调节器；电压或功率调节器。第六章 操纵器Tips：1.DCS:Distribution control system 2.R/L:Remote/local 远程操纵

28、/本地操纵 3.若电气信号压力为120kg/h，从开机0-120，调节先手动阀后自动阀一、操纵器的差不多操纵规律有比例、积分、微分等几种。工厂里用得最多的是比例积分过程，缺点是不能消除余差。只用比例操纵的最大缺陷是不能消除余差，因此用PID。比例操纵的缺点是在负荷变化时有余差。积分操纵只要有偏差随时刻而存在，操纵器输出总是在不断变化，直到偏差为零时，输出才会稳定在某一数值上。微分操纵由于温度过程的容量滞后较大，当出现偏差时，其数值已较大，为此，有人再补充如此的经验，观看偏差的变化速度即趋势来开启阀门的圈数，如此可抑制偏差幅度，易于操纵。第七章 简单操纵系统Tips：1.目前污水厂必须安的两个表

29、：a.巴氏流量计；b.COD自动监测仪 2.s型操纵器:smart 3.水泵空转烧的不是电机而是密封圈（一般用水冷却），二级报警：a.一级低水位时用alarm；b.自动停机。 4.设计时三图:lay-out; PID（带操纵点工艺流程图）；工程图 5.（UNITANK）ORP或DO是绝对值依旧变化速率？用变化速率拐点处dDo/dt6.对好氧池中溶解氧，什么为操纵变量：曝气流量、曝气深度-改变风机转速（用变频器操纵）7.操纵器可改变方向吗？要紧参考因素是什么？能够。安全（系统突然停电，停气，故障等情况）8.系统试车程序：静态/单击/联机+测试，清水试车，物料或废水试车一、，TI，TD对过渡过程曲

30、线阻碍比例度 比例度越大(放大倍数KP越小)，过渡过程越平缓，余差越大；比例度越小(放大倍数KP越大)，过渡过程振荡越激烈，余差越小，过小，甚至成为发散振荡的不稳定系统。积分时刻TI积分时刻越大(积分作用越弱)，过渡过程越平缓，消除余差越慢；积分时刻越大(积分作用越强)，过渡过程振荡越激烈，消除余差快。微分时刻TD 微分时刻增大(微分作用越强)，过渡过程趋于稳定，最大偏差越小，但微分时刻太二、选择操纵规律的原则a.当广义过程操纵通道的时刻常数大，或多容量引起的容量滞后大时，采纳微分作用有良好效果，积分作用能够消除余差，因此，可选用PID或PD操纵规律。b.当广义过程操纵通道存在纯滞后时，若用微

31、分作用来改善操纵质量是无效的。c.当广义过程操纵通道的时刻常数较小，系统负荷变化也较小时，为了消除余差，能够采纳PI操纵规律，如流量过程。d.当广义过程操纵通道时刻常数较小，而负荷变化专门大时，这时采纳微分作用和积分作用都易引起振荡。假如操纵通道时刻常数专门小时，可采纳反微分作用来提高操纵质量。e.当广义过程操纵通道的时刻常数或时滞专门大，而负荷变化又专门大时，简单操纵系统无法满足要求，能够设计复杂操纵系统来提高操纵质量。三、操纵器作用方向的选择a.方块的正作用方向，是指该方块的输入信号增加，输出信号增加；输入信号减小，输出信号亦减小；b.方块的反作用方向，是指该方块的输入信号增加，输出信号减小；输入信号减小，输出信号增加。c.在一个操纵系统中，安装完毕后，只剩下操纵器的正反作用能够改变，以保证整个操纵系统是负反馈操纵系统。第八章 变频器Tips：1.1对极同步电动机：3000r（50HZ） 3600r(60HZ) 2.泵功率Nn3（转速） 风机功率Nn 3.要求在断电5min后开始操作 4.马达接