过程控制工程设计89课件

过程控制工程设计200KW螺旋桨模拟负载装置过程控制工程设计第3章自控设备的表达第3章自控设备的表达§3-1控制装置的选择§3-2检测仪表（元件）及控制阀的选型§3-3仪表数据表§3-4自控设备表3§3-1控制装置的选择

一个正确合理的自控方案，不仅要有正确的测量和控制方案，而且还需正确选择和使用各种自动化仪表，即进行正确的仪表选型。仪表选型中，首先应对控制装置进行合理的选择。5

一、控制装置的类型和特点

（1）基地式仪表。

它是发展历史最早的一类仪表，它的输入信号来自检测元件，输出信号直接送至执行器。有些基地式仪表甚至把检测元件或执行器也包括在内。它们的功能往往限于单回路控制。1）应用场合：

这类仪表多用于中小型生产装置，或用于大生产中一些就地控制的场合。虽然这类仪表的使用比例已大大下降，但鉴于它的简便、可靠，至今还有发展和应用。

6（2）单元组合式仪表。

它们是20世纪50、60年代发展起来的一类仪表，把仪表的功能分散到各自单元。一个测量回路或控制回路需由许多单元组合而成。1）分类：

此类仪表可分为气动单元组合仪表和电动单元组合仪表。2）应用场合：一般对于大、中型生产装置均可应用。其中电动单元组合仪表由于传送距离较长，在防爆问题上又有突破，此外与计算机能较方便地连接，因此曾得到广泛应用。如DDZ-III型系列、I系列、EK系列等电动单元组合仪表。7（5）可编程序控制器（PLC）。

它也是以微处理器为主体的一种数字控制器，主要用于顺序控制、联锁保护、过程控制和管理等场合。目前在国内使用的品种非常繁多。（6）计算机控制系统。

随着工业生产过程的大规模化、复杂化和数字计算机技术的发展，从上世纪60年代开始，在生产过程中逐渐引入了计算机控制系统。

它的主要特点：由一台计算机（工业控制机或简称工控机）完成控制系统的全部功能，如数据采集、控制、信息通信、集中显示操作等，使生产过程控制管理水平得到进一步提高。9（7）分散控制系统（DCS）。

进入20世纪70年代，大规模集成电路问世，以微处理器为基础，兼顾常规仪表控制和计算机控制系统的优点的新型控制系统——分散控制系统（DCS）出现在工业生产中。带微处理器的控制站可控制几个到几十个回路，由若干控制站组合，能控制整个生产过程，使危险分散。因此，分散控制系统能够实现连续控制、批量（间歇）控制、顺序控制、数据采集、先进过程控制等。目前，DCS系统硬件、系统软件及应用软件已日趋完善，在过程控制领域得到了广泛的应用。10（8）现场总线。

20世纪90年代以来，数字控制系统出现了现场总线技术。所谓现场总线是数字化通信网络实用技术，采用了数字多路复用技术，把具有不同地址编码的数字信号通过同一根电缆进行传输，实现现场智能仪表与主控系统之间的信息交换。它可使现场智能仪表管理和控制达成统一，使现场智能仪表完成过程控制，并监视非控制信号。一般说来，现场总线系统由三部分组成：现场智能仪表、现场通信总线和计算机接口。近十年来，世界上出现了多种现场总线的企业集团的制定标准，并有相应的现场总线的产品，从而形成日前多种现场总线共存的局面。归结起来可分成两大类：世界各国公认的现场总线基金会（FieldbusFoundation简称FF）所发布的现场总线；目前较流行的非基金会的现场总线，如CAN、FIP、DE等。11

二、控制装置的选择

控制装置的选择首先确定是采用常规仪表控制还是DCS系统，至于现场总线系统当前尚处于发展、成熟阶段，尚未全面推广使用。1、

对于大型生产过程或自动化水平要求较高的场合，可采用DCS系统。然后，根据投资的情况、生产规模、控制和管理等方面要求，进行可行性研究，发出DCS的正式询价书，至少向三个DCS供方询价。收到DCS供方报价书后，进行评审。最后，与最终用户共同确定DCS的选型及供方厂商。2、常规仪表的选用也倾向于数字化、智能化。目前，气动控制仪表已很少使用，少数有爆炸危险的现场机组控制，尚有采用气动控制仪表。133、常规控制仪表的选择，没有严格的规定，一般可考虑如下几个因素。

（1）价格因素通常数字式仪表比模拟仪表贵，新型仪表比老型仪表贵，引进或合资生产的仪表比国产仪表贵，电动仪表比气动仪表贵。因此，选型时要考虑投资的情况、仪表的性能／价格比。

（2）管理的需要管理上的需要首先应尽可能使全厂的仪表选型一致，有利于仪表的维护管理。此外，对于大中型企业，为实现现代化的管理，控制仪表应选择带有通信功能的，以便实现联网化。

（3）工艺的要求控制仪表应选择能满足工艺对生产过程的监测、控制和安全保护等方面的要求。对于检测元件或执行器处在有爆炸危险的场合时，需考虑安全栅的使用。14§3-2检测仪表（元件）及控制阀的选型

检测仪表（元件）及控制阀选型的一般原则如下：

1．工艺过程的条件工艺过程的温度、压力、流量、粘度、腐蚀性、毒性、脉动等因素是决定仪表选型的主要条件，它关系到仪表选用的合理性、仪表的使用寿命及车间的防火、防爆、保安等问题。

2．操作上的重要性各检测点的参数在操作上的重要性是仪表的指示、记录、积算、报警、控制、遥控等功能选定依据。

一般来说，（1）对工艺过程影响不大，但需经常监视的变量，可选指示型；（2）对需要经常了解变化趋势的重要变量，应选记录式；

15一、温度测量仪表的选型（一）温度测量仪表的类型及特点常用工业温度计的分类如P46。（二）温度测量仪表的选择

1.就地温度仪表的选择双金属温度计：在满足测量范围、工作压力和精确度要求时，应优先选用。压力式温度汁：对于-80oC以下低温、无法近距离观察、有振动及精确度要求不高的场合可选用。玻璃温度汁：出于汞害，一般不推荐使用（除作为成套机械，要求测量精度不高的情况下使用外）。

172．温度检测元件的选择

热电偶适用一般场合，热电阻适用于无振动场合，热敏电阻适用于要求测量反应速度快的场合。根据对测量响应速度的要求，可选择：热电偶600s、100s、20s三级；热电阻90~180s、30~90s、10~30s、<10s四级；热敏电阻<1s。3.根据使用环境条件选择温度计接线盒普通式：条件较好的场所；防溅式、防水式：潮湿或露天的场所；隔爆式：易燃、易爆的场所；插座式：仅适用于特殊场合。18二、压力测量仪表的选型（一）压力测量仪表的分类和特点

压力测量仪表按其工作原理可液柱式、弹性式、活塞式（负荷式）及压力传感器四大类。各类仪表的性能及用途可见表3－3所示。其中常用的液柱式压力计与弹性压力表的特点可比较如下。

1．液柱式压力计优点：①简单可靠；②精度和灵敏度均较高；③可采用不同密度的工作液；④适合低压、低压差测量；⑤价格较低。缺点：①不便携带；②没有超量程保护；③介质冷凝会带来误差；④被测介质与工作液需适当搭配。

2．弹性压力表（1）弹簧管压力表优点：①结构简单，价廉；②量程范围大；③精度高；④产品成熟。缺点：①对冲击、振动敏感；②正、反行程有滞回现象。19三、流量测量仪表的选型（一）流量测量仪表的分类和特性

流量测量仪表的分类可按不同的原则进行，常有以下几种分类。1．接测量对象分类可分为封闭管道流量计和敞开管道流量计两大类，工业过程主要使用封闭管道流量计。2．按测量目的分类可分为总量测量和流量测量，即为总量表（累积流量）和流量计（瞬时流量）。四、物位测量仪表的选型五、过程分析仪表的选型21六、控制阀的选型（一）控制阀的分类和特性控制阀如果按其执行机构的驱动能源来分可分为气动、电动、液动三大类。而从阀来分类型更多。1.以执行机构进行分类（1）气动执行机构:气动执行机构可分为气动薄膜执行机构、气动活塞执行机构、气动长行程执行机构、增力型薄膜执行机构（侧装式执行机构）。其中气动薄膜执行机构在石油、化工等生产过程中用得最为广泛。（2）电动执行机构:电动执行机构由电机、减速器及位置发送器三部分组成。（3）液动执行机构:液动执行机构在石油、化工等生产过程中很少使用。22

2.

以阀进行分类阀的类型很多，根据结构形式和用途来分，最常用的是直通单座阀、直通双座阀、蝶阀、角形阀、三通阀、隔膜阀。然而为满足工艺的各种需要，出现了许多新型阀门。如阀体分离阀、波纹管密封阀、低温阀、小流量阀、偏心旋转阀（凸轮挠曲阀）、套筒阀（笼式阀）、O形球阀、V形球阀、高温蝶阀、高压蝶阀、超高压以及低噪音阀等。（1）直通单座阀:直通单座阀阀体内只有一个阀芯和阀座。（2）直通双座阀:其基本组成部件和单座阀相同，只是阀体内有两个阀芯。（3）角形阀:角形阀除阀体为直角形外，其他结构与直通阀相似。（4）三通阀:三通阀可分为分流式和合流式两种，可以用于混合两种流体，又可将一种流体分为两股。23§3-3仪表数据表

自控方案确定和仪表选型后，此时可编制自控仪表规格表。反映自控仪表的型号、规格及在各测量、控制系统中的使用和位置等情况，根据不同的设计体制和设计标准，可以编制成各种形式的仪表规格表。本节将介绍国际通用设计体制《化工装置自控工程设计规定》（HG/T20636~20639）对自控仪表规格表的编制方式。25

在这个国际通用设计体制中，主要由“仪表索引”、“仪表数据表”来表达自控仪表的选型和使用等情况的。“仪表索引”是以一个仪表回路为单元，按被测变量英文字母代号的顺序列出所有构成检测、控制系统的仪表设备位号、用途、名称和供货部门以及相关的设计文件号。表3－14列出了“仪表索引”的示例。“仪表数据表”是与仪表有关的工艺、机械数据，对仪表及附件的技术要求、型号及规格等。26§3-4自控设备表

在自控工程设计的过渡设计标准《自控专业施工图设计内容深度规定》（HG/T20506-92）中用“自控设备表”来表达自控仪表的选型和使用等情况的。“自控设备表”分为两种（表一）、（表二）表格。通常，所有控制系统（包括就地调节系统）以及传送到控制室进行集中检测的仪表（不包括温度）均填写在自控设备表（表一）上，并按信号流向依次填写。集中检测的温度仪表、就地检测仪表、仪表盘（箱）、半模拟盘、操纵台、保温（护）箱、报警器及控制室气源总管用的大型空气过滤器、减压阀、安全阀等均填写在自控设备表（表二）上，显示仪表排列在前。根据各设计单位的具体情况，也可全部采用表一或表二。表3－18、表3－19分别示出了自控设备表（表一）和自控设备表（表二）的填写。299LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnu*x+A2E5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYt*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6MdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8J