化工自动化02

化工仪表及自动化主讲：袁文柱2015年3月巴彦淖尔职业技术学校一、基础知识二、压力检测仪表三、流量检测仪表四、温度检测仪表五、物位检测仪表六、气动执行器七、控制系统八、集散型控制系统（DCS）九、分析仪表目录化工自动化是石油、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。化工自动化定义一、基础知识人工控制与自动控制一、基础知识机械化人工控制向自动控制转变人脑眼睛四肢控制器检测仪表执行器人工控制与自动控制一、基础知识•1、20世纪40年代–手工操作状态，只有少量的检测仪表用于生产过程。•2、20世纪40年代末～50年代–自动化仪表：采用基地式仪表和部分单元组合仪表（气动Ⅰ型和电动Ⅰ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一、基础知识•3、20世纪50年代～70年代–自动化仪表：单元组合仪表（气动Ⅱ型和电动Ⅱ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。化工自动化发展一、基础知识KFL现场型基地式气动液位指示调节仪化工自动化发展一、基础知识•4、20世纪70～80年代•自动化仪表：气动Ⅲ型和电动Ⅲ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（DCS）、可编程逻辑控制器(PLC)、工业PC机（工控机）和数字控制器等，已成为控制装置的主流。•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系统。化工自动化发展一、基础知识–5、20世纪90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（FCS）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。•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的发展方向。化工自动化发展一、基础知识早期的DCS控制系统一、基础知识现代的DCS控制系统一、基础知识化工自动化目的提高工作效益降低生成成本保证生产安全减轻劳动强度化工自动化目的一、基础知识化工自动化的基本组成显示控制仪表检测仪表执行器一、基础知识•如仪表的测量范围：-400~1200KPa•则仪表的量程为1600KPa仪表量程仪表量程测量上限测量下限=-一、基础知识•精度等级有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表示测量的准确程度。一、基础知识仪表类型及标准信号仪表类型电动仪表气动仪表4~20mADC（1~5VDC）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。0.02~0.1MPa（20KPa~100KPa）一、基础知识信号的传递形式连续变化“0”和“1”组合两种状态模拟信号数字信号开关信号信号传递形式一、基础知识仪表的名称;在DCS系统中是唯一的;一般不超过8位。如：PV2301、LT2310、TIC2310等。仪表位号(TAG)英文字母数字+仪表位号=一、基础知识仪表位号(TAG)仪表工位号：参数符号+功能符号+数字，如：TIC2310。参数符号F:流量；L：液位；P：压力；T：温度；E：电流；H：手操；V：振动、阀门；功能符号A：报警；R：记录；C：调节；I：指示；Q：累积；T：变送器；CV：自力式G：现场监视数字12...9一、基础知识•前面2位阿拉伯数字一般代表生产工段；•后面2位阿拉伯数字一般代表该工段该参数的序号。东造气01变换05西造气02合成09脱硫03尿素21脱碳07热电20TI-05042-1、PI-0909、LT-2112、LV-20011仪表位号(TAG)一、基础知识表示受力面积。表示垂直作用力；表示压力；式中，SFpSFp压力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。压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）211mNPa26/1010001011cmkgKPaPaMPa二、压力检测仪表压力的定义及单位1kgf/cm2=105Pa=0.1MPa1巴(bar)=0.1兆帕(MPa)=100千帕(KPa)=1.0197公斤/平方厘米二、压力检测仪表压力的定义及单位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Poundspersquareinch)大气压力绝对压力表压ppp在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。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压力的定义及单位二、压力检测仪表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—接头弹簧压力表二、压力检测仪表普通压力表耐震压力表膜片式压力表电接点压力表弹簧管压力表二、压力检测仪表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电容式压力变送器图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；4—隔离膜片压力变化电容量的变化转变4~20mA输出二、压力检测仪表智能差压变送器EJA智能差压变送器（4～20mA）方框图二、压力检测仪表压力（差压）变送器差压变送器压力变送器二、压力检测仪表流量：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。单位：t/h、kg/h、L/h、m3/h等流量定义二、流量检测仪表MQQM或质量流量M体积流量Q如以t表示时间，则流量和总量之间的关系是ttMdtMQdtQ00,总总质量流量和体积流量三、流量检测仪表差压式（也称节流式）流量计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与压力差ΔP的平方根成正比，即Q=K。1，2切断阀；3平衡阀差压计阀组安装示意图孔板差压式流量计三、流量检测仪表漩涡流量计三、流量检测仪表漩涡流量计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。图3-12卡门涡列(a)圆柱涡列；(b)三角柱涡列漩涡流量计三、流量检测仪表质量流量计三、流量检测仪表质量流量计三、流量检测仪表电磁流量计测量原理是法拉第电磁感应定律,用来测量导电液体。三、流量检测仪表转子/金属浮子流量计三、流量检测仪表金属管浮子流量计采用可变面积式测量原理，适用于测量液体、气体。全金属结构，有指示型、电远传型。玻璃管转子流量计金属浮子流量计转子流量计的主要测量元件为一根垂直安装的下小上大锥形玻璃管和在内可上下移动的浮子。温度定义及单位表示物体冷热程度的物理量。常用的温度单位为热力学温标（T），单位是开尔文（K）；摄氏温标，单位摄氏度（℃）；华氏温标，单位（℉）。T=tC+273.16tF=32+1.8tC四、温度检测仪表双金属温度计图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热电阻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。工业上使用的铂电阻主要有分度号为Pt100,它的R0=100Ω。Cu50,它的R0=50Ω001ttRRttRRtt0四、温度检测仪表热电偶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。工业上使用的热电偶有K型（镍铬-镍硅）、S型（铂铑-铂）等。热电偶温度计测温系统示意图1、热电偶；2、补偿导线；3、测量仪表四、温度检测仪表温度变送器温度变送器为24V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4-20mA的输出电流。四、温度检测仪表物位检测仪表分类液体颗粒液体液体液位计料位计介面计物位仪表五、物位检测仪表玻璃板液位计容器连接构联通器，透过玻璃板直接指示容器的液位。五、物位检测仪表磁翻板液位计根据浮力原理和磁性耦合作用原理工作的。当被测容器中的液位升降时，液位计本体管中的磁性浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红、白翻柱翻转180°，当液位上升时翻柱由白色转变为红色，当液位下降时翻柱由红色转变为白色，指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度，从而实现液位清晰的指示。五、物位检测仪表差压液位变送器五、物位检测仪表差压式液位计差压式液位计原理图gHpppAB因此gHppAB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雷达液位计雷达式液位计示意图tcLH2五、物位检测仪表其他液位计电容式液位计超声波液位计浮球液位计（浮力和静磁场原理）磁致伸缩液位计(电容量的变化)五、物位检测仪表物位开关•音叉液位开关浮球液位开关阻旋式液位开关五、物位检测仪表五、物位检测仪表六、气动执行器执行器的分类气动执行器电动执行器液动执行器气动执行器调节阀切断阀执行器的组成调节机构执行机构辅助机构调节阀的组成六、气动执行器执行机构气动薄膜气动活塞执行机构的分类六、气动执行器图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六、气动执行器调节机构（阀）直通单座阀直通双座阀角形阀蝶阀球阀调节机构的分类六、气动执行器调节阀的作用方式气开式（FC）气关式（FO）调节阀的作用形式六、气动执行器主要从工艺生产上安全要求出发。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。选择要求压力信号增加时，阀关小、压力信号减小时阀开大的为气关式。反之，为气开式。气开式与气关式的选择六、气动执行器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、气动执行器调节阀的流量特性直线等百分百快开抛物线流量特性的分类六、气动执行器电气阀门定位器电磁阀辅助机构六、气动执行器人工操作与自动控制比较图七、控制系统图12-3简单控制系统的方块图负反馈是控制系统的基石七、控制系统基本控制规律比例控制（P）积分控制（I）微分控制（D）七、控制系统常用的控制规律比例控制（P）比例积分控制（PI）比例微分控制（PD）比例积分微分控制（PID）七、控制系统简单控制系统组成测量元件控制器调节阀对象七、控制系统液位控制系