化工仪表与自动化基础教材.doc

化工仪表与自动化基础教材第一章 绪论第二章 化工自动化的基本概念 第一节 化工自动化的主要内容 第二节 自动控制系统的基本组成 第三节 识读管道仪表流程图（ P&ID ） 第三章 检测仪表第一节 检测仪表的基本性能和分类 第二节 压力检测仪表 第三节 温度检测仪表 第四节 流量检测仪表 第五节 物为检测仪表第六节 分析仪表（红外分析仪表 ,CEMS,COD ） 第七节 传动设备检测仪第四章 显示仪表 第一节 数字显示仪表 第二节 无纸记录仪 第五章 执行器 第一节 概述 第二节 气动薄膜调节阀 第六章 集散控制系统 第一节 集散控制系统的组成 第二节 集散控制系统的功能 第三节 集散控制系统的操作方法 第七章 联锁保护系统第一章 绪论伴随着科学技术的迅猛发展， 自动化技术已成为当代举世瞩目的高技术之一 由于 生产过程连续化、大型化、复杂化，使得广大工艺、维修、管理人员需要学习和掌握必 要的监测技术和自动化知识， 这是现代化工业生产实现高效、 优质、 安全、 低耗的基本 条件和重要保证，也是提高企业综合竞争实力、提升企业管理水平的前提本章的重点： 对自动化、 化工自动化的概念； 实现化工自动化的目的； 化工自动化 发展的过程。

自动化技术的进步推动了工业生产的飞速发展， 在促进产业革命中起着十分重要的 作用特别是在石油、化工、冶金、轻工等部门，由于采用了自动化仪表和集中控制装 置，促进了连续生产过程自动化的发展， 大大地提高了劳动生产率， 获得了巨大的社会 效益和经济效益化工自动化是化工、 炼油、食品、 轻工等化工类生产过程自动化的简称 在化工设 备上， 配置上一些自动化装置， 代替操作人员的部分或全部直接劳动， 是生产在不同程 度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化自动化是提高社会生产力的有力工具之一，实现化工生产自动化的目的如下1) 加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量在生产过程由于人的五官对事物量的测量精度较差，而且许多量值无法用感官进行测量，所 以产品质量难以有效控制；同时由于人的手和脚的速度和力量有限，无法 长时间，高效率、大规模生产所以只有利用利用自动化装置，才能使生 产过程在最佳条件下进行，从而大大加快生产的速度，降低能耗，实现优 质高产2) 减轻劳动强度，改善劳动条件作为化肥企业，我公司的生产过程大部分高温高压状态， 生产系统中的产品和半产品大多具有易燃、 易爆、 易中毒、 有腐蚀性等特点，只有实现自动化控制，才能减少操作人员对生产过程的 直接控制，远离危险环境，改善劳动条件。

3) 能够保证工艺生产和设备运行的安全，防止事故的发生或扩大生产过程中经常出现各种不正常的因素如各种压缩机，由于设备问题引起的轴承温 度升高；程控系统中的阀门动作不到位；压力容器由于操作调整不当过引 起设备超压等现象，如果能够实现有效的连锁保护，就可以防止或减少事 故的发生4) 生产过程自动化的实现， 能够改变劳动方式， 提高工人的文化和技术水平化工自动化的发展大致经历了五个阶段：1) 20 世纪 30、40 年代，主要采用是基地式仪表和部分气动单元组合仪表，被控 量主要集中在温度、压力、流量等过程参数2) 20 世纪 40、50 年代， 采用仪表仍以基地式为主， 气动单元仪表开始大量应用， 控制方案主要单回路的定值控制和随动控制3) 20 世纪 50、60 年代，气动和电动单元仪表成为当时控制仪表的主流，控制方 案主要是常用的复杂控制系统如：串级、均匀、前馈等4) 20 世纪 70 年代开始，直接数字控制( DDC )实现集中控制，并在后期出现集 散控制系统(DCS),控制方案仍以PID控制为主，再加上一些复杂控制算法， 并没有充分发挥计算机的功能和控制水平5） 20 世纪 80 以后，在 DCS 系统上实现了先进控制和优化控制。

同时随着计算 机及网络技术的发展， 现场总线开始出现， 以此为标准， 实现以微处理器为基 础的现场仪表与控制系统之间进行全数字、 双向和多站通讯的现场总线网络控 制系统（FCS）它将对控制系统结构带来革命性变革，开辟自动控制系统的 新纪元要有结束语第二章 化工自动化的基本概念第一节 化工自动化的主要内容本节的重点： 自动检测系统、 联锁保护系统、 自动操作系统、 自动控制系统的基本 功能为了实现化工生产过程自动化， 一般要包括自动检测、 联锁保护、 自动操作和自动 控制等内容，现分别给予介绍1， 自动检测系统 自动检测系统就是利用各种检测仪表和电器设备实现对生产过程中的主要参数进 行测量、指示、记录等功能总和它代替了操作人员对工艺参数的不断观察与记录，起 到了人的眼睛的作用对于我公司的自动检测系统主要对温度、压力、液位、流量、气 体成份、水质等参数进行自动测量2， 联锁保护系统 生产过程中，有时由于一些偶然性因素的影响，可能导致工艺参数超出允许的变化 范围而出现不正常情况，使生产处于危险和事故状态如果不立即采取紧急措施，就有 可能造成生产和设备事故， 此时由联锁系统立即自动采取紧急措施， 如关闭或打开阀门、 停机、停电等。

公司内的水煤气压缩机、 N/H 气压缩机、汽轮机等都有相应的联锁保护 系统 ESD(emergency shutdown system ) 紧急停车系统、 ETS 汽机跳闸保护功能等都属 于联锁保护系统的范围3， 自动操纵及自动开停车系统 自动操纵系统可以根据预先设计的时序自动地对生产设备进行周期性的操作 如变 压吸附脱碳工艺( PSA-CO2 )，固定床间歇式造气工艺、热电的浓相气力自动输灰系统 等生产环节利用控制系统的强大功能，使生产自动进行，大大的减轻了操作工人的劳动 强度，有些系统已经达到无人值守自动开停车系统可以按照预先设定好的步骤，自动将生产过程自动的投入运行，减 少人为失误，如汽轮机在不同状态下的自动升温开车过程、如冷态、温态、热态、极热 态的自动暖机过程，以及过临界升速率自动控制过程4， 自动控制过程 生产过程中的各种工艺条件不可能是一成不变的 尤其像我们这样工艺复杂、 干扰 因素多的化工企业， 在连续生产的过程中各项参数都或多或少会偏离正常的工艺条件， 为此， 就需要利用一些自动控制装置， 对生产中某些关键性参数进行自动控制， 使他们在受到外界 干扰的影响而偏离正常状态时， 能自动地控制而回到规定的范围内， 为此目的而设置的系统 就是自动控制系统。

综上所述，自动检测系统只能完成了解生产过程所处的状态；联锁保护系统只能在工艺 条件进入某种极限状态时， 采取安全措施， 以避免生产事故的发生； 自动操作系统只能按照 预先规定的步骤进行周期性操作； 只有拥有了自动控制系统才能自动的排除各种干扰因素的 影响，使工艺参数始终保持在预先设定的数值上第二节 自动控制系统的组成自动控制系统是在人工控制的基础上产生和发展起来的 所以， 在开始介绍自动控 制的时候， 先分析人工操作， 并与自动控制加以比较， 这种分析方法对了解自动控制系 统是有裨益的图 1-2 所示是一个液体储槽， 在生产中常用来作为一般的中间容器 从前一个工序来的 物料连续不断的流入槽中， 而槽中的液体又送至下一个工序进行加工或储存 当流入量Qi（或流出量 Qo）波动时就会引起槽内液位的波动，严重时会溢出或抽空，解决这个问 题的最简单办法是以储槽液位为操作指标， 以改变出口阀门开度为控制手段， 如图 1-2a 所示当液位上升时，将出口阀门开大，液位上升越多，阀门开的越大；反之，当液位 下降时， 则关小出口阀门， 液位下降越多， 阀门关的越小 为了使液位上升和下降都有 足够的余地， 选择玻璃管液位计指示中间的某一点为正常工作时的液位高度， 通过改变出口阀门开度而使液位保持在这一高度上，这样就不会出现储槽内液位过高而溢出槽 外， 或使储槽内液体抽空而发生事故的现象。

归纳起来， 操作人员所进行的工作有三个 方面，如图 1-2b 所示1） 检测：用眼睛观察玻璃管液位计中的液位高低，并通过神经系统告诉大脑2） 运算（思考）、命令：大脑根据眼睛看到的液位高度，加以思考并与要求的液位 值进行比较，得出偏差的大小和正负，然后根据经验，经思考、决策后发出命 令3） 执行：根据大脑发出的命令，通过手去改变阀门开度，以改变出口流量 Qo，从而使液位保持在所需高度上眼、脑、手三个器官，分别担负了监测、运算和执行三个作用，来完成测量、求偏差、 操纵阀门以纠正偏差的全过程 由于人工控制受到人的生理上的限制， 因此在控制速度 和精度上都满足不了大型现代化生产的需要 为了提高控制精度和减轻劳动强度， 可以 用一套自动化装置来代替上述人工操作， 这样就由人工控制变为自动控制了 液体储槽 和自动化装置一起构成了一个自动化控制系统，如图 1-3 所示为了完成人的眼、 脑、手三个器官的任务， 自动化装置一般至少包括三个部分， 分别来模拟人的眼、脑和手的功能如图 1-3 所示，自动化装置的三个部分分别是：（ 1） 测量元件与变送器 它的功能是测量液位并将液位的高低转化为一种特定的、 统 一的输出信号（如电压、电流信号等） ；（ 2） 自动控制器 它接受变送器送来的信号， 与工艺需要保持的液位高度相比较得出 偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号值来改变阀门的 开启度。

3） 执行器 通常指控制阀， 它与普通阀门的功能一样， 只不过它能自动地根据控制 器送来的信号值来改变阀门的开启度由上可知，自动化装置具有人工控制中操作人员的眼睛、大脑、手脚的部分功能， 因此它自动的完成储槽液位的控制图（）第三节识读管道仪表流程图任何一个产品的工业生产，都经历了将原材料逐次加工到半产品乃至成品的过程整个生产过程的表述方法是多样的，但管道仪表流程图( P&ID : Piping and InstrumentDiagram )在表达部分或整个生产工艺无疑是最为直观和简捷的途径管道仪表流程图 是工艺、设备、管理人员学习掌握生产过程的首选教材，也是其设计施工的重要依据管道仪表流程图就是过去所说的带控点的工艺流程图， 是借助统一规定的图形符号和文字代号，用图示的方法把建立化工工艺装置所需的全部设备、 仪表、管道、阀门及主要管件，按其各自功能以及工艺要求组合起来， 以起到描述工艺装置的结构和功能的作用因此，管道仪表流程图不仅表达了部分或整个生产过程的工艺、 设备、仪表等的设置状况，更重要的是体现了对该工艺过程相互联系、 及所实施的控制方案，是编制试压、吹除、联动试车等操作方案的基础。

一、仪表位号仪表位号由仪表功能标志和仪表回路编号两部分组成，如 TIR-1106,PT-1203等，常用的仪表功能字母代号如下表：字母代号被测变量后继字母A分析(Analytical )报警(Alarm)C控制(Control)D差( Differential )F流量(Flow)L物位(Level)灯(Light)I指示(Indicating)P压力、真空(Press Vacuum)Q累计(Totalize)R记录(Recorder)T温度(Temperature)传送(Transmit)V阀、风门(ValveDamper)例：F IRQ—1106 表示具有记录和累计功能的流量仪表，编号为1106;PI- 1 2 0 3 表。