化工仪表及自动化.ppt

仪表及自表及自动化知化知识培培训1.自自动化技化技术是当今是当今举世瞩目的先世瞩目的先进技技术之一，它的研究之一，它的研究开开发和和应用水平是衡量一个国家用水平是衡量一个国家发达程度的重要达程度的重要标准，也是准，也是现代化社会的一大代化社会的一大标志。志。自自动化技化技术的的进步推步推动了工了工业生生产的的飞速速发展，大大提展，大大提高了高了劳动生生产率，率，获得了巨大的社会效益和得了巨大的社会效益和经济效益。效益。化工自化工自动化是化工、化是化工、炼油、食品、油、食品、轻工等化工工等化工类型生型生产过程自程自动化的化的简称。在化工称。在化工设备上，配上，配备上一些自上一些自动化装置，化装置，代替操作人代替操作人员的部分直接的部分直接劳动，使生，使生产在不同程度上自在不同程度上自动进行，行，这种用自种用自动化装置来管理化工生化装置来管理化工生产过程的程的办法，称法，称为化化工自工自动化。化。前言前言 2.主要内容：主要内容：1.自自动控制系控制系统基本概念基本概念2.检测仪表与表与传感器感器3.DCS控制系控制系统4.SIS控制系控制系统5.自自动化化仪表与表与实践践6.自自动化化仪表表项目管理目管理3.化工仪表及自动化1.1.自自动动控制系控制系统统基本概念基本概念1.1化工自化工自动化的主要内容化的主要内容 化工化工仪表及自表及自动化一般包含自化一般包含自动检测、自、自动保保护、自、自动控制三方面的内容，主要由各种控制三方面的内容，主要由各种仪表、表、联锁装装置、置、PLC和和DCS控制系控制系统等硬件及相等硬件及相应的的软件来完成上述功能。件来完成上述功能。1.1.11.1.1自自动检测系系统 利用各种利用各种检测仪表表对主要工主要工艺参数参数进行行测量、指使或量、指使或记录的，称的，称为自自动检测系系统。它代替了操作人。它代替了操作人员对工工艺参数的不断参数的不断观察与察与记录，因此起到人眼睛的作用。如下，因此起到人眼睛的作用。如下图：冷液热液压力表蒸汽温度表流量计冷凝水4.化工仪表及自动化1.1.自自动动控制系控制系统统基本概念基本概念1.1.21.1.2自自动控制系控制系统 生生产过程中各种工程中各种工艺条件不可能是一成不条件不可能是一成不变的。的。为此，就需要用此，就需要用一些自一些自动控制装置控制装置对生生产中的某些关中的某些关键性参数性参数进行自行自动控制，使它控制，使它们在受到外界干在受到外界干扰的影响而偏离正常状的影响而偏离正常状态时，能自，能自动的控制而回到的控制而回到规定定的数的数值范范围内，内，为此目的而此目的而设置的系置的系统就是自就是自动控制系控制系统。如下。如下图：冷液热液压力表蒸汽TT-101流量计冷凝水TIC101TV-1015.化工仪表及自动化1.1.自自动动控制系控制系统统基本概念基本概念1.1.31.1.3自自动信号和信号和联锁保保护系系统 生生产过程中，有程中，有时由于一些偶然因素的影响，由于一些偶然因素的影响，导致工致工艺参数超参数超出允出允许的的变化范化范围而出而出现不正常情况不正常情况时，就有引起事故的可能。，就有引起事故的可能。为此，常此，常对某些关某些关键性参数性参数设有自有自动信号信号联锁装置，防止事故的装置，防止事故的发生生和和扩大。如下大。如下图：TIC101冷液热液PT-101蒸汽TT-101流量计冷凝水PIA101SPSL101HHXCV-1016.化工仪表及自动化1.1.自自动动控制系控制系统统基本概念基本概念1.2自自动控制系控制系统的的组成成 自自动控制系控制系统是在人工控制的基是在人工控制的基础上上产生和生和发展起来的。如展起来的。如图1 1自自动控制的控制的实现大大提高了生大大提高了生产过程的自程的自动化程度，解放了化程度，解放了劳动力。如力。如图2 2 自自动化装置主要由三部分化装置主要由三部分组成：成：测量元件与量元件与变送器送器自自动控制器控制器执行器行器变送器控制器给定值自动化装置图1图27.化工仪表及自动化1.1.自自动动控制系控制系统统基本概念基本概念1.3工工艺管道及控制流程管道及控制流程图 在工在工艺流程确定后，工流程确定后，工艺人人员和自控和自控设计人人员共同确定共同确定控制方案，包括流程中各控制控制方案，包括流程中各控制点的点的选择、控制系、控制系统的确定及的确定及有关自有关自动信号、信号、联锁保保护系系统的的设计等。再根据工等。再根据工艺流程流程图，按其流程按其流程顺序序标注出相注出相应的的测量点、控制点等，便成了量点、控制点等，便成了带控控制点的工制点的工艺流程流程图（P&ID)P&ID)。如右如右图 8.化工仪表及自动化1.1.自自动动控制系控制系统统基本概念基本概念1.3.1图形符号形符号 测量点量点 是由工是由工艺设备轮廓廓线或工或工艺管管线引到引到仪表表圆圈的圈的连接接线的起点，一般无特定的的起点，一般无特定的图形符号，如形符号，如图1 1所示。必要所示。必要时，检测元件也可以用象形元件也可以用象形或或图形符号表示。形符号表示。连接接线 通用的通用的仪表信号表信号线均以均以细实线表示。表示。连接接线表示交叉及相接表示交叉及相接时，采用，采用图2 2的形式。必要的形式。必要时也可也可用加箭用加箭头的方式表示信号的方向。在需要的方式表示信号的方向。在需要时，信号，信号线也可用气信号、也可用气信号、电信号、信号、导压毛毛细管等采用管等采用不同的表示方式以示区不同的表示方式以示区别。如。如图3 3 测量点图1图2交叉相接方向图3仪表电信号线仪表气信号线仪表引压毛细管9.化工仪表及自动化1.1.自自动动控制系控制系统统基本概念基本概念 仪表的表的图形符号形符号 仪表的表的图形符号是一个形符号是一个细实线圆圈，圈，对于不同的于不同的仪表安装位置的表安装位置的图形符号不一形符号不一样。如。如图1 1 字母代号和字母代号和仪表位号表位号 1)1)在控制流程在控制流程图中，用来表示中，用来表示仪表的小表的小圆圈的上半圈的上半圆内，一般写有两位字母，第内，一般写有两位字母，第一位字母表示被一位字母表示被测变量，后量，后继字母表示字母表示仪表的功能，常用被表的功能，常用被测变量和量和仪表功能的字母表功能的字母代号代号见下表。下表。2)2)在控制系在控制系统中，每个中，每个仪表都有自己的表都有自己的仪表位号。表位号。仪表位号由字母代号表位号由字母代号组合和阿合和阿拉伯数字拉伯数字编号两部分号两部分组成。阿拉伯数字成。阿拉伯数字编号写在号写在圆圈的下半部。圈的下半部。图1就地安装仪表嵌在管道中的就地安装仪表集中仪表盘面安装仪表就地仪表盘面安装仪表集中仪表盘后安装仪表就地仪表盘后安装仪表DCS仪表联锁回路10.化工仪表及自动化1.1.自自动控制系控制系统基本概念基本概念字母字母ADEFIKLMPQCRSTVWYZ第一位字母第一位字母后后继字母字母被被测变量量修修饰词功能功能被被测变量量和和仪表表功功能能字字母母代代号号表表分析分析电导率率密度密度电压流量流量电流流时间或或时间程序程序物位物位水分或湿度水分或湿度压力或真空力或真空数量或件数数量或件数放射性放射性速度或速度或频率率温度温度粘度粘度力力供供选用用位置位置差差比（分数）比（分数）报警警控制控制检测元件元件指示指示自自动手手动操作器操作器积分、累分、累计安全安全积分、累分、累计记录或打印或打印开关、开关、联锁传送送阀、挡板、百板、百页窗窗套管套管继动器或器或计算器算器驱动、执行或未分行或未分类的的终端端执行机构行机构11.化工仪表及自动化1.1.自自动动控制系控制系统统基本概念基本概念 3)3)字母代号和字母代号和仪表位号示例表位号示例 如在如在1.31.3工工艺流程流程图中，中，PICA-2101PICA-2101所表示的意所表示的意义是：是：P I C A-2 1 0 1P I C A-2 1 0 1仪表序号表序号单元序号元序号装置代号装置代号表示被表示被测变量量为压力力表示具有指示功能表示具有指示功能表示具有控制功能表示具有控制功能表示表示带报警功能警功能12.化工仪表及自动化1.1.自自动动控制系控制系统统基本概念基本概念1.4自自动控制系控制系统方方块图 在研究自在研究自动控制系控制系统时，为了能更清楚地表示出一个自了能更清楚地表示出一个自动控制系控制系统中各个中各个组成成环节之之间的相的相互影响和信号互影响和信号联系，便于系，便于对系系统分析研究，一般都用方分析研究，一般都用方块图来表示控制系来表示控制系统的的组成。成。例如：例如：在在1.21.2节的的图2 2中，中，图示的液位自示的液位自动控制系控制系统可以用下可以用下图的方的方块图来表示。来表示。控制器控制器输出控制阀操纵变量对象干扰作用被控变量测量元件变送器给定值测量值偏差13.化工仪表及自动化2.2.检测仪检测仪表与表与传传感器感器2.1概述概述 在工在工业生生产中，中，为了正确的指了正确的指导生生产操作，操作，对过程程进行控制，一行控制，一项必不可少的工作是准确而及必不可少的工作是准确而及时地地检测出生出生产过程中的各个有关参数，例如程中的各个有关参数，例如压力、流量、物位、温度等。用来力、流量、物位、温度等。用来检测这些参数的技些参数的技术工工具称具称为检测仪表。用来将表。用来将这些参数些参数转换为一定的便于一定的便于传送的信号（例如送的信号（例如电信号或气信号或气压信号）的信号）的仪表通常表通常称称为传感器。当感器。当传感器的感器的输出出为规定的定的标准信号准信号时，通常称，通常称为变送器。送器。2.1.12.1.1测量量误差差 在在测量量过程中，由于所使用的程中，由于所使用的测量工具本身不量工具本身不够准确，准确，观测者的主者的主观性和周性和周围环境的影响等等，境的影响等等，使得使得测量的量的结果不可能果不可能绝对准确。由准确。由仪表表读得的被得的被测值与被与被测量真量真值之之间，总是存在一定的差距，是存在一定的差距，这一一差距就称差距就称为测量量误差。差。误差的分差的分类方法多种多方法多种多样，按，按误差出差出现的的规律可分律可分为系系统误差、偶然差、偶然误差和疏忽差和疏忽误差差；按；按仪表使用的条件分表使用的条件分为基本基本误差和附加差和附加误差差；按被；按被测变量随量随时间变化的关系分化的关系分为静静态误差和差和动态误差差；按与被；按与被测变量的关系分量的关系分为定定值误差、累差、累计误差差；按；按误差的数差的数值表示分表示分为绝对误差、相差、相对误差和引差和引用用误差差。测量量误差通常有两种表示方法，即差通常有两种表示方法，即绝对误差和相差和相对误差。差。绝对误差是指差是指仪表指示表指示值和被和被测量的真量的真值之之间的差的差值。在。在实际应用中真用中真实值指得是指得是标准表的准表的读数。数。X-X0X-X0 相相对误差等于某一点的差等于某一点的绝对误差差与与标准表在准表在这一点的指示一点的指示值X0X0之比。之比。Y/X0=(X-X0)/X0/X0=(X-X0)/X014.化工仪表及自动化2.2.检测仪检测仪表与表与传传感器感器2.1.22.1.2仪表的性能指表的性能指标 精确度（精确度（简称精度）称精度）根据根据仪表的使用要求，表的使用要求，规定一个在正常情况下允定一个在正常情况下允许的最大的最大误差，差，这个个允允许的最大的最大误差就叫允差就叫允许误差。允差。允许误差一般用相差一般用相对百分百分误差来表示，即差来表示，即某一台某一台仪表的允表的允许误差是指在差是指在规定的正常情况下允定的正常情况下允许的相的相对百分百分误差的最差的最大大值，即，即仪表允许的最大绝对误差值测量范围上限值测量范围下限值100仪表的表的越大，表示它的精确度越低；反之，精确度越高。将越大，表示它的精确度越低；反之，精确度越高。将仪表的表的允允许相相对百分百分误差去掉差去掉号和号，便可以用来确定号和号，便可以用来确定仪表的精确度等表的精确度等级。目前，我国生目前，我国生产的的仪表常用的精确度等表常用的精确度等级有有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。等。15.化工仪表及自动化2.2.检测仪检测仪表与表与传传感器感器例：例：某台某台测温温仪表的表的测温范温范围为200200700700，校，校验该表表时得到的最大得到的最大绝对误差差为44，试确定确定该仪表的精度等表的精度等级。解：解：该仪表的相表的相对百分百分误差差为4700200100+0.8 如果将如果将该仪表的表的去掉去掉号和号，其数号和号，其数值为0.8，由于国家，由于国家规定的精度定的精度等等级中没有中没有0.8级仪表，同表，同时该仪表表误差又超差又超过了了0.5级仪表所允表所允许的最大的最大误差，所以差，所以这台台测温温仪表的精度等表的精度等级为1.0级。1 1在外界条件不在外界条件不变的条件下，用同一的条件下，用同一仪表表对某一参数某一参数进行正反行程行正反行程测量量时，仪表的示表的示值之差叫之差叫变差。用差。用仪表表输出量程的百分数表示。出量程的百分数表示。灵敏度是表达灵敏度是表达仪表表对被被测参数参数变化的灵敏程度。化的灵敏程度。仪表的灵敏限是指能表的灵敏限是指能够引起引起仪表指示表指示值发生生变化的被化的被测参数的最小参数的最小变化量。化量。16.化工仪表及自动化2.2.检测仪检测仪表与表与传传感器感器 变差差 在外界条件不在外界条件不变的条件下，用同一的条件下，用同一仪表表对某一参数某一参数进行正反行程行正反行程测量量时，仪表的示表的示值之差叫之差叫变差。用差。用仪表表输出量程的百分数表示。出量程的百分数表示。灵敏度与灵敏限灵敏度与灵敏限 灵敏度是表达灵敏度是表达仪表表对被被测参数参数变化的灵敏程度。在数化的灵敏程度。在数值上等于上等于单位被位被测参数参数变化量所引起的化量所引起的仪表指表指针移移动的距离（或的距离（或转角）角）仪表的灵敏限是指能表的灵敏限是指能够引起引起仪表指示表指示值发生生变化的被化的被测参数的最小参数的最小变化量。化量。上述指上述指标只适用于指只适用于指针式式仪表。在数字式表。在数字式仪表中，往往用分辨率来表示。表中，往往用分辨率来表示。分辨率分辨率 对数字数字仪表分辨率是指数字表分辨率是指数字显示器的最末位数字所代表的被示器的最末位数字所代表的被测参数参数变化量。化量。显然，不同量程的分辨率是不同的，相然，不同量程的分辨率是不同的，相应于最低量程的分于最低量程的分辩力称力称为该表的最高分辨力，也叫灵敏度。当数字式表的最高分辨力，也叫灵敏度。当数字式仪表的灵敏度用它与量程的相表的灵敏度用它与量程的相对值表示表示时，便是分辨率。，便是分辨率。17.化工仪表及自动化2.2.检测仪检测仪表与表与传传感器感器 线性度性度 线性度是表征性度是表征线性刻度性刻度仪表的表的输出量与出量与输入量的入量的实际校准曲校准曲线与理与理论直直线的吻合程度。的吻合程度。总是希望是希望输出与出与输入的入的线性关系越好越好。性关系越好越好。线性度通常用性度通常用实际测得的得的输入入输出特性曲出特性曲线与理与理论直直线之之间的最大偏差与的最大偏差与测量量仪表量程之比的表量程之比的百分数表示，即：百分数表示，即：fmax仪表量程100式中：线性度 fmax校准曲线对于理论直线的最大偏差仪表示值被测变量fmax18.2.2.检测仪检测仪表与表与传传感器感器 反反应时间 当用当用仪表表对被被测量量进行行测量量时，被，被测量突然量突然变化以后，化以后，仪表表总是滞后是滞后一段一段时间才能准确地才能准确地显示出来。反示出来。反应时间就是用来衡量就是用来衡量仪表能不能尽快反表能不能尽快反应参数参数变化的品化的品质指指标，实际上反上反应了了仪表表动态特性的好坏。特性的好坏。温度温度液位液位流量流量压力力反映时间由慢到快19.化工仪表及自动化2.2.检测仪检测仪表与表与传传感器感器2.2工工业仪表的分表的分类 工工业仪表种表种类繁多，繁多，结构形式各异，根据不同的原构形式各异，根据不同的原则，可以，可以进行相行相应的分的分类。按按仪表使用的能源分气表使用的能源分气动、电动和液和液动仪表。表。按按信信息息的的获得得、传递、反反映映和和处理理的的过程程分分检测仪表表、显示示仪表表、集集中中控制装置、控制控制装置、控制仪表、表、执行器。行器。按按仪表的表的组成形式分基地式成形式分基地式仪表和表和单元元组合合仪表表 雷达液位计电磁流量计差压变送器阀门校验气动调节阀20.化工仪表及自动化2.2.检测仪检测仪表与表与传传感器感器2.3工工业仪表的信号表的信号类型型 电压信号信号 电流信号流信号 1 1）两两线制制 2 2）三）三线制制 3 3）四）四线制制注意：区别热电阻的几种接法：1）两线接法 2）三线接法 3）四线接法21.化工仪表及自动化3.DCS3.DCS控制系控制系统统3.1DCS简介：介：lDCS是分布式控制系是分布式控制系统的英文的英文缩写（写（Distributed Control System），），在国内自控行在国内自控行业又称之又称之为集散控制系集散控制系统。是相。是相对于集中式控制系于集中式控制系统而言的一种新型而言的一种新型计算机控制系算机控制系统，它是在集中式控制系，它是在集中式控制系统的基的基础上上发展、演展、演变而来的。它是一个由而来的。它是一个由过程控制程控制级和和过程程监控控级组成的以成的以通信网通信网络为纽带的多的多级计算机系算机系统，综合了合了计算机，通信、算机，通信、显示和示和控制等控制等4C技技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配管理、配置灵活以及置灵活以及组态方便。方便。3.2DCS主要厂家：主要厂家：l国内国内DCS主要厂家有：浙大中控，和利主要厂家有：浙大中控，和利时，上海新，上海新华，南京科，南京科远，浙江威盛，自，浙江威盛，自仪股份、股份、鲁能控制，国能控制，国电智深，上海智深，上海华文，浙江文，浙江中自等。中自等。l国外的有：艾默生、霍尼国外的有：艾默生、霍尼韦尔、横河、横河、FOXBORO、ABB、西、西门子、子、罗克克韦尔公司等。公司等。22.化工仪表及自动化3.DCS3.DCS控制系控制系统统3.3DCS概述：概述：lDCS硬件包括硬件包括现场控制站、人机接口、通信系控制站、人机接口、通信系统。l现场控制站主要由控制站主要由过程控制站（控制器）、程控制站（控制器）、I/O单元元（I/O卡）和卡）和现场仪表表组成，是系成，是系统控制功能的主要控制功能的主要实施施部分。部分。l人机接口：工程人机接口：工程师站、操作站、操作员站、服站、服务器、打印机等，器、打印机等，完成系完成系统的操作和的操作和组态。l通信网通信网络，它是，它是DCS的基的基础和核心。网和核心。网络对于于DCS整个系整个系统的的实时性、可靠性和性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，多充性，起着决定性的作用，多数厂家的数厂家的DCS均采用双均采用双总线、环形或双重星形的网形或双重星形的网络拓拓扑扑结构。构。23.化工仪表及自动化3.DCS3.DCS控制系控制系统统01010101010124.化工仪表及自动化4.SIS4.SIS（ESDESD）控制系）控制系统统 SIS是安全是安全仪表系表系统。它是根据美国。它是根据美国仪表学会表学会对安全控安全控制系制系统的定的定义而得名的。而得名的。在国家安全监管总局关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见安监总管三2014116号文中，描述是：化工安全仪表系统（SIS）包括安全联锁系统、紧急停车系统（ESD)和有毒有害、可燃气体及火灾检测保护系统等。SIS包括包括现场仪表、控制器及表、控制器及I/O单元、元、紧急开急开闭阀三部分，三部分，设计是否采用是否采用SIS系系统由由设计部部门工工艺、安全等、安全等专业评估决定，如通估决定，如通过HAZOP分析的分析的方法。方法。25.化工仪表及自动化4.SIS4.SIS（ESDESD）控制系）控制系统统ESD属于属于SIS的一部分。的一部分。ESD其作用是在工其作用是在工艺发生危生危险状况状况时，对管管线及及设备紧急启急启动、停止，、停止，实现安全保安全保护。ESD几乎无可操作画面，不允几乎无可操作画面，不允许操作工操作。操作工操作。ESD上位机上位机一般配置工程一般配置工程师站（用来站（用来组态）、）、SOE站（用来站（用来查看事件看事件记录），有些厂家提供），有些厂家提供联锁逻辑流程流程图。每个每个ESD回路均要做回路均要做SIL评估。估。为实现SIL2或或SIL3安安全等全等级，有，有时需采用两台需采用两台电磁磁阀控制控制紧急开急开闭阀，三台差，三台差压变送器送器测量同一液位，采用雷达及超声波各一台量同一液位，采用雷达及超声波各一台仪表表测同一液位等方法。同一液位等方法。26.化工仪表及自动化5.5.自自动动化化仪仪表与表与实实践践 自自动化化仪表与各表与各专业的关系的关系电气工艺电信设备分析化验信息化27.5.5.自自动动化化仪仪表与表与实实践践 优秀的自秀的自动化化仪表工需要：表工需要：有端正的有端正的态度，吃苦耐度，吃苦耐劳、肯、肯钻研和研和积极向上的精神极向上的精神 要懂原理、懂性能、懂要懂原理、懂性能、懂结构、懂用途构、懂用途 要会使用、会要会使用、会维护、会排除故障、会排除故障 要会要会设计、会、会选型、会型、会组态、会、会调试28.化工仪表及自动化5.5.自自动动化化仪仪表与表与实实践践 自自动化化仪表的表的过去、去、现在和将来在和将来手动阀机械表气动表电动表（电I、II、III）单回路调节数字多回路调节小型可编程控制系统DCS控制系统先进控制系统MES系统ERP 2.2.自控自控 1.1.仪表表Hart协议数字智能仪表现场总线仪表无线仪表29.化工仪表及自动化6.6.自自动动化化仪仪表表项项目管理目管理 十大知十大知识领域：范、域：范、时、成、成、质、人、沟、人、沟、风、采、采-整人整人 时间、成本、成本、质量控制是关量控制是关键 首先制定章程，其次要落首先制定章程，其次要落实好范好范围，才能开展后，才能开展后续工作。工作。五大五大过程程组：启：启动、规划、划、执行、行、监控、收尾控、收尾 人力人力资源管理，源管理，寻求求1+121+12，而不是，而不是1+121+12或或1+111+11 干系人管理，所有与干系人管理，所有与项目相关人目相关人员，征，征询需求并需求并结合合项目情况确目情况确定方案。定方案。30.化工仪表及自动化6.6.自自动动化化仪仪表表项项目管理目管理 自控自控仪表表设计阶段管理段管理与设计院共同落实好统一规定，确保设计标准一致。与各设计院做好统一协调，确保无缝连接。落实好设计输入，确保无差错，尤其是改造项目。关键是仪表选型的把关31.化工仪表及自动化6.6.自自动动化化仪仪表表项项目管理目管理 自控自控仪表施工管理表施工管理施工准备阶段工作：进度计划、施工图会审、材料准备、技术交底等施工阶段工作：设备材料检验、校准、试验；按工程技术标准施工；配合监理做好施工监督工作。关键隐蔽工程、打压、吹扫等。调试阶段工作：单体试验、回路试验、系统试验、报警联锁测试等，有签字记录。竣工验收阶段：单位工程、分部工程、分项工程、检验批32.化工仪表及自动化学海无涯，路无止境学海无涯，路无止境谢谢大家！大家！欢迎提出指迎提出指导意意见33.