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1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化20112011届大学生基础知识培训届大学生基础知识培训工程建设部 张敏- 1/131-一、基础知识一、基础知识二、压力检测仪表二、压力检测仪表三、流量检测仪表三、流量检测仪表四、温度检测仪表四、温度检测仪表五、物位检测仪表五、物位检测仪表六、气动执行器六、气动执行器七、控制系统七、控制系统八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）目目 录录- 2/131-化工自动化是石油、化工等生产过程自动化的简称。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
2、重要标志，自动化技术的进步推动工业生产的飞速发度的重要标志，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。动化装置来管理化工生产过程的方法，称为化工自动化。 化工自动化定义化工自动化定义一、基础知识一、基础知识- 3/131-人工控制与自动控制人工控制与自动控制一、基础知识一、基础知识- 4/131-机械化机械化人工控制向自动控制转变人工控制向自动控制转变人
3、脑人脑眼睛眼睛四肢四肢控制器控制器检测仪表检测仪表执行器执行器人工控制与自动控制人工控制与自动控制一、基础知识一、基础知识- 5/131-1 1、2020世纪世纪4040年代年代手工操作状态，只有少量的检测仪表用于生产过程。2 2、2020世纪世纪4040年代末年代末5050年代年代自动化仪表：采用基地式仪表和部分单元组合仪表（气动型和电动型）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化工自动化发展一、基础知识一、基础知识- 6/131-3 3、2020世纪世纪5050年代年代 7070年代年代自动化仪表：单元组合仪表（气动型和电动型）成为主流产
4、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。化工自动化发展化工自动化发展一、基础知识一、基础知识- 7/131-化工自动化发展化工自动化发展一、基础知识一、基础知识- 8/131-4 4、2020世纪世纪70708080年代年代自动化仪表：气动自动化仪表：气动型和电动型和电动型，以微处理器为主要构成单型，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（元的智能控制装置。集散控制系统（DCSDCS）、可编程逻辑
5、控制）、可编程逻辑控制器器 (PLC) (PLC) 、工业、工业PCPC机（工控机）和数字控制器等，已成为控机（工控机）和数字控制器等，已成为控制装置的主流。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。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。系统。化工自动化发展化工自动化发展一、基础知识一、基础知识- 9/131-5 5、2020世纪世纪9090年代
6、至今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（自动化仪表：信息技术飞速发展，现场总线控制系统（FCSFCS）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。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。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：控制理论：人工智能、神经网络控制。人工智能、神经网络控制。控制系统：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管控一体化现场，综合自动化是当
7、今生产过程控制的发展方向。的发展方向。化工自动化发展化工自动化发展一、基础知识一、基础知识- 10/131-早期的早期的DCS控制系统控制系统一、基础知识一、基础知识- 11/131-现代的现代的DCSDCS控制系统控制系统一、基础知识一、基础知识- 12/131- 化工自动化目的化工自动化目的提高工作效益提高工作效益降低生成成本降低生成成本保证生产安全保证生产安全减轻劳动强度减轻劳动强度化工自动化化工自动化目的目的一、基础知识一、基础知识- 13/131-化工自动化的基本组成化工自动化的基本组成显示控制仪表显示控制仪表检测仪表检测仪表执行器执行器一、基础知识一、基础知识- 14/131- 如
8、仪表的测量范围：-4001200KP 则仪表的量程为1600KP 仪表量程仪表量程仪表量程仪表量程测量上限测量上限测量下限测量下限=-一、基础知识一、基础知识- 15/131- 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等仪表精度仪表精度 表示测量的准确程度。表示测量的准确程度。一、基础知识一、基础知识- 16/131- 仪表类型及标准信号仪表类型及标准信号仪仪表表类类型型电动电动仪表仪表气动气动仪表仪表420mADC（15VDC）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
9、、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。 0.020.1MPa（20KPa100KPa）一、基础知识一、基础知识- 17/131- 信号的传递形式信号的传递形式连续变化“0”和“1”组合两种状态模拟信号模拟信号数字信号数字信号开关信号开关信号信号传递形式信号传递形式一、基础知识一、基础知识- 18/131-u 仪表的名称;u 在DCS系统中是唯一的;u 一般不超过8位。如：PV2301、LT2310、TIC2310 等。仪表位号仪表位号(TAG)(TAG)英文英文字母字母数数字字+仪表仪表位号位号=一、基础知识一、基础知识- 19/131-
10、仪表位号(TAG)仪表工位号：参数符号仪表工位号：参数符号+ +功能符号功能符号 + + 数字，如：数字，如：TIC2310。参数符号参数符号F:F:流量；流量； L L：液位；：液位；P P：压力；：压力；T T：温度；：温度；E E：电流；：电流；H H：手操；：手操； V V：振：振 动、阀门；动、阀门；功能符号功能符号A A：报警；：报警； R R：记录；：记录；C C：调节；：调节； I I：指示；：指示；Q Q：累积；：累积； T T：变送器；：变送器；CVCV：自力式：自力式 G G：现场监视：现场监视数字数字1 1 2 2 . . . . 9 9一、基础知识一、基础知识- 20
11、/131- 前面前面 2 2 位阿拉伯数字一位阿拉伯数字一般代表般代表生产工序生产工序 ； 后面后面 2 2 位阿拉伯数字一位阿拉伯数字一般代表该工序该般代表该工序该参数的参数的序号序号。PBL/ABSPBL/ABSSANSAN化化学学品卸料品卸料61006100原料原料储备储备21002100溶溶剂剂制制备备62006200聚聚会会和和脱挥脱挥22002200PBLPBL聚合聚合63006300溶溶剂剂回收回收23002300ABSABS聚聚会会65006500公用工程公用工程25002500TG6101、 FQI6227、PIC6502、TIA2217A仪表位号仪表位号(TAG)(TAG)
12、一、基础知识一、基础知识- 21/131-表示受力面积。表示垂直作用力；表示压力；式中，SFpSFp 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。的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）211mNPa 26/1010001011cmkgKPaPaMPa二、压力检测仪表二、压力检测仪表压力的定义及单位压力的定义及单位1 kgf/cm2=105Pa=0.1MPa1巴(bar)=0.1兆帕(MPa)=100千帕(KPa)=1.0197 公斤/平方厘米- 22/131-二、压力检测仪表二、压力检测仪表压力的定义及单位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
13、：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英文全称为英文全称为Pounds per square inch)- 23/131-大气压力绝对压力表压ppp在压力测量中，常有在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度表压、绝对压力、负压或真空度之分。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。当被测压力低
14、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绝大气压力线大气压力线 零线零线图2-1绝对压力、表压、负压（真空度）的关系压力的定义及单位压力的定义及单位二、压力检测仪表二、压力检测仪表- 24/131-弹簧管压力表弹簧管压力表 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 接头二、压力检测仪表二、压力检测仪表- 25/131-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弹簧管压力表 二、压力检测仪表二、压力检测仪表- 26/131-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
15、测仪表二、压力检测仪表- 27/131- 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隔离膜片压力压力变化变化电容电容量的量的变化变化转变转变420mA输出输出二、压力检测仪表二、压力检测仪表- 28/131- 3051C型智能差压变送器（型智能差压变送器（420mA）方框图）方框图 二、压力检测仪表二、压力检测仪表- 29/131-压力（差压）变送器 二、压力检测仪表二、压力检测仪表- 30/131-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。u单位单位：t/h、kg/h、L/h 、m3/h等流量定义流量定义二、流量检测仪表二、流量检测仪表-
16、31/131-MQQM或如以 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质量流量和体积流量三、流量检测仪表三、流量检测仪表- 32/131-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流量与压力差与压力差PP的平方根成正比的平方根成正比，即，即 Q=K Q=K 。1 1，2 2 切断阀；切断阀；3 3 平衡阀平衡阀差压计阀组安装示意图差压计阀组安装示意图 孔板孔板差压式流量计差压式流量计三、流量检测仪表三、流量检测仪表- 33/131-漩涡流量计漩涡流量计三、流量检测仪表三、流量检测仪表- 34/131-漩涡流量计漩涡流量计以卡门涡街理论
17、为基础，采用压电晶体检测流体通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。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漩涡流量计三、流量检测仪表三、流量检测仪表- 35/131-质量流量计质量流量计三、流量检测仪表三、流量检测仪表- 36/131-质量流量计质量流量计三、流量检测仪表三、流量检测仪表- 37/131-电磁流量计电磁流量计三、流量检测仪表三、流量检测仪表- 38/131-转子转子/ /金属浮子流量计金属浮子流量计三、流量检测仪表三、流量检测仪表金
18、属管浮子流量计采用可金属管浮子流量计采用可变面积式测量原理，变面积式测量原理，适用适用于测量液体、气体。于测量液体、气体。 全金全金属结构属结构，有指示型，有指示型、电远传电远传型型。 玻璃管转子流量计玻璃管转子流量计金属浮子流量计金属浮子流量计转子流量计的主要测量元件转子流量计的主要测量元件为一根垂直安装的下小上大为一根垂直安装的下小上大锥形玻璃管和在内可上下移锥形玻璃管和在内可上下移动的浮子。适应动的浮子。适应- 39/131-表示物体冷热程度的物理量。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（常用的温度单位为热力学温标（T T），单），单位是开尔文（位是开尔文（K K）；摄氏
19、温标，单位摄氏度）；摄氏温标，单位摄氏度（）；华氏温标，单位（）；华氏温标，单位（）。）。 T = t T = tC C + 273.16 t + 273.16 tF F = 32 + 1.8 t = 32 + 1.8 tC C四、温度检测仪表四、温度检测仪表- 40/131-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、温度检测仪表四、温度检测仪表- 41/131-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。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 = 100。 Cu50,它
20、的 R0 = 50001ttRRttRRtt0四、温度检测仪表四、温度检测仪表- 42/131-两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。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工业上使用的热电偶有K型（镍铬型（镍铬-镍硅）、镍硅）、S型（铂铑型（铂铑-铂）等。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、温度检测仪表四、温度检测仪表- 43/131-温度变送器为温度变送器为24V24V供电、
21、二线制的一体化变送器。将热电阻或热电偶供电、二线制的一体化变送器。将热电阻或热电偶的信号放大，并转换成的信号放大，并转换成4-20mA4-20mA的输出电流。的输出电流。四、温度检测仪表四、温度检测仪表- 44/131-物位检测仪表分类物位检测仪表分类液液体体颗颗粒粒液体液体液体液体液位计液位计料位计料位计介面计介面计物位仪表物位仪表五、物位检测仪表五、物位检测仪表- 45/131-玻璃板液位计玻璃板液位计容器连接构联通器，透容器连接构联通器，透过玻璃板直接指示容器过玻璃板直接指示容器的液位的液位。 五、物位检测仪表五、物位检测仪表- 46/131-磁翻板液位计磁翻板液位计根据浮力原理和磁性耦
22、合作用原根据浮力原理和磁性耦合作用原理工作的理工作的 。当被测容器。当被测容器 中的液位中的液位升降时，液位计本体管中的磁性升降时，液位计本体管中的磁性浮子也随之升降，浮子浮子也随之升降，浮子 内的永久内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红、白翻柱示器，驱动红、白翻柱 翻转翻转180，当液位上升时翻柱由白色转变，当液位上升时翻柱由白色转变为红色，当液位下降时为红色，当液位下降时 翻柱由红翻柱由红色转变为白色，指示器的红白交色转变为白色，指示器的红白交界处为容器内部液位的实界处为容器内部液位的实 际高度际高度，从而实现液位清晰的指示。，从而实现液位清晰的指示
23、。 五、物位检测仪表五、物位检测仪表- 47/131-五、物位检测仪表五、物位检测仪表- 48/131- 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、物位检测仪表五、物位检测仪表- 49/131- 雷达式液位计示意图tcLH2五、物位检测仪表五、物位检测仪表- 50/131-电容式液位计电容式液位计超声波液位计超声波液位计 浮球液位计浮球液位计（浮力和静磁场原理）（浮力和静磁场原理）磁致伸缩液位计磁致伸缩液位计(电容量的变化电容量的变化)五、物位检测仪表五、物位检测仪表- 51/131-物位开关物位开关 音叉液位开关音叉液位开关浮球液位开关浮球液位
24、开关阻旋式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- 52/131-五、物位检测仪表五、物位检测仪表- 53/131-六、气动执行器六、气动执行器执行器的分类执行器的分类气动执行器气动执行器电动执行器电动执行器液动执行器液动执行器气动执行器气动执行器调节阀调节阀切断阀切断阀- 54/131-执行器的组成执行器的组成调节机构调节机构执行机构执行机构辅助机构辅助机构调节调节阀的阀的组成组成六、气动执行器六、气动执行器- 55/131-执执行行机机构构气动薄膜气动薄膜气动活塞气动活塞执行机构的分类执行机构的分类六、气动执行器六、气动执行器- 56/131-图11-3 正作用式气动薄膜执
25、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执行机构的作用方式六、气动执行器六、气动执行器- 57/131-调节机构（阀）调节机构（阀）直通单座阀直通单座阀直通双座阀直通双座阀角形阀角形阀蝶阀蝶阀球阀球阀调节机构的分类调节机构的分类六、气动执行器六、气动执行器- 58/131-调节阀的作用方式调节阀的作用方式气开式（气开式（FC）气
26、关式（气关式（FO）调节阀的作用形式调节阀的作用形式六、气动执行器六、气动执行器- 59/131- 主要从工艺生产上安全要求出发。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。 压力信号增加时，阀关小、压力信号减小时阀开大的为气气关式关式。反之，为气开式气开式。六、气动执行器六、气动执行器- 60/131-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
27、-1组合方式表图11-11 组合方式图六、气动执行器六、气动执行器- 61/131-调调节节阀阀的的流流量量特特性性直直 线线等百分百等百分百快开快开抛物线抛物线流量特性的分类流量特性的分类六、气动执行器六、气动执行器- 62/131-电气阀门定位器电气阀门定位器电磁阀电磁阀辅助机构辅助机构六、气动执行器六、气动执行器- 63/131-人工操作与自动控制比较图人工操作与自动控制比较图 七、控制系统七、控制系统- 64/131-图12-3简单控制系统的方块图负反馈是控制系统的基石负反馈是控制系统的基石七、控制系统七、控制系统- 65/131-基本控基本控制规律制规律比例控制比例控制（P）积分控积
28、分控制（制（I）微分控制微分控制（D）七、控制系统七、控制系统- 66/131-常常用用的的控控制制规规律律比例控制（比例控制（P）比例积分控制（比例积分控制（PI）比例微分控制（比例微分控制（PD）比例积分微分控制（比例积分微分控制（PID）七、控制系统七、控制系统- 67/131-简单控简单控制系统制系统组成组成测量测量元件元件控制控制器器调节调节阀阀对对象象七、控制系统七、控制系统- 68/131-液位控制系统 温度控制系统七、控制系统七、控制系统简单控制系统简单控制系统- 69/131-简单控制系统的方块图七、控制系统七、控制系统简单控制系统简单控制系统- 70/131- 通过这套串级
29、控制系统，能够在塔釜温度稳定不变时，蒸汽流量能保持恒定值，而当温度在外来干扰作用下偏离给定值时，又要求蒸汽流量能作相应的变化，以使能量的需要与供给之间得到平衡，从而保持釜温在要求的数值上。精馏塔塔釜温度串级控制系统1精馏塔；2再沸器七、控制系统七、控制系统串级控制系统串级控制系统- 71/131- 在上例中，选择的副变量就是操纵变量（加热蒸汽量）本身。这样，当干扰来自蒸汽压力或流量的波动时，副回路能及时加以克服，以大大减少这种干扰对主变量的影响，使塔釜温度的控制质量得以提高。七、控制系统七、控制系统串级控制系统串级控制系统- 72/131-串级控制系统典型方块图七、控制系统七、控制系统串级控制
30、系统串级控制系统- 73/131-串级控制系统的结构 串级控制系统有两个闭合回路。主回路是个定值控制系统, 副回路是个随动系统。 在串级控制系统中,主变量是反映产品质量或生产过程运行情况的主要工艺参数。副变量的引入往往是为了提高主变量的控制质量,它是基于主,副变量之间具有一定的内在关系而工作的。 七、控制系统七、控制系统- 74/131-在串级控制系统中，由于引入一个闭合的副回路，在串级控制系统中，由于引入一个闭合的副回路，不仅能迅速克服作用于副回路的干扰，而且对作用不仅能迅速克服作用于副回路的干扰，而且对作用于主对象上的干扰也能加速克服过程。于主对象上的干扰也能加速克服过程。因此，在串级控制
31、系统中，因此，在串级控制系统中，由于主、副回路相互配合、相互补充，充分发挥了由于主、副回路相互配合、相互补充，充分发挥了控制作用，大大提高了控制质量。控制作用，大大提高了控制质量。 七、控制系统七、控制系统- 75/131-比值控制系统比值控制系统 工业上为了保持两种或两种以上物料的比值为一定的控制叫比值控制比值控制。 主物料、主动信号主物料、主动信号从物料、从动信号从物料、从动信号七、控制系统七、控制系统- 76/131-12QQK 从物料量Q2与主物料量Q1的比值关系为开环比值控制七、控制系统七、控制系统- 77/131- 结构简单，只需一台纯比例控制器，其比例度可以根据比值要求来设定。
32、主、副流量均开环； 这种比值控制方案对从物料量Q2本身无抗干扰能力。所以这种系统只能适用于副流量较平稳且比值要求不高的场合。 特点七、控制系统七、控制系统- 78/131- 单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统是为了克服开环比值控制方案的不足，在开环比值控制系统的基础上，通过增加一个副流量的闭环控制系统而组成的。 单闭环比值控制这种方案的优点是结构简单,能确保两流量比值不变,是应用最多的方案。七、控制系统七、控制系统- 79/131- 分程控制分程控制就是由一只调节器的输出信号控制两只或更多只控制阀,每只控制阀在控制器输出信号的某段范围内工作。 分程控制示意框图七、控制系统七、控制系统分程控制
33、系统分程控制系统 从控制系统的结构来看,分程控制属于单回路的定值控制系统,其控制过程与简单控制系统一样。- 80/131-图13-20 热交换器温度分程控制 采用热水与蒸汽两种不同物料作为调节介质,在一般控制系统中难于实现,但在分程控制系统中,不仅充分利用了热水,而且节省了蒸汽。七、控制系统七、控制系统分程控制系统应用场合分程控制系统应用场合- 81/131-有时生产过程负荷变化很大有时生产过程负荷变化很大, ,要求有较大范围的流量变化。若用要求有较大范围的流量变化。若用一个控制阀一个控制阀, ,由于控制阀的可调范围由于控制阀的可调范围R R是有限的是有限的, ,当最大流量和最当最大流量和最小
34、流量相差太悬殊时小流量相差太悬殊时, ,就会降低控制系统的控制质量就会降低控制系统的控制质量, , 这时可采这时可采用分程控制系统。用分程控制系统。 阀门动作示意图 分程控制七、控制系统七、控制系统分程控制系统应用场合分程控制系统应用场合2.用来保证在不同负荷下的正常控制用来保证在不同负荷下的正常控制- 82/131-复杂控制系统复杂控制系统串级串级控制控制系统系统 均匀均匀控制控制系统系统比值比值控制控制系统系统分程分程控制控制系统系统 前馈前馈控制控制系统系统 选择选择控制控制系统系统 三冲量三冲量控制系控制系统统 七、控制系统七、控制系统- 83/131-控制控制系统系统投用投用工艺工艺
35、人员人员仪表仪表人员人员1、现场仪表、阀门校验、现场仪表、阀门校验2、控制器正反作用检查、控制器正反作用检查3、控制阀气开、气关检查、控制阀气开、气关检查4、。、。1、阀门动作方向、阀门动作方向2、参数设定、参数设定3、控制器手、控制器手/自动切换自动切换4、.七、控制系统七、控制系统- 84/131-八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）计算机控制系统的定义计算机控制系统的定义计算机控制是关于计算机技术如何应用于工业生产过程计算机控制是关于计算机技术如何应用于工业生产过程自动化的一门综合性学问。自动化的一门综合性学问。计算机控制系统是融计算机技术与工业过程控制于一体计算机控制
36、系统是融计算机技术与工业过程控制于一体的综合性技术，它是在常规仪表控制系统的基础上发展的综合性技术，它是在常规仪表控制系统的基础上发展起来的。起来的。- 85/131-计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展 1965 1965 年以前是试验阶段。年以前是试验阶段。 1946年第一台数字计算机问世； 1959 年，美国Texaco（德士古）公司的炼油厂安装了第一个计算机闭环控制系统 ；1960 年，美国Monsanto (孟山都）公司的氨厂实现了第一个计算机监督控制系统。1962 年，美国Monsanto (孟山都） 公司的乙烯厂实现了第一个直接数字计算机控制系统。特点特点：1、采用电子管，运
37、算速度慢； 2、价格贵，体积大、可靠性差 。八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）- 86/131-计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展1965 1965 年到年到1969 1969 年是实用阶段。年是实用阶段。 半导体技术与集成电路技术的发展，出现了专用于工业过程控制的高性能价格比的小型计算机。 特点： 1、硬件可靠性不够高； 2、且所有的监视和控制任务都由一台计算机来完成，故使得危险也集中化； 2、常常要另外设置一套备用的模拟式控制系统或备用计算机。3、系统的投资过高。 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）- 87/131-计算机控制系统的发展计算机控
38、制系统的发展 1970 年以后计算机控制系统的应用逐渐走向成熟阶段。 随着大规模集成电路技术的发展，1972 年生产出运算速度快、可靠性高、价格便宜和体积很小的微型计算机，从而开创了计算机控制技术的新时代，即从传统的集中控制系统革新为集散控制系统(DCS)。 1975 年美国Honeywell公司的推出世界上第一套真正意义的集散型控制系统TDC-2000 系统。 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）- 88/131-计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展 20 世纪80 年代，计算机向着超小型化、控制智能化方向发展； 20 世纪80 年代末出现将控制、管理和经营融为一体的新
39、型集散控制系统 ； 当代现场总线控制系统(FCS) 。八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）- 89/131-八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）硬件（躯体）硬件（躯体）1、主机；、主机；2、常规外部设备；、常规外部设备；3、过程输入、过程输入/输出设备；输出设备；4、操作台和通信设备、操作台和通信设备. 软件（灵魂）软件（灵魂）1、系统软件；、系统软件；2、应用软件、应用软件计计算算机机控控制制系系统统- 90/131-八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）计算机控制系统的硬件组成计算机控制系统的硬件组成- 91/131-八、集散型控制系统（
40、八、集散型控制系统（DCSDCS）计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类数据采集系统数据采集系统是计算机应用于生是计算机应用于生产过程控制最早、产过程控制最早、也是最基本的一种也是最基本的一种类型。类型。代替大量的常规显代替大量的常规显示、记录和报警仪示、记录和报警仪表，对整个生产过表，对整个生产过程进行集中监视。程进行集中监视。 。- 92/131-八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类操作指导控制系统操作指导控制系统基于数据采集系统的一种基于数据采集系统的一种开环系统开环系统 ；计算机根据采；计算机根据采集到的数据以及工艺要求集到的
41、数据以及工艺要求进行最优化计算，计算出进行最优化计算，计算出的最优操作条件，并不直的最优操作条件，并不直接输出控制生产过程，而接输出控制生产过程，而是显示或打印出来，操作是显示或打印出来，操作人员据此去改变各个控制人员据此去改变各个控制器的给定值或操作执行器器的给定值或操作执行器- 93/131-八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类直接数字控制系统直接数字控制系统生产过程的闭环控制生产过程的闭环控制。完全取代了多个模。完全取代了多个模拟调节器，控制方案拟调节器，控制方案上，不改变硬件只通上，不改变硬件只通过改变程序就能有效过改变程序就能
42、有效地实现各种各样的复地实现各种各样的复杂控制。因此，杂控制。因此，DDC 系统是计算机在工业系统是计算机在工业生产过程中最普遍的生产过程中最普遍的一种应用方式。一种应用方式。 - 94/131-八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类计算机监督控制系统计算机监督控制系统计算机监督控制系计算机监督控制系统是操作指导系统统是操作指导系统（SCC)SCC)与常规仪表与常规仪表控制系统或控制系统或DDC DDC 系系统综合而成的两级统综合而成的两级系统系统. . - 95/131-八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）计算机控制系
43、统的分类计算机控制系统的分类集散型控制系统（集散型控制系统（DCS) 随着生产规模的扩大，信息量的增多，控制和管理的关随着生产规模的扩大，信息量的增多，控制和管理的关系日趋密切。对于大型企业生产的控制和管理，不可能只用系日趋密切。对于大型企业生产的控制和管理，不可能只用一台计算机来完成。于是，人们研制出以多台微型计算机为一台计算机来完成。于是，人们研制出以多台微型计算机为基础的分散控制系统基础的分散控制系统(Distributed Control System，DCS)。DCS 采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，自下
44、而上可以分为若干级，如过程控制级、协调的设计原则，自下而上可以分为若干级，如过程控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级等。控制管理级、生产管理级和经营管理级等。DCS 又称分布式又称分布式或集散式控制系统。或集散式控制系统。- 96/131-集散控制系统集散控制系统(Distributed Control System, DCS ),是计算机控是计算机控制系统的一种结构形式。制系统的一种结构形式。八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）危险分散危险分散管理集中管理集中集散型控制系统集散型控制系统- 97/131-DCS系系统统发发展展历历程程第一代第一代DCS(初创期初创期)
45、，1975年年Honeywell公司公司TDC2000系统系统 第二代第二代DCS(成熟期成熟期) ，1980年年Honeywell公司公司TDGC3000，特点引入了局域网，特点引入了局域网(LAN)作为系作为系统骨干统骨干 第三代第三代DCS(扩展期扩展期) ，1987年年Honeywell 公司公司的的TDC-3000/UCN、Yokogawa公司的公司的Centum-CS1000系列系列 ，特点增加了上层网络，特点增加了上层网络 新一代新一代DCS，现场总线技术的成熟与应用，现场总线技术的成熟与应用 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）- 98/131-人机接口人机接
46、口通信网络通信网络现场控制站现场控制站DCS基基本本结结构构八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）集散控制系统基本构成图- 99/131-八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）控制技术控制技术计算机技术计算机技术通信技术通信技术图形显示技术图形显示技术DCS系系统统的的技技术术基基础础- 100/131-八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）监视操作方便监视操作方便控制功能丰富控制功能丰富系统扩展灵活系统扩展灵活安装维护方便安装维护方便系统可靠性高系统可靠性高信息数据共享信息数据共享DCS系统的特点系统的特点- 101/131-人机接口人机接口通
47、信网络通信网络现场控制站现场控制站DCS基基本本结结构构八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）- 102/131-通信模块通信模块处理器模块处理器模块输入输出模块输入输出模块电源模块电源模块控制站软件控制站软件+现场控制站的构成现场控制站的构成八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）现场现场控制控制站站- 103/131-RAME2PROMROM存放存放CPU的运算结果和的运算结果和I/O信号信号存放用功能块连成的控制方案存放用功能块连成的控制方案操作系统、功能块库、通信软件操作系统、功能块库、通信软件现场控制站内存及作用现场控制站内存及作用八、集散型控制系统（八
48、、集散型控制系统（DCSDCS）- 104/131-八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）控制器是DCS的核心部件，它相当于一台PC机！控制器中安装有操作系统，功能块组态软件和通讯软件。组态按照工艺要求，把功能块连接起来形成控制方案。把控制方案存在E2PROM中。因为E2PROM可以擦写，组态要随工艺改变而改变 为了系统安全运行，闭环控制器一定是冗余运行的，一用一备，并且是热备。为了使冗余成功，应注意以下几点：两个控制器的硬件、软件版本必需一致；检查发送-接收的芯片是否完好；冗余的芯片是否完好。两个模件的设定是否一样、还要检查有没有带手操站等。- 105/131-通信功能通信功
49、能控制策略实现控制策略实现信号采集、转换信号采集、转换现场控制站的功能现场控制站的功能八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）现场控制现场控制站的功能站的功能- 106/131-操作员站操作员站工程师站工程师站人机接口站人机接口站八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）人机接口站人机接口站- 107/131-操操作作员员站站的的功功能能操作功能操作功能监视功能监视功能u 手、自动、串级切换；手、自动、串级切换；u 给点值修改；给点值修改；u PID参数的调整；参数的调整；u PID参数的调整；参数的调整；u 调节阀阀位的改变；调节阀阀位的改变；u 机泵启停；机泵启停
50、；u 报警、联锁确认；报警、联锁确认；u 流程图画面流程图画面u 总貌画面总貌画面u 报警画面报警画面u 趋势画面趋势画面u报表报表数据处理数据处理报表打印报表打印 八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）- 108/131-系统生成系统生成控制策略实现控制策略实现系统管理系统管理工程师站的功能工程师站的功能八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）工程师站的功能工程师站的功能- 109/131-组态软件组态软件控制层软件控制层软件监控软件监控软件八、集散型控制系统（八、集散型控制系统（DCSDCS）DCS软件软件DCS软件软件- 110/131-DCSDCS主要供应