1、化工儀表與自動化基礎教材第一章緒論第二章化工自動化的基本概念第一節化工自動化的主要內容第二節自動控制系統的基本組成第三節 識讀管道儀表流程圖（P&ID ）第三章檢測儀表第一節檢測儀表的基本性能和分類第二節壓力檢測儀表第三節溫度檢測儀表第四節流量檢測儀表第五節物為檢測儀表第六節分析儀表（紅外分析儀表 ,CEMS,COD）第七節傳動設備檢測儀第四章顯示儀表第一節數字顯示儀表第二節無紙記錄儀第五章執行器第一節概述第二節氣動薄膜調節閥第六章集散控制系統第一節集散控制系統的組成第二節集散控制系統的功能第三節集散控制系統的操作方法第七章聯鎖保護系統第一章緒論伴隨著科學技術的迅猛發展，自動化技術已成

2、為當代舉世矚目的高技術之一。由于生產過程連續化、大型化、復雜化，使得廣大工藝、維修、管理人員需要學習和掌握必要的監測技術和自動化知識，這是現代化工業生產實現高效、優質、 安全、 低耗的基本條件和重要保證，也是提高企業綜合競爭實力、提升企業管理水平的前提。本章的重點：對自動化、化工自動化的概念；實現化工自動化的目的；化工自動化發展的過程。自動化技術的進步推動了工業生產的飛速發展，在促進產業革命中起著十分重要的作用。特別是在石油、化工、冶金、輕工等部門，由于采用了自動化儀表和集中控制裝置， 促進了連續生產過程自動化的發展，大大地提高了勞動生產率，獲得了巨大的社會效益和經濟效益。化工自動化是化工、煉

3、油、 食品、 輕工等化工類生產過程自動化的簡稱。在化工設備上， 配置上一些自動化裝置，代替操作人員的部分或全部直接勞動，是生產在不同程度上自動地進行，這種用自動化裝置來管理化工生產過程的辦法，稱為化工自動化。自動化是提高社會生產力的有力工具之一，實現化工生產自動化的目的如下。1) 加快生產速度，降低生產成本，提高產品產量和質量。在生產過程由于人的五官對事物量的測量精度較差，而且許多量值無法用感官進行測量，所以產品質量難以有效控制；同時由于人的手和腳的速度和力量有限，無法長時間，高效率、大規模生產。所以只有利用利用自動化裝置，才能使生產過程在最佳條件下進行，從而大大加快生產的速度，降低能耗，實現

4、優 質高產。2) 減輕勞動強度，改善勞動條件。作為化肥企業，我公司的生產過程大部分高溫高壓狀態，生產系統中的產品和半產品大多具有易燃、易爆、 易中毒、有腐蝕性等特點，只有實現自動化控制，才能減少操作人員對生產過程的直接控制，遠離危險環境，改善勞動條件。3) 能夠保證工藝生產和設備運行的安全，防止事故的發生或擴大。生產過程中經常出現各種不正常的因素如各種壓縮機，由于設備問題引起的軸承溫度升高；程控系統中的閥門動作不到位；壓力容器由于操作調整不當過引起設備超壓等現象，如果能夠實現有效的連鎖保護，就可以防止或減少事 故的發生。4) 生產過程自動化的實現，能夠改變勞動方式，提高工人的文化和技術水平。化

5、工自動化的發展大致經歷了五個階段：1) 20 世紀30、 40 年代，主要采用是基地式儀表和部分氣動單元組合儀表，被控量主要集中在溫度、壓力、流量等過程參數。2) 20 世紀40、 50 年代，采用儀表仍以基地式為主，氣動單元儀表開始大量應用，控制方案主要單回路的定值控制和隨動控制。3) 20 世紀50、 60 年代，氣動和電動單元儀表成為當時控制儀表的主流，控制方案主要是常用的復雜控制系統如：串級、均勻、前饋等。4) 20世紀70年代開始，直接數字控制(DDC)實現集中控制，并在后期出現集 散控制系統( DCS) ， 控制方案仍以PID 控制為主，再加上一些復雜控制算法，并沒有充分發揮計算機

6、的功能和控制水平。5) 20 世紀 80 以后，在DCS 系統上實現了先進控制和優化控制。同時隨著計算機及網絡技術的發展，現場總線開始出現，以此為標準，實現以微處理器為基礎的現場儀表與控制系統之間進行全數字、雙向和多站通訊的現場總線網絡控制系統（FCS） 。它將對控制系統結構帶來革命性變革，開辟自動控制系統的新紀元。要有結束語第二章化工自動化的基本概念第一節化工自動化的主要內容本節的重點：自動檢測系統、聯鎖保護系統、自動操作系統、自動控制系統的基本功能。為了實現化工生產過程自動化，一般要包括自動檢測、聯鎖保護、自動操作和自動控制等內容，現分別給予介紹。1 ， 自動檢測系統自動檢測系統就是利用各

7、種檢測儀表和電器設備實現對生產過程中的主要參數進行測量、指示、記錄等功能總和。它代替了操作人員對工藝參數的不斷觀察與記錄，起到了人的眼睛的作用。對于我公司的自動檢測系統主要對溫度、壓力、液位、流量、氣體成份、水質等參數進行自動測量。2， 聯鎖保護系統生產過程中，有時由于一些偶然性因素的影響，可能導致工藝參數超出允許的變化范圍而出現不正常情況，使生產處于危險和事故狀態。如果不立即采取緊急措施，就有可能造成生產和設備事故，此時由聯鎖系統立即自動采取緊急措施，如關閉或打開閥門、停機、停電等。公司內的水煤氣壓縮機、N/H 氣壓縮機、汽輪機等都有相應的聯鎖保護系統。 ESD(emergency shut

8、down system )緊急停車系統、ETS 汽機跳閘保護功能等都屬于聯鎖保護系統的范圍。3， 自動操縱及自動開停車系統自動操縱系統可以根據預先設計的時序自動地對生產設備進行周期性的操作。如變壓吸附脫碳工藝(PSA-CO2 ) ，固定床間歇式造氣工藝、熱電的濃相氣力自動輸灰系統等生產環節利用控制系統的強大功能，使生產自動進行，大大的減輕了操作工人的勞動強度，有些系統已經達到無人值守。自動開停車系統可以按照預先設定好的步驟，自動將生產過程自動的投入運行，減少人為失誤，如汽輪機在不同狀態下的自動升溫開車過程、如冷態、溫態、熱態、極熱態的自動暖機過程，以及過臨界升速率自動控制過程。4， 自動控制過

9、程生產過程中的各種工藝條件不可能是一成不變的。尤其像我們這樣工藝復雜、干擾因素多的化工企業，在連續生產的過程中各項參數都或多或少會偏離正常的工藝條件，為此，就需要利用一些自動控制裝置，對生產中某些關鍵性參數進行自動控制，使他們在受到外界干擾的影響而偏離正常狀態時，能自動地控制而回到規定的范圍內，為此目的而設置的系統就是自動控制系統。綜上所述，自動檢測系統只能完成了解生產過程所處的狀態；聯鎖保護系統只能在工藝條件進入某種極限狀態時，采取安全措施，以避免生產事故的發生；自動操作系統只能按照預先規定的步驟進行周期性操作；只有擁有了自動控制系統才能自動的排除各種干擾因素的影響，使工藝參數始終保持在預先

10、設定的數值上。第二節自動控制系統的組成自動控制系統是在人工控制的基礎上產生和發展起來的。所以， 在開始介紹自動控制的時候，先分析人工操作，并與自動控制加以比較，這種分析方法對了解自動控制系統是有裨益的。圖 1-2 所示是一個液體儲槽，在生產中常用來作為一般的中間容器。從前一個工序來的物料連續不斷的流入槽中，而槽中的液體又送至下一個工序進行加工或儲存。當流入量Qi（或流出量 Qo）波動時就會引起槽內液位的波動，嚴重時會溢出或抽空，解決這個問題的最簡單辦法是以儲槽液位為操作指標，以改變出口閥門開度為控制手段，如圖 1-2a所示。當液位上升時，將出口閥門開大，液位上升越多，閥門開的越大；反之，當液位

11、下降時，則關小出口閥門，液位下降越多，閥門關的越小。為了使液位上升和下降都有足夠的余地，選擇玻璃管液位計指示中間的某一點為正常工作時的液位高度，通過改變出口閥門開度而使液位保持在這一高度上，這樣就不會出現儲槽內液位過高而溢出槽外， 或使儲槽內液體抽空而發生事故的現象。歸納起來，操作人員所進行的工作有三個方面，如圖1-2b 所示。（ 1） 檢測：用眼睛觀察玻璃管液位計中的液位高低，并通過神經系統告訴大腦。（ 2） 運算（思考）、命令：大腦根據眼睛看到的液位高度，加以思考并與要求的液位值進行比較，得出偏差的大小和正負，然后根據經驗，經思考、決策后發出命令。（3） 執行：根據大腦發出的命令，通過手去

12、改變閥門開度，以改變出口流量Qo,從而使液位保持在所需高度上。眼、腦、手三個器官，分別擔負了監測、運算和執行三個作用，來完成測量、求偏差、操縱閥門以糾正偏差的全過程。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滿足不了大型現代化生產的需要。為了提高控制精度和減輕勞動強度，可以用一套自動化裝置來代替上述人工操作，這樣就由人工控制變為自動控制了。液體儲槽和自動化裝置一起構成了一個自動化控制系統，如圖1-3 所示。為了完成人的眼、腦、 手三個器官的任務，自動化裝置一般至少包括三個部分，分別來模擬人的眼、腦和手的功能。如圖1-3 所示，自動化裝置的三個部分分別是：（ 1） 測量元件與變送

13、器它的功能是測量液位并將液位的高低轉化為一種特定的、統一的輸出信號（如電壓、電流信號等）；（ 2） 自動控制器它接受變送器送來的信號，與工藝需要保持的液位高度相比較得出偏差，并按某種運算規律算出結果，然后將此結果用特定信號值來改變閥門的開啟度。（ 3） 執行器 通常指控制閥，它與普通閥門的功能一樣，只不過它能自動地根據控制器送來的信號值來改變閥門的開啟度。由上可知，自動化裝置具有人工控制中操作人員的眼睛、大腦、手腳的部分功能，因此它自動的完成儲槽液位的控制。圖（）第三節識讀管道儀表流程圖任何一個產品的工業生產，都經歷了將原材料逐次加工到半產品乃至成品的過程。整個生產過程的表述方法是多樣的，但管

14、道儀表流程圖(P&ID : Piping and InstrumentDiagram)在表達部分或整個生產工藝無疑是最為直觀和簡捷的途徑。管道儀表流程圖 是工藝、設備、管理人員學習掌握生產過程的首選教材，也是其設計施工的重要依據。管道儀表流程圖就是過去所說的帶控點的工藝流程圖，是借助統一規定的圖形符號和文字代號，用圖示的方法把建立化工工藝裝置所需的全部設備、儀表、管道、閥門及主要管件，按其各自功能以及工藝要求組合起來，以起到描述工藝裝置的結構和功能的作用。因此，管道儀表流程圖不僅表達了部分或整個生產過程的工藝、設備、儀表等的設置狀況，更重要的是體現了對該工藝過程相互聯系、及所實施的控制

15、方案，是編制試壓、吹除、聯動試車等操作方案的基礎。 一、儀表位號儀表位號由儀表功能標志和儀表回路編號兩部分組成，如 TIR-1106,PT-1203等，常 用的儀表功能字母代號如下表：字母代號被測變量后繼字母A分析(Analytical )報警(Alarm)C控制(Control)D差(Differential )F流里(Flow)L物位(Level)燈(Light)I指示(Indicating)P壓力、真空(Press Vacuum)Q( Totalize)R記錄(Recorder)T溫度(Temperature)傳送(Transmit)V閥、風門(Vake Damper)例：F I RQ-

16、 110 6表示具有記錄和累計功能的流量儀表，編號為1 1 0 6 ;P I 1 2 0 3表示壓力指示儀表，編號為12 0 3L V- 1 0 0 1表示用于液位控制的調節閥，編號為1 0 0 1XX XX XX-XX1234XXXX-X56二、工藝流程圖設備及管件代號 常用設備字母代號如下表：序號設備符號設備名稱序號設備符號設備名稱1C壓縮機6T塔2E換熱器7V容器3F加熱器8Z其他設備4P泵9S分離器5R反應器1 0M計量罐管道編號一般由1原料代號，2主項編號，3管道順序好，4管道公稱通徑，5管道壓力等級，6隔熱一隔音代號；管道等級XXXX分別由管道A材質類別，B管道工程壓力，C管道主要

17、的密封形式,D管道墊片形式1,材質類別分別用英文字母代表如下：A鑄鐵和硅鐵管；B碳鋼管；C普通低合金管；D合金鋼管；E不銹鋼管；F 有色金屬管2,管道壓力用阿拉伯數字表示公稱壓力0.005MPa0.6MPa1.0MPa1.6Mpa2.5MPa4.0MPa6.3Mpa10MPa壓力代號0001234563,用英文字母表示該管道主要的一種密封形式F光滑面 R梯形槽 M 凸凹面T管螺紋連接G棒槽面 S承插連接4,用阿拉伯表示管道墊片形式1-鋼制法蘭用石棉橡膠板墊片2 -鋼制法蘭用柔性石墨復合墊片3 鋼制法蘭用聚四氟乙烯包覆墊片4鋼制法蘭用纏繞式墊片5 -鋼制法蘭用齒形組合墊片5 ,隔熱及隔音代號用英

18、文字母H保溫 C 一保冷 P 人身防護N 隔音例如：LS101 25B3F1H碳鋼蒸汽管線， 公稱直徑2 5 mm, 公稱壓力2.5MPa,主要采用平面法蘭，墊片用石棉橡膠板墊片，做保溫處理。三、管道儀表流程圖讀圖步驟1 ,從左到右依次識讀各類設備，分清東設備和靜設備， 理解各設備的功能， 如換熱器、分離器、泵、壓縮機等。2 ,在熟悉工藝設備的基礎上，根據管道中所標注的介質名稱、特性、流向等分析工工藝流程。3 ,了解各工藝介質間的能量轉換關系，各介質所處的相態。4 ,根據儀表設置情況了解控制方案和調節過程。第三章檢測儀表在化工生產過程中，為了正確地指導生產操作、保證生產安全、提高產品質量和實現

19、生產過程的自動化，一項不可少的工作是準確而及時地檢測出生產過程中的各個有關參數，例如壓力、流量、液位、溫度等。用來監測這些參數的技術工具稱為檢測儀表。本章將對這些儀表的基本特性進行簡要介紹。第一節 檢測儀表的基本性能和分類一、儀表的性能指標我們通常所說的儀表“準”與“不準”，反映“靈敏”與“滯后”等都是儀表性能指標的一個通俗說法，但不夠準確也不全面，下面我們具體說明儀表一些基本性能。1,精確度（簡稱精度）任何測量過程都存在一定的誤差，因此“準”與“不準”都是相對的，要正確的估計測量結果與真實值的差距，就必須知道儀表的精確程度。某種儀表的最大絕對誤差 ma*測量值-真實值其允許的最大相對誤差為8

20、 =Ama）/ （測量范圍上限值測量范圍下限值）X 100%根據儀表的使用要求，規定在一個正常情況下允許的最大誤差，這個允許的最大誤差就就叫允許誤差。允許誤差一般用相對百分比誤差來表示，即一臺儀表的允許誤差是指在規定的正常情況下允許的相對百分比誤差的最大值，即S允=±ma"（測量范圍上限值測量范圍下限值）x 100%儀表的8允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的 8允越小，表示儀表的精確度越 高。將儀表的允許的最大相對百分誤差去掉“±”及“”號，便是儀表的精確等級。國家規定的儀表等級有0.005,0.5,0.2,0.5,1.0,1.6,2.5,4.0等， 我們現

21、場使用的儀表一般為 0.2 級到 2.5 級之間。例 某臺測溫儀表的測溫范圍為0 2 5 0 C,其精度等級為2.5級，其允許誤差為多少？解：由S允=±max/ （測量范圍上限值一測量范圍下限值）X100%導A max= ± 250 X 2.5%=± 6.25 C另外還有一些指標如變差、分辨力、線性度、反應時間等指標，因為這些指標現場使用不多，這里就不做介紹了。二、儀表的分類工業儀表種類繁多，結構形式各異，根據不同的原則，可以進行相應的分類。1 ,按儀器使用的能源分類可分為氣動儀表、電動儀表和液動儀表。2 ,按信息的獲得、傳遞、反映、處理的過程可分為：檢測儀表、顯

22、示儀表、集中控制裝置、控制儀表、執行器等。（ 1 ） ，檢測儀表的主要作用是獲取信息，并進行適當的轉換。 在生產過程中，檢測儀表主要主要用來測量某些工藝參數，如溫度、 壓力、流量、 物位以及物料的成分、物性等，并將被測參數的大小成比例的轉換成電的信號（電壓、電流、頻率等）或氣壓信號。（ 2） ，顯示儀表的作用是將由檢測儀表獲得的信息顯示出來，包括各種模擬量、數字量的指示儀、記錄儀和計算器，以及工業電視、圖像顯示器等。（ 3） ，集中控制裝置如可編程控制器、集散控制器等，它能夠完成除檢測儀表、執行儀表以外所有功能。（ 4） 控制儀表可以根據需要對輸入信號進行各種運算和轉換，例如放大、積分、微分等運算，電氣轉換、電液轉換。控制儀表包括各種電動、氣動的控制器以及用來代替模擬控制儀表的微處理器等。(5)執行器 執行器可以接受控制儀表的輸出信號或直接來自操作人員的指令, 生產過程進行操作或控制。執行器包括各種氣動、電動、液動執行器和控制閥。他們之間的關系可用下圖來表示:第三章檢測儀表第一節壓力檢測儀表壓力檢測是化工生產過程中監控的最為重要的參數之一。合成氨生產過程中要將只有24Kpa的版半水煤氣逐步加壓升高到20MPa以上，壓力相差 1000倍，如果不進行對壓力進行準確測量將無法組織生產，也無法保證產品質量， 同時準確的壓力生產還是保證設備安全的