儀表自動(dòng)化在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 畢業(yè)論文

1、I摘 要隨著我國工業(yè)化水平不斷提高，化工儀表自動(dòng)化研究備受關(guān)注。生產(chǎn)實(shí)踐中的自動(dòng)化控制是一門綜合性的技術(shù)學(xué)科，自動(dòng)化儀表的應(yīng)用為化工行業(yè)過程控制提供了先進(jìn)的手段，同時(shí)其必不可少的控制儀器為自動(dòng)控制儀表。本文從化工生產(chǎn)的角度出發(fā)探討了自動(dòng)化儀表的含義分類、產(chǎn)生發(fā)展、工作屬性、功能開發(fā)及其未來的發(fā)展趨勢，對(duì)提升化工效率、企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)綜合效益，鞏固儀表控制安全操作性、靈活應(yīng)用性有積極有效的促進(jìn)作用?；瘜W(xué)工業(yè)是創(chuàng)造價(jià)值經(jīng)濟(jì)的重要組成部分,它直接影響國計(jì)民生還國民經(jīng)濟(jì)的其他部門密切相關(guān)?；どa(chǎn)過程 ,往往是在密閉的容器和設(shè)備中,在對(duì)于工作人員不利的情況下連續(xù)進(jìn)行的。此外,不少介質(zhì)還具直接傷害人體

2、的化學(xué)性質(zhì)。因此,為了響應(yīng) “以人為本 ”的號(hào)召 ,使化工生產(chǎn)正常地、 高效地進(jìn)行,就必須把各項(xiàng)工藝參數(shù)維持在某一最佳的范圍之內(nèi),并盡量使 生產(chǎn)過程自動(dòng)化,而這些數(shù)據(jù)的控制和維持,最直觀的就是化工生產(chǎn)自動(dòng)化儀表的部分。關(guān)鍵詞：自動(dòng)化，化工生產(chǎn)，控制儀表II目 錄 第一章 緒論 .11.1 儀表自動(dòng)化的產(chǎn)生和定義.11.2 自動(dòng)化的工業(yè)應(yīng)用 .21.2.1 環(huán)保儀器儀表.21.2.2 電工儀器儀表.21.2.3 工業(yè)自動(dòng)化儀表.2第二章 儀表自動(dòng)化的介紹 .32.1 概述 .32.1.1 什么是自動(dòng)化.32.1.2 工業(yè)控制系統(tǒng)的組成.32.2 工業(yè)自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn) .4第三章 自動(dòng)化儀表的分類 .

3、53.1 檢測儀表 .53.1.1 溫度儀表.53.1.2 壓力儀表.53.1.3 物位儀表.53.1.4 流量儀表.63.1.5 在線過程分析儀.63.2 控制儀表 .63.2.1 DCS 集散控制系統(tǒng) .63.2.2 PLC 可編程控制系統(tǒng) .7第四章 自動(dòng)化系統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 .84.1 鍋爐汽包水位控制方面的研究 .84.1.1 單沖量控制系統(tǒng).84.1.2 雙沖量控制系統(tǒng).94.1.3 三沖量控制系統(tǒng).104.2 冷卻器控制方案的研究 .124.2.1 控制冷卻劑的流量.124.2.2 控制氣氨排量.12第五章 自動(dòng)化在化工生產(chǎn)中的發(fā)展方向 .14III第六章 結(jié)論 .15參考文

4、獻(xiàn) .16致 謝.17河南廣播電視大學(xué)應(yīng)用化工技術(shù)?？飘厴I(yè)論文1第一章 緒論1.1 儀表自動(dòng)化的產(chǎn)生和定義工業(yè)儀表在我國出現(xiàn)較早，剛開始出現(xiàn)時(shí)主要運(yùn)載在冶金、熱能動(dòng)力、石油煉制以及化工等熱力生產(chǎn)行業(yè)中，所以在當(dāng)時(shí)工業(yè)儀表被稱作是熱工表。最早生產(chǎn)出的工業(yè)儀表主要有液動(dòng)式以及機(jī)械式兩種，而且體積也較大，主要作用是進(jìn)行檢測記錄與簡單的控制，運(yùn)用起來極不靈活而且功能較少，不能夠在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮很大的作用。后來人們對(duì)這種工業(yè)儀表進(jìn)行了發(fā)展與優(yōu)化，針對(duì)其不能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的問題研制除了氣動(dòng)儀表，這種儀表具備了壓力信號(hào)與遠(yuǎn)程發(fā)送器，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離的檢測記錄與控制，在這個(gè)基礎(chǔ)上有出現(xiàn)了可調(diào)節(jié)的電子儀表。在二十世

5、紀(jì)五十年代左右，首次出現(xiàn)了電動(dòng)式儀表，它主要是利用各種電子儀器對(duì)工業(yè)儀表進(jìn)行控制。再后來，集成電路與半導(dǎo)體技術(shù)得到了一定的發(fā)展出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，這才逐漸出現(xiàn)了自動(dòng)化技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，并開始在化工行業(yè)中得到運(yùn)用。自動(dòng)化工業(yè)儀表的真正出現(xiàn)是在二十世紀(jì)的八十年代，人們通過一種控制裝置把自動(dòng)化技術(shù)與工業(yè)儀表進(jìn)行了有效結(jié)合，然后通過組裝的電子設(shè)備進(jìn)行綜合控制，后來隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)逐漸成為了工業(yè)儀表發(fā)展的主要工具，也就出現(xiàn)了真正的自動(dòng)化工業(yè)儀表。隨著自動(dòng)化儀表技術(shù)的不但發(fā)展，其體積越來越來，功能越來越全，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮的作用也越來越明顯，成為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展

6、必不可少的一個(gè)重要工具。隨著社會(huì)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化工業(yè)儀表在發(fā)展的過程中也表現(xiàn)出了開放性、總線性、網(wǎng)絡(luò)化以及智能化等特點(diǎn)。自動(dòng)化工業(yè)儀表主要是通過采用接口通信、微處理器以及集成電路等現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)其智能化的，這些技術(shù)可以利用一些嵌入式軟件對(duì)自動(dòng)化工業(yè)儀表的內(nèi)部操作進(jìn)行協(xié)調(diào)，從而使其具備智能化處理能力。在這個(gè)基礎(chǔ)上對(duì)各種輸入信號(hào)進(jìn)行非線性處理，并通過壓力與溫度進(jìn)行補(bǔ)償，再通過故障診斷以及零點(diǎn)的修正與漂移等過程來逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工業(yè)儀表的總線控制，這種總線控制式自動(dòng)化工業(yè)儀表是未來重點(diǎn)發(fā)展的重點(diǎn)?？傊?，未來自動(dòng)化工業(yè)儀表的發(fā)展離不開計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的支持，只有把計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)充分運(yùn)用到

7、自動(dòng)化工業(yè)儀表中，才能使自動(dòng)化工業(yè)儀表取得進(jìn)一步發(fā)展。河南廣播電視大學(xué)應(yīng)用化工技術(shù)專科畢業(yè)論文2自動(dòng)化儀表，是由若干自動(dòng)化元件構(gòu)成的，具有較完善功能的自動(dòng)化技術(shù)工具。它一般同時(shí)具有數(shù)種功能，如測量、顯示、記錄或測量、控制、報(bào)警等。自動(dòng)化儀表本身是一個(gè)系統(tǒng)，又是整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)。自動(dòng)化儀表是一種“信息機(jī)器” ，其主要功能是信息形式的轉(zhuǎn)換，將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)。信號(hào)可以按時(shí)間域或頻率域表達(dá)，信號(hào)的傳輸則可調(diào)制成連續(xù)的模擬量或斷續(xù)的數(shù)字量形式。儀表自動(dòng)化是用以實(shí)現(xiàn)信息的獲取、傳輸、變換、存儲(chǔ)、處理與分析，并根據(jù)處理結(jié)果對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的重要技術(shù)工具。近年來，微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、

8、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和數(shù)字信息處理技術(shù)等日新月異發(fā)展的新技術(shù)對(duì)自動(dòng)化儀表產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響1.2 自動(dòng)化的工業(yè)應(yīng)用“十二五”期間，我國儀器儀表市場容量很大，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，但應(yīng)用領(lǐng)域需求相對(duì)集中，應(yīng)用要求迫切的領(lǐng)域主要有：鋼鐵電力、煤炭化工、石油、醫(yī)藥、輕工等產(chǎn)業(yè)部門。這些產(chǎn)業(yè)部門除了有上千項(xiàng)新建工程需要配置大量自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)外，還有上萬個(gè)企業(yè)需要進(jìn)行技術(shù)改造，為此必須替換舊型儀表或零部件需求量極其龐大。1.2.1 環(huán)保儀器儀表環(huán)保儀器儀表主要用在環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測和污染源監(jiān)測等方面。針對(duì)我國具體國情，環(huán)保主要解決我國水環(huán)境、大氣環(huán)境兩個(gè)戰(zhàn)略性和全局性的大環(huán)境生態(tài)污染問題。隨著節(jié)能降耗、減少排放和低碳經(jīng)濟(jì)

9、成為國家長期國策。1.2.2 電工儀器儀表在國家電網(wǎng)公司提出，要大力推進(jìn)以特高壓電網(wǎng)為龍頭、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展、健全智能電網(wǎng)的原則，同時(shí)還明確了電力用戶用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)是我國智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分后，智能電網(wǎng)建設(shè)漸進(jìn)式發(fā)展起來。而電網(wǎng)建設(shè)是全球性行為，是長期、漸進(jìn)式的剛性市場，為電工儀器儀表行業(yè)的重大發(fā)展機(jī)遇。1.2.3 工業(yè)自動(dòng)化儀表工業(yè)自動(dòng)化儀表重點(diǎn)發(fā)展基于現(xiàn)場總線技術(shù)的主控系統(tǒng)裝置及智能化儀表、特種專用自動(dòng)化儀表。從市場需求看，我國工業(yè)自動(dòng)化市場需求日旺。據(jù)中國儀器儀表協(xié)會(huì)預(yù)測，到十一.五末，工業(yè)自動(dòng)化市場需求將超過 1000 億元。隨著國家對(duì)民生關(guān)注河南廣播電視大學(xué)應(yīng)用化工技術(shù)專

10、科畢業(yè)論文3的大大提高，一些與民生相關(guān)的需求也提到日程上來，也對(duì)儀器儀表提出新的要求和市場需求。河南廣播電視大學(xué)應(yīng)用化工技術(shù)?？飘厴I(yè)論文4第二章 儀表自動(dòng)化的介紹2.1 概述以前， “自動(dòng)化”一詞多用在現(xiàn)代化的行業(yè)中，如化工、煉油、紡織、電力、輕工業(yè)等。如今，自動(dòng)化已經(jīng)進(jìn)入我們的生活領(lǐng)域，出現(xiàn)了許多新興的詞匯，如樓宇自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化等。現(xiàn)代家庭中的自動(dòng)化裝置隨處可見，從電飯鍋到熱水器，從電爐到空調(diào)，它使我們能輕松的感受到生活的便捷。2.1.1 什么是自動(dòng)化自動(dòng)化（Automation）是指機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或過程（生產(chǎn)、管理過程）在沒有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過自動(dòng)檢測、信息處理

11、、分析判斷、操縱控制，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)的過程。自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研究、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)和家庭等方面。采用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴(kuò)展人的器官功能，極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng)人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。因此，自動(dòng)化是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要條件和顯著標(biāo)志。2.1.2 工業(yè)控制系統(tǒng)的組成一般過程控制系統(tǒng)是由被控對(duì)象、測量變送器、控制器、控制閥四個(gè)基本環(huán)節(jié)所組成簡單控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，投資少，易于調(diào)整和投運(yùn)，能滿足一般生產(chǎn)過程的控制要求，因而應(yīng)用廣泛。它尤其適用于被控對(duì)象純滯后和時(shí)間常數(shù)較小，負(fù)荷

12、和干擾變化比較平緩或者對(duì)被控變量要求不太高的場合。按被控制的工藝變量來劃分，最常見的是溫度、壓力、流量、液位和成分五種控制系統(tǒng)。工業(yè)控制系統(tǒng)指對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程及其機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行測量與控制的自動(dòng)化技術(shù)工具(包括自動(dòng)測量儀表、控制裝置)的總稱。工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)以構(gòu)成的軟、硬件可分類為：自動(dòng)化設(shè)備、儀器儀表與測量設(shè)備、自動(dòng)化軟件、傳動(dòng)設(shè)備、計(jì)算機(jī)硬件、通信網(wǎng)絡(luò)等。 （1） 自動(dòng)化設(shè)備：包括可編程序控制器（PLC）、傳感器、編碼器、人機(jī)界面、開關(guān)、斷路器、按鈕、接觸器、繼電器等工業(yè)電器及設(shè)備； （2） 儀器儀表與測量設(shè)備：包括壓力儀器儀表、溫度儀器儀表、流量儀器儀表、河南廣播電視大學(xué)應(yīng)用化工技術(shù)專

13、科畢業(yè)論文5物位儀器儀表、閥門等設(shè)備； （3） 自動(dòng)化軟件：包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)（CAD/CAM）、工業(yè)控制軟件、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、數(shù)據(jù)分析軟件等； （4） 傳動(dòng)設(shè)備：包括調(diào)速器、伺服系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制、電源系統(tǒng)、馬達(dá)等； （5） 計(jì)算機(jī)硬件：包括嵌入式計(jì)算機(jī)、工業(yè)計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等； （6） 通信網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、視頻監(jiān)視設(shè)備、通信連接器、網(wǎng)橋等。2.2 工業(yè)自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)在集散控制系統(tǒng)（DCS）和可編程邏輯控制器（PLC）中，過去的調(diào)節(jié)器的功能是由軟件實(shí)現(xiàn)的。一般為控制器系統(tǒng)軟件中的一個(gè)功能函數(shù)。此功能函數(shù)可以通過簡單的組態(tài)實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能，組成簡單控制系統(tǒng)只是其中的

14、應(yīng)用之一。和過去的常規(guī)模擬儀表不同，復(fù)雜的控制系統(tǒng)與簡單控制系統(tǒng)相比，在硬件上并不增加多少投資，硬件安裝復(fù)雜程度也沒增加。那么是不是應(yīng)該更多的使用復(fù)雜控制系統(tǒng)來取代簡單控制系統(tǒng)呢？筆者不這么看，在選擇控制方案時(shí)，應(yīng)該一切從實(shí)際出發(fā)，能滿足控制要求就可以了，畢竟簡單控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整和投運(yùn)比較容易。先進(jìn)技術(shù)的采用只是一種手段，并不是我們所要的效果。只有合理地使用才能真正提高自動(dòng)化水平，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，改善勞動(dòng)條件，在經(jīng)濟(jì)效益上也會(huì)反映出來。不從具體實(shí)際出發(fā)，一味的追求復(fù)雜高級(jí)，甚至認(rèn)為控制系統(tǒng)越復(fù)雜就越先進(jìn)，效果就越好的看法是錯(cuò)誤的。對(duì)于一個(gè)搞自動(dòng)化的工程技術(shù)人員來說，掌握一些先進(jìn)的控

15、制技術(shù)不是最難的，最難的就是怎樣合理的應(yīng)用這些技術(shù)。河南廣播電視大學(xué)應(yīng)用化工技術(shù)?？飘厴I(yè)論文6第三章 自動(dòng)化儀表的分類3.1 檢測儀表分類方法很多,根據(jù)不同原則可以對(duì)自動(dòng)化儀表進(jìn)行不同的分類。我們根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中數(shù)據(jù)采集的不同特點(diǎn),從以下幾方面對(duì)化工自動(dòng)化儀表進(jìn)行分析。3.1.1 溫度儀表化工生產(chǎn)的特點(diǎn)是在一定溫度和壓力下,使原料發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)或變化,因此,對(duì)于生產(chǎn)中的溫度控制是不可避免的。一般需要指示的溫度范圍為-200+1800,方式一般為接觸式測量。最常用的儀器儀表是熱電阻、熱電偶。由于電子技術(shù)的發(fā)展特別是現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用,熱電阻、熱電偶信號(hào)直接進(jìn)入 DCS 或其它溫度采集儀表,一體

16、化的溫度變送器(兩線制)等,使溫度控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。3.1.2 壓力儀表壓力是化工生產(chǎn)中必不可少的,沒有一定的壓力,反應(yīng)就會(huì)發(fā)生,生產(chǎn)就不能進(jìn)行。而因壓力往往關(guān)系到生產(chǎn)、設(shè)備和人身安全,因此,壓力儀表是非常關(guān)鍵的。一般壓力范圍為負(fù)壓到 300Mpa(高壓聚乙烯反應(yīng)器)。因?yàn)閴毫Φ臏y量原理有多種,壓力儀表的種類也較多,有壓力傳感器、變送器和特種壓力儀表等,應(yīng)用的范圍有高溫介質(zhì)、脈動(dòng)介質(zhì)、腐蝕介質(zhì)、粘稠狀、粉狀、易結(jié)晶介質(zhì)的壓力測量,精度可達(dá) 0.1 級(jí)。為了測量不同場合的壓力,壓力表可分為:液柱式、彈性式、活塞式(壓力校驗(yàn)儀)3類。作為壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)除采用壓力變送器將信號(hào)送至 DCS 或其它調(diào)節(jié)器外

17、,位移平衡式、基地式調(diào)節(jié)器仍常用于現(xiàn)場測量和控制。3.1.3 物位儀表在化工生產(chǎn)中,往往需要對(duì)原料、半成品和成品的液位進(jìn)行測量,由于測量過程與被測物料特性關(guān)系密切,所以除浮力式儀表外,物料儀表沒有通用產(chǎn)品,按測量方式分為直讀式、浮力式、靜壓式(差壓、壓力)、電接觸式、電容式、超聲波式、雷達(dá)式、重垂式、輻射式、激光式、音叉式、磁致伸縮式、矩陣渦流式等,其中雷達(dá)式(0.3%)、磁致伸縮式(0.05%)以及矩陣渦流式 液位計(jì)(1mm)精度高,在石化行業(yè)的應(yīng)用逐步普及。河南廣播電視大學(xué)應(yīng)用化工技術(shù)?？飘厴I(yè)論文73.1.4 流量儀表流量的測量是化工生產(chǎn)中最多的控制環(huán)節(jié),也是溫、壓、液(位)、流四大參數(shù)中

18、內(nèi)容最豐富的一個(gè)門類。我們所說的流量,不是一般的流速,是單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)有效截面的流體的體積和質(zhì)量,有時(shí)還要測量管道中一段時(shí)間內(nèi)流過的累積流體的體積和質(zhì)量。由于不同條件下對(duì)流量測量的要求不同,有大口徑流量、微小流量;高、低溫介質(zhì)的流量;高粘度介質(zhì)強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的流量;粉料、粘污介質(zhì)的流量;脈動(dòng)流、多相流等流量。流量測量原理上大致分有速度法、容積法測量體積流量,直接法、推導(dǎo)法測量質(zhì)量流量。實(shí)際上細(xì)分有節(jié)流式或壓差式(孔板、噴嘴、文丘里管等)、速度式(水表、渦輪、靶式、電磁、超聲波、渦街、質(zhì)量流量計(jì)等)。3.1.5 在線過程分析儀現(xiàn)代化工生產(chǎn)自動(dòng)化需要全部的工藝參數(shù)的自動(dòng)化測量與控制,因此,生產(chǎn)過程中對(duì)

19、溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)的保證,只是間接保證最終產(chǎn)品或中間產(chǎn)品的質(zhì)量合格,而對(duì)過程中物料成分的直接分析和對(duì)最終產(chǎn)品的成分分析是生產(chǎn)過程控制成功與否的根據(jù),在線過程分析儀的應(yīng)用,可以實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)控制和分析的完全自動(dòng)化。在應(yīng)用中,在線過程分析儀器要配合高精尖的分析儀器配套使用,一般包括液相色譜、氣相色譜、質(zhì)譜、紫外及紅外光譜、核磁、電鏡、原子吸收及等離子發(fā)射光譜、電化學(xué)等分析儀器。3.2 控制儀表3.2.1 DCS 集散控制系統(tǒng)DCS,（Distributed Control System）分散控制系統(tǒng)的簡稱，國內(nèi)一般習(xí)慣稱之為集散控制系統(tǒng)。DCS 是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通

20、信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)，通信、顯示和控制等 4C 技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便。DCS 具有以下特點(diǎn)： （1） 高可靠性。由于 DCS 將系統(tǒng)控制功能分散在各臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，因此某一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的故障不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)其他功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對(duì)需要實(shí)現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計(jì)算機(jī)，從而使系統(tǒng)中每臺(tái)計(jì)算機(jī)的可靠性也得到提高。 河南廣播電視大學(xué)應(yīng)用化工技術(shù)?？飘厴I(yè)論文8（2） 開放性。DCS 采用開放式，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)采用局域網(wǎng)方式通信

21、，實(shí)現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴(kuò)充系統(tǒng)功能時(shí)，可將新增計(jì)算機(jī)方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計(jì)算機(jī)的工作。3.2.2 PLC 可編程控制系統(tǒng)可編程控制器簡稱 PC（英文全稱：Programmable Controller） ，它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器 PMC、可編程序順序控制器 PSC、可編程序邏輯控制器 PLC（英文全稱：Programmable Logic Controller）和可編程控制器 PC 幾個(gè)不同時(shí)期。為與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器這一老名字。PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程

22、序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。PLC 的特點(diǎn)：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的 1/101/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例

23、如三菱公司生產(chǎn)的 F 系列 PLC 平均無故障時(shí)間高達(dá) 30 萬小時(shí)。一些使用冗余 CPU 的PLC 的平均無故障工作時(shí)間則更長。從 PLC 的機(jī)外電路來說，使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)河南廣播電視大學(xué)應(yīng)用化工技術(shù)?？飘厴I(yè)論文9第四章 自動(dòng)化系

24、統(tǒng)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用生產(chǎn)過程中，對(duì)各個(gè)工藝過程的物理量（或工藝變量）有著一定的控制要求。有些工藝變量直接表現(xiàn)生產(chǎn)過程，對(duì)產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量起著決定性的作用。例如，精餾塔的塔頂或塔底溫度，一般在操作壓力不變的情況下必須保持一定，才能得到合格的產(chǎn)品；加熱爐出口溫度的波動(dòng)不能超過允許范圍，否則將影響后一工段的效果；化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)溫度必須保持平穩(wěn)，才能使效率達(dá)到指標(biāo)。有些工藝變量雖不直接地影響產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，然而保持其平穩(wěn)卻是使生產(chǎn)獲得良好控制的前提。4.1 鍋爐汽包水位控制方面的研究 鍋爐汽包是生產(chǎn)蒸汽的設(shè)備，幾乎是工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的設(shè)備，保持鍋爐汽包液位在規(guī)定范圍內(nèi)是非常重要的，若水位過低，則會(huì)

25、影響產(chǎn)氣量，且鍋爐易燒干而發(fā)生事故；若水位過高，生產(chǎn)蒸汽含水量高，會(huì)影響蒸汽質(zhì)量。這些都是危險(xiǎn)的，因此對(duì)汽包的液位嚴(yán)加控制是保證鍋爐正常生產(chǎn)必不可少的措施，4.1.1 單沖量控制系統(tǒng)汽包水位控制手段是控制給水，基于這一原理，可構(gòu)成如圖 4-1 所示的單沖量控制系統(tǒng)。LTLC蒸 汽給 水省 煤 器汽 包圖 4-1 汽包單沖量控制系統(tǒng)這里的“沖量”一詞是指變量，單沖量即汽包水位。這種控制系統(tǒng)是典型的簡單控制系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然大幅度增加時(shí)，由于假水位現(xiàn)象，控制器不但不能開大給水閥來增加給水量，以維持鍋爐的物料平衡，而是關(guān)小控制閥的開度，減小給水量。河南廣播電視大學(xué)應(yīng)用化工技術(shù)?？飘厴I(yè)論文10等假水

26、位消失后，由于蒸汽量增加，送水量反而減小，將使水位嚴(yán)重下降，波動(dòng)的歷害，嚴(yán)重時(shí)氣包水位降到危險(xiǎn)程度以至發(fā)生事故。因此對(duì)于停留時(shí)間短、負(fù)荷變動(dòng)較大的情況，這樣的系統(tǒng)不能適應(yīng)，水位不能保證。然而對(duì)于小型鍋爐，由于水在汽包中的停留時(shí)間較長，在蒸汽負(fù)荷變化時(shí)，假水位的現(xiàn)象并不顯著，配上一些連鎖報(bào)警裝置，也可以保證安全操作，故采用這種單沖量控制系統(tǒng)尚能滿足生產(chǎn)要求。4.1.2 雙沖量控制系統(tǒng) 在汽包水位的控制中，最主要的擾動(dòng)是蒸汽負(fù)荷的變化。如果根據(jù)蒸汽流量來進(jìn)行校正，不僅可以補(bǔ)償“虛假水位”所引起的誤動(dòng)作，而且使給水位控制閥的動(dòng)作十分及時(shí)，從而減少水位波動(dòng)，改善控制品質(zhì)。將蒸汽流量信號(hào)引入，就購入了雙

27、沖量控制系統(tǒng)，如圖 4-2 所示。從本質(zhì)上看，雙沖量控制系統(tǒng)是一個(gè)前饋（蒸汽流量）控制加單回路反饋控制的復(fù)合控制系統(tǒng)。這里的前饋僅為靜態(tài)前饋，若需要考慮兩條通道在動(dòng)態(tài)上的差異，需引入動(dòng)態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)。(雙沖 量 控 制 原理 圖 )LTLC汽 包給 水蒸 汽ICIFI省 煤 器FT(雙沖 量 控制 方 框 圖 )GmDIFC2C1GCGVGPGmLX-+ICIOWLGfD 圖 4-2 汽包雙沖量原理圖及方框圖圖 3-2 所示的連接方式中，加法器的輸出 I 是IC1ICC2IFI0式中 IC液位控制器的輸出； IF蒸汽流量變送器（一般經(jīng)開方器）的輸出；I0初始偏置值C1、C2 加法器系數(shù)。河南廣播電

28、視大學(xué)應(yīng)用化工技術(shù)專科畢業(yè)論文11C1的設(shè)置一般取 1，C2的值應(yīng)考慮到靜態(tài)前饋補(bǔ)償，可現(xiàn)場湊試，也可經(jīng)理論推導(dǎo)得出。設(shè)置 I0的目的是使其在正常負(fù)荷下，控制器和加法器的輸出都有一個(gè)比較適中的數(shù)值。最好在正常負(fù)荷下，I0 和 C2IF項(xiàng)接近而相互抵消。4.1.3 三沖量控制系統(tǒng)雙沖量控制系統(tǒng)還有兩個(gè)弱點(diǎn)：控制閥的工作特性不一定能成為線性特性，這樣要做到靜態(tài)補(bǔ)償就比較困難；同時(shí)，對(duì)于給水系統(tǒng)的擾動(dòng)不能克服。為此可再將給水流量信號(hào)引入，構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)。三沖量控制系統(tǒng)的實(shí)施方案較多，如圖 4-3 所示為其中的典型控制方案之一。LTLC汽 包蒸 汽ICFTddtFCFT給 水省 煤 器圖 4-3

29、汽包三沖量控制系統(tǒng) 從該圖可以看出，這是前饋控制與串級(jí)控制組成的復(fù)合控制系統(tǒng)。其中，汽包水位是主沖量（主變量） ，蒸汽，給水流量為輔助沖量。在汽包停留時(shí)間較短、 “虛假水位”嚴(yán)重時(shí)，需引入蒸汽流量信號(hào)的微分作用。這種微分信號(hào)應(yīng)是負(fù)微分作用，以避免由于負(fù)荷突然增加和減少時(shí)，水位偏離設(shè)定值過高或過低而造成鍋爐停車。如圖 4-4 所示，為三沖量控制系統(tǒng)的方框圖，加法器的運(yùn)算關(guān)系與雙沖量控制時(shí)相同，各系數(shù)設(shè)置如下：a 系數(shù) C1通?？扇?1 或稍小于 1 的數(shù)值；b 若采用氣開閥；C2取正值，C2的值可按物料平衡關(guān)系進(jìn)行計(jì)算；c I0的設(shè)置和取值與雙沖量控制系統(tǒng)相同。河南廣播電視大學(xué)應(yīng)用化工技術(shù)?？飘?/p>

30、業(yè)論文12 -+WIoIC-+GP1GP2GFCGVGLCGfGmDLXIfGmwDGmL圖 4-4 汽包三沖量系統(tǒng)方框圖在三沖量的控制系統(tǒng)中，水位控制器和流量控制器的參數(shù)整定方法與一般串級(jí)控制系統(tǒng)相同。在有些裝置中，采用了比較簡單的三沖量控制系統(tǒng)，只用一臺(tái)控制器及一臺(tái)加法器，加法器可接在控制器之前，如圖 4-5（a）所示：也可接在控制器之后，如圖 4-5(b)所示：LTFTFTC2+-給 水蒸 汽水 位C3C1-Lc正 作 用氣 關(guān) 閥LCLTFTFTC2+-給 水蒸 汽水 位氣 關(guān) 閥正 作 用C3C1- （a） (b) 圖 4-5 汽包三沖量控制系統(tǒng)的簡化接法圖中加法器的正負(fù)號(hào)是針對(duì)采用

31、氣關(guān)閥及正作用控制器的情況。圖 4-5（a）接法的優(yōu)點(diǎn)是使用儀表最少，只要一臺(tái)多通道的控制器即可實(shí)現(xiàn)。但如果系數(shù)設(shè)置不能確保物料平衡，則當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，水位將有余差，圖 4-5(b)的接法，水位無余差，但使用儀表較前者多，在投運(yùn)及系數(shù)設(shè)置等方面較前者麻煩一些。河南廣播電視大學(xué)應(yīng)用化工技術(shù)?？飘厴I(yè)論文134.2 冷卻器控制方案的研究冷卻器的熱載體是冷卻劑，常采用液態(tài)氨等介質(zhì)作為冷卻劑，利用它們在冷卻器內(nèi)蒸發(fā)進(jìn)吸收工藝物料的大量熱量，使用工藝物料的出口溫度下降來達(dá)到生產(chǎn)工藝要求，工業(yè)用冷卻器的一般控制方案有以下幾種。4.2.1 控制冷卻劑的流量氣 氨物 料物 料液 氨TTTC 圖 4-6 氨冷卻器控

32、制冷卻劑流量的控制方案 如圖 4-6 所示：為氨冷卻器控制冷卻劑流量的控制方案，其機(jī)理也是通過改變傳熱速率方程中的傳熱面積 F 來實(shí)現(xiàn)的。該方案控制平穩(wěn)，冷量（冷卻劑量）利用充分，且對(duì)壓縮機(jī)入口壓力無影響。但這種方案控制不夠靈活，另外蒸發(fā)空間不能得到保證，易引起氨氣帶液而損壞壓縮機(jī)。為此，可采用圖 4-7 所示的物料出口溫度與液位的串級(jí)控制方案，使用這種方案時(shí)，可以限制液位的上限，保證有足夠的蒸發(fā)空間。也可以采用圖 3-8 所示的選擇性控制方案。氣 氨物 料物 料液 氨TTLTTCTC氣 氨物 料物 料液 氨TTLTTCTCLS 圖 4-7 溫度與液位串級(jí)控制方案 圖 4-8 溫度與液位選擇性

33、控制方案4.2.2 控制氣氨排量如圖 4-9 所示，為氨冷卻器控制氣氨排量的控制方案，其機(jī)理是通過改變傳熱速率方程中的平均溫度來控制工藝物料的出口溫度的，這種方案控制靈敏迅速，但制冷河南廣播電視大學(xué)應(yīng)用化工技術(shù)?？飘厴I(yè)論文14系統(tǒng)必須許可壓縮機(jī)入口壓力的波動(dòng)。另外，冷量的利用不充分。為確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行，還需要設(shè)置一個(gè)液位控制系統(tǒng)，防止液氨進(jìn)入氨管路而導(dǎo)致壓縮機(jī)損壞。液 氨TTLTTC氣 氨TC物 料物 料 圖 4-9 控制氣氨排量的控制方案根據(jù)以上分析研究可知：自動(dòng)控制裝置和被控的工藝設(shè)備組成了一個(gè)沒有人直接參與的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。操作工坐在操作室里，就能觀察到整個(gè)裝置的變化。因此，保證生產(chǎn)過

34、程的安全，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。近二十年來，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的迅速發(fā)展，加劇了對(duì)人類生存環(huán)境的污染，因此小工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染的影響也納入了過程控制的目標(biāo)范圍。綜上所述，過程自動(dòng)化控制的主要目標(biāo)包括以下幾個(gè)方面：1、保證生產(chǎn)過程的安全和平穩(wěn)；2、達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)量和質(zhì)量；3、盡可能地減少原材料和能源損耗；4、把生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的危害降到最小限度。河南廣播電視大學(xué)應(yīng)用化工技術(shù)專科畢業(yè)論文15第五章 自動(dòng)化在化工生產(chǎn)中的發(fā)展方向自動(dòng)化儀表的發(fā)展方向?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步不斷對(duì)儀器儀表提出更高更新的要求。儀器儀表的發(fā)展趨勢是不斷利用新的工作原理和采用新材料及新的元器件。傳統(tǒng)的測量儀器主要由 3 個(gè)功能塊組成:信號(hào)的采集與控制

35、單元、信號(hào)的分析與處理單元、結(jié)果的表達(dá)與輸出單元。由于這些功能塊基本上是以硬件或固化的軟件形式存在，因此傳統(tǒng)儀器的設(shè)計(jì)復(fù)雜，靈活性差，沒有擺脫獨(dú)立使用，手動(dòng)操作的模式，整個(gè)過程幾乎僅限于模仿人工測試的步驟，給它的發(fā)展帶來了很大的局限性。近年來，計(jì)算機(jī)科學(xué)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，導(dǎo)致了儀表的結(jié)構(gòu)概念和設(shè)計(jì)觀點(diǎn)等都發(fā)生了突破性的變化，形成了一類具有普通儀表的基本功能，又有一般儀表所沒有的特殊功能的高檔低價(jià)儀表。 自動(dòng)化儀表尤其是工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)場儀表的智能化、總線化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展進(jìn)程，不難看出計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)現(xiàn)代自動(dòng)化儀表技術(shù)的發(fā)展起到了十分積極的促進(jìn)作用，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)局域網(wǎng)的融合又大大豐富和發(fā)展了現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)。因此，現(xiàn)代自動(dòng)化儀表的智能化技術(shù)不但改善了儀表本身的性能，還影響到了控制網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，它不再是功能單一的固定結(jié)構(gòu)，其適應(yīng)性越來越強(qiáng)，功能也越來越豐富。針對(duì)目前國內(nèi)自動(dòng)化儀表行業(yè)發(fā)展所遇到的一些問題，相信在行業(yè)逐漸成熟的背景下，這些問題能逐一解決。新一代的智能化儀器儀表將在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下，在各行各業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。河南廣播電視大學(xué)應(yīng)用化工技術(shù)?？飘厴I(yè)論文16第六