儀表自動化在化工生產中的應用

摘要隨著我國工業(yè)化水平不斷提高，化工儀表自動化研究備受關注。生產實踐中的自動化控制是一門綜合性的技術學科,自動化儀表的應用為化工行業(yè)過程控制提供了先進的手段，同時其必不可少的控制儀器為自動控制儀表。本文從化工生產的角度出發(fā)探討了自動化儀表的含義分類、產生發(fā)展、工作屬性、功能開發(fā)及其未來的發(fā)展趨勢，對提升化工效率、企業(yè)經(jīng)濟效益、社會綜合效益，鞏固儀表控制安全操作性、靈活應用性有積極有效的促進作用?；瘜W工業(yè)是創(chuàng)造價值經(jīng)濟的重要組成部分,它直接影響國計民生還國民經(jīng)濟的其他部門密切相關?；どa過程,往往是在密閉的容器和設備中，在對于工作人員不利的情況下連續(xù)進行的。此外,不少介質還具直接傷害人體的化學性質。因此,為了響應“以人為本”的號召,使化工生產正常地、高效地進行,就必須把各項工藝參數(shù)維持在某一最佳的范圍之內，并盡量使生產過程自動化，而這些數(shù)據(jù)的控制和維持，最直觀的就是化工生產自動化儀表的部分。關鍵詞：自動化，化工生產,控制儀表目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章緒論 1\o"CurrentDocument"1。1儀表自動化的產生和定義 1\o"CurrentDocument"1。2自動化的工業(yè)應用 2\o"CurrentDocument"1。2.1環(huán)保儀器儀表 2\o"CurrentDocument"1。2。2電工儀器儀表 2\o"CurrentDocument"1。2.3工業(yè)自動化儀表 2\o"CurrentDocument"第二章儀表自動化的介紹 3\o"CurrentDocument"2.1概述 3\o"CurrentDocument"2。1.1什么是自動化 3\o"CurrentDocument"工業(yè)控制系統(tǒng)的組成 3\o"CurrentDocument"2。2工業(yè)自動化的優(yōu)點 4\o"CurrentDocument"第三章自動化儀表的分類 5\o"CurrentDocument"3.1檢測儀表 53.1.1溫度儀表 5\o"CurrentDocument"3.1。2壓力儀表 5\o"CurrentDocument"3。1.3物位儀表 5\o"CurrentDocument"3.1.4流量儀表 6\o"CurrentDocument"3。1.5在線過程分析儀 6\o"CurrentDocument"3.2控制儀表 6\o"CurrentDocument"3。 2。1DCS集散控制系統(tǒng) 6\o"CurrentDocument"PLC可編程控制系統(tǒng) 7\o"CurrentDocument"第四章自動化系統(tǒng)在化工生產中的應用 8\o"CurrentDocument"4.1鍋爐汽包水位控制方面的研究 8\o"CurrentDocument"4。 1.1單沖量控制系統(tǒng) 8\o"CurrentDocument"4。1.2雙沖量控制系統(tǒng) 94.1。 3三沖量控制系統(tǒng) 10\o"CurrentDocument"4.2冷卻器控制方案的研究 12\o"CurrentDocument"4.2。 1控制冷卻劑的流量 12\o"CurrentDocument"控制氣氨排量 12\o"CurrentDocument"第五章自動化在化工生產中的發(fā)展方向 14\o"CurrentDocument"第六章結論 15\o"CurrentDocument"參考文獻 16致謝 17第一章緒論儀表自動化的產生和定義工業(yè)儀表在我國出現(xiàn)較早，剛開始出現(xiàn)時主要運載在冶金、熱能動力、石油煉制以及化工等熱力生產行業(yè)中，所以在當時工業(yè)儀表被稱作是熱工表?最早生產出的工業(yè)儀表主要有液動式以及機械式兩種，而且體積也較大，主要作用是進行檢測記錄與簡單的控制，運用起來極不靈活而且功能較少，不能夠在工業(yè)生產中發(fā)揮很大的作用。后來人們對這種工業(yè)儀表進行了發(fā)展與優(yōu)化,針對其不能進行遠程控制的問題研制除了氣動儀表,這種儀表具備了壓力信號與遠程發(fā)送器，可以進行遠距離的檢測記錄與控制，在這個基礎上有出現(xiàn)了可調節(jié)的電子儀表。在二十世紀五十年代左右，首次出現(xiàn)了電動式儀表，它主要是利用各種電子儀器對工業(yè)儀表進行控制。再后來，集成電路與半導體技術得到了一定的發(fā)展出現(xiàn)了計算機信息技術，這才逐漸出現(xiàn)了自動化技術，計算機技術的發(fā)展帶動了自動化技術的發(fā)展，并開始在化工行業(yè)中得到運用。自動化工業(yè)儀表的真正出現(xiàn)是在二十世紀的八十年代,人們通過一種控制裝置把自動化技術與工業(yè)儀表進行了有效結合，然后通過組裝的電子設備進行綜合控制，后來隨著控制技術的不斷發(fā)展，自動化技術逐漸成為了工業(yè)儀表發(fā)展的主要工具，也就出現(xiàn)了真正的自動化工業(yè)儀表?隨著自動化儀表技術的不但發(fā)展，其體積越來越來，功能越來越全，在工業(yè)生產中發(fā)揮的作用也越來越明顯，成為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展必不可少的一個重要工具。隨著社會信息技術的不斷發(fā)展，自動化工業(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)絡化以及智能化等特點。自動化工業(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)絡技術來實現(xiàn)其智能化的，這些技術可以利用一些嵌入式軟件對自動化工業(yè)儀表的內部操作進行協(xié)調，從而使其具備智能化處理能力?在這個基礎上對各種輸入信號進行非線性處理，并通過壓力與溫度進行補償，再通過故障診斷以及零點的修正與漂移等過程來逐步實現(xiàn)自動化工業(yè)儀表的總線控制，這種總線控制式自動化工業(yè)儀表是未來重點發(fā)展的重點。總之，未來自動化工業(yè)儀表的發(fā)展離不開計算機信息技術的支持，只有把計算機數(shù)字化技術充分運用到自動化工業(yè)儀表中，才能使自動化工業(yè)儀表取得進一步發(fā)展。自動化儀表，是由若干自動化元件構成的，具有較完善功能的自動化技術工具。它一般同時具有數(shù)種功能，如測量、顯示、記錄或測量、控制、報警等。自動化儀表本身是一個系統(tǒng)，又是整個自動化系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)。自動化儀表是一種“信息機器”，其主要功能是信息形式的轉換，將輸入信號轉換成輸出信號。信號可以按時間域或頻率域表達，信號的傳輸則可調制成連續(xù)的模擬量或斷續(xù)的數(shù)字量形式。儀表自動化是用以實現(xiàn)信息的獲取、傳輸、變換、存儲、處理與分析，并根據(jù)處理結果對生產過程進行控制的重要技術工具。近年來，微電子技術、計算機技術、網(wǎng)絡通信技術和數(shù)字信息處理技術等日新月異發(fā)展的新技術對自動化儀表產生了深遠的影響自動化的工業(yè)應用“十二五”期間，我國儀器儀表市場容量很大，應用領域廣闊，但應用領域需求相對集中，應用要求迫切的領域主要有：鋼鐵電力、煤炭化工、石油、醫(yī)藥、輕工等產業(yè)部門.這些產業(yè)部門除了有上千項新建工程需要配置大量自動化儀表與控制系統(tǒng)外，還有上萬個企業(yè)需要進行技術改造，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)境質量監(jiān)測和污染源監(jiān)測等方面?針對我國具體國情，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，要大力推進以特高壓電網(wǎng)為龍頭、各級電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展、健全智能電網(wǎng)的原則，同時還明確了電力用戶用電信息采集系統(tǒng)建設是我國智能電網(wǎng)建設的重要組成部分后，智能電網(wǎng)建設漸進式發(fā)展起來?而電網(wǎng)建設是全球性行為，是長期、漸進式的剛性市場，為電工儀器儀表行業(yè)的重大發(fā)展機遇.1。2。3工業(yè)自動化儀表工業(yè)自動化儀表重點發(fā)展基于現(xiàn)場總線技術的主控系統(tǒng)裝置及智能化儀表、特種專用自動化儀表。從市場需求看，我國工業(yè)自動化市場需求日旺。據(jù)中國儀器儀表協(xié)會預測，到^一。五末工業(yè)自動化市場需求將超過1000億元。隨著國家對民生關注的大大提高，一些與民生相關的需求也提到日程上來，也對儀器儀表提出新的要求和市場需求。第二章儀表自動化的介紹2。1概述以前，“自動化”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，自動化已經(jīng)進入我們的生活領域,出現(xiàn)了許多新興的詞匯,如樓宇自動化、辦公自動化等。現(xiàn)代家庭中的自動化裝置隨處可見，從電飯鍋到熱水器，從電爐到空調，它使我們能輕松的感受到生活的便捷.2。1。1什么是自動化自動化(Automation)是指機器設備、系統(tǒng)或過程(生產、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)過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，實現(xiàn)預期的目標的過程。自動化技術廣泛用于工業(yè)、農業(yè)、軍事、科學研究、商業(yè)、醫(yī)療、服務和家庭等方面。采用自動化技術不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴展人的器官功能，極大地提高勞動生產率，增強人類認識世界和改造世界的能力?因此，自動化是工業(yè)、農業(yè)、國防和科學技術現(xiàn)代化的重要條件和顯著標志。2。1.2工業(yè)控制系統(tǒng)的組成一般過程控制系統(tǒng)是由被控對象、測量變送器、控制器、控制閥四個基本環(huán)節(jié)所組成簡單控制系統(tǒng)結構簡單，投資少，易于調整和投運，能滿足一般生產過程的控制要求，因而應用廣泛.它尤其適用于被控對象純滯后和時間常數(shù)較小，負荷和干擾變化比較平緩或者對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)指對工業(yè)生產過程及其機電設備、工藝裝備進行測量與控制的自動化技術工具(包括自動測量儀表、控制裝置)的總稱。工業(yè)自動化系統(tǒng)以構成的軟、硬件可分類為：自動化設備、儀器儀表與測量設備、自動化軟件、傳動設備、計算機硬件、通信網(wǎng)絡等。自動化設備:包括可編程序控制器(PLC)、傳感器、編碼器、人機界面、開關、斷路器、按鈕、接觸器、繼電器等工業(yè)電器及設備;儀器儀表與測量設備：包括壓力儀器儀表、溫度儀器儀表、流量儀器儀表、物位儀器儀表、閥門等設備;自動化軟件：包括計算機輔助設計與制造系統(tǒng)(CAD/CAM)、工業(yè)控制軟件、網(wǎng)絡應用軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、數(shù)據(jù)分析軟件等;傳動設備:包括調速器、伺服系統(tǒng)、運動控制、電源系統(tǒng)、馬達等；計算機硬件：包括嵌入式計算機、工業(yè)計算機、工業(yè)控制計算機等；通信網(wǎng)絡：網(wǎng)絡交換機、視頻監(jiān)視設備、通信連接器、網(wǎng)橋等。工業(yè)自動化的優(yōu)點在集散控制系統(tǒng)(DCS)和可編程邏輯控制器(PLC)中，過去的調節(jié)器的功能是由軟件實現(xiàn)的。一般為控制器系統(tǒng)軟件中的一個功能函數(shù)。此功能函數(shù)可以通過簡單的組態(tài)實現(xiàn)非常復雜的控制功能，組成簡單控制系統(tǒng)只是其中的應用之一。和過去的常規(guī)模擬儀表不同，復雜的控制系統(tǒng)與簡單控制系統(tǒng)相比，在硬件上并不增加多少投資，硬件安裝復雜程度也沒增加。那么是不是應該更多的使用復雜控制系統(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，應該一切從實際出發(fā)，能滿足控制要求就可以了，畢竟簡單控制系統(tǒng)結構簡單，調整和投運比較容易。先進技術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化水平，提高產品的質量和數(shù)量，改善勞動條件，在經(jīng)濟效益上也會反映出來。不從具體實際出發(fā)，一味的追求復雜高級，甚至認為控制系統(tǒng)越復雜就越先進，效果就越好的看法是錯誤的。對于一個搞自動化的工程技術人員來說，掌握一些先進的控制技術不是最難的，最難的就是怎樣合理的應用這些技術.第三章自動化儀表的分類3.1檢測儀表分類方法很多，根據(jù)不同原則可以對自動化儀表進行不同的分類。我們根據(jù)實際生產中數(shù)據(jù)采集的不同特點，從以下幾方面對化工自動化儀表進行分析。3。1。1溫度儀表化工生產的特點是在一定溫度和壓力下，使原料發(fā)生一定的化學反應或變化，因此，對于生產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°C,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。由于電子技術的發(fā)展特別是現(xiàn)場總線技術的應用，熱電阻、熱電偶信號直接進入DCS或其它溫度采集儀表，一體化的溫度變送器（兩線制）等，使溫度控制實現(xiàn)自動化.3.1.2壓力儀表壓力是化工生產中必不可少的，沒有一定的壓力,反應就會發(fā)生，生產就不能進行。而因壓力往往關系到生產、設備和人身安全，因此，壓力儀表是非常關鍵的。一般壓力范圍為負壓到300Mpa（高壓聚乙烯反應器）。因為壓力的測量原理有多種，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，應用的范圍有高溫介質、脈動介質、腐蝕介質、粘稠狀、粉狀、易結晶介質的壓力測量，精度可達0.1級。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（壓力校驗儀）3類。作為壓力調節(jié)系統(tǒng)除采用壓力變送器將信號送至DCS或其它調節(jié)器外，位移平衡式、基地式調節(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中，往往需要對原料、半成品和成品的液位進行測量，由于測量過程與被測物料特性關系密切，所以除浮力式儀表外，物料儀表沒有通用產品，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，其中雷達式（0。3%）、磁致伸縮式（0。05%）以及矩陣渦流式液位計（土1mm）精度高，在石化行業(yè)的應用逐步普及。3.1。4流量儀表流量的測量是化工生產中最多的控制環(huán)節(jié)，也是溫、壓、液（位）流四大參數(shù)中內容最豐富的一個門類。我們所說的流量，不是一般的流速，是單位時間內流經(jīng)有效截面的流體的體積和質量，有時還要測量管道中一段時間內流過的累積流體的體積和質量?由于不同條件下對流量測量的要求不同，有大口徑流量、微小流量；高、低溫介質的流量;高粘度介質強腐蝕介質的流量;粉料、粘污介質的流量；脈動流、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、推導法測量質量流量?實際上細分有節(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、質量流量計等）。3。1。5在線過程分析儀現(xiàn)代化工生產自動化需要全部的工藝參數(shù)的自動化測量與控制，因此，生產過程中對溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)的保證，只是間接保證最終產品或中間產品的質量合格，而對過程中物料成分的直接分析和對最終產品的成分分析是生產過程控制成功與否的根據(jù)，在線過程分析儀的應用，可以實現(xiàn)化工生產控制和分析的完全自動化。在應用中，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、電化學等分析儀器。3。2控制儀表3。2.1DCS集散控制系統(tǒng)DCS，（DistributedControlSystem）分散控制系統(tǒng)的簡稱，國內一般習慣稱之為集散控制系統(tǒng)。DCS是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。DCS具有以下特點：（1）高可靠性。由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結構采用容錯設計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導致系統(tǒng)其他功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔的任務比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結構和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。(2)開放性。DCS采用開放式，標準化、模塊化和系列化設計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信,實現(xiàn)信息傳輸,當需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡或從網(wǎng)絡中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。3。2。2PLC可編程控制系統(tǒng)可編程控制器簡稱PC(英文全稱：ProgrammableController)，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：ProgrammableLogicController)和可編程控制器PC幾個不同時期。為與個人計算機(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)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器,用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。PLC的特點：可靠性高，抗干擾能力強PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10~1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少.高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能oPLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(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)故障時可及時發(fā)出警報信息?在應用軟件中，應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以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(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，適用性強第四章自動化系統(tǒng)在化工生產中的應用生產過程中，對各個工藝過程的物理量（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)生產過程，對產品的數(shù)量與質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，才能得到合格的產品;加熱爐出口溫度的波動不能超過允許范圍，否則將影響后一工段的效果;化學反應器的反應溫度必須保持平穩(wěn)，才能使效率達到指標。有些工藝變量雖不直接地影響產品的質量和數(shù)量,然而保持其平穩(wěn)卻是使生產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蒸汽的設備,幾乎是工業(yè)生產不可缺少的設備，保持鍋爐汽包液位在規(guī)定范圍內是非常重要的，若水位過低，則會影響產氣量，且鍋爐易燒干而發(fā)生事故；若水位過高，生產蒸汽含水量高,會影響蒸汽質量。這些都是危險的，因此對汽包的液位嚴加控制是保證鍋爐正常生產必不可少的措施，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，可構成如圖4-1所示的單沖量控制系統(tǒng)。蒸汽圖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)?當蒸汽負荷突然大幅度增加時，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，而是關小控制閥的開度，減小給水量。等假水位消

失后，由于蒸汽量增加,送水量反而減小,將使水位嚴重下降，波動的歷害,嚴重時氣包水位降到危險程度以至發(fā)生事故。因此對于停留時間短、負荷變動較大的情況,這樣的系統(tǒng)不能適應，水位不能保證。然而對于小型鍋爐，由于水在汽包中的停留時間較長，在蒸汽負荷變化時,假水位的現(xiàn)象并不顯著，配上一些連鎖報警裝置,也可以保證安全操作,故采用這種單沖量控制系統(tǒng)尚能滿足生產要求。雙沖量控制系統(tǒng)在汽包水位的控制中，最主要的擾動是蒸汽負荷的變化。如果根據(jù)蒸汽流量來進行校正,不僅可以補償“虛假水位”所引起的誤動作，而且使給水位控制閥的動作十分及時，從而減少水位波動,改善控制品質。將蒸汽流量信號引入，就購入了雙沖量控制系統(tǒng)，如圖4-2所示。從本質上看,雙沖量控制系統(tǒng)是一個前饋（蒸汽流量）控制加單回路反饋控制的復合控制系統(tǒng)。這里的前饋僅為靜態(tài)前饋,若需要考慮兩條通道在動態(tài)上的差異，需引入動態(tài)補償環(huán)節(jié)?！?汽IF|\eTCGDGW血1*— 汽IF|\eTCGDGW血1*il汽省煤器■P雙沖量控制原理圖—— 1_mL-1雙沖量控制方框圖圖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I=CI±CI±I1C2F0式中I-—液位控制器的輸出；CI――蒸汽流量變送器（一般經(jīng)開方器）的輸出;FI——初始偏置值0CC——加法器系數(shù).1、2C的設置一般取1,C的值應考慮到靜態(tài)前饋補償，可現(xiàn)場湊試，也可經(jīng)理論12推導得出.設置I的目的是使其在正常負荷下，控制器和加法器的輸出都有一個比較適中的數(shù)0值。最好在正常負荷下，I和CI項接近而相互抵消。02F4。1。3三沖量控制系統(tǒng)雙沖量控制系統(tǒng)還有兩個弱點：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)補償就比較困難；同時，對于給水系統(tǒng)的擾動不能克服。為此可再將給水流量信號引入，構成三沖量控制系統(tǒng).三沖量控制系統(tǒng)的實施方案較多，如圖4-3所示為其中的典型控制方案之一。從該圖可以看出，這是前饋控制與串級控制組成的復合控制系統(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?在汽包停留時間較短、“虛假水位”嚴重時，需引入蒸汽流量信號的微分作用?這種微分信號應是負微分作用，以避免由于負荷突然增加和減少時，水位偏離設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，加法器的運算關系與雙沖量控制時相同，各系數(shù)設置如下：a系數(shù)C通常可取1或稍小于1的數(shù)值；1b若采用氣開閥;C取正值，C的值可按物料平衡關系進行計算；22cI的設置和取值與雙沖量控制系統(tǒng)相同。0

GLCI

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if+i—FC-V丄GkJ1—f—1G-r—G1—P2-P1DG—mDG―fflwG—mL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)，只用一臺控制器及一臺加法器，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：水位蒸汽給水CJ—氣關閥LC)正作用(a)水位蒸汽給水CJ—氣關閥LC)正作用(a)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號是針對采用氣關閥及正作用控制器的情況。圖4—5(a)接法的優(yōu)點是使用儀表最少，只要一臺多通道的控制器即可實現(xiàn)。但如果系數(shù)設置不能確保物料平衡，則當負荷變化時,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，在投運及系數(shù)設置等方面較前者麻煩一些。

4.2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)氨等介質作為冷卻劑，利用它們在冷卻器內蒸發(fā)進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到生產工藝要求,工業(yè)用冷卻器的一般控制方案有以下幾種。氣氨物料物料4。2。1控制冷卻劑的流量氣氨物料物料（CZ液氨￥圖4-6氨冷卻器控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，其機理也是通過改變傳熱速率方程中的傳熱面積F來實現(xiàn)的。該方案控制平穩(wěn)，冷量（冷卻劑量）利用充分，且對壓縮機入口壓力無影響。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.為此，可采用圖4-7所示的物料出口溫度與液位的串級控制方案，使用這種方案時，可以限制液位的上限，保證有足夠的蒸發(fā)空間。也可以采用制方案，使用這種方案時，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。圖4-7溫度與液位串級控制方案<TC氣氨物料液氨物料圖4—8圖4-7溫度與液位串級控制方案<TC氣氨物料液氨物料圖4—8溫度與液位選擇性控制方案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，但制冷系統(tǒng)

必須許可壓縮機入口壓力的波動?另外，冷量的利用不充分。為確保系統(tǒng)的安全運行還需要設置一個液位控制系統(tǒng),防止液氨進入氨管路而導致壓縮機損壞。根據(jù)以上分析研究可知：自動控制裝置和被控的工藝設備組成了一個沒有人直接參與的自動化控制系統(tǒng)。操作工坐在操作室里，就能觀察到整個裝置的變化。因此，保證生產過程的安全,降低了勞動強度。近二十年來，工業(yè)生產規(guī)模的迅速發(fā)展，加劇了對人類生存環(huán)境的污染，因此小工業(yè)生產對環(huán)境的污染的影響也納入了過程控制的目標范圍。綜上所述,過程自動化控制的主要目標包括以下幾個方面:1、 保證生產過程的安全和平穩(wěn);2、 達到預期的產量和質量;3、 盡可能地減少原材料和能源損耗；4、 把生產對環(huán)境的危害降到最小限度。第五章自動化在化工生產中的發(fā)展方向自動化儀表的發(fā)展方向?？茖W技術的進步不斷對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個功能塊組成：信號的采集與控制單元、信號的分析與處理單元、結果的表達與輸出單元.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)儀器的設計復雜，靈活性差，沒有擺脫獨立使用，手動操作的模式，整個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，計算機科學和微電子技術的迅速發(fā)展和普及，導致了儀表的結構概念和設計觀點等都發(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儀表。自動化儀表尤其是工業(yè)自動化現(xiàn)場儀表的智能化、總線化、網(wǎng)絡化的發(fā)展進程，不難看出計算機技術對現(xiàn)代自動化儀表技術的發(fā)展起到了十分積極的促進作用，計算機網(wǎng)絡與工業(yè)局域網(wǎng)的融合又大大豐富和發(fā)展了現(xiàn)代自動控制技術。因此，現(xiàn)代自動化儀表的智