實(shí)習(xí)報(bào)告參考文獻(xiàn)

自動檢測儀表的設(shè)計(jì)與實(shí)施摘要：現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，自動化儀表檢測技術(shù)和儀表控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動控制的根底。在過程自動化中要通過檢測元件獲取生產(chǎn)工藝變量，最常見變量是溫度、壓力、流量、物位〔四大參數(shù)〕。檢測元件又稱為敏感元件、傳感器，它直接響應(yīng)工藝變量，并轉(zhuǎn)化成一個與之成對應(yīng)關(guān)系的輸出信號。這些輸出信號包括位移、電壓、電流、電阻、頻率、氣壓等。隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，特別是先進(jìn)檢測技術(shù)、現(xiàn)代傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn)，并由此引出許多新的開展，如虛擬儀器、軟測量技術(shù)、數(shù)據(jù)融合理論與方法以及最新開展的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。全文以典型工業(yè)過程控制系統(tǒng)的構(gòu)成為根底，以應(yīng)用自動控制理論設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)為主線，重點(diǎn)介紹了自動化檢測儀表、全刻度指示PID連續(xù)調(diào)節(jié)儀表、數(shù)字控制儀表、執(zhí)行器和防爆柵、智能儀表與虛擬儀器以及自動化儀表應(yīng)用實(shí)例。關(guān)鍵詞：儀表、DCS組態(tài)、安裝目錄第一章序言31-1設(shè)計(jì)背景31-2設(shè)計(jì)內(nèi)容及規(guī)劃31-3設(shè)計(jì)意義4第二章自動化檢測技術(shù)及局部檢測儀表原理介紹42-1自動化檢測技術(shù)簡介42-2PID調(diào)節(jié)規(guī)律及方法6第三章儀表選型及一些儀表介紹123-1轉(zhuǎn)子流量計(jì)123-2FIELDVUEDVC2000系列數(shù)字式閥門控制器133-2SITRANS壓力變送器15第四章DCS系統(tǒng)簡介184-1霍尼韋爾DCS系統(tǒng)簡介184-2霍尼韋爾DCS軟、硬件簡介184-3DCS系統(tǒng)軟硬件的組態(tài)與連接204-4DCS在壓縮機(jī)上的應(yīng)用22結(jié)論24參考文獻(xiàn)25第一章序言1-1設(shè)計(jì)背景半個多世紀(jì)以來，自動化儀表經(jīng)歷了從氣動液動儀表、電動儀表、電子式模擬儀表、數(shù)字智能儀表，到計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)(DCS)等開展階段，為各行各業(yè)的現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)提供了強(qiáng)大的支持。近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)通信等相關(guān)技術(shù)的快速開展，自動化儀表正處于一場意義重大的變革中，以儀表的全數(shù)字化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化為特征的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)正在迅猛開展。現(xiàn)場總線把從檢測端到執(zhí)行端的所有自動化儀表通過數(shù)字通信方式互相連接起來，從而使控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，十分有利于工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)高層次的自動化。天津堿廠，是一個百年老廠，本人正好趕上天津堿廠的搬遷改造工程，并參與了丁辛醇工程的設(shè)計(jì)以及安裝調(diào)試，并且參加了DCS系統(tǒng)的組件。1-2設(shè)計(jì)內(nèi)容及規(guī)劃在去年的一段時間里，丁辛醇工程DCS系統(tǒng)調(diào)試。主要是儀表控制儀表的一些問題以及所學(xué)專業(yè)的一些問題。首先，要將我們所學(xué)的儀表知識與丁辛醇現(xiàn)實(shí)結(jié)合起來。其次，應(yīng)用我們學(xué)的東西把儀表和計(jì)算機(jī)結(jié)合起來，編程實(shí)現(xiàn)自動化控制。再次，確保它長周期穩(wěn)定運(yùn)行。在這過程中需要將現(xiàn)場的一些儀表以及控制室的系統(tǒng)協(xié)調(diào)好，是天津堿廠的丁辛醇分廠到達(dá)長周期穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)。1-3設(shè)計(jì)意義現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，自動化儀表檢測技術(shù)和儀表控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動控制的根底隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，特別是先進(jìn)檢測技術(shù)、現(xiàn)代傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技和多媒體技術(shù)的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn)，并由此引出許多新的開展如虛擬儀器、軟測量技術(shù)、數(shù)據(jù)融合理論與方法以及最新開展的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。全文以典型工業(yè)過程控制系統(tǒng)的構(gòu)成為根底，以應(yīng)用自動控制理論設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)為主線，重點(diǎn)介紹了自動化檢測儀表、全刻度指示PID連續(xù)調(diào)節(jié)儀表、數(shù)字控制儀表、執(zhí)行器和防爆柵、智能儀表與虛擬儀器以及自動化儀表應(yīng)用實(shí)例。我想信，通過我們的不懈努力，一定會使我們的百年老廠——天津堿廠再次創(chuàng)出百年奇跡。第二章自動化檢測技術(shù)及局部檢測儀表原理介紹這章主要說一下自動檢測儀表的知識并將一些PID參數(shù)調(diào)節(jié)的規(guī)律。2-1自動化檢測技術(shù)簡介我國生產(chǎn)的電動單元組合儀表，到目前為止已有三代產(chǎn)品。它們分別為，20世紀(jì)60年代中期生產(chǎn)的以電子管和磁放大器為主要放大元件的DDZ—Ⅰ型儀表；20世紀(jì)70年代初開始生產(chǎn)的以晶體管作為主要放大元件的DDZ—Ⅱ型儀表；以及20世紀(jì)80年代初開始生產(chǎn)的以線性集成電路為主要放大元件、具有平安火花防爆性能的DDZ—Ⅲ型儀表。這里的“DDZ〞是漢語拼音文字中電(Dian)、單(Dan)、組(Zu)三字的第一個字母的組合。這三代產(chǎn)品雖然電路形式和信號標(biāo)準(zhǔn)不同，性能指標(biāo)和單元劃分的方法也不完全一樣，但它們實(shí)現(xiàn)的控制功能和根本的設(shè)計(jì)思想是相同的，只要掌握其中一種，其他產(chǎn)品便不難分析。下面將主要對較有代表性的DDZ—Ⅲ型電動單元組合式儀表進(jìn)行討論。如圖2.1所示是使用電動單元組合式儀表構(gòu)成簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的例子，從中可以看到單元劃分的原那么和各單元的功能。圖中，被調(diào)量一般是非電的工藝參數(shù)，如溫度、壓力等，必須經(jīng)過一定的檢測元件，將其變換為易于傳送和顯示的物理量。檢測元件還常稱為敏感元件、傳感器、換能器、一次儀表等。被稱為換能器的理由是工藝參數(shù)在檢測元件上進(jìn)行了能量形式的轉(zhuǎn)換，例如，在使用熱電偶測溫時，熱電偶將溫度(熱能)轉(zhuǎn)換成了電壓(電能)。被稱為一次儀表的理由是這些檢測元件安裝在生產(chǎn)第一線，直接與工藝介質(zhì)相接觸，取得第一次的測量信號。由于檢測元件輸出的能量很小，一般不能直接驅(qū)動顯示和調(diào)節(jié)儀表，必須經(jīng)過放大或再一次的能量轉(zhuǎn)換，才能將檢測元件輸出的微弱信號變換為能遠(yuǎn)距離傳送的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號。圖2.1中，起上述作用的環(huán)節(jié)就是變送單元，或稱變送器，它有假設(shè)干不同的類型，與相應(yīng)的檢測元件相配合。圖2.1用電動單元組合儀表構(gòu)成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)由變送單元輸出的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，一方面送到顯示單元供記錄或指示，同時送到調(diào)節(jié)單元與給定值進(jìn)行比擬。給定值可以由專門的給定單元取得，也可由調(diào)節(jié)單元內(nèi)部取得。簡單控制系統(tǒng)通常是指由一個測量元件、變送器、一個控制器、一個控制閥和一個對象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。簡單控制系統(tǒng)的方塊簡單控制系統(tǒng)的方塊圖簡單控制系統(tǒng)由四個根本環(huán)節(jié)組成，即被控對象、測量變送裝置、控制器和執(zhí)行器。生產(chǎn)過程中希望借助自動控制保持恒定值〔或按一定規(guī)律變化〕的變量稱為被控變量。人工操作雖然可以滿足要求，但是，這種操作是既緊張而又頻繁的。目前工業(yè)上常用的控制器主要有三種控制規(guī)律:比例控制規(guī)律P、比例積分控制規(guī)律PI和比例積分微分控制規(guī)律PD。下面介紹一些PID知識。2-2PID調(diào)節(jié)規(guī)律及方法PID運(yùn)算電路的階躍響應(yīng)可利用傳遞函數(shù)通過拉氏反變換求得，微分調(diào)節(jié)作用的效果主要表達(dá)在階躍信號輸入的瞬間，而積分調(diào)節(jié)作用的效果那么是隨時間而增加的。假設(shè)積分時間Ti比微分時間Td大得多，那么在階躍信號剛參加的一段時間內(nèi)(t＜4Td/Kd)，微分將起主要作用，而積分分量很小，可以忽略不計(jì)；但隨著時間的推移，積分分量越來越大，微分分量越來越小，最后微分作用可以完全忽略。這樣，微分和積分可以分階段考慮，PID調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)如下圖。從圖中整個輸出曲線可看成由比例項(xiàng)、積分項(xiàng)及有限制的微分項(xiàng)三局部相加而得的，由于微分增益Kd為有限值，限制了輸出曲線在初始瞬間跳變的幅度；而積分增益Ki的有限性，那么限制了積分輸出的最終幅度。這樣的階躍響應(yīng)說明，當(dāng)調(diào)節(jié)器輸入端出現(xiàn)偏差信號時，首先由微分和比例作用產(chǎn)生跳變輸出，迅速作出反響；此后如果偏差仍不消失，那么隨著微分作用的衰減，積分效果與時俱增，直到靜差消除為止。當(dāng)然在實(shí)際生產(chǎn)過程中，偏差總是不斷變化的，因此比例、積分、微分等三種作用在任何時候都是協(xié)調(diào)配合地工作的。實(shí)際應(yīng)用的PID調(diào)節(jié)器，盡管具體電路和結(jié)構(gòu)有各種各樣，干擾系數(shù)有大有小，但其傳遞函數(shù)總可近似表示為式〔2-1〕的形式。這樣，這類調(diào)節(jié)器的頻率特性不難由此傳遞函數(shù)導(dǎo)出?！?-1〕式中，P——調(diào)節(jié)器的比例度；Ti、Td——積分時間和微分時間；Ki、Kd——積分增益和微分增益。將s=jω代入式(2-1)中，兩邊取對數(shù)且乘以20，求其對數(shù)幅頻特性〔2-2〕依據(jù)式(2-2)可以繪出實(shí)際的PID調(diào)節(jié)器的對數(shù)幅頻特性，如圖2-3實(shí)線所示，它由兩段斜線和三段水平線組成，四個轉(zhuǎn)折頻率分別為其相應(yīng)的相頻特性可用自控理論求得，也可由最小相位系統(tǒng)的幅特性與相特性的關(guān)系推出，如圖2-3中曲線?〔ω〕所示。該圖還用虛線作出了式(3-6)表示的“理想〞PID運(yùn)算裝置的對數(shù)幅頻特性和相頻特性。圖2-3PID調(diào)節(jié)器的對數(shù)幅頻特性由圖2-3可知，作為通用型串聯(lián)校正裝置的PID調(diào)節(jié)器參加控制系統(tǒng)后，依靠積分作用，可使系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)在低頻段的增益大大提高，從而把調(diào)節(jié)靜差減小到接近于零。在高頻段，依靠微分作用，可在系統(tǒng)截止頻率附近增加正相移，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并展寬頻帶，提高調(diào)節(jié)動作的快速性。在使用中，根據(jù)不同的控制對象，可方便地通過修改PID參數(shù)，滿足絕大多數(shù)控制系統(tǒng)的要求。由于使用方便，概念清晰，PID調(diào)節(jié)器在工業(yè)生產(chǎn)中獲得極為廣泛的應(yīng)用。1、在P調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號與偏差信號成比例，即式中稱為比例增益(視情況可設(shè)置為正或負(fù))。需要注意的是，上式中的調(diào)節(jié)器輸出實(shí)際上是對其起始值的增量。因此，當(dāng)偏差為零因而時，并不意味著調(diào)節(jié)器沒有輸出，它只說明此時有。的大小是可以通過調(diào)整調(diào)節(jié)器的工作點(diǎn)加以改變的。在過程控制中習(xí)慣用增益的倒數(shù)表示調(diào)節(jié)器輸入與輸出之間的比例關(guān)系：中稱為比例帶。具有重要的物理意義。如果直接代表調(diào)節(jié)閥開度的變化量，那么從式(2-4)可以看出，就代表使調(diào)節(jié)閥開度改變100％即從全關(guān)到全開時所需要的被調(diào)量的變化范圍。只有當(dāng)被調(diào)量處在這個范圍以內(nèi)，調(diào)節(jié)閥的開度(變化)才與偏差成比例。超出這個“比例帶〞以外，調(diào)節(jié)閥已處于全關(guān)或全開的狀態(tài)，此時調(diào)節(jié)器的輸入與輸出已不再保持比例關(guān)系，而調(diào)節(jié)器至少也暫時失去其控制作用了。比例調(diào)節(jié)的顯著特點(diǎn)就是有差調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器動作快，對干擾能及時和有很強(qiáng)的抑制作用。調(diào)節(jié)器的比例增益〔或比例帶〕的選擇有其兩重性。比例帶越大，調(diào)節(jié)器的動作幅度越小，調(diào)節(jié)過程越穩(wěn)定，但被調(diào)量的動態(tài)偏差增大；反之，比例帶越小，調(diào)節(jié)器的動作幅度越大，調(diào)節(jié)過程易出現(xiàn)振蕩，穩(wěn)定性降低。比例調(diào)節(jié)的殘差隨著比例帶的加大而加大。從這一方面考慮，人們希望盡量減小比例帶。然而，減小比例帶就等于加大調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益，其后果是導(dǎo)致系統(tǒng)劇烈振蕩甚至不穩(wěn)定。穩(wěn)定性是任何閉環(huán)控制系統(tǒng)的首要要求，比例帶的設(shè)置必須保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕度。此時，如果殘差過大，圖2-4那么需通過其它的途徑解決。對于典型的工業(yè)過程，對于調(diào)節(jié)過程的影響如圖2-4所示。很大意味著調(diào)節(jié)閥的動作幅度很小，因此被調(diào)量的變化比擬平穩(wěn)，甚至可以沒有超調(diào)，但殘差很大，調(diào)節(jié)時間也很長。減小就加大了調(diào)節(jié)閥的動作幅度，引起被調(diào)量來回波動，但系統(tǒng)仍可能是穩(wěn)定的，殘差相應(yīng)減小。具有一個臨界值，此時系統(tǒng)處于穩(wěn)定邊界的情況，進(jìn)一步減小系統(tǒng)就不穩(wěn)定了。的臨界值，可以通過試驗(yàn)測定出來；如果被調(diào)對象的數(shù)學(xué)模型，那么不難根據(jù)控制理論計(jì)算出來。對于比例調(diào)節(jié)過程的影響。由于P調(diào)節(jié)器只是一個簡單的比例環(huán)節(jié)，因此不難理解的大小只取決于被控對象的動態(tài)特性。根據(jù)乃氏穩(wěn)定準(zhǔn)那么可知，在穩(wěn)定邊界上有即其中為廣義被控對象在臨界頻率下的增益。P調(diào)節(jié)器的相角為零，因此被控對象在臨界頻率下必須提供-180°相角，由此可以計(jì)算出臨界頻率。2、積分調(diào)節(jié)(I調(diào)節(jié))在I調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號的變化速度與偏差信號成正比，即或式中稱為積分速度，可視情況取正值或負(fù)值。上式說明，調(diào)節(jié)器的輸出與偏差信號的積分成正比。圖2-5積分速度對于調(diào)節(jié)過程的影響圖2-6P與I調(diào)節(jié)過程的比擬I調(diào)節(jié)的特點(diǎn)是能消除靜態(tài)偏差。因?yàn)楸徽{(diào)量存在偏差，調(diào)節(jié)作用便隨時間不斷的加強(qiáng)直至偏差為零。在被調(diào)量偏差消除后，由于積分規(guī)律的特點(diǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)將停留在新的與負(fù)荷變化相適應(yīng)的位置上[3]。單純的積分調(diào)節(jié)作用也有它的缺點(diǎn)，積分調(diào)節(jié)作用比比例調(diào)節(jié)作用緩慢，在改善靜態(tài)品質(zhì)的同時惡化了動態(tài)品質(zhì)，使過度過程的振蕩加劇，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分速度對于調(diào)節(jié)過程有一定的影響。當(dāng)采用I調(diào)節(jié)時，控制系統(tǒng)的開環(huán)增益與積分速度成正比。因此，增大積分速度將會降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，直到最后出現(xiàn)發(fā)散的振蕩過程，積分速度對調(diào)節(jié)過程的影響如圖2-5所示。這從直觀上也是不難理解的，因?yàn)橛?，那么調(diào)節(jié)閥的動作愈快，就愈容易引起和加劇振蕩。但與此同時，振蕩頻率將愈來愈高，而最大動態(tài)偏差那么愈來愈小。被調(diào)量最后都沒有殘差，這是I調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。對于同一被控對象假設(shè)分別采用P調(diào)節(jié)和I調(diào)節(jié)，并調(diào)整到相同的衰減率，那么它們在負(fù)荷擾動下的調(diào)節(jié)過程如圖2-6中曲線P和I所示。它們清楚地顯示出兩種調(diào)節(jié)規(guī)律的不同特點(diǎn)。3、比例積分調(diào)節(jié)(PI調(diào)節(jié))PI調(diào)節(jié)就是綜合P、I兩種調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，利用P調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同時利用I調(diào)節(jié)消除殘差。它的調(diào)節(jié)規(guī)律為或式中為比例帶，可視情況取正值或負(fù)值；圖2-7為積分時間。和是PI調(diào)節(jié)器的兩個重要參圖2-7是PI調(diào)節(jié)器的階躍，響應(yīng)它是由比例動作和積分動作兩局部組成的。在施加階躍輸入的瞬間，調(diào)節(jié)器立即輸出一個幅值為的階躍，然后以固定速度。變化。當(dāng)時，調(diào)節(jié)器的總輸出為。這樣，就可以根據(jù)圖2-4確定和的數(shù)值。還可以注意到，當(dāng)時，輸出的積分局部正好等于比例局部。由此可見，可以衡量積分局部在總輸出中所占的比重：愈小，積分局部所占的比重愈大。圖為PI調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)。比例積分調(diào)節(jié)器兼有比例調(diào)節(jié)作用和積分調(diào)節(jié)作用的特點(diǎn)，由比例作用保證調(diào)節(jié)過程的穩(wěn)定性，增大值，可以削弱振蕩傾向，但過大，將削弱調(diào)節(jié)作用，使調(diào)節(jié)過程的時間拖長；增大值使比例作用相對增強(qiáng)，也能削弱振蕩傾向，但不宜過大，因?yàn)檫^大，調(diào)節(jié)作用的積分成分將過小，調(diào)節(jié)過程時間將很長。具有積分作用的調(diào)節(jié)器，只要被調(diào)量與設(shè)定值之間有偏差，其輸出就會不停的變化。如果由于某種原因，被調(diào)量偏差一時無法消除，然而調(diào)節(jié)器還是要試圖校正這個偏差，結(jié)果經(jīng)過一段時間后，調(diào)節(jié)器輸出將進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為積分飽和。進(jìn)入深度飽和的調(diào)節(jié)器，要等被調(diào)量偏差反向以后才慢慢從飽和狀態(tài)中退出來，重新恢復(fù)控制作用。微分調(diào)節(jié)器的輸出與被調(diào)量或其偏差對于時間的導(dǎo)數(shù)成正比，即微分調(diào)節(jié)作用是超前的調(diào)節(jié)作用，又利于克服動態(tài)偏差。但是，當(dāng)調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置最后總是回復(fù)到原來的數(shù)值。單純按上述規(guī)律動作的調(diào)節(jié)器是不能工作的。這是因?yàn)閷?shí)際的調(diào)節(jié)器都有一定的失靈區(qū)，如果被控對象的流入、流出量只相差很少以致被調(diào)量只以調(diào)節(jié)器不能發(fā)覺的速度緩慢變化時，調(diào)節(jié)器并不會動作。但是經(jīng)過相當(dāng)長時間以后，被調(diào)量偏差卻可以積累到相當(dāng)大的數(shù)字而得不到校正。這種情況當(dāng)然是不能容許的。因此微分調(diào)節(jié)只能起輔助的調(diào)節(jié)作用，它可以與其它調(diào)節(jié)動作結(jié)合成PD和PID調(diào)節(jié)動作。4、比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律PD調(diào)節(jié)器的動作規(guī)律是或式中，為比例帶，可視情況取正值或負(fù)值；為微分時間。按照上式，PD調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)應(yīng)為但嚴(yán)格式動作的調(diào)節(jié)器在物理上是不能實(shí)現(xiàn)的。工業(yè)上實(shí)際采用的PD調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是式中稱為微分增益。工業(yè)調(diào)節(jié)器的微分增益一般在5～10范圍內(nèi)。與上式相對應(yīng)的單位階躍響應(yīng)為圖給出了相應(yīng)的響應(yīng)曲線。式中共有、、等三個參數(shù)，它們都可以從圖2-8中的階躍響應(yīng)確定出來。圖2-81-比例調(diào)節(jié)；2-積分調(diào)節(jié)；3-比例積分調(diào)節(jié)4-比例微分調(diào)節(jié)；5-比例積分微分調(diào)節(jié)在一個自動控制系統(tǒng)投運(yùn)時，控制器的參數(shù)必須整定，才能獲得滿意的控制質(zhì)量。同時，在生產(chǎn)進(jìn)行的過程中，如果工藝操作條件改變，或負(fù)荷有很大變化，被控對象的特性就要改變，因此，控制器的參數(shù)必須重新整定。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大,模擬控制盤越來越長,這給集中監(jiān)視和操作帶來困難;而計(jì)算機(jī)采用分時操作,用一臺計(jì)算機(jī)可以代替許多臺常規(guī)儀表,在一臺計(jì)算機(jī)上操作與監(jiān)視那么方便了許多。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),由于其所實(shí)現(xiàn)功能的軟件化,復(fù)雜控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)或控制方案的修改可能只需修改程序、重新組態(tài)即可實(shí)現(xiàn)。第三章儀表選型及一些儀表介紹儀表的選型對工藝的影響很大。工藝的狀況也會有所不同，并要根據(jù)介質(zhì)和工藝條件的不同，需要選擇不同類型的儀表。有一些工藝介質(zhì)粘稠，如果測量液位或是流量那么必須選擇儀表安裝狀況要求較低的儀表。以免影響測量，尤其是在化工企業(yè)單位，要求會更加嚴(yán)厲。有一些工藝要求測量精度很高，那么那么需要選擇精密的測量儀表。這些都必須建立在對工藝熟練掌握的前提下，并要經(jīng)過理論知識的學(xué)習(xí)。經(jīng)過理論知識的學(xué)習(xí)，下面我簡單介紹一些儀表的原理及結(jié)構(gòu)3-1轉(zhuǎn)子流量計(jì)1、轉(zhuǎn)子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)示意：緊固卡④高溫型加長部件墊片⑤緊固螺釘墊圈⑥定位銷2、原理：它也是利用了浮子原理。當(dāng)液體流過是產(chǎn)生浮力，拖動筒中的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再根據(jù)磁感應(yīng)的原理，感應(yīng)指針的變化來到達(dá)測量的目的。3、接線：如下圖此類儀表屬于DDZ-Ⅲ儀表，經(jīng)過平安柵等，能給控制室平安穩(wěn)定的信號。優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)子流量計(jì)原理簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，操作比擬容易，并且安裝方便。但是它受工藝介質(zhì)的影響，它不能安裝在工藝介質(zhì)比擬粘稠的管線上，容易發(fā)生“卡死〞現(xiàn)象，但從性價比來講，還是比擬優(yōu)越。3-2FIELDVUEDVC2000系列數(shù)字式閥門控制器1、費(fèi)希爾數(shù)字閥門的結(jié)構(gòu)示意：2、根本設(shè)置和校驗(yàn)：DVC2000系列數(shù)字式閥門控制器可使用本地操作界面。該界面包含一個液晶顯示屏〔LCD〕，四個按鈕和一個閥位變送器設(shè)置開關(guān)。該界面支持七種語言，包括英語、法語、德語、意大利語、西班牙語、漢語和日語?？梢园凑誃asicSetup〔根本設(shè)置〕一章中的介紹設(shè)定語言類型。該儀器需要在不低于8.5V電壓和3.5mA電流下運(yùn)行該本地界面。在執(zhí)行某些程序時需要超過20mA的電流。并且要注意的是在接觸接線端子和按鈕時，必須采取正確的靜電釋放保護(hù)措施。沒有采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施可能會引起閥門的不當(dāng)移動，造成閥門/執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不穩(wěn)定。第一次在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上安裝DVC2000系列數(shù)字式閥門控制器時，快速設(shè)置程序會自動地對儀表進(jìn)行校驗(yàn)和整定。校驗(yàn)時，閥門將運(yùn)動至全行程。為防止由于壓力或過程流體釋放引起的人員傷害與財(cái)產(chǎn)損失，對工藝過程應(yīng)采取一些臨時的控制措施。改變整定參數(shù)會引起閥門/執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不穩(wěn)定。如果使用了可選的限位開關(guān)，必須通過快速設(shè)置程序來為限位開關(guān)電路提供電源。3、優(yōu)點(diǎn)：抗干擾性強(qiáng)設(shè)置、操作比擬容易，而且學(xué)做人的范圍比擬寬泛，對工藝介質(zhì)的要求不是很高，所以比擬實(shí)用。輸入特性函數(shù)的默認(rèn)值是LINEAR〔線性〕。還可以選擇QUICKOPEN〔快開〕、EQUAL%〔等百分比〕、或CUSTOM〔自定義〕函數(shù)。但是自定義函數(shù)的初始設(shè)置是線性函數(shù)，可用基于HART的主機(jī)進(jìn)行自定義函數(shù)的重新設(shè)置。自定義函數(shù)的設(shè)置可以選擇，但是不能用本地界面修改曲線。Transmitter——設(shè)定了閥門行程和閥位變送器輸出信號的關(guān)系。CLOSED〔關(guān)閉〕，變送器會在閥門關(guān)閉時發(fā)送4mA。如果選擇了OPEN〔閥開〕，變送器會在閥門全開時發(fā)送4mA。所以說費(fèi)希爾閥應(yīng)用比擬廣泛，尤其是在化工行業(yè)。3-2SITRANS壓力變送器1、結(jié)構(gòu)及概述：7MF4\33系列SITRANSP-DSIII壓力/差壓變送器，此型儀表用于非腐蝕性和腐蝕性氣體，蒸汽和液體的壓力測量。允許測量范圍1kPa〔0.01bar〕到40Mpa〔400bar〕。2、電路原理：傳感器產(chǎn)生的信號被信號放大器〔2〕放大后，經(jīng)模–數(shù)轉(zhuǎn)換器〔3〕轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。在微處理器中，經(jīng)線性和溫度校正后，再經(jīng)數(shù)–模轉(zhuǎn)換器〔5〕轉(zhuǎn)換成直流4-20mA輸出信號。一個二極管電路〔10〕提供反向極性保護(hù)，外部指示〔電壓降<0.5v〕也可以連接到這個電路上。涉及測量元件的電子數(shù)據(jù)和變送器功能參數(shù)數(shù)據(jù)被存貯在兩個EEPROM中〔6〕。你可以通過3個輸入調(diào)整鍵〔8〕直接在測量點(diǎn)對變送器進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，可以在數(shù)字顯示〔9〕中讀取測量結(jié)果、故障信息和工作方式。也可以通過HART調(diào)制解調(diào)器〔7〕，按照HART協(xié)議進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。壓力Pe由測量元件〔2〕的取壓接口〔3〕引入表內(nèi)，經(jīng)密封膜片〔4〕和內(nèi)充液〔5〕傳遞到硅壓力傳感器〔6〕，導(dǎo)致膜片變形。粘貼在膜片上的四個電橋電路中的壓敏電阻值隨膜片的變形而變化，電阻值的變化使電橋輸出電壓和輸入壓力成比值關(guān)系。測量范圍≤6.3Mpa〔63bar〕的變送器以大氣壓作為測量壓力的參考壓力，測量范圍≥16Mpa〔160bar〕的以絕對真空作為參考壓力。差壓經(jīng)過密封膜片〔7〕和內(nèi)充液傳遞給硅壓力傳感器〔5〕，當(dāng)壓力超過測量極限時，過載保護(hù)膜片〔6〕產(chǎn)生變形，直到使一側(cè)的密封膜片貼到測量元件〔4〕的內(nèi)壁上，以保護(hù)硅壓力傳感器，防止被過壓損壞。粘貼在測量膜片上的四個電橋電路中的壓電電阻隨壓力變化改變電阻值，使電橋輸出電壓和差成比值關(guān)系變化。做為一個獨(dú)立的儀表，選用適當(dāng)?shù)碾娫春缶涂梢宰鳛楹芏鄰?fù)雜控制系統(tǒng)〔如IMATICS7〕的組成局部使用。所有根本設(shè)定值可以通過儀表自身配備的三個輸入調(diào)整鍵直接設(shè)定。采用HART協(xié)議，變送器可實(shí)現(xiàn)完全的通信〔在線參數(shù)調(diào)整〕通過HART接口可任意實(shí)現(xiàn)與以下設(shè)備的通信：西門子三型儀表可以與DCS系統(tǒng)通訊。第四章：DCS系統(tǒng)簡介在這里我們用的是霍尼韋爾DCS的中控系統(tǒng)——EPKS4-1霍尼韋爾DCS系統(tǒng)簡介與任何一種新興技術(shù)一樣，Experion系統(tǒng)也催生了一系列的新詞匯、以及為一些舊詞匯參加了新的意義，以便說明該系統(tǒng)的獨(dú)特特性。在大多數(shù)情況下，這些詞匯將形式和內(nèi)容與功能清楚地聯(lián)系在一起，這樣，您就可以直觀地了解其含義。本節(jié)將對ControlBuilder的相關(guān)詞匯的一些根底概念進(jìn)行介紹。Experion系統(tǒng)也催生了一系列的新詞匯、以及為一些舊詞匯參加了新的意義，以便說明該系統(tǒng)的獨(dú)特特性。Experion擁有一個面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)環(huán)境，這是Experion的特點(diǎn)之一。這就是說，Experion建立在對象鏈接和嵌入〔OLE〕技術(shù)的根底上；該技術(shù)可以對多個子系統(tǒng)間的各種功能進(jìn)行分區(qū)。ControlBuilder是Experion功能的核心。其中包含有多個對象的庫；操作人員可以以圖形的方式、很容易地對這些對象庫進(jìn)行配置，以便對通信驅(qū)動器、控制數(shù)據(jù)處理器和輸入/輸出接口的一般控制操作進(jìn)行模擬，并進(jìn)行監(jiān)控。從而實(shí)現(xiàn)對各種操作進(jìn)行控制。用戶通過“過程窗口〔window-on-the-process〕〞，以及控制器功能的配置。通?？梢蕴峁┎煌墑e的訪問，以便查看和修改與過程有關(guān)的參數(shù)，例如：過程變量〔PV〕、設(shè)定點(diǎn)〔SP〕、輸出〔OP〕、細(xì)調(diào)常數(shù)，以及警報(bào)條件，此外，操作人員可以對控制器的配置數(shù)據(jù)庫中的條目進(jìn)行查查看；但是如果需要進(jìn)行更改，那么一般會受到鍵盤鎖〔keylock〕或密碼的限制。4-2霍尼韋爾DCS軟、硬件簡介在對Experion的相關(guān)概念進(jìn)行復(fù)習(xí)之前，我們首先快速地復(fù)習(xí)一下單環(huán)控制器的操作，以此作為一個參考點(diǎn)。一個單環(huán)控制器一般包含以下的過程控制相關(guān)的功能，以一種形式或另一種形式存在，如以下圖：控制數(shù)據(jù)控制數(shù)據(jù)處理器通向/來自通向/來自現(xiàn)場裝置輸入/輸出接口輸入/輸出接口通信驅(qū)動器人機(jī)界面下面中對這些功能進(jìn)行了簡要介紹功能描述人機(jī)界面用戶的“過程窗口〔window-on-the-process〕〞，以及控制器功能的配置。通常可以提供不同級別的訪問，以便查看和修改與過程有關(guān)的參數(shù)，例如： 過程變量〔PV〕 設(shè)定點(diǎn)〔SP〕 輸出〔OP〕 細(xì)調(diào)常數(shù)，以及 警報(bào)條件此外，操作人員可以對控制器的配置數(shù)據(jù)庫中的條目進(jìn)行查查看；但是如果需要進(jìn)行更改，那么一般會受到鍵盤鎖〔keylock〕或密碼的限制。通信驅(qū)動器通信驅(qū)動器的功能相當(dāng)于一個轉(zhuǎn)換器〔translator〕，對在人機(jī)界面和控制數(shù)據(jù)處理或功能之間流動的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。通信處理器能夠?qū)⑿盘栟D(zhuǎn)換為正確的顯示數(shù)據(jù)或控制動作。控制數(shù)據(jù)處理器控制數(shù)據(jù)處理器對控制器的工作特性進(jìn)行定義，這些特定一般作為控制器的配置數(shù)據(jù)庫被存儲在內(nèi)存中。輸入/輸出接口輸入/輸出接口將通向控制數(shù)據(jù)處理器的所有模擬和數(shù)字輸入/輸出連接起來，以便與現(xiàn)場裝置進(jìn)行通信。輸入/輸出接口可以對信號進(jìn)行各種形式的轉(zhuǎn)換、對輸入和輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便供處理器或現(xiàn)場裝置使用。如果我們必須要使用一個詞匯來對Experion的ControlBuilder的應(yīng)用程序進(jìn)行總結(jié)，這個詞匯是功能塊〔FunctionBlock〕。本質(zhì)上，一個功能塊是一個可執(zhí)行的軟件對象；這個對象可以執(zhí)行一個特定的任何。ControlBuilder帶有功能塊的庫，通過這些庫，您可以以圖形的形式構(gòu)建您的過程所需確實(shí)切的控制操作。一共有三種主要類型的塊，下表中列出了這三種塊。塊類型描述ControlBuilder中的

范例塊的名稱容器一個容器塊可以“包含〞其他的組件塊。在ControlBuilder中，其顯示為一個圖表，其他組件被放置在其中?？刂颇K〔CM〕

順序控制模塊〔SCM〕組件一種模塊，這種模塊僅以組件或容器塊的形式存在。其顯示為一個普通的、經(jīng)過命名的塊，帶有可配置的參數(shù)，位于ControlBuilder中的一個容器塊的內(nèi)部。請注意：一個組件塊可能同樣被稱為一個根本功能塊，或僅僅被成為一個根本塊。PID〔ControlBuilder中的CM和SCM庫中所列出的所有塊，當(dāng)然，不包括CM和SCM。〕自立式〔或獨(dú)立式〕一個可以獨(dú)立存在的塊。這種塊既不是其他塊的一個容器，也不是一個容器塊的一個組件。在ControlBuilder的菜單區(qū)域中，這種塊顯示為一個圖標(biāo)。TC-IAH061〔輸入/輸出模塊〔IOM〕中所列出的所有塊，以及ControlBuilder中的導(dǎo)軌輸入/輸出和脈沖輸入庫中的所有相關(guān)塊?！矯PMCEERM在本文件中，我們將“功能塊〞用作一個一般性的詞匯，用于表示上文中列出的所有三種類型的塊。當(dāng)您開始使用ControlBuilder應(yīng)用程序以后，您將會很容易地將各個功能塊的類型和其用于表示這些功能塊的圖形標(biāo)志聯(lián)系起來。注意的是HANDLER塊為組件類型塊，盡管其確實(shí)包含有STEP和TRANSITION功能塊。在CEE內(nèi)部，它們被當(dāng)作SCM塊的組件〔而不是容器類型快〕實(shí)現(xiàn)。與其他的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序相類似，ControlBuilder使用了一個獨(dú)特的命名方案，以便與對Experion系統(tǒng)的信息進(jìn)行識別。在這種情況下，標(biāo)簽名稱PIDA是控制模塊的獨(dú)立名稱CM724或CM725的一個依賴名稱，以便被系統(tǒng)識別。4-3DCS系統(tǒng)軟硬件的組態(tài)與連接DCS系統(tǒng)軟硬件的組態(tài)與連接需要建立系統(tǒng)的框架和流程，把軟件和硬件統(tǒng)一起來然后建立統(tǒng)一的通道及組態(tài)。當(dāng)您開始使用ControlBuilder應(yīng)用程序以后，您將會很容易地將各個功能塊的類型和其用于表示這些功能塊的圖形標(biāo)志聯(lián)系起來。下面是丁辛醇分廠的一些回路控制圖。這是1#羰基合成反響個的DCS控制系統(tǒng)的電腦人機(jī)界面的反映圖。在這個圖中，霍尼韋爾的DCS控制系統(tǒng)控制著整個羰基合成反響的過程變量。例如圖中的R101罐的變送TIC-080304它反映了R101罐的溫度，經(jīng)過DCS控制系統(tǒng)。根據(jù)工藝操作具體要求，來實(shí)現(xiàn)溫度的控制。當(dāng)R101溫度過高時，變送器根據(jù)要求，經(jīng)過計(jì)算，使得所控制的閥翻開，增加流量，使液體循環(huán)來到達(dá)降低溫度的作用。這是消防噴淋系統(tǒng)在DCS系統(tǒng)顯示畫面。在整個生產(chǎn)過程中，幾乎全部都是用集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)對點(diǎn)的實(shí)時控制。可以在與同一個效勞器建立網(wǎng)絡(luò)連接的多個C300控制處理器模塊〔CPM〕中的CEE之間實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信。也可以將點(diǎn)對點(diǎn)功能作為兩個CPM之間的一組連接進(jìn)行視覺化。這樣，位于不同的控制執(zhí)行環(huán)境〔CEE〕中的多個功能塊就可以通過用戶配置的參數(shù)連接來分享數(shù)據(jù)?？刂茢?shù)據(jù)訪問〔CDA〕效勞將會負(fù)責(zé)對所有的連接進(jìn)行維護(hù)。對于屬于容錯以太網(wǎng)〔FTE〕或以太網(wǎng)中的同一個系統(tǒng)效勞器的多個應(yīng)用控制環(huán)境〔ACE〕監(jiān)督控制器，也可以在它們之間實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信。通過一個通向ControlNet監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)的可選連接，ACE監(jiān)督控制器可以與多個C300CPM中的CEE實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)連接。以下的示意圖中顯示了可能的點(diǎn)對點(diǎn)通信拓?fù)?。其中顯示了以太網(wǎng)中的多個ACE監(jiān)督控制器之間的點(diǎn)對點(diǎn)、ControlNet監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)中的C300過程控制器和ACE監(jiān)督控制器之間的點(diǎn)對點(diǎn)、以及監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)中的多個C300過程控制器之間的點(diǎn)對點(diǎn)。4-4DCS在壓縮機(jī)上的應(yīng)用在學(xué)習(xí)中，主要是儀表的控制系統(tǒng)，還有SIMENSS7—300PLC的應(yīng)用。先簡單的介紹DCS中的一些知識。DCS控制系統(tǒng)是集散控制系統(tǒng)的縮寫。及疏散控制系統(tǒng)可以更好的處理日常出現(xiàn)的問題，并且它的操作界面更適合控制人員的使用，簡單、方便、快捷?？删幊炭刂破?PLC)西門子S7-300H是壓縮機(jī)控制單元的核心。PLC記錄所有的測量點(diǎn)，計(jì)算出需要的反響和順序，然后必要地運(yùn)行執(zhí)行器。特別是報(bào)警和停車的測量的極限被連續(xù)約束。設(shè)備監(jiān)視系統(tǒng)〔BentlyNevada)觀察渦輪壓縮機(jī)所有的振動和軸向徑向位移。伍德505渦輪控制器控制渦輪的速度和開始停止順序。伍德505的速度設(shè)定點(diǎn)能被轉(zhuǎn)換到自動切換到手控，同時在手控模式下能巧妙地處理增加或減少按鈕。所有數(shù)據(jù)通過ModbusRTU通信接口被連續(xù)不斷的傳送到集散控制系統(tǒng)。在實(shí)習(xí)的過程中在透平壓縮機(jī)上有SIMENSS7—300PLC的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)的自動控制。整個控制系統(tǒng)符合以下功能：1、冗余的控制系統(tǒng)2、壓縮機(jī)的性能控制3、喘振保護(hù)和防喘振控制旁路閥4、壓縮機(jī)的啟停順序控制5、渦輪轉(zhuǎn)速控制和渦輪超速保護(hù)6、像潤滑油系統(tǒng)的輔助驅(qū)動控制7、通過設(shè)備的ESD系統(tǒng)平安停車8、機(jī)器監(jiān)控通過——加油的管理、軸承溫度的管理、防喘振的保護(hù)、軸向的振動和位移管理、蒸汽渦輪機(jī)的管理9、手控或自控模式下的控制器的操作HMI和操作原理。