化工仪表及自动化第一章演示文稿.

在自动控制系统的组成中，除了必须具有前述的自动 化装置外，还必须具有控制装置所控制的生产设备。
在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设 备或机械叫做被控对象，简称对象。图1-3所示的液体贮 槽就是这个液位控制系统的被控对象。化工生产中的各 种塔器、反应器、换热器、泵和压缩机以及各种容器、 贮槽都是常见的被控对象，甚至一段输气管道也可以是 一个被控对象。在复杂的生产设备中，如精馏塔、吸收 塔等，在一个设备上可能有好几个控制系统。这时在确 定被控对象时，就不一定是生产设备的整个装置。譬如 说，一个精馏塔，往往塔顶需要控制温度、压力等，塔 底又需要控制温度、塔釜液位等，有时中部还需要控制 进料流量，在这种情况下，就只有塔底某一与控制有关
在塔的下部的温度控制系统中的TRC－210表示一台具 有记录功能的温度控制器，它是表示通过改变进入再沸 器的加热蒸汽量来维持塔底温度恒定的。当一台仪表同 时具有指示、记录功能时，只需标注字母代号“R”,不 标“I”,所以TRC-210可以同时具有指示、记录功能，同 样，在进料管线上的FR-212可以表示同时具有指示、记 录功能的流量仪表。
（2）自动控制器 它接受变送器送来的信号，与工艺需要保 持的液位高度相比较得出偏差，并按某种运算结果，然后将 此结果用特定信号（气压或电流）发送出去：
（3）执行器 通常指控制阀，它与普通的阀门一样，只 不过自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启 度。
显然，这套自动化装置具有人工控制中操作人员的 眼、脑、手的部分功能，因此，它能完成自动控制贮槽 中液位高低的任务。
二、字母代号
图1-7 复式仪表的表示方法
在控制流程图上，用来表示仪表的小圆圈的上半圆内，一
般写有两位（或两位以上），字母，第一个字母表示被测变 量，后继字母表示仪表的功能，常用被测变量和仪表功能的 字母代号见表1-2。
表1-2 被测变量和仪表功能的字母代号
注，“供选用的字母（例如表中Y），指的是在个别设计中反复使用，而本表内 未列入含义的字母。使用时字母含义需在具体工程的设计图例中作出规定，第 一位字母是一种含义，而作为后继字母，则为另一种含义。”
由以上所述可以看出，自动检测系统只能完成“了解”生 产过程进行情况的任务：信号联锁保护系统只能在工艺条件 进入某种极限状态时，采取安全措施，以避免生产事故的发 生。
自动操纵系统只能按照预先规定好的步骤进行某种周期性 操纵：
只有自动控制系统才能自动地排除各种干扰因素对工艺
参数的影响，使它们始终保持在预先规定的数值上，保证 生产维持在正常或最佳的工艺操作状态。因此，自动控制 系统是自动化生产中的核心部分，也是本课程了解和学习 的重点。
统如图1-3所示。
自动化装置
给定值
h
变送器 控制器
了完成人的眼、脑、手三个器官的任务,自动化装置一般 至少也应包括三个部分,分别用来模拟人的眼、脑和手的功 能.如图1-3所示,自动化装置的三个部分分别是:
（1） 测量元件与变送器 它的功能是测量液位,并将液位的高 低转化为一种特定的、统一的输出信号(如气压信号或电压、 电流信号等)：
（3）执行 根据大脑发出的命令,通过手去改变阀门的开度, 以改变出口流量Q0 ,从而使液 位保持在所需高度上。
眼、脑、手三个器官，分别担负了检测、运算和执行三 个作用，来完成测量、求偏差、操纵阀门以纠正偏差的 全过程.由于人工控制受到人的生理上的限制，因此在控 制速度和精度上都满足不了大型现代化生产的需要。为 了提高控制精度和减轻劳动强度，可用一套自动化装置 来代替上树人工操作，这样就由人工控制变为自动控制 了。液体贮槽和自动化装置一起构成了一个自动控制系
测量点
图1-5 测量点的一般表示方法
..
交叉 相接
方向
图1-6 连接线的表示方法
表1-1 仪表安装位置的图形符号
序号 安装位置 图形符号 备注
1 就地安装仪 表
集中仪表盘 2 面安装仪表
就地仪表 3 盘面安装
仪表
嵌在管 道中
集中仪表盘 后安装仪表
就地仪表盘 后安装仪表
对于处理两个或两个
以上被测变量，具有 相同或不同功能的复 式仪表时，可用两个 相切的圆或分别用细 实线圆与细虚线圆相 切表示（测量点在图 纸上距离较远或不在 同一图纸上），如图1 －7所示。
流出量Q0 )波动时会引起槽内液体的波动，严重时会溢出 或抽空解决这个问题的最简单方法，是以贮槽液位位操作 治标，以改变出口阀门开度为控制手段，如图1－2（a） 所示。 当液位上升越多，阀门开得 越大，反之，当液位下降越 多，阀门关得越小。为了使 液位上升和下降都有足够得 余地，选择玻璃管液位剂指 示值中间的某一点为正常工 作时的液位高度，通过改变 出口阀门开度而使液位保持 在这一高度上，这样就不会 出现贮槽中液位过高而溢至 槽外，或使贮槽内液体抽空
4. 自动控制系统
生产过程中各种工艺条件不可能是一成不变的。特别是化工 生产，大多数是连续性生产，各设备相互关联着，当其中某 一设备的工艺条件发生变化时，都可能引起其他设备中某些 参数或多或少地波动偏离了正常的工艺条件，为此,就需要用
一些自动控制装置,对生产中某些关键性参数进行自动控制，使 它们在受到外界干扰(扰动)的影响而偏离正常状态时，能自动地 控制而回到规定的数值范围内，为此目的而设置的系统就是自 动控制系统。
在塔底液位控制系统中的LICA－202表示一台具有指 示、报警功能的液位控制器，它是通过改变塔底采出量 来维持塔釜液位稳定的。仪表圆圈外标有“H”、“L” 字母，表示该仪表同时具有高、低限报警，在塔釜液位 过高或过低时，会发出声、光报警信号。
三、仪表位号
在检测、控制系统中，构成一个回路的每个仪表（或元 件）都应有自己的仪表位号。仪表位号是由字母代号组 合和阿拉伯数字编号两部分组成。字母代号的意义前面 已经解释过。阿拉伯数字编号写在圆圈的下半部，其第 一位数字表示工段号，后续数字（二位或三位数字）表 示仪表序号。图1-4中仪表的数字编号第一位都是2，表 示脱乙烷塔在乙烯生产中属于第二工段。通过控制流程 图，可以看出其上每台仪表的测量点位置、被测变量、 仪表功能、工段号、仪表序号、安装位置等。例图1-4中 的PI-206表示测量点在加热蒸汽管线上的蒸汽压力指示 仪表，该仪表为就地安装，工段号为2，仪表号为06。而 TRC－210表示同一工段的一台温度纪录控制仪，其温度 的测量的在塔的下部，仪表安装在集中仪表盘面上。
以图1-4的乙烷塔控制流程图、来说明如何以字母代号 的组合来表示被测变量和仪表功能的。塔顶的压力控制系 统中的PIC－207，其中第一个字母P表示被测变量为压力， 第二位字母I表示具有指示功能，第三个字母C表示具有控 制功能，因此PIC的组合就表示一台具有指示功能底 压力 控制器。该控制系统是通过改变气相采用量来维持塔压稳 定的。同样，回流罐液位控制系统中的LIC-201是一台具 有指示功能的液位控制器，它是通过改变进入冷凝器的冷 剂量来维持回流罐中液位稳定的。
底相应部分才是某一个控制系统底被控对象。例如，在讨论 进料流量的控制系统时，被控对象指的是进料管道及阀门等， 而不是整个精馏塔本身。
第三节 工艺管道及控制流程图
• 在工艺流程确定以后，工艺人员和自控设计人员应共同 研究确定控制方案，控制方案地确定包括流程中各测量 点地选择、控制系统地确定及有关自动信号、联锁保护 系统的设计等。在控制方案确定以后，根据工艺设计给 出的流程图，按其流程顺序标注出响应的测量点、控制 点、控制系统及自动信号与联锁保护系统等，便成了工 艺管道及控制流程图（PID）。
其中一些 常见的统一规定做一简要介绍。
一、图形符号
1、测量点 （包括检出元件、取样点）
是由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪表圆圈的连接线的起 点，一般无特定的图形符号，如图1-5所示。图1-4中的塔顶取 压点和加热蒸汽管线上的取压点都属于这种情形。
必要时，检测元件液可以用象形或图形符号表示。例如流量 检测采用孔板时，检测点也可用图1-4中脱乙烷塔的进料管线上 的符号表示。
图1-4是乙烯生产过程中脱乙烷塔的工艺管道及控制流 程图。为了说明问题方便，对实际的工艺过程及控制方 案都作出了部分修改。从脱甲烷塔出来的釜液进入脱乙 烷塔脱除乙烷。从脱乙烷塔塔顶出来的碳二馏分经塔顶 冷凝器冷凝后，部分作为回流，其余则去乙烷加氢反应 器进行加氢反应。从脱乙烷塔底出来的釜液部分经再沸 器后返回塔底，其余则去脱丙烷塔脱除丙烷。再绘制控 制流程图是，图中所采用的图例符号要按有关的技术规 定进行，可参见化工不设计标准HGJ7-87《化工过程检 测、控制系统设计符号统一规定》。下面结合图1－4对
图1-2
而发生事故的现象。归纳起来，操作人员所进行的工作 有三方面（如图1－2（b）所示）。
（1） 检测 用眼睛观察玻璃管液位计（测量元件)中液位的高 低，并通过神经系统告诉大脑。
（2）运算（思考）、命令 大脑根据眼睛看到的液位高度， 加以思考并与要求的液位值进行比较，得出偏差的大小和正 负，然后根据操作经验，经思考、决策后发出命令。
图1-1的热交换器是利用蒸汽来加热冷液的,冷液经4加热后 的温度是否达到要求,可用测温元件配上平衡电桥来进行测 量,指示和记录:冷液的流量可以用孔板流量计来进行检测： 蒸汽压力可以用压力表来指示,这就是自动检测系统。
2. 自动信号和联锁保护系统
• 生产过程中，有时由于一些偶然因素的影响，导致工 艺参数超出允许的变化范围而出现不正常情况时，就 有引起事故的可能。为此，常对某些关键性参数设有 自动信号联锁装置，当工艺参数超过了允许范围。危 险状态时，联锁系统就自动采取紧急措施，打开安全 阀或切断某些通路，并及时紧急停车，以防止事故的 发生和扩大 。
2.连接线
通用的仪表信号线均以细实线表示。连接线表示交叉及相 接时，采用图1-6的形式。必要时也可用加箭头的方式表示信 号的方向。在需要时，信号线也可接气信号、电信号、导压 毛细管等等采用不同的表示方式以示区别。