化工自动化02

一、基础知识
化工自动化发展
• 3、20世纪50年代～ 70年代 – 自动化仪表：单元组合仪表（气动Ⅱ型和电动Ⅱ型）成为 主流产品。60年代后期，出现了专门用于过程控制的小型 计算机，直接数字控制系统和监督计算机控制系统开始应 用于过程控制领域。
– 控制理论：出现最优控制理论为基本特征的现代控制理论。 – 控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂
调节阀的作用形式
六、气动执行器
气开式与气关式的选择
压力信号增加时，阀关小、压力信号减小时阀开大的为气 关式。反之，为气开式。
选择要求
主要从工艺生产上安全要求出发。信号压力中断时，应 保证设备和操作人员的安全。如果阀处于打开位置时危害性 小，则应选用气关式，以使气源系统发生故障，气源中断时， 阀门能自动打开，保证安全。反之阀处于关闭时危害性小， 则应选用气开阀。
五、物位检测仪表
磁翻板液位计
根据浮力原理和磁性耦合作用原理 工作的 。当被测容器 中的液位升 降时，液位计本体管中的磁性浮 子也随之升降，浮子 内的永久磁 钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示 器，驱动红、白翻柱 翻转180°， 当液位上升时翻柱由白色转变为 红色，当液位下降时 翻柱由红色 转变为白色，指示器的红白交界 处为容器内部液位的实 际高度， 从而实现液位清晰的指示。
执行机构的分类
气动薄膜 执 行 机 构
气动活塞
六、气动执行器
执行机构的作用方式
图11-3 正作用式气动薄膜执行机构 1—上膜盖； 2—波纹膜片； 3—下膜盖 ；4—支架； 5—推杆；6—弹簧；7—弹 簧座；8—调节件；9—连 接阀杆螺母； 10—行程标
尺
1图—1上1-膜4 盖反；作用2式—气波动纹薄膜膜片执；行机构
磁致伸缩液位计
浮球液位计 （浮力和静磁场原理）
五、物位检测仪表
物位开关
•音叉液位开关
浮球液位开关 阻旋式液位开关
五、物位检测仪表
六、气动执行器
执行器的分类
电动执行器 气动执行器 液动执行器
气动执行器
调节阀 切断阀
六、气动执行器
执行器的组成
执行机构
调节 阀的 组成
调节机构 辅助机构
六、气动执行器
二、压力检测仪表
压力的定义及单位
在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。
p表压 p绝对压力 p大气压力
p表
P绝
P真
大气压力线
P绝
零线
图2-1 绝对压力、表压、负
压（真空度）的关系
当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。
p真空度 p大气压力 p绝对压力
二、压力检测仪表
3—下膜盖；4—密封膜片； 5— 密 封 环 ； 6— 填 块 ； 7— 支架；8—推杆；9—弹簧； 10— 弹 簧 座 ； 11— 衬 套 ； 12—调节件；13—行程标尺
六、气动执行器
调节机构的分类
调节机构（阀）
直通单座阀 直通双座阀
角形阀
蝶阀
球阀
六、气动执行器
调节阀的作用方式
气开式（FC） 气关式（FO）
差压变送器
压力变送器
二、流量检测仪表
流量定义
流量：单位时间内流过管道某一截面的
流体数量的大小，即瞬时流量。
单位：t/h、kg/h、L/h 、m3/h等
三、流量检测仪表
质量流量和体积流量
质量流量M
体积流量Q
M Q 或 Q M
如以 t 表示时间，则流量和总量之间的关系是
t
Q总
位是开尔文（K）；摄氏温标，单位摄氏度 （℃）；华氏温标，单位（℉）。
T = tC + 273.16 tF = 32 + 1.8 tC
四、温度检测仪表
双金属温度计
利用液体或固体受热时产生热膨胀的原理,可以制成膨胀式温度计
图5-1 双金属片
四、温度检测仪表
热电阻
利用金属的电阻随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。 工业上使用的铂电阻主要有分度号为 Pt100 ,它的 R0 = 100Ω。 Cu50,它的 R0 = 50Ω
09
般代表生产工段 ；
21
• 后面 2 位阿拉伯数字一
20
般代表该工段该参数的
序号。
二、压力检测仪表
压力的定义及单位
压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。 工程上的“压力”与力学中的“压力”不表示同一个概念。
p F S
式中，p表示压力； F表示垂直作用力； S表示受力面积。
压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa） 1Pa 1 N m2 1 kgf/cm2=105Pa=0.1MPa
1MPa 1106 Pa 1000 KPa 10kg / cm2
1巴(bar)=0.1兆帕(MPa)=100千帕(KPa)=1.0197 公斤/平方厘米
二、压力检测仪表
压力的定义及单位
1psi=6.895kpa=0.07kg/cm2=0.06895bar (PSI英文全称为Pounds per square inch) 美标法兰和公制法兰压力等级的表示方法： CL150 (PN2.0)、CL300（PN5.0）； CL600（PN11）、CL900（PN15）； CL1500（PN26）、CL2500（PN42）。
一、基础知识
人工控制与自动控制
一、基础知识
人工控制与自动控制
眼睛 人脑 四肢
机械化
检测仪表 控制器
执行器
人工控制向自动控制转变
一、基础知识
化工自动化发展
• 1、20世纪40年代 – 手工操作状态，只有少量的检测仪表用于生产过程。
• 2、20世纪40年代末～50年代 – 自动化仪表：采用基地式仪表和部分单元组合仪表（气动 Ⅰ型和电动Ⅰ型） – 控制理论：以反馈为中心的经典控制理论 – 控制系统：多为单输入、单输出简单控制系统
Rt R01 t t0
Rt Rt0 t
四、温度检测仪表
热电偶
两种不同成份的导体两端焊接在一起，当工作端和参比端存在温差时，就在回路 中产生热电势，通过热电势的测量就知道对应温度值。 工业上使用的热电偶有K型（镍铬-镍硅）、S型（铂铑-铂）等。
热电偶温度计测温系统示意图 1、热电偶；2、补偿导线；3、测量仪表
2、20mA的选择是基于:安全、实用、功耗、成本的考虑 ；
3、零点为4mA.DC，不与机械零点重合，这种“活零点”有利于识别断电和断线等故障。
4、两线制。
一、基础知识
信号的传递形式
信号传递形式
模拟信号 连续变化
数字信号 “0”和“1”组合
开关信号 两种状态
一、基础知识
仪表位号(TAG)
仪表的名称;
四、温度检测仪表
温度变送器
温度变送器为24V供电、二线制的一体化变送器。将热电阻或热电偶 的信号放大，并转换成4-20mA的输出电流。
五、物位检测仪表
物位检测仪表分类
液 体
液位计
颗 粒
料位计 物位仪表
液体 液体
介面计
五、物位检测仪表
玻璃板液位计
容器连接构联通器，透 过玻璃板直接指示容器 的液位。
控制系统。
一、基础知识
化工自动化发展
KFL现场型基地式气动液位指示调节仪
一、基础知识
化工自动化发展
• 4、20世纪70～80年代 • 自动化仪表：气动Ⅲ型和电动Ⅲ型，以微处理器为主要构成单
元的智能控制装置。集散控制系统（DCS）、可编程逻辑控制 器 (PLC) 、工业PC机（工控机）和数字控制器等，已成为控 制装置的主流。
一、基础知识
仪表精度 表示测量的准确程度。
• 精度等级有0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、 0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等
一、基础知识
仪表类型及标准信号
仪
电动
表
仪表
类
型
气动 仪表
4~20mADC（1~5VDC）
0.02~0.1MPa（20KPa~100KPa）
1、远传信号用电流源优于电压源（电流传输、电压接收）；
• 控制理论：出现最优控制理论为基本特征的现代控制理论，传 统的单输入单输出系统发展到多输入多输出系统领域。
• 控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制 系统。
一、基础知识
化工自动化发展
– 5、20世纪90年代至今 • 自动化仪表：信息技术飞速发展，现场总线控制系统（FCS）
的出现，引起过程控制系统体系结构和功能结构上的重大变革。 现场仪表的数字化和智能化，形成了真正意义上的全数字过程 控制系统。出现各种智能仪表、变送器、无纸纪录仪。 • 控制理论：人工智能、神经网络控制。 • 控制系统：管控一体化现场，综合自动化是当今生产过程控制 的发展方向。
漩涡流量计
图3-12 卡门涡列 (a)圆柱涡列； (b)三角柱涡列
漩涡流量计以卡门涡街理论为基础，采用压电晶体检测流体通 过管道内三角柱时所产生的旋涡频率，从而测量出流体的流量。
三、流量检测仪表
质量流量计
三、流量检测仪表
质量流量计
三、流量检测仪表
电磁流量计
测量原理是法拉第电磁感应定律,用来测量导电液体。
五、物位检测仪表
差压液位变送器
五、物位检测仪表
差压式液位计
将差压变送器的一端接液相，另一端接气相
pB pA Hg
因此
p pB pA Hg
差压式液位计原理图
五、物位检测仪表
雷达液位计
雷达式液位计示意图
H Lct 2
五、物位检测仪表
其他液位计
超声波液位计
电容式液位计 (电容量的变化)