自动化仪表与过程控制基础讲义

自动化仪表与过程控制

基础讲座

主讲人：林云志仪表概述

•特点

•作用

•使用

•

维护种类较多、知识面较广、技术更新快从眼睛到大脑，与工艺密切相关。

选型是否恰当、安装是否规范

了解工艺、懂控制；故障处理多样性

内操人员反映某一个流量计波动比较大：

第一：查看历史趋势

（从工艺角度判断）

第二：阀门控制是自动还是手动（查看操作记录）

（从自控角度判断）

第三：检查调节阀

第四：检查流量计

（从现场仪表来判断）

第五：检查回路接线。

（从线路判断）仪表常识

•仪表电源：24VDC（直流稳压电源）

•冗余：双配置，一用一备。

（稳压电源、CPU、服务器、IO卡件）

•信号类型：电流信号：4~20mA（现场传输）

电压信号：1~5V （控制室内）

电阻信号：Ω

•本安仪表回路（安全栅）

•隔爆仪表

•UPS

：不间断电源

•仪表联校：仪表回路投入运行前一个十分重要的环节。（测量回路、控制回路、联锁回路）

（对线，5点调试）

•联锁保护：达到报警时，使相应的执行机构动作，或自动启动备用系统，或实现安全停车。

•联锁与自动控制的关系：

液位控制；泵出口压力控制；

旁路；复位；

紧急停车控制（中控操作台或现场急停按钮）整流滤波逆变器市电输入

蓄电池市电输入输出

一、仪表分类

二、检测仪表

三、调节阀

五、过程控制

六、典型应用

四、开关阀

一、仪表分类

自动化仪表通常又称为检测与过程控制仪表，

种类繁杂，根据不同原则可以进行相应分类。

•按仪表使用的能源分类:气动、电动、液动仪表

•根据仪表有无引进微处理器又可分为:智能仪表

和非智能仪表

•根据仪表信号形式可分为模拟仪表和数字仪表

•最通用的分类方法是按仪表在测量与控制系统

中的作用进行划分：一般分为检测仪表、显示仪表、调节仪表和控制阀。无纸记录仪

可编程调节器

DCS 控制系统（分散管理、集中控制）

美国HoneywellTPS

日本横河CS3000

美国FoxboroIA

德国西门子PCS7主要厂家：

北京和利时MACS

浙大中控JX-300

变送器阀门机泵

PLC控制柜操作站操作站

工程师站主服务器从服务器操作站

系统总线终端总线

中央处理器西门子PCS7 控制系统

二、检测仪表

1. 物位检测仪表

2. 流量检测仪表

3. 温度检测仪表

4. 压力

检测仪表检测仪表又称一次仪表，安装在现场根据化工生产四大变量以及特殊用途

又可分为：

5. 分析仪表：工业气相色谱分析仪；氧分析仪；氢分析仪；工业PH计；电导率；微量水分仪；可燃或有毒气体监测报警仪等轴振动、轴位移、转速检测6. 特殊仪表：

1.物位检测仪表

•差压变送器（罗斯蒙特、横河EJA）

•双法兰液位变送器

•磁翻板液位计

•雷达液位计（西门子、罗斯蒙特）

•单法兰液位变送器

•

超声波液位计（液位、界位、料位）1.1 差压变送器

+

-1

23

4

567

891、2：一次取压阀3、4：放空阀5、6、7：三阀组8、9：排污阀

特点：价格便宜、

安装接头多、漏点多；

灌封液或加保温（仪表箱）

注意事项：1.正负压的安装方向2.零点迁移（空罐状态下会显示负值）3.零点调整（压差为零时显示不为零）

1.2 双法兰液位

1.毛细管中装硅油，

沸点高，稳定性好，

相比传统引压管减少

了漏点和堵的几率。

维护量小，价格贵。

2. 零点迁移。

3.有参考液位时，可

采用单点标定。

1.3 磁翻板液位计

•根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。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，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。特点：

•一般用来现场指示容器内的液位。读数直观，结构简单，安装维护方便，价格便宜。

•指示机构与被测介质完全隔离，密封性好，可靠性高，使用安全。

•范围大，不受贮槽高度的限制。

•根据需要可配远传变送器、报警开关等。（远传精度较低，一般只用作显示不做控制）

注意：远传磁翻板液位计在空罐时，

有可能显示最大值

。

1.4 雷达液位计基本原理：

•发射－反射－接收是导波雷达料位计工作的基本原理。雷达波是一种电磁波，通过传感器的天线以波束的形式发射雷达信号。反射回来的信号仍由天线接收，检测脉冲信号从发射到接收的运行时间与传感器到介质表面的距离成比例。即h=H–vt/2

式中h为料位；H为罐高；v为光速；t为雷达波发射到接收的间隔时间；

H

h

工作特点：

•由于采用了上述先进的回波处理和数据处理技术，

加上雷达波本身频率高，穿透性能好的特点，所以雷达料位计具有比其他液位计更加优良的性能。

①可在恶劣条件下连续准确地测量。

②操作简单，调试方便。

③无需维修且可靠性强。

④几乎可以测量所有介质。

注意事项：

•尽量避免在发射角内有造成假反射的装置。

•要避开进料口，以免产生虚假反射。

•传感器不要安装在拱形罐的中心处，也不能距离罐壁很近安装，最佳安装位置在容器半径的１/２处。

•要避免安装在有很强涡流的地方。如：装有搅拌器等，可采用导波管或旁通管测量。

•液位超过喇叭口，显示值失真。

实例：

•内操人员反映某罐液位不准

（参照磁浮子液位计或阀门的开度）

•可通过调节阀门开度，适当改变罐内的液位，如果磁浮子液位计显示不变，而雷达液位计变化趋势一致，说明问题在于前者。如果相反，则需通过专门的软件来调整雷达波形，消除虚假回波，进而得到真实值。

•如果现场雷达液位计表头显示正常，中控画面上显示不正常或不变，可能是机柜内接线端子松动、卡件通道故障或画面上的点链接有误等。

由于流量检测的复杂性和多样性，检测方法很多，目前常分两种：测体积流量和质量流量。

体积流量（m3/h）；质量流量（Kg/h）

气体的体积流量一般用Nm3/h：（0摄氏度，1个标准大气压下）

换算：（质量流量/分子量）*22.4=体积流量2. 流量检测仪表

体积流量:

①差压式（孔板流量计）

②金属转子流量计

③涡街流量计

④电磁流量计

⑤超声波流量计

⑥靶式流量计2.1 一体化孔板流量计

特点：测量精度高，造

价低。由于大大缩短

了引压管长度，维护

方便，广泛应用于各

种介质的流量测量。

可以显示：瞬时流量、

累计流量、

温度、压力。

注意事项

1）根据被测介质的不同，确定取压口的安装位置（一般水平安装）

2）安装直管段要求：前10D，后5D

3）一般装在调节阀前

4）装反指示会变小。（孔板或引压管）

液体蒸汽气体

5）一般规定流量表应用在其刻度的30%以上。

由于差压和流量的平方成比例，如果差压变送器零点偏差为1%，流量偏差为10%。为避免

累计时产生较大偏差，要进行小信号切除

(流量的百分比5 %)

切除模式有两种：线性或归零

6）为了防止流量波动过于频繁，通常要设置

阻尼时间（2~4S）。

7）信号开方。（有两种方法，只针对差压法）

8）差压变送器表头默认显示压力单位，通过智

能手操器可以更改为流量单位及百分比显示，以方便与中控显示值对应。

2.2 金属转子流量计

转子流量计的检测件是一根由下向上扩大

的垂直椎管和一只金

属浮子构成。流体自

下而上流过浮子时，

在浮子上产生差压，

直至与浮子向下的重量相平衡。

选用注意事项：

1）转子流量计精确度相对不高，它主要是解

决小流量测量，用在非关键场合。价格便宜。

2）如果介质较脏或气量突然变化，有可能造成

浮子卡住。

3）必须垂直安装。

4）流体流动方向是自下而上。

2.3 涡街流量计

特点：压力损失小,量程范

围大,精度高,在测量体积

流量时几乎不受流体密度、

压力、温度、粘度等参数

的影响。无可动机械零件，

因此可靠性高,维护量小。

是一种比较先进、理想的

流量仪表。

使用中常见问题：

①指示大范围波动；

②无流量时，指示不回零；

③大流量时指示可以，小流量时不准或无指示。

原因分析：

1、选型：设计选型之后由于工艺条件变动，使得选择大了―个规格，实际选型应选择尽可能小的口径，以提高测量精度。

2、安装：直管段不合要求

3、参数设置：量程、标定系数的设置。

4、仪表故障：电子元器件损坏

5、信号线路：接触不良

6、使用环境：湿度大、管道振动大、电磁干扰等

1. 管道内应充满被测液体。

2. 安装应远离振动源和电磁干扰较强的地方。

3. 被测介质含有较多杂质时，应在适当位置加装过滤器。

4.垫片内径必须大于仪表内径，安装时避免压偏或将垫片伸入管道。

备注：满管不流动时调整零点。下游上游注意事项2.4 质量流量计

•传感器中装有测温热电阻。

刚投用时要通电预热30分钟左右。

•安装地点不能有大的振源，

•水平安装时：测液体传感器朝下，

测气体时传感器朝上。

•一般用于进出装置的计量，另外就是物料的配比要求较高的场合。