浅谈自动化仪表与过程控制

【文章编号】1004—7344(2013)09—0293—02浅谈自动化仪表与过程控制龚易成(重庆国际投资咨询集团有限公司重庆市江北区400023)摘要：随着自动化仪表的更新换代，现代科学技术的发展需要自动化仪表和过程控制提供技术保障，要不断的改进生产技术使其朝着智能化、网络化、开放性发展。关键词：自动化仪表；自动化技术：过程控制引言过程控制指石油、化工、电力、冶金、核能等工业生产中连续的或按定周期程序进行的生产过程自动控制，其被控量通常为压力、液位、流_一量、温度、DH值等过程变量，是自动化技术的重要组成部分。其作用体现在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术可实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。自动化仪表是用于生产过程自动化的仪器或设备，是实现工业企业自动化的必要手段和技术工具。其特点是兼容性、统一标准。1过程控制概述1．1过程控制的特点1．1．1系统由被控过程和检测控制仪表组成过程控制采用各种检测仪表、控制仪表和计算机等自动化工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。检测仪表把工艺参数转换为电信号或气信号，反映生产过程状况；控制仪表接受检测信号输入子系统[二二二二罩[二二]输出予系统对过程进行控制。广I-I一匝匦卜1．1．2被控过程的多样性Il被控变量．～I生产规模不同、工艺要求各异、产品品种多样导致过程的结构性、动L_{===被控⋯l二)操作变量f态特性多样。通常被控过程属于多变量、大惯性、大时延特征，还有非线一性与时变特性。(锅炉、热交换器、精馏塔)1．1．3控制方案的多样性图2集中型计算机控制系统被控对象复杂导致控制方案多样性。单／多变量控制系统、常规仪表2．2集散控制系统DCS控制／_计算机集散控制系统、提高控制品质的和实现特定要求的控制系是集计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术为一体的装统。单回路、串级、前馈、比值、均匀、分程、选择性、大时延、多变量系统，置。系统在结构上是分散的(生产过程是分散系统)，但过程控制的监视、还有先进过程控制系统(自适应、预测、补偿、智能、非线性控制等)。管理是集中的。1．2过程控制的要求与任务优点：将计算机分布到车间或装置。使系统的危险分散，提高系统的1．2．1安全性可靠性，方便灵活地实现各种新型的控制规律与算法，实现最佳管理。针对易燃易爆特点设计；参数越线报警、链锁保护；故障诊断，容错2．3FCS现场总线控制系统控制。是连接智能现场装置和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结1．2．2稳定性构的通信网络。支持双向、多节点、总线式的全数字通讯。抑制外界干扰，保证正常运行。特点：双向数据通信能力避免了反复进行MD、D／A的转换把控制任1．2_3经济性务下移到现场设备，以实现测量控制一体化全分散降低成本提高效率。掌握工艺流程和被控对象静态、动态特性，运用设计步骤：①确定控制目标。热油出口温度稳定：出口温度与烟道气控制理论和一定的技术手段(计算机、自动化仪表)设及合理系统。含氧量稳定；温度稳定与热效率最高。②选择被控参数。直接参数(油出1_3过程控制的功能结构口温度、烟道气含氧量、燃油压力)间接参数(热效率)。③选择控制量。燃测量变送与执行：测量变送装置与执行装置实现：料油流量还是冷油流量一出口温度；挡板开度还是送风挡板一含氧量。操作安全与环保：保证生产安全、满足环保要求的设备(独立运行)；④确定控制方案。控制精度和干扰决定一系统的简单与复杂；温度、效常规与高级控制：实现对过程参数的控制，满足控制要求；率、含氧量等多于一个要求一多输入／多输出；如果温度、含氧量定值控实时优化：实现最优操作工况(时间，成本，设备损耗)而设计的方案；制，还要求效率一最优控制。⑤选择控制策略。多数采用一PID；复杂过决策与计划调度：对整个过程进行合理计划调度和正确决策，使企程一高级过程控制。⑥选择执行器。气动与电动，执行期特性与过程特性业利益最大化(见图1)。匹配。⑦设计报警与联锁保护系统。高、低限值；加热炉停车程序：停燃油2过程控制系统泵一关燃油阀一停引风机一切断热油阀。⑧工程化设计。设计图样资料2．1集中型计算机控制系统(见图2)和文件资料一表达设计思想一主管部门审批一施工单位。⑨系统投运、优越性：从表面上看——信息集中，集中型计算机控制可以实现各调试和整定参数(见图3)。种更复杂控制功能；便于实现优化控制和优化生产。3自动化仪表概述问题：由于当时计算机总体性能低，容量小，容易出现负荷过载，控自动化仪表是用于过程自动化的仪器或设备。过程控制系统是实现制集中直接导致危险集中，高度集中使系统变得十分“脆弱”。豳撞2013年5月于各种企业的自动控制。单元组合仪表分为：变送单元、给定单元、控制单元、执行单元、转换单元、运算单元、显示单元和辅助单元。(5)集中计算机控制仪表以数字计算机为核心的数字控制仪表。其外形结构、向板布霞保留了模拟式仪表的一些特征，但其运算、控制功能更为丰富，通过组态可完成各种运算处理和复杂控制。测量变送与执行单元采用模拟仪表，调节单元采用数字仪表。(6)集散型控制仪表将集中一台计算机完成的任务分派给各个微型过程控制计算机，冉配上数字总线以及上一级过程控制计算机，组成各种各样的、能适应r不同过程的积木式分级分布计算机控制系统。实现了“控制分散”或“危险分散”，管理高度集中。测量变送与执行单元采用模拟仪表，tf{j节元采用数字仪表。图3加热炉过程控制系统(7)现场总线控制仪表生产过程自动化的平台，而自动化仪表与装置是过程控制系统不可缺少是计算机网络技术、通信技术、控制技术和现代仪器仪表技术的最的重要组成部分。新发展成果。它将具有数字通信能力的现场智能仪表连成网络系统，并同上一层监控级、管理级联系起来成为全分布式的新型控制网络。采用全数字化、双向传输、多分支的通信网络。通信协议规范化、标准化、公开化，使各种控制系统通过总线实现互联、互换和互操作。3_2安全防爆仪表与防爆系统本质安全防爆性能与非本质安全防爆性能。气动仪表本质上是防爆的，因为它不会产生电火花。结构型防爆：结构上隔离产生火花的电路和爆炸气体(类型有充油图4自动化仪表的构成型、充气型、隔爆型)。3．1过程控制仪表的分类及特点安全火花型防爆：把仪表电路在短路、断路及误操作各种状态下可3．1．1按安装场地分能产生的火花限制在爆炸气体的点火能量之下(具有本质安全防爆悱现场仪表(一次仪表)、控制室仪表(二次仪表)。能)。3．1-2按能源形式分(1)气动控制仪表：以压缩空气为能源。优点：结构简单，性能稳定，可靠性高，易于维修，天然防爆。缺点：气动信号传输速度极限=声速340m／s，体积庞大。(2)电动控制仪表优点：信号快速，远距离传输；易于实现复杂规律的信号处理；易于与其他装置相连；供电用电方便；无需空j玉机和油泵、水泵。缺点：不天然防爆；易受电磁干扰；功率不易人。近年的电动仪表多采用了安全防爆措施，应用更加广泛。(3)液动仪表：以高压油和高压水为能源优点：工作可靠，结构简单，功率大，防爆。缺点：速度传送慢。4结语3．13按信号类型分类过程控制系统是实现生产过程自动化的平台，而自动化仪表装置(1)模拟式控制仪表是过程控制系统不可缺少的重要组成部分。要保证过程控制的安全忡、是传统的仪表，传输信号通常为连续变化的模拟量。如电流、电压、稳定性、安全性、稳定性、经济性要自确保动化仪表的正常运行。气压等。模拟式电动控制仪表以模拟电子元件为组成元件，运算放大器是信息处理的核心部件。这类仪表线路较简单，操作方便，价格较低，使参考文献用上有较成熟的经验。[1]陈文楷．微机化过程控制仪表的电磁兼容[J】_化工自动化及仪表，1985(2)数字式控制仪表(05)：98～99．以微处理器为核心，传输信号为断续变化的数字量。由于有微处理[2J胡胜利．集散控制仪表[JJ．仪器仪表与分析监测，1985(O4)：34～35．器的存在，任何复杂的信息处理都易实现，硬件不变，软件千变万化，这[3132_qk仪表与自动化装置1978年总目录阴．工业仪表与自动化装置，1978类仪表的特色就是高度集成、丰富的功能，易于网络互联。它能解决模拟(O4)式仪表难以解决的问题，满足现代化生产过程的高质量控制要求。(3)基地式控制仪表收稿日期：2013-4—12安装在现场，集检测、指示、控制于一身。特点：一般结构比较简单、价格便宜，它不仅能对某些工艺变量进行指示或记录，而已还具有控制功能，因此它比较适用于单变量的就地控制系统。(4)单元组合控制仪表将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。使用时可根据控制系统的需要，对各单元进行选择和组合，从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。常用电动单元组合仪表(DDZ型)和气动单元组合仪表(QDZ型)。特点：使用灵活，通用性强，同时，使用、维护更作也很方便。它适用蕉圆2013年5月