畢業(yè)設(shè)計---自動檢測儀表的設(shè)計與實施

1、<p>　　自動檢測儀表的設(shè)計與實施</p><p>　　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)是實現(xiàn)自動控制的基礎(chǔ)。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)）。</p><p>　　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

2、、頻率、氣壓等。隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，特別是先進檢測技術(shù)、現(xiàn)代傳感器技術(shù)、計算機技術(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發(fā)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發(fā)展的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。</p><p>　　全文以典型工業(yè)過程控制系統(tǒng)的構(gòu)成為基礎(chǔ)，以應(yīng)用自動控制理論設(shè)計過程控制系統(tǒng)為主線，重點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

3、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)用實例。</p><p>　　關(guān)鍵詞：儀表、DCS組態(tài)、安裝</p><p>　　第一章 序言3</p><p><b>　　1-1設(shè)計背景3</b></p><p>　　1-2設(shè)計內(nèi)容及規(guī)劃3</p><p><b>

4、;　　1-3設(shè)計意義4</b></p><p>　　第二章 自動化檢測技術(shù)及部分檢測儀表原理介紹4</p><p>　　2-1自動化檢測技術(shù)簡介4</p><p>　　2-2 PID調(diào)節(jié)規(guī)律及方法6</p><p>　　第三章 儀表選型及一些儀表介紹12</p><p>　　3-1轉(zhuǎn)子流量計

5、12</p><p>　　3-2 FIELDVUE DVC2000系列數(shù)字式閥門控制器13</p><p>　　3-2 SITRANS壓力變送器15</p><p>　　第四章 DCS系統(tǒng)簡介18</p><p>　　4-1 霍尼韋爾DCS系統(tǒng)簡介18</p><p>　　4-2 霍尼韋爾DCS軟、硬件簡介

6、18</p><p>　　4-3 DCS系統(tǒng)軟硬件的組態(tài)與連接20</p><p>　　4-4 DCS在壓縮機上的應(yīng)用22</p><p><b>　　結(jié)論24</b></p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p>　　第一章

7、 序言</p><p><b>　　1-1設(shè)計背景</b></p><p>　　半個多世紀以來，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，到計算機集散控制系統(tǒng)(DCS)等發(fā)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)的快速發(fā)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

8、、開放化、網(wǎng)絡(luò)化為特征的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)正在迅猛發(fā)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)實現(xiàn)高層次的自動化。</p><p>　　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，并參與了丁辛醇項目的設(shè)計以及安裝調(diào)試，并且參加了DCS系統(tǒng)的組件。</p><p>　　1-2設(shè)計內(nèi)容及規(guī)劃&

9、lt;/p><p>　　在去年的一段時間里，丁辛醇項目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。</p><p>　　首先，要將我們所學(xué)的儀表知識與丁辛醇現(xiàn)實結(jié)合起來。</p><p>　　其次，應(yīng)用我們學(xué)的東西把儀表和計算機結(jié)合起來，編程實現(xiàn)自動化控制。</p><p>　　再次，確保它長周期穩(wěn)定運行。</p&g

10、t;<p>　　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達到長周期穩(wěn)定運行的目標。</p><p><b>　　1-3設(shè)計意義</b></p><p>　　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)是實現(xiàn)自動控制的基礎(chǔ)隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，特別是先進檢測技術(shù)、現(xiàn)代傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技和多媒體技術(shù)的出

11、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發(fā)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發(fā)展的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。</p><p>　　全文以典型工業(yè)過程控制系統(tǒng)的構(gòu)成為基礎(chǔ)，以應(yīng)用自動控制理論設(shè)計過程控制系統(tǒng)為主線，重點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)用實例。</p><p>　

12、　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。</p><p>　　第二章 自動化檢測技術(shù)及部分檢測儀表原理介紹</p><p>　　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。</p><p>　　2-1自動化檢測技術(shù)簡介</p><p>　　我國生產(chǎn)的電動單元組合儀表，到

13、目前為止已有三代產(chǎn)品。它們分別為，20 世紀 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 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 80 年代初開始生產(chǎn)的以線性集成電路為主要放大元件、具有安全火花防爆性能的 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準不同

14、，性能指標和單元劃分的方法也不完全一樣，但它們實現(xiàn)的控制功能和基本的設(shè)計思想是相同的，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行討論。</p><p>　　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則和各單元的功能。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

15、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距離傳送的統(tǒng)

16、一標準信號。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，它有若干不同的類型，與相應(yīng)的檢測元件相配合。 </p><p>　　圖 2.1 用電動單元組合儀表構(gòu)成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)</p><p>　　由變送單元輸出的統(tǒng)一標準信號，一方面送到顯示單元供記錄或指示，同時送到調(diào)節(jié)單元與給定值進行比較。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。</p><p

17、>　　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)。</p><p>　　簡單控制系統(tǒng)由四個基本環(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)

18、律PI和比例積分微分控制規(guī)律PD。下面介紹一些PID知識。</p><p>　　2-2 PID調(diào)節(jié)規(guī)律及方法</p><p>　　PID 運算電路的階躍響應(yīng)可利用傳遞函數(shù)通過拉氏反變換求得，微分調(diào)節(jié)作用的效果主要體現(xiàn)在階躍信號輸入的瞬間，而積分調(diào)節(jié)作用的效果則是隨時間而增加的。若積分時間 Ti比微分時間 Td大得多，那么在階躍信號剛加入的一段時間內(nèi)(t＜4Td/Kd)，微分將起主要作用，

19、而積分分量很小，可以忽略不計；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)如圖所示。</p><p>　　從圖中整個輸出曲線可看成由比例項、積分項及有限制的微分項三部分相加而得的，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，則限制了積分輸出的最終幅度。這樣的階躍響應(yīng)表明，當

20、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，迅速作出反應(yīng)；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。當然在實際生產(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。<

21、/p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中，P ——調(diào)節(jié)器的比例度； </p><p>　　Ti、Td——積分時間和微分時間； </p><p>　　Ki、Kd——積分增益和微分增益。 </p><p>　　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

22、特性</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　依據(jù)式(2-2)可以繪出實際的 PID 調(diào)節(jié)器的對數(shù)幅頻特性，如圖2-3 實線所示，它由兩段斜線和三段水平線組成，四個轉(zhuǎn)折頻率分別為</p><p>　　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

23、。該圖還用虛線作出了式(3-6)表示的“理想”PID 運算裝置的對數(shù)幅頻特性和相頻特性。</p><p>　　圖2-3 PID調(diào)節(jié)器的對數(shù)幅頻特性</p><p>　　由圖 2-3 可知，作為通用型串聯(lián)校正裝置的 PID 調(diào)節(jié)器加入控制系統(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

24、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。</p><p>　　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)。需要注意的是，上式中的調(diào)節(jié)器輸出實際上是對其起始值的增量。因此，當偏差為零因而時，并不意

25、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)器的工作點加以改變的。在過程控制中習慣用增益的倒數(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)

26、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。</p><p>　　比例調(diào)節(jié)的顯著特點就是有差調(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。</p><p>　　比例調(diào)節(jié)

27、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)激烈振蕩甚至不穩(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，</p><p><b>　　圖2-4</b></p><p>　　則需通過其它的途徑解決。對于典型的工業(yè)過程，對于調(diào)

28、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)量的變化比較平穩(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，進一步減小系統(tǒng)就不穩(wěn)定了。的臨界值，可以通過試驗測定出來；如果被調(diào)對象的數(shù)學(xué)模型已知，則不難根據(jù)控制理論計算出來。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

29、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)定準則可知，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，由此可以計算出臨界頻率。</p><p>　　2、積分調(diào)節(jié)(I調(diào)節(jié))</p><p>　　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

30、或負值。上式表明，調(diào)節(jié)器的輸出與偏差信號的積分成正比。</p><p>　　圖2-5積分速度對于調(diào)節(jié)過程的影響 圖2-6 P與I調(diào)節(jié)過程的比較</p><p>　　I調(diào)節(jié)的特點是能消除靜態(tài)偏差。因為被調(diào)量存在偏差，調(diào)節(jié)作用便隨時間不斷的加強直至偏差為零。在被調(diào)量偏差消除后，由于積分規(guī)律的特點，執(zhí)行機構(gòu)將停留在新的與負荷變化相適應(yīng)的位置上[3]。</p><p>

31、;　　單純的積分調(diào)節(jié)作用也有它的缺點，積分調(diào)節(jié)作用比比例調(diào)節(jié)作用遲緩，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。 </p><p>　　積分速度對于調(diào)節(jié)過程有一定的影響。當采用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，因為愈大，則調(diào)節(jié)閥的動

32、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)偏差則愈來愈小。被調(diào)量最后都沒有殘差，這是I調(diào)節(jié)的特點。對于同一被控對象若分別采用P調(diào)節(jié)和I調(diào)節(jié)，并調(diào)整到相同的衰減率，則它們在負荷擾動下的調(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。</p><p>　　3、比例積分調(diào)節(jié)(PI調(diào)節(jié))</p><p>　　PI調(diào)節(jié)就是綜合P、I兩種調(diào)節(jié)

33、的優(yōu)點，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值； 圖2-7</p><p>　　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部分組成的。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。

34、還可以注意到，當時，輸出的積分部分正好等于比例部分。由此可見，可以衡量積分部分在總輸出中所占的比重：愈小，積分部分所占的比重愈大。圖為PI調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng) 。</p><p>　　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，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，也能削弱振蕩傾向，但不宜過大，因為過大，調(diào)節(jié)作用的積分

35、成分將過小，調(diào)節(jié)過程時間將很長。</p><p>　　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)器輸出將進入深度飽和狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為積分飽和。進入深度飽和的調(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。</p><p>　　微分調(diào)

36、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，當調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，執(zhí)行機構(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。這是因為實際的調(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)器不能察覺的速度緩慢變化時，調(diào)節(jié)器并不會動作。但是經(jīng)過相當長時間以后，被調(diào)量偏差卻可以積累到相當大的數(shù)字而得不到校正。這種情況當然是不能容許的。

37、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。</p><p>　　4、比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律</p><p>　　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 但嚴格式動作的調(diào)節(jié)器在物理上是不能實現(xiàn)的。工業(yè)上實際采用的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

38、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。</p><p><b>　　圖2-8</b></p><p>　　1-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)</p><p>　　在一個自動控制系統(tǒng)投運時，控制器的參數(shù)必

39、須整定，才能獲得滿意的控制質(zhì)量。同時，在生產(chǎn)進行的過程中，如果工藝操作條件改變，或負荷有很大變化，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;而計算機采用分時操作,用一臺計算機可以代替許多臺常規(guī)儀表,在一臺計算機上操作與監(jiān)視則方便了許多。計算機控制系統(tǒng),由于其所實現(xiàn)功能的軟件化,復(fù)雜控制系統(tǒng)的實現(xiàn)或控制方案的修改可能只需修改程序、重新組態(tài)即可實現(xiàn)。</

40、p><p>　　第三章 儀表選型及一些儀表介紹</p><p>　　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。</p><p>　　有一些工藝介質(zhì)粘稠，如果測量液位或是流量則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，要求會更加嚴厲。</p><p>　　

41、有一些工藝要求測量精度很高，那么則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。</p><p>　　經(jīng)過理論知識的學(xué)習，下面我簡單介紹一些儀表的原理及結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　3-1轉(zhuǎn)子流量計</b></p><p>　　1、轉(zhuǎn)子流量計的結(jié)構(gòu)示意：</p><p>　　

42、緊固卡 ④高溫型加長部件</p><p>　　墊片 ⑤緊固螺釘</p><p>　　墊圈 ⑥定位銷</p><p>　　2、原理：它也是利用了浮子原理。當液體流過是產(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)指針的變化來達到測量的目的。</p><p&

43、gt;<b>　　3、接線：</b></p><p><b>　　如圖所示</b></p><p>　　此類儀表屬于DDZ-Ⅲ儀表，經(jīng)過安全柵等，能給控制室安全穩(wěn)定的信號。</p><p>　　優(yōu)點：轉(zhuǎn)子流量計原理簡單，經(jīng)濟實用，操作比較容易，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)比較粘稠的管線上，容易

44、發(fā)生“卡死”現(xiàn)象，但從性價比來講，還是比較優(yōu)越。</p><p>　　3-2 FIELDVUE DVC2000系列數(shù)字式閥門控制器</p><p>　　1、費希爾數(shù)字閥門的結(jié)構(gòu)示意：</p><p>　　2、基本設(shè)置和校驗：</p><p>　　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），

45、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asic Setup（基本設(shè)置）一章中的介紹設(shè)定語言類型。該儀器需要在不低于8.5 V 電壓和3.5 mA 電流下運行該本地界面。在執(zhí)行某些程序時需要超過20 mA 的電流。</p><p>　　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措施。沒有采取適當?shù)谋Ｗo措施可能會引起

46、閥門的不當移動，造成閥門/ 執(zhí)行機構(gòu)的不穩(wěn)定。第一次在執(zhí)行機構(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行校驗和整定。校驗時，閥門將運動至全行程。</p><p>　　為避免由于壓力或過程流體釋放引起的人員傷害與財產(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)行機構(gòu)的不穩(wěn)定。</p><p>　　如果使用了可選的限位開關(guān)，必須通過快速

47、設(shè)置程序來為限位開關(guān)電路提供電源。</p><p>　　3、優(yōu)點：抗干擾性強</p><p>　　設(shè)置、操作比較容易，而且學(xué)做人的范圍比較寬泛，對工藝介質(zhì)的要求不是很高，所以比較實用。輸入特性函數(shù)的默認值是LINEAR（線性）。還可以選擇 QUICK OPEN（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的主機進行自

48、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。</p><p>　　所以說費希爾閥應(yīng)用比較廣泛，尤其是在化工行業(yè)。</p><p>　　3-2 SITRANS壓力變送器</

49、p><p><b>　　1、結(jié)構(gòu)及概述：</b></p><p>　　7MF4\33 系列 SITRANS P - DS III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（0.01 bar）到40Mpa（400 bar）。</p><p><b>　　2、電路原理：</b>

50、</p><p>　　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，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

51、量點對變送器進行參數(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)議進行參數(shù)調(diào)整。</p><p>　　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≤

52、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。</p><p>　　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），當壓力超過測量極限時，過載保護膜片（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，以保護硅壓力傳感器，避免被過壓損壞。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

53、壓和差成比值關(guān)系變化。</p><p>　　做為一個獨立的儀表，選用適當?shù)碾娫春缶涂梢宰鳛楹芏鄰?fù)雜控制系統(tǒng)（如 IMATIC S7）的組成部分使用。所有基本設(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，變送器可實現(xiàn)完全的通信（在線參數(shù)調(diào)整）通過 HART 接口可任意實現(xiàn)與以下設(shè)備的通信：</p><p>　　西門子三型儀表可以與DCS系統(tǒng)通訊。</p>

54、<p>　　第四章：DCS系統(tǒng)簡介</p><p>　　在這里我們用的是霍尼韋爾DCS的中控系統(tǒng)——EPKS</p><p>　　4-1 霍尼韋爾DCS系統(tǒng)簡介</p><p>　　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、以及為一些舊詞匯加入了新的意義，以便說明該系統(tǒng)的獨特特性。 在大多數(shù)情況下，這些詞匯將形式和內(nèi)容與功能清

55、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Control Builder的相關(guān)詞匯的一些基礎(chǔ)概念進行介紹。</p><p>　　Experion系統(tǒng)也催生了一系列的新詞匯、以及為一些舊詞匯加入了新的意義，以便說明該系統(tǒng)的獨特特性。Experion擁有一個面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)環(huán)境，這是Experion的特點之一。 這就是說，Experion建立在對象鏈接和嵌入（OLE）技術(shù)的基礎(chǔ)上；該技術(shù)可以對多個子系統(tǒng)

56、間的各種功能進行分區(qū)。 Control Builder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行模擬，并進行監(jiān)控。從而實現(xiàn)對各種操作進行控制。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

57、變量（PV）、設(shè)定點（SP）、輸出（OP）、細調(diào)常數(shù)，以及警報條件，此外，操作人員可以對控制器的配置數(shù)據(jù)庫中的條目進行查查看；但是如果需要進行更改，則一般會受到鍵盤鎖（keylock）或密碼的限制。</p><p>　　4-2 霍尼韋爾DCS軟、硬件簡介</p><p>　　在對Experion的相關(guān)概念進行復(fù)習之前，我們首先快速地復(fù)習一下單環(huán)控制器的操作，以此作為一個參考點。 一個單環(huán)控

58、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，如下圖：</p><p>　　下面中對這些功能進行了簡要介紹</p><p>　　如果我們必須要使用一個詞匯來對Experion的Control Builder的應(yīng)用程序進行總結(jié)，這個詞匯是功能塊（Function Block）。 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。 Control B

59、uilder帶有功能塊的庫，通過這些庫，您可以以圖形的形式構(gòu)建您的過程所需的確切的控制操作。 一共有三種主要類型的塊，下表中列出了這三種塊。</p><p>　　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。 當您開始使用Control Builder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志聯(lián)系起來。注意的是HANDLER塊為組件類型

60、塊，盡管其確實包含有STEP和TRANSITION功能塊。 在CEE內(nèi)部，它們被當作SCM塊的組件（而不是容器類型快）實現(xiàn)。</p><p>　　與其他的計算機應(yīng)用程序相類似，Control Builder使用了一個獨特的命名方案，以便與對Experion系統(tǒng)的信息進行識別。在這種情況下，標簽名稱PIDA是控制模塊的獨立名稱CM724或CM725的一個依賴名稱，以便被系統(tǒng)識別。</p><p&

61、gt;　　4-3 DCS系統(tǒng)軟硬件的組態(tài)與連接</p><p>　　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)。當您開始使用Control Builder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志聯(lián)系起來。</p><p>　　下面是丁辛醇分廠的一些回路控制圖。</p><p&g

62、t;　　這是1#羰基合成反應(yīng)個的DCS控制系統(tǒng)的電腦人機界面的反映圖。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應(yīng)的過程變量。</p><p>　　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，來實現(xiàn)溫度的控制。當R101溫度過高時，變送器根據(jù)要求，經(jīng)過計算，使得所控制的閥打開，增加流量，使液體循環(huán)來達到降低溫度的作用。</p

63、><p>　　這是消防噴淋系統(tǒng)在DCS系統(tǒng)顯示畫面。</p><p>　　在整個生產(chǎn)過程中，幾乎全部都是用集散控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了點對點的實時控制?？梢栽谂c同一個服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)連接的多個C300控制處理器模塊（CPM）中的CEE之間實現(xiàn)點對點通信。</p><p>　　也可以將點對點功能作為兩個CPM之間的一組連接進行視覺化。 這樣，位于不同的控制執(zhí)行環(huán)境（CEE）中的多個

64、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)。 控制數(shù)據(jù)訪問（CDA）服務(wù)將會負責對所有的連接進行維護。</p><p>　　對于屬于容錯以太網(wǎng)（FTE）或以太網(wǎng)中的同一個系統(tǒng)服務(wù)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現(xiàn)點對點通信。 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C300 CPM中的CEE實現(xiàn)點對點連接。 以下的示意圖中顯示了可能的點對點通信拓

65、撲。 其中顯示了以太網(wǎng)中的多個ACE監(jiān)督控制器之間的點對點、ControlNet監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)中的C300過程控制器和ACE監(jiān)督控制器之間的點對點、以及監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)中的多個C300過程控制器之間的點對點。</p><p>　　4-4 DCS在壓縮機上的應(yīng)用</p><p>　　在學(xué)習中，主要是儀表的控制系統(tǒng)，還有SIMENS S7—300 PLC的應(yīng)用。先簡單的介紹DCS中的一些知識。DCS控制系

66、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。</p><p>　　可編程控制器(PLC)西門子S7-300H 是壓縮機控制單元的核心。PLC記錄所有的測量點，計算出需要的反應(yīng)和順序，然后必要地運行執(zhí)行器。特別是報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)（Bently Nevada) 觀察渦輪壓縮機所有的振動和軸向徑向位移。伍德50

67、5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Modbus RTU通信接口被連續(xù)不斷的傳送到集散控制系統(tǒng)。在實習的過程中在透平壓縮機上有SIMENS S7—300 PLC的應(yīng)用。實現(xiàn)了壓縮機的自動控制。</p><p>　　整個控制系統(tǒng)符合下列功能： 1、冗余的控制系統(tǒng)2、壓縮機的性能控制3、喘振保護和防喘振控制旁

68、路閥4、壓縮機的啟停順序控制5、渦輪轉(zhuǎn)速控制和渦輪超速保護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)安全停車8、機器監(jiān)控通過——加油的管理、軸承溫度的管理、防喘振的保護、軸向的振動和位移管理、蒸汽渦輪機的管理9、手控或自控模式下的控制器的操作 HMI和操作原理。</p><p>　　在壓縮機的開始階段 當達到開車條件后（待機指標燈穩(wěn)定）開始序列被開啟，通過操作員在集散控制系統(tǒng)或LCP按下啟動按鈕。渦

69、輪機以自動按序列啟動。渦輪自動開始序列被控制通過伍德505渦輪控制器。在加速度階段壓縮機運行控制燈閃光直到達到控制范圍，然后燈一直亮著。在啟動時期PLC鎖上控制器并且振動檢測系統(tǒng)將要被激活來確定啟動。輔助油泵在達到預(yù)定的渦輪速度等級時運行開關(guān)自動閉合，如果壓力降低到報警值以下或低于預(yù)定的渦輪轉(zhuǎn)速時，運行開關(guān)自動閉合。</p><p>　　在壓縮機運行時，輔助潤滑油泵應(yīng)該能夠在任一時刻自動開啟，從而防止機器的損壞。

70、當完成開啟程序后輔助潤滑油泵被停止，控制器被開啟并且振動值和控制步驟能夠達到正常工作狀態(tài)。</p><p>　　壓縮機的工作期間，它的控制連續(xù)不斷地檢查所有工藝測量值，它們中是否有報警和錯誤限制。所有測量點在操作員控制板上顯示，并且通過串行通信連續(xù)的傳送到DCS控制系統(tǒng)。</p><p>　　喘振的保護：萬一有任何故障，通過壓縮機的氣流太低，存在喘振振動的危險，它能夠毀壞壓縮機。喘振振動通

71、過測量壓縮機釋放的壓力被查出，從而引起壓縮機停車。停車條件調(diào)整的描述在調(diào)整參數(shù)部分。</p><p>　　放喘振控制：控制器按照PID控制器運行：入口流量作為實際值、一個計算的設(shè)定點、旁路閥操作</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用飛速發(fā)展的今天，無論是工業(yè)還是人們的生活，全離不開科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。隨著經(jīng)濟水平

72、的不斷攀升。工業(yè)自動化也是發(fā)展的必要趨勢，相信在未來的工業(yè)生產(chǎn)中一定會采用更高的生產(chǎn)方式，使用更少的資源，真正的實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。</p><p>　　我現(xiàn)在還在實習階段，工作、學(xué)習上還有很多不足，需要以后不斷的改進。自己的知識結(jié)構(gòu)還沒有完整，需要更多的磨練，我相信我會秉著母校的校訓(xùn)，繼續(xù)努力，本分、務(wù)實的繼續(xù)努力的工作。在平時工作中，緊跟時代的步伐，加強理論知識方面的學(xué)習。</p><p>

73、;　　在此還要特別感謝我的指導(dǎo)教師***老師。在*老師的指導(dǎo)下，使我無論在學(xué)習上，還是生活上，都有很大的提高。*老師給了我很大的幫助和支持，我在這里無比的感激。我一定會努力的鉆研專業(yè)和文化，不辜負老師對我的期望。</p><p>　　我現(xiàn)在的工作和學(xué)習還讓家人和老師們操心，我一定會努力工作學(xué)習，找到自己的缺點及不足，努力的改正。用實際行動來報答老師及家人的期望。</p><p>　　限于學(xué)

74、生的水平和能力，本文難免會存在不足或不妥之處，衷心希望老師批評指正。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1、自動化儀表 齊志才 劉紅麗 中國林業(yè)出版社 北京大學(xué)出版社 2006.8</p><p>　　2、金屬管H250C4技術(shù)手冊 KROHNE 2005年 </p><

75、p>　　3、費希爾DVC2000 系列數(shù)字式閥門控制器 技術(shù)手冊 2005 年 </p><p>　　4、7MF4\33 系列 SITRANS P - DS III壓力/差壓變送器 2005年</p><p>　　5、Experion Control Builder組件原理 霍尼韋爾公司（Honeywell International Inc.）300.1版