1、宁夏宝丰能源集团股份有限公司宁夏宝丰能源集团股份有限公司技术培训技术培训仪表自动化应用及发展前景 自动化仪表广泛应用于装备、改造传统产业的自动化仪表广泛应用于装备、改造传统产业的工艺流程的测量和控制，是现代化大型重点成套工艺流程的测量和控制，是现代化大型重点成套装备的重要组成部分，是信息化带动工业化的重装备的重要组成部分，是信息化带动工业化的重要纽带。要纽带。自动化仪表的自动化仪表的应用应用 目前，在我国电力、石油、冶金、化工、建材、目前，在我国电力、石油、冶金、化工、建材、轻工等工业领域的企业新建和改造过程中，除工艺流轻工等工业领域的企业新建和改造过程中，除工艺流程和工艺设备外，企业更重视自
2、动化仪表和控制系统，程和工艺设备外，企业更重视自动化仪表和控制系统，以增加产品品种，提高产品质量，降低成本，获取更以增加产品品种，提高产品质量，降低成本，获取更多利润。而且企业要安全地生产，达到国家对环保的多利润。而且企业要安全地生产，达到国家对环保的要求，需要用新的检测技术，功能更强的控制方法来要求，需要用新的检测技术，功能更强的控制方法来控制生产过程，对系统的可靠性、精确度、乃至操作控制生产过程，对系统的可靠性、精确度、乃至操作和维护以及节省投资方面提出了更高的要求。因此企和维护以及节省投资方面提出了更高的要求。因此企业业用户用户需要了解国际上新的检测技术和控制系统的发需要了解国际上新的检
3、测技术和控制系统的发展状况及其新产品在应用方面的经验；而仪表制造厂展状况及其新产品在应用方面的经验；而仪表制造厂则必须研究、开发与生产适销对路的产品，并要在改则必须研究、开发与生产适销对路的产品，并要在改造现有企业方面提供系统集成解决方案造现有企业方面提供系统集成解决方案自动化仪表通俗地来说就是用以检出、测量、观自动化仪表通俗地来说就是用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备。从专业的角度来说，仪器仪表也可器具或设备。从专业的角度来说，仪器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功具有自动控制、报警、信号传递和数据
4、处理等功能，例如用于工业生产过程自动控制中的气动调能，例如用于工业生产过程自动控制中的气动调节仪表，和电动调节仪表，以及集散型仪表控制节仪表，和电动调节仪表，以及集散型仪表控制系统也皆属于仪器仪表。系统也皆属于仪器仪表。一、工业过程检测一、工业过程检测1 1、温度检测仪表、温度检测仪表 1 1）热电阻）热电阻 2)2)热电偶热电偶2 2、压力检测仪表、压力检测仪表 表压和绝压及相互关系表压和绝压及相互关系3 3、液位测量仪表、液位测量仪表差压式测量仪表；浮力式测量仪表；辐射式测量差压式测量仪表；浮力式测量仪表；辐射式测量仪表；仪表；4 4、流量测量仪表、流量测量仪表差压式测量仪表；容积式测量仪
5、表；漩涡式测量差压式测量仪表；容积式测量仪表；漩涡式测量仪表；电磁式测量仪表；转子测量仪表；仪表；电磁式测量仪表；转子测量仪表；超声波超声波测量仪表；科氏力质量测量仪表测量仪表；科氏力质量测量仪表。5 5、过程分析测量仪表、过程分析测量仪表在线色谱、在线色谱、PHPH分析仪、电导分析仪、水表、氧表。分析仪、电导分析仪、水表、氧表。6 6、特殊仪表、特殊仪表状态监测仪表、转速测量仪表等状态监测仪表、转速测量仪表等二、工业过程控制二、工业过程控制1 1、电动、电动 1 1）电动阀）电动阀 2)2)变频器变频器 3 3）电机（数字量）电机（数字量）2 2、液动、液动 电液转换器电液转换器各类阀门各类
6、阀门3 3、气动、气动 电气转换器电气转换器各类阀门各类阀门三、过程控制策略三、过程控制策略1 1、调节器（电动和气动）、调节器（电动和气动）2 2、DCSDCS系统系统 3 3、PLCPLC系统系统4 4、CCSCCS机组控制系统机组控制系统 四、保证工业过程安全四、保证工业过程安全1 1、TRICONTRICON的的SISSIS系统系统2 2、黑马的、黑马的SISSIS系统系统 3 3、DeltaV SISDeltaV SIS系统系统4 4、横河的、横河的SISSIS系统系统5 5、ABBABB的的SISSIS系统系统 五、离心式压缩机的防喘振控制五、离心式压缩机的防喘振控制 1 1、离心
7、式压缩机的特性曲线与喘振离心式压缩机的特性曲线与喘振离心式压缩机的特性曲线通常指：出口绝对压离心式压缩机的特性曲线通常指：出口绝对压力力p2p2与人口绝对压力与人口绝对压力p1p1之比之比(或称压缩比或称压缩比)和入口体和入口体积流量的关系曲线；效率和流量或功率和流量之间积流量的关系曲线；效率和流量或功率和流量之间的关系曲线。对于控制系统的设计而言，则主要用的关系曲线。对于控制系统的设计而言，则主要用到压缩比和入口体积流量的特性曲线，见图到压缩比和入口体积流量的特性曲线，见图620620中中实线。实线。离心式压缩机在运行过程中，有可能会出现这离心式压缩机在运行过程中，有可能会出现这样一种现象，
8、即当负荷降低到一定程度时，气体的样一种现象，即当负荷降低到一定程度时，气体的排出量会出现强烈振荡，同时机身也会剧烈振动，排出量会出现强烈振荡，同时机身也会剧烈振动，并发出并发出“哮喘哮喘”或吼叫声，这种现象就叫做离心式或吼叫声，这种现象就叫做离心式压缩机的压缩机的“喘振喘振”。喘振是离心式压缩机的固有特性，而事实上少喘振是离心式压缩机的固有特性，而事实上少数离心泵也可能喘振。离心泵工作中产生不稳定工数离心泵也可能喘振。离心泵工作中产生不稳定工况需要两个条件：一是泵的况需要两个条件：一是泵的PQPQ特性曲线呈驼峰状；特性曲线呈驼峰状；二是管路系统中要有能自由升降的液位或其他能贮二是管路系统中要有
9、能自由升降的液位或其他能贮存和放出能量的部分。存和放出能量的部分。因此，对离心泵的情况，当遇到具有这种特点因此，对离心泵的情况，当遇到具有这种特点的管路装置时，则应避免选用具有驼峰型特性的泵。的管路装置时，则应避免选用具有驼峰型特性的泵。对离心压缩机，由于它的性能曲线大多呈驼对离心压缩机，由于它的性能曲线大多呈驼峰型，并且输送的介质是可压缩的气体，因此，峰型，并且输送的介质是可压缩的气体，因此，只要串联着的管路容积较大，就能起到贮放能量只要串联着的管路容积较大，就能起到贮放能量的作用，故发生不稳定跳动的工作情况便更为容的作用，故发生不稳定跳动的工作情况便更为容易。连接离心式压缩机不同转速下的特
10、性曲线的易。连接离心式压缩机不同转速下的特性曲线的最高点，所得曲线称喘振极限线最高点，所得曲线称喘振极限线。其左侧部分称其左侧部分称为喘振区，如图为喘振区，如图620620中阴影部分。中阴影部分。喘振情况与管网特性喘振情况与管网特性有关。管网容量越大，有关。管网容量越大，喘振的振幅越大，而喘振的振幅越大，而频率越低；管网容量频率越低；管网容量越小，则相反。越小，则相反。2 2、引起喘振的因素、引起喘振的因素当离心式压缩机的负荷减小到一定程度时，当离心式压缩机的负荷减小到一定程度时，会造成压缩机的喘振，这是引起喘振的最常见因会造成压缩机的喘振，这是引起喘振的最常见因素。除此之外，被压缩气体的吸入
11、状态，如分子素。除此之外，被压缩气体的吸入状态，如分子量、温度、压力等的变化，也是造成压缩机喘振量、温度、压力等的变化，也是造成压缩机喘振的因素。的因素。吸入压力的变化，会影响压缩机的实际压吸入压力的变化，会影响压缩机的实际压缩比。当吸缩比。当吸入入压力压力P P1 1 l l降低，所需压缩比增大，降低，所需压缩比增大，压缩机易进入喘振区。压缩机易进入喘振区。对于吸对于吸入入气体的分子量变化，压缩机特性曲气体的分子量变化，压缩机特性曲线的改变情况如图线的改变情况如图621621所示。所示。图中清楚地表明，图中清楚地表明，在同样的吸入气体在同样的吸入气体流量流量QAQA下，分子量下，分子量大，压
12、缩机易进入大，压缩机易进入喘振区。喘振区。当吸当吸入入气体温度变气体温度变化时，它的特性曲线将化时，它的特性曲线将如图如图622622所示。显然，所示。显然，当温度降低，压缩机易当温度降低，压缩机易出现喘振。出现喘振。在实际生产过程中，被压缩的气体往往来自在实际生产过程中，被压缩的气体往往来自上一工序，该工序的操作情况会影响分子量和温上一工序，该工序的操作情况会影响分子量和温度的变化，从而可能引起压缩机的喘振。鉴于目度的变化，从而可能引起压缩机的喘振。鉴于目前的防喘振控制系统一般只是为了防止负荷的减前的防喘振控制系统一般只是为了防止负荷的减小，且分子量的变化也无法进行在线测量，所以，小，且分子
13、量的变化也无法进行在线测量，所以，在上述情况下，防喘振控制系统会在上述情况下，防喘振控制系统会“失灵失灵”。对。对此需要特别加以重视。此需要特别加以重视。3 3、喘振的极限方程及安全操作线、喘振的极限方程及安全操作线 (1)(1)经验公式经验公式 将在不同将在不同转速下的压缩机特性曲线转速下的压缩机特性曲线最高点连接起来所得的一最高点连接起来所得的一条曲线，称为压缩机喘振条曲线，称为压缩机喘振的极限线，如图的极限线，如图623623所示。所示。对于喘振极限线，可以通过理论推导获得数对于喘振极限线，可以通过理论推导获得数学表达式。在工程上，为了安全上的原因，在喘学表达式。在工程上，为了安全上的原
14、因，在喘振极限线右边，建立一条振极限线右边，建立一条“安全操作线安全操作线”，作为，作为压缩机允许工作的界限。这条安全操作线可与一压缩机允许工作的界限。这条安全操作线可与一个抛物线方向近似，其经验公式为个抛物线方向近似，其经验公式为 式中，式中，Q1Q1为吸人口气体的体积流量；为吸人口气体的体积流量；T1T1为吸人为吸人口气体的绝对温度；口气体的绝对温度；p1p1、p2p2分别为吸入口、排出分别为吸入口、排出口的绝对压力；口的绝对压力；K K，a a均为常数，一般由压缩机制均为常数，一般由压缩机制造厂家给出，造厂家给出，a a有等于有等于0 0、大于、大于0 0和小于和小于0 0三种情况。三种
15、情况。式(67)由于式由于式(67)(67)中的吸入口气体的体积流量中的吸入口气体的体积流量Q1Q1、绝对压力绝对压力pp1 1和绝对温度和绝对温度T T1 1有一定关系，而且还可有一定关系，而且还可以依照不同的测量方法和仪表，将经验公式表达以依照不同的测量方法和仪表，将经验公式表达成更加实用的公式。成更加实用的公式。式(67)(2)(2)用差压计测量流量时的安全操作线表达用差压计测量流量时的安全操作线表达式式 假如在压缩机人口处用差压计测量流量假如在压缩机人口处用差压计测量流量Q1Q1，测得的差压为测得的差压为p1dp1d，由标准节流装置流量测量公式，由标准节流装置流量测量公式 式中，式中，
16、为常数；为常数；为气体压缩系数；为气体压缩系数；11为为人口处气体的密度。根据气体方程人口处气体的密度。根据气体方程式式(68)(68)根据气体方程根据气体方程 式中，式中，z z为气体压缩修正系数；为气体压缩修正系数；R R及为气体常及为气体常数；数；M M为气体分子量。将式为气体分子量。将式(69)(69)代入式代入式(68)(68)并并简化后，得式简化后，得式(610)(610)式式(69)(69)zRMaC2211121ppCTQd式式(610)(610)将式将式(610)(610)代入式代入式(67)(67)，得，得appmppd11121式中，式中，KCm/1式式(611)(611
17、)式中，式中，mappmppd1211式式(612)(612)或或121appmpd式式(613)(613)由式由式6-116-11）可得：）可得：式式(612)(612)和式和式(613)(613)就是用差压计测量入口处气就是用差压计测量入口处气体流量时喘振安全操作线的表达式。体流量时喘振安全操作线的表达式。4 4、防喘振控制系统防喘振控制系统在通常情况下，压缩机的喘振主要是负荷减在通常情况下，压缩机的喘振主要是负荷减少所致，而负荷的升降则是由工艺所决定的。为少所致，而负荷的升降则是由工艺所决定的。为使压缩机不出现喘振，需要确保任何转速下，通使压缩机不出现喘振，需要确保任何转速下，通过压缩机
18、的实际流量都不小于喘振极限线所对应过压缩机的实际流量都不小于喘振极限线所对应的最小流量的最小流量QBQB。根据这一思路，可采取如图根据这一思路，可采取如图624624所示的循环流所示的循环流量法，来设计固定极限流量法和可变极限流量法量法，来设计固定极限流量法和可变极限流量法等两种防喘振控制系统。等两种防喘振控制系统。(1)(1)固定极限流量法固定极限流量法 采用部分循环法，始终使采用部分循环法，始终使压缩机流量保持大于某一压缩机流量保持大于某一定值流量，从而避免进入定值流量，从而避免进入喘振区运行，这种方法叫喘振区运行，这种方法叫做固定极限流量防喘振控做固定极限流量防喘振控制。图制。图6256
19、25中中QBQB即为固定即为固定极限流量值。极限流量值。显然，压缩机不论运行在哪显然，压缩机不论运行在哪一档转速下，只要满足一档转速下，只要满足QQBQQB的条件，压缩机就不的条件，压缩机就不会出现喘振。用固定极限法会出现喘振。用固定极限法所设计的控制方案结构简单，所设计的控制方案结构简单，如图如图626626所示。图中的流所示。图中的流量控制器，即以量控制器，即以QBQB值作为其值作为其固定设定值的防喘振控制器。固定设定值的防喘振控制器。QBQB的取值应以现场压缩机能达到的最高转速所对应的的取值应以现场压缩机能达到的最高转速所对应的喘振极限流量为好。压缩机正常运行时，控制器的测喘振极限流量为
20、好。压缩机正常运行时，控制器的测量值恒大于设定值，而旁路控制阀是气关阀，此时控量值恒大于设定值，而旁路控制阀是气关阀，此时控制器具有正向作用和制器具有正向作用和PIPI特性，输出达最大值时使阀关特性，输出达最大值时使阀关闭。当压缩机吸气量小于设定值时，旁路阀打开，压闭。当压缩机吸气量小于设定值时，旁路阀打开，压缩机出口气体经旁路返回至压缩机人口，气量又增大缩机出口气体经旁路返回至压缩机人口，气量又增大到大于到大于QBQB值。这时虽然压缩机向外供气量减少了，但值。这时虽然压缩机向外供气量减少了，但防止了喘振的发生。防止了喘振的发生。这种固定极限流量法不足之处在于当压缩机低速运行这种固定极限流量法
21、不足之处在于当压缩机低速运行时时(如图如图625625中的中的n1n1，n2n2转速情况下转速情况下)，压缩机的能，压缩机的能耗过大，这对压缩机负荷需经常改变的生产装置就不耗过大，这对压缩机负荷需经常改变的生产装置就不够经济；但从另一方面讲，则有控制方案简单、系统够经济；但从另一方面讲，则有控制方案简单、系统可靠性高、投资少等优点。可靠性高、投资少等优点。(2)(2)可变极限流量法可变极限流量法 为了减少压缩机的能量消耗，为了减少压缩机的能量消耗，在压缩机负荷有可能经常波动的场合，可以采用调节在压缩机负荷有可能经常波动的场合，可以采用调节转速的办法来保证压缩机的负荷满足工艺上的要求。转速的办法
22、来保证压缩机的负荷满足工艺上的要求。因为在不同转速下，其喘振极限流量是一个变数，它因为在不同转速下，其喘振极限流量是一个变数，它随转速的下降而变小。所以最合理的防喘振控制方案随转速的下降而变小。所以最合理的防喘振控制方案应是在整个压缩机负荷变化范围内，使它的工作点沿应是在整个压缩机负荷变化范围内，使它的工作点沿着如图着如图623623所示的喘振安全操作线而变化，所示的喘振安全操作线而变化，根据这一思路设计的防喘振控制系统，就称为可变极根据这一思路设计的防喘振控制系统，就称为可变极限流量法防喘振控制系统，它的原理如图限流量法防喘振控制系统，它的原理如图627627所示。所示。在设计防喘振控制系统
23、时，尚需注意如下在设计防喘振控制系统时，尚需注意如下几点：几点：旁路控制阀在压缩机正常运行的整个过程中，旁路控制阀在压缩机正常运行的整个过程中，测量值始终大于设定值，因此必须考虑防喘振控制测量值始终大于设定值，因此必须考虑防喘振控制器的防积分饱和问题。否则就会造成防喘振控制系器的防积分饱和问题。否则就会造成防喘振控制系统的动作不及时而引起事故。统的动作不及时而引起事故。在实际的工业设备上，有时不能在压缩机入口在实际的工业设备上，有时不能在压缩机入口处测量流量，而必须改为在出口处，但压缩机制造处测量流量，而必须改为在出口处，但压缩机制造厂所给的特性曲线往往是规定测量人口流量的，这厂所给的特性曲线
24、往往是规定测量人口流量的，这时就需要将喘振安全操作线方程进行改写。可以从时就需要将喘振安全操作线方程进行改写。可以从人口、出口质量流量相等这一等式出发，写出人口、出口质量流量相等这一等式出发，写出p pldld与与出口流量的差压值出口流量的差压值p p2d2d之间的关系式，然后把安全操之间的关系式，然后把安全操作线方程式中作线方程式中p p1d1d替换掉，再以此方程进行防喘振控替换掉，再以此方程进行防喘振控制系统的设计。制系统的设计。喘振安全操作线方程式中的压缩机出、人口处喘振安全操作线方程式中的压缩机出、人口处的压力的压力p1p1、p2p2均指绝对压力。因此，若所用的压力均指绝对压力。因此，
25、若所用的压力变送器不是绝压变送器，则必须考虑相对压力和绝变送器不是绝压变送器，则必须考虑相对压力和绝对压力的转换问题。对压力的转换问题。防止压缩机喘振的防止压缩机喘振的工况工况：防止进气压力低、进气温度高、和气体分子量小防止进气压力低、进气温度高、和气体分子量小等。等。防止管网堵塞使管网特性改变。防止管网堵塞使管网特性改变。要坚持在开、停车过程中，升降速不可要坚持在开、停车过程中，升降速不可太太快，并快，并且先升速后升压和先降压后降速且先升速后升压和先降压后降速。开、关防喘阀时平稳缓慢。关防喘阀时要先低压开、关防喘阀时平稳缓慢。关防喘阀时要先低压后高压，开防喘时要先高压后低压。后高压，开防喘时
26、要先高压后低压。如万一出现如万一出现“旋转失速旋转失速”和和“喘振喘振”时，首先应时，首先应全部打开防喘阀，增加压缩机的流量，然后再根据全部打开防喘阀，增加压缩机的流量，然后再根据具体情况进行处理。具体情况进行处理。由于现代科学技术的不断发展进步使得对自动化仪表由于现代科学技术的不断发展进步使得对自动化仪表提出了更高更新的要求，而以此满足现代化建设的发展的提出了更高更新的要求，而以此满足现代化建设的发展的要求。其仪表的发展趋势的最核心的理念就是不断利用新要求。其仪表的发展趋势的最核心的理念就是不断利用新的工作原理和采用新材料来制作新的自动化仪表的元器件，的工作原理和采用新材料来制作新的自动化仪
27、表的元器件，例如利用超声波、微波、射线、红外线、核磁共振、超导、例如利用超声波、微波、射线、红外线、核磁共振、超导、激光等原理和采用各种新型半导体敏感元件、集成电路、激光等原理和采用各种新型半导体敏感元件、集成电路、集成光路、光导纤维等元器件。其目的是实现仪器通过微集成光路、光导纤维等元器件。其目的是实现仪器通过微型计算机的使用来提高仪器仪表的性能，提高仪器仪表本型计算机的使用来提高仪器仪表的性能，提高仪器仪表本身自动化、智能化程度和数据处理能力。自动化仪表不仅身自动化、智能化程度和数据处理能力。自动化仪表不仅供单项使用，而且可能通过标准接口和数据通道与电子计供单项使用，而且可能通过标准接口和
28、数据通道与电子计算机结合起来，组成各种测试控制管理综合系统，以满足算机结合起来，组成各种测试控制管理综合系统，以满足更高的技术要求。更高的技术要求。自动化仪表的发展趋势自动化仪表的发展趋势以现场为代表的控制网络技术在我国已经逐步得到推广，以现场为代表的控制网络技术在我国已经逐步得到推广，自上海赛科项目大规模采用现场总线以来，各种工程项自上海赛科项目大规模采用现场总线以来，各种工程项目采用现场总线的心理障碍已经基本消除。人们已经越目采用现场总线的心理障碍已经基本消除。人们已经越来越少问来越少问“是否能用是否能用”，而越来越多问，而越来越多问“如何好用如何好用”。由于近年我国上的大型工程项目多，我国无论在采用现由于近年我国上的大型工程项目多，我国无论在采用现场总线仪表的项目规模还是在采用的数量方面都处于国场总线仪表的项目规模还是在采用的数量方面都处于国际领先位置。不过一些项目虽然采用了先进的现场总线际领先位置。不过一些项目虽然采用了先进的现场总线智能仪表，但应用的水平却不高，主要是未充分应用智智能仪表，但应用的水平却不高，主要是未充分应用智能仪表可以提供的信息和信息服务。能仪表可以提供的信息和信息服务。
