自动化仪表及其应用

wangleiflyinsky

第一章                       自动化仪表在生产过程中的作用
/ H. H4 W" C/ j7 H% N* T# |2 Q
4 k. a# q# M( k- _. f# ], b1.1 自动化仪表及其应用
  U. s; E8 U. n' o4 v' _5 {% d
9 h1 W# {, t& l自动化仪表，是指在工业生产过程中对工艺参数进行检测、显示、控制的仪表。自动化仪表大体可分为检测仪表、显示仪表、控制仪表和执行器四大类。检测仪表是利用各种物理、化学效应，实现各种信息参数测量的仪表。显示仪表则用于对各种变量检测、控制及操作状态参数的数据显示和记录，承担人—机联系的任务。有的仪表则集检测与显示一体。控制仪表把来自检测仪表的信号值与所要求的信号值进行比较、综合，按预定控制规律发出控制信号，操纵执行器动作，使被控变量达到预期值。执行器则是实现这种控制作用的终端控制装置。

工业自动化仪表是实现工业生产过程自动化的一种重要装置。应用自动化仪表和设备，构成各种类型的自动化系统，可以代替人的重复性劳动，实现工艺过程的自动检测、调节和控制。在海洋石油的油气田生产中，为了正确地指导生产操作，保证人员和生产安全，都广泛应用自动化仪表和控制系统。
) P/ b. `4 s+ Q2 @$ f/ F
5 z9 Q7 t7 y" v+ a! F1 F1.2 自动化仪表的分类
! \5 P2 B5 P8 o7 D2 _, R
. n4 \/ Z; x- {5 K: Z海洋石油平台使用的自动化仪表类型繁多，因而分类的方法也不同，下面介绍几种常见的分类方法。
% B: a$ H5 I5 Y7 A
* \, `; u6 [2 p按使用能源不同，可分为气动仪表、电动仪表和液动仪表。

按所测量参数不同，可分为压力仪表、温度仪表、液位仪表、流量仪表。

) F2 l9 M& e  d9 i: Z按所使用系统不同，可分为生产系统检测仪表和安全系统检测仪表。

; N. V+ E( i4 k8 N/ Y1.3 自动化控制系统

海洋石油平台要求生产和安全管理的自动化程度较高，平台上都设有一套自动化控制系统，即中央控制系统。这套系统是整个平台的控制中心，它能对整个平台的生产和安全进行监控，确保平台及人身安全，保证生产的持续性，保护原油生产系统及其设施。
+ i2 `& Z1 `3 q/ J/ g' j' ?
/ f& }$ u8 ^* B2 b, l4 ?* K/ U中央控制系统是由生产过程控制系统（PCS）和安全控制系统(SCS)组成。
# X" y7 C- }+ R( S: ^: n2 P
1 R) P) c% A! G) _6 o  X其中安全控制系统又分为紧急关断系统（ESD）和火气探测系统（F&G）两个相对独立的子系统。如下图所示：
6 E: N# n5 P9 I! F$ a
# A" X# _0 t0 T* e; R/ J& c/ O

4 A" |  ^6 _( T8 Z1 J


; ?( X: D4 ]( M1 h" w


  C+ E0 Z* G' b6 a
: |6 |' i: }8 B) ?
( |9 _5 q3 l6 S
( [  h8 J) Q1 a: D$ }4 x
- h1 F- n$ J- o


1 a% f% d( l% {9 C% R! o
' d. u) [7 C1 v- Q: {+ d$ j

9 }/ V) A1 H3 b1 F

0 T$ M4 p) R4 L& b0 X  t  ^, b中央控制系统的构成






现场仪表

6 t( r  h! O$ q+ V' c. ZPT

TT

LT
7 d/ N9 f/ c% Y/ L1 Q
" R* w2 Y3 ^1 A3 \0 h7 y! uFT
) e0 x  B, U5 [% {9 M

5 c3 Z8 t0 u& p+ W5 M3 O
( y, M& {) C6 Z; ~
$ O8 c3 m/ ]- @( z
0 \$ X( x* [4 n& o  i8 [$ c! K中央控制系统


8 V9 x# ?' o: \- h
( V& Y* r0 H) q. x/ E& z) b过程控制系统

! Y# q4 H1 X+ ]0 G" l2 YPCS


/ j! `$ T4 V" A) N! R* l
逻辑关断系统

ESD


  b) Y# l* k, i: z1 n' ~) K. U5 A$ t
5 `" E( t! L+ e火气系统
( |# \# b$ z" ^# U8 b6 _
1 \- |/ Q; h- z: YF&G
; V8 b: l7 V( v" \9 g
* v, e, A3 n7 a

安全控制系统
: p, w& o- G' n- p
9 p0 ]7 r% Z4 C& ?SCS
  H' W, e+ t* J  N' }: a


阀位状态

泵状态及故障信号
) u) O, w- b. b& _% R% m/ B
& Z6 f( K. D4 ]5 O3 x9 u5 `



( j- S* R- P7 @7 \* }9 l开关报警信号

PSL

; e8 Y  s% `. g- u) a5 FTSL
/ c5 [0 P( X( R
LSL
: e; x8 l& T( N
4 D# e# `! j- ~8 s+ y6 _- `
! d1 `7 c( I) D2 ]/ Z
7 v9 _! F) s* j/ Q% K
: w; X! t) i: j
  }) Q$ f, s9 J7 i& H控制阀
, Y9 E3 }/ E, |$ A0 K
8 W' s  p6 {! i1 h/ ^5 L7 a

' w$ n' ?+ p1 F0 R启停泵
# r& k  L) K6 h% K& m

  i! b: L8 s: _* A$ A
声光
& e$ {. J* E4 M3 n9 j; _3 q# {
报警
# k4 z% n& X1 R% l
% c6 V7 j2 ?, i" \- ^2 N6 b, }

开关报警高高低低信号
$ I8 K( V8 \3 E* ~7 a$ d1 Q




% d) w7 a1 @8 _; |  R- y其它关断信号
, c/ N6 T1 @! O4 z) g6 f* ^9 ]
9 R4 A: a! Q  y* S5 D8 k
" i/ V$ I5 a) Q( H1 b! h- V" P* i


: a/ e% H6 i# e7 K0 ]8 E状态灯及PA广播



$ u8 N: z# R' M& {+ N4 r3 w4 i关断相应设备
+ j' h" w' T9 u
3 t+ H& Q  M" g. T
8 q" {( c* o4 {4 I1 t* X- A/ x
0 F: `" K* |  K6 G# F% S关断相应系统
2 Z! b1 Q5 I; _) e


& d: r/ z1 g5 M/ y, P* B9 o3 c5 L* C现场仪表

PT

2 D. d7 s7 [5 z# vTT

! I$ H9 Y% R1 }$ i! l7 i$ SLT
# G7 {0 Q$ z7 I$ N1 \
6 W  y. E% h! i1 b! [% M2 NFT



( i) s' G) A2 K+ ?- Y3 b/ m' H0 W8 j

, i0 R0 [2 V3 I6 a4 L6 R" i5 |. _中央控制系统
  h0 R' K% n3 u
% W. Q3 O7 [( M) i0 X: u. I: Y- x& A% Z% j

过程控制系统
$ A% B, c9 Q: @) q( }* G
PCS

8 r0 C" j5 Y! V  }0 E# W+ z

& H9 n: j: r% R9 ?. |逻辑关断系统
5 ^9 d6 A0 ?6 _6 e
ESD
- W: B8 e! j5 Y

5 b2 E( `5 C7 u* E) m
( G+ s( y- R% h+ ?+ Z7 h火气系统
5 F7 v4 Q- a% i
F&G

. h3 E6 e0 F- Q! \
. W4 \2 y) J" S; h' o" U3 ]$ d4 g
安全控制系统

SCS
6 F3 W1 v3 S8 N2 T7 i3 U

' C. J6 f: [8 ~
" X' A" w" X0 V7 p- T& H8 j阀位状态
8 e% l: G& X6 q7 `4 e( m* h
泵状态及故障信号
; ]# v) g: [- h5 |$ Y9 [



8 H6 F8 x' F! g8 E! T$ G
开关报警信号

' }  b; p! p5 |PSL

7 \, b$ o5 C9 n6 c1 G) ^9 S- DTSL

; n2 P) s6 V* \2 i9 wLSL

/ I4 c+ g0 I  b; L4 a' x
. ^* t( q. g' w+ [% P9 N
+ K' z/ s' x  l) {( ?8 `6 n

控制阀

+ `5 |9 T% K3 X) G/ c( h% h2 l8 e
$ [) D2 F' Z9 }
启停泵

6 U: C1 }: Z/ K" G7 |- A/ @

声光
3 i4 ?  Y9 H) ~8 \5 {2 Z$ x& |
8 W& N# W' v4 D0 M( N1 q& o, M9 ^报警
0 e/ ~7 r% o+ Q% b5 \


3 S" [& f9 ?2 w! {开关报警高高低低信号
5 _( g; t0 [, w2 @% F: @

& c9 s* P- [9 K* w, R

( P, u/ R$ R9 K+ v& c
- ?8 N5 a6 m2 U) P$ U, M7 {5 ~& S火气探头及火灾手动站


. Z  D3 Z" G6 Y4 ~# U; T
' d$ t$ U  E4 e/ i

7 N9 f8 g% ?  `! D, T# d其它关断信号
2 _* }6 }& K- q' i, }3 p
8 t. \! @  V& R

: b; ?( M( D1 e

! X9 k' }  x% g6 \0 O其它检测信号



状态灯及PA广播
# ~( @$ O( U  k% w, o% R
) q9 n/ g+ w  k' s9 @" z% Q

0 k. p. K* M  W5 y: d消防泵及喷淋阀和CO2系统
8 u, R1 J" l! c4 ?7 R2 O$ `
5 l3 W0 m. N, E
. P  _1 i6 Z# |; v5 A) Q- T
7 K; \1 p6 f3 W7 o3 l  e5 q. r/ y0 B关断相应设备
  W- r- H0 H+ _7 I1 k
% S" b+ Q. d) B8 ^

! h+ b+ e& o( m! u0 r关断相应系统




, a5 l5 D* C/ W: g# N


! ?. P% a3 o, l% }9 H

! G/ W. @2 ~  X. E( g
7 R9 B& Q( k+ p! P" {( E
3 N" s# p5 \/ K/ |, w! S: U& i

( K  c- Z; ^2 r# D6 _+ x- M
% \: M( [6 z% C3 }) W& a
6 Y7 O6 l; n1 [
" _9 ?$ [" [& F8 S" b$ L# r8 U9 p
* n9 p" G- O# ]% Z% w! b% i


( E9 u0 u# f+ q

: h5 B# Z' o# T
' m0 T6 Z1 o5 T  ?. p: Z) ]
$ h; N- ]2 ^, j" y# E
  D; Y, W1 C1 z% X; V8 K
) r( d) Z7 \) S+ @5 _/ Z& Z0 B
) y. y0 R. k9 ]9 n; L
! B/ P, N1 ]% e/ \6 C- r- T8 R
: z1 ^* J( E/ ~" X




7 ]- X' q6 K7 `! q! C2 e


6 X5 a& T' {% A$ b! _# h( K
% n/ m, O% h, M, `; Q! Z% L
% q- E4 O, B8 c
4 g1 _0 |' F- p: [; d* w



3 C2 _) l, l  s


: b* S. v; {& e% q

( b6 ]. |4 q( v* {' w, s


3 f9 M) \$ _3 f
9 {5 J, _, F2 t$ D- S5 G



7 b. a. @8 q7 f

$ d: o( t5 v: q



4 [% H0 l- w9 K7 a( n5 @6 E
4 S  U9 c, m4 |7 H7 h( s

+ ^4 l5 _3 B2 M

3 W2 S/ K3 ^! @* {* V




3 G7 e5 v$ K, a% v9 w) Y
2 y0 ?/ D7 ?( H' y
                  
. P0 l7 K  k) J/ P

+ |8 w$ N" p! t$ h2 R1 E
* r. K: r& K+ c2 Q. J      

5 V/ K- L% C& a& f( a第二章                       压力检测仪表
3 t* j6 b8 h8 h9 |/ W2 O5 n* X

* d7 ]/ @+ S5 ^6 D  S' [
压力（包含差压和真空度）是工业生产中最重要的参数之一。它决定着生产过程能否正常进行，关系到设备和人身的安全等。

% P7 L/ q" I3 _+ ~2.1 压力的定义及单位

垂直作用在物体单位面积上的力称为压力。它的数值由两个因素决定，即受力面积和垂直作用力的大小。
# t& \8 w8 {; g2 R1 M; K
- {) ?! ~% Q* U% ]' B$ q) \在国际单位制中其单位为牛顿/米2，即：帕斯卡，其表示的符号为：Pa ，简称“帕”，帕这个单位很小，约为0.1mm水柱所产生的压力。Pa、kPa 、MPa是法定的压力计量单位。在工程中常用单位还有工程大气压（kgf/cm2）、物理大气压（atm）、毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O）、磅/英寸2（psi）、巴（bar）等，工程大气压（kgf/cm2）、物理大气压（atm）和巴（bar）压力等级基本相同。1巴≈1公斤力≈100KPa≈14.5psi，相当于10米水柱的压力。它们之间的常用换算见表2-1 各压力单位间的换算。
% W. x' h! A# a
1 Y1 M/ {( {9 [表 2-1 各压力单位间的换算
# [- U- C& j0 E' F  M# X4 R帕

Pa

+ U+ u$ Q! T" K% q+ ~# F$ T千帕
; B; D) r+ G9 t7 E
KPa
6 `' f" ]- ~1 k% H+ J) A
大气压     
1 n8 Q% @. [9 L
(kgf/cm2)
- z5 c! Z( \8 R2 n8 y, c
毫米水柱

mmH20

% `* P: O" l+ t; U( v  ^! p. {磅/英寸2            Ib/in2 (psi)

巴             bar


1
! @# D! x( W6 [& T  L6 F6 C
; ]1 |0 G% n/ W, O2 [' K  R. s2 x1×10-3
* @/ ]% `4 s: u9 c/ z
1.02×10-5
+ v  j# V9 l& `* `, o
1.02×10-1

1.45×10-4

2 O2 q$ K- Z3 ?3 `1×10-5
6 k' l2 B, s) `9 `; _

1×103

1
' S# I! t' }4 W) L* m
1.02×10-2
2 a2 ^3 E! U& @. R$ q! Z- Y3 t
1.02×102
5 I: e! M3 h; h
2 ]% a7 a' m) a+ k# x6 h2 V1 m6 I1.45×10-1

1×10-2


9.8×104
! t( v' c9 }  |% p* r* W
2 g- \) Y! Z, e- N. X4 h6 |# o9.8×10

1

8 E2 c! }, c2 r1 P. Z# q2 k1×104

14.22
4 k% {+ a+ e+ ~3 E
0.98
0 v4 c" \! I. W  [- G3 `/ ^1 y

: M+ U2 W- f4 a9.8
/ N- `; W' G4 U+ J
9.8×10-3

1×10-4
' `; z( g& G9 p; f, @' A8 Z4 G
1

1 [$ _. R) m+ t  E2 n; P1.4×10-3

9.8×10-5
0 m- B9 B: f4 i) J

; z2 H9 K, A) ]1 s6.9×103

2 `2 ^( o4 D  V5 T7 d) N; c5 H6.9
9 B1 a  N1 t' g/ H  _
, s5 b4 L( o& Y0.07
2 G2 P1 ~8 \) {4 Z* @  d  P) V! K& P
0.7×103
7 z$ ?6 w: `2 o3 h7 C4 ]7 Y0 R
1
- `) C8 B* z- `# R& ?
0.069
$ L& u5 h7 ?) L- l0 J, e
  P( L& Q2 N6 C7 d+ p: G+ T
* y( h' W' R2 A) |) N1×105

5 ~# o  e3 ]1 s! R3 P; s- b6 V; o$ x100
& N( g7 f2 J* f1 x
1.02
# r9 T. X# Q$ g( G
" |/ i3 }' B# l10.2×103

14.5
, l! J! x0 {+ |+ ~$ Z; n4 i
: `% G- }) o8 Z9 l" ]9 p( L- d1
$ f+ |: J" O; i& L7 c5 e+ D" k" o5 J

) S+ a- D  S& S: a$ Y5 o' `* R& r' g

- f" ?" f2 |" I
5 b# m7 c# N1 V2.2 压力的分类


绝对压力的零线


- g! l+ O9 l- X0 y; o4 D% y
4 J$ h0 m4 z( K. FP表压

, Z1 N5 C0 _0 R0 l1 E% W% g9 G

大气压力线