化工裝置儀表及控制系統(tǒng)

時間：2022-05-12      來自：煤化工聯(lián)盟

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過程控制儀表及控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段:
1. 上個世紀50年代以氣動單元組合儀表為主。
2.上個世紀 60年代,電子元件晶體管的產(chǎn)生,使得電動單元組合儀表(DDZⅡ)得以開發(fā)和應用。
3. 上個世紀70年代,采用線性集成電路和小規(guī)模數(shù)字電路,發(fā)展了安全火花防爆型單元組合儀表(DDZⅢ ) 、組裝儀表和巡回檢測儀表。
4. 上個世紀80年代,采用微處理機和集成電路,將微機技術應用在儀表控制系統(tǒng)中,出現(xiàn)集中管理分散控制式的控制系統(tǒng)裝置以及數(shù)字化單元組合儀表。

儀表部分

一 .檢測儀表

1.溫度變送器（熱電偶、熱電阻、膨脹式、壓力式、輻射式等） 

 2. 壓力/差壓變送器（液柱式、彈性式、電氣式、活塞式等）

 3.液位變送器（直讀式、差壓式、浮子式、核輻射、超聲波等） 

 4.流量變送器（速度式、容積式、質(zhì)量式等）

二.分析儀表

分析儀表是用來測量物質(zhì)（包括混合物和化合物）的成分、含量以及某些物理特性的一類儀器的總稱?；识康姆治鰞x表有：氨氮濃度分析儀 、色譜分析儀 、水份分析儀 、氧含量分析儀、密度計、PH計、 SiO2分析儀、紅外分析儀等。

執(zhí)行器

執(zhí)行器是構(gòu)成自動控制系統(tǒng)不可缺少的重要部分，執(zhí)行器在系統(tǒng)中的作用是接受調(diào)節(jié)器的輸出信號，改變調(diào)節(jié)參數(shù)，把被調(diào)參數(shù)控制在要求范圍內(nèi)，從而達到生產(chǎn)過程的自動化。執(zhí)行器代替了人的操作，被形象的稱為實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的“手腳”。執(zhí)行器按使用的能源可分為：氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器和液動執(zhí)行器三種。其中氣動執(zhí)行器在工業(yè)控制中使用最為普遍。

調(diào)節(jié)閥

調(diào)節(jié)閥（也叫做控制閥Control Valve）由兩部分組成：調(diào)節(jié)閥  =  執(zhí)行機構(gòu) + 閥體部件
執(zhí)行機構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動裝置，它按信號壓力的大小產(chǎn)生相應的推理，使推桿產(chǎn)生相應的位移，從而帶動調(diào)節(jié)閥的閥芯動作。閥體部件是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部分，它直接與介質(zhì)接觸，由閥芯的動作，改變調(diào)節(jié)罰截流面積，從而達到調(diào)節(jié)的目的。

一.調(diào)節(jié)閥分類
調(diào)節(jié)閥分為氣開閥和氣關閥
調(diào)節(jié)閥的開閉形式有氣開閥和氣關閥之分。所謂氣開是指輸入到執(zhí)行機構(gòu)上的控制氣壓增加時，閥門朝打開的方向移動，使流過閥門的介質(zhì)流量增加；而氣關閥則剛好相反，當控制氣壓增加時，閥門朝關閉的方向移動。調(diào)節(jié)閥開閉形式的確定主要從安全生產(chǎn)的角度考慮，如在鍋爐當中，燃料氣的調(diào)節(jié)閥通常都是采用氣開閥，當控制氣壓信號發(fā)生故障中斷時，即執(zhí)行機構(gòu)上的氣壓為零時，閥門能夠處于關閉狀態(tài)。切斷燃料氣，防止設備內(nèi)部溫度過而導致危險發(fā)生。

二、調(diào)節(jié)閥特性
調(diào)節(jié)閥的流量特性：
          調(diào)節(jié)閥的理想流量特性是指：在調(diào)節(jié)閥前后壓差保持不變時，流過閥門的介質(zhì)的相對流量和閥門的相對開度之間（相對位移）的關系。調(diào)節(jié)閥的理想流量特性有四種：
          1.直線特性
          2.等百分比特性
          3.快開特性
          4.拋物線特性

三、控制系統(tǒng)
1、DCS   
      Distributed Control System          集散控制系統(tǒng)
2.PLC
      Programmable Logic Controller    可編程邏輯控制器
3.SIS
      Safety Instrumented System          安全儀表系統(tǒng)
4.ITCC
      Integrated Turbine & Compressor Control 透平和壓縮機綜合控制系統(tǒng)
DCS：
DCS—集散控制系統(tǒng)，ISO的定義為：為滿足大型工業(yè)生產(chǎn)和日益復雜的過程控制要求，按照控制分散、管理集中的原則構(gòu)思，微處理器、通信技術、人機接口技術、I/O接口技術相結(jié)合用于數(shù)據(jù)采集、過程控制和生產(chǎn)管理的綜合控制系統(tǒng)。

它是以微處理機為基礎的集中分散型綜合控制系統(tǒng)。集中是指集中管理、集中操作和集中顯示，而分散是指控制分散、危險分散。主要分為三大部分：帶I/O部件的控制器、通訊網(wǎng)絡和人機接口（HMI）。

TPS系統(tǒng)：TPS系統(tǒng)是Honeywell公司研制的一種基于Windows的開放工廠自動化系統(tǒng)。它主要由高性能過程管理器HPM，網(wǎng)絡接口模件NIM，歷史模件HM，全局用戶操作站GUS，工程師站和局部控制網(wǎng)LCN、通用控制網(wǎng)UCN等組成。

1.高性能過程管理器HPM High Performance Process Manager

2.網(wǎng)絡接口模件NIM Network Interface Module

3.歷史模件HM History Module
      4.全局用戶操作站GUS Global User Station
      5.增強型PLC接口模件EPLCG Enhanced Programming Logic Controller Gateway
      6.安全管理器SM Safety Manager

CS1000系統(tǒng)

CENTUM CS系統(tǒng)是日本橫河公司的產(chǎn)品，化肥二部采用其CS1000系統(tǒng)。CS系統(tǒng)主要由工程師站EWS，信息指令站ICS，雙重化現(xiàn)場控制站AFM20D，通信門單元ACG，雙重化通訊網(wǎng)絡V-NET等構(gòu)成。系統(tǒng)規(guī)格：監(jiān)視位號數(shù)：8000個最多站數(shù)：24個站（包括現(xiàn)場控制站和人機接口站）人機接口站：8個現(xiàn)場控制站：16個通訊網(wǎng)絡（ＶL net):185m同軸電纜（或20km光纖電纜），   數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps.
CS1000主要由以下五個基本部件組成.                              HIS(人機接口站)        FCS(現(xiàn)場控制站)V-net(控制總線)          BCV(總線轉(zhuǎn)換器)CGW(通訊門路)

PLC：
PLC— Programmable Logic Controller     可編程序控制器
可編程序控制器是一種以微處理器為核心器件的邏輯和順序控制裝置，是一種數(shù)字式的電子裝置。 它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、計數(shù)、計時和算術運算等功能，用來和各種機械和生產(chǎn)過程進行控制。
化肥二部生產(chǎn)裝置主要采用了Mitsubishi Electric、Rockwell Automation (Allen-Bradley)、Schneider Electric (Modicon)等公司生產(chǎn)的PLC.
分子篩應用了Mitsubishi Electric的Q系列PLC，現(xiàn)場的一些小PLC如104L、115L、儀表空氣干燥器、成品包裝稱應用了F系列PLC。
膨脹機應用了Rockwell Automation (Allen-Bradley) PLC。
成品控制系統(tǒng)采用了Schneider Electric (Modicon) 的PLC。

SIS：
SIS 是 Safety Instrumented System 安全儀表系統(tǒng)的縮寫。目前國際上還有另外兩種不同的叫法，ESD 是英文 Emergency Shutdown Device 緊急停車系統(tǒng)的縮寫，IPS 是 Instrumented Protective System 儀表保護系統(tǒng)的縮寫，這幾種叫法都是指用儀表系統(tǒng)來實施保護，在國際電工委員會IEC和 TUV 認證機構(gòu)中都稱為 SIS 。
化肥二部主要應用了霍尼韋爾的FSC，和HIMA的H41q（用作BMS）兩套SIS。
化肥二部主裝置采用的SIS是FSC-Fail Safety Control，它是HONEYWELL公司生產(chǎn)的一種安全管理系統(tǒng)，可以將故障的硬件和正常部件迅速隔離，并對系統(tǒng)進行保護。

中壓鍋爐2201U采用的鍋爐管理系統(tǒng)BMS也是一種SIS。它應用的是HIMA公司的故障安全型控制系統(tǒng) H41q。采用了四重化冗余容錯結(jié)構(gòu)(QMR技術)。

ITCC：
化肥二部主裝置共有壓縮機組6臺：原料氣壓縮機組（102J/JT）、合成氣壓縮機組（103J/JT）、氨冷凍壓縮機組（102J/JT）、氨升壓機（105J1/JAM）、二氧化碳壓縮機組（302J/JT）、工藝空氣壓縮機機組（101J/JGT）。其中工藝空氣壓縮機組101J/JGT）原動機為燃氣輪機，機組控制采用GE公司Speedtronic Mark VI控制系統(tǒng)。其它機組均采用Woodward公司生產(chǎn)的MicroNet TMR控制系統(tǒng)，共有4套（105J1為電機驅(qū)動，與102J/JT共用一套）。

MicroNet控制系統(tǒng)是一個基于32位微處理器的系統(tǒng)?？逶跈C架中，可擴展機架有6槽、12槽和18槽三種。MicroNet TMR控制系統(tǒng)由18槽機架（共有3個核心部分，6個槽/核心部分）以及冗余電源機架組成。MicroNet平臺是基于VME（VERSA Module Eurocard）背板開發(fā)的，CPU卡位于VME機架的第1個有效插槽。所有的I/O卡件插在剩余的VME機架插槽內(nèi)，可以用擴展機架來增加I/O卡件。系統(tǒng)構(gòu)成示意圖如下：

合成氨生產(chǎn)裝置中應用的是SPEEDTRONIC Mark VI TMR重型工業(yè)用燃氣輪機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制一臺新比隆公司（GE Nuovo Pignone）生產(chǎn)的MS5002C型燃氣透平、2MCL 1007和2BCL 457型離心式壓縮機。燃氣輪機循環(huán)為簡單循環(huán)，燃氣輪機的排出的乏氣大部分作為一段轉(zhuǎn)化爐的燃燒空氣，少部分放空或直接進入一段爐對流段。

SPEEDTRONIC? Mark VI透平控制系統(tǒng)是美國通用電氣公司（GE）設計制造的新一代透平綜合控制系統(tǒng)。Mark VI能夠?qū)υ瓌訖C（蒸汽透平或燃氣透平）、發(fā)電機、壓縮機等實施完全一體化的控制、保護和檢測。