化工仪表及自动化的发展及应用

周泳行

  （学校：贵州工业职业技术学院  班级：化工1021B  学号：45）

摘要：自动化控制是一门综合性的技术学科。综合利用自动控制器仪表学科，以及计算机学科的理论服务于化学工程学科更是大家所研究的目标，从化工生产自动化需要出发，探讨化工仪表及自动化得发展和应用，新一代的控制系统的先进应用。

关键词：化工仪表、自动化、控制系统、发展、先进应用

　一、引言

化学工业是创造价值经济的重要组成部分,它直接影响国计民生还国民经济的其他部门密切相关。化工生产过程,往往是在密闭的容器和设备中,在对于工作人员不利的情况下连续进行的。此外,不少介质还具直接伤害人体的化学性质。因此,为了响应“以人为本”的号召,使化工生产正常地、高效地进行,就必须把各项工艺参数维持在某一最佳范围之内,并尽量使生产过程自动化,而这些数据的控制和维持,最直观的就是化工生产自动化仪表的部分

二、化工仪器仪表的发展趋势

　　化工仪表及自动化,最早出现在四十年代,那时的仪表体积大,精度低。六十年后半期,随着半导体和集成电路的进一步发展,自动化仪表便向着小体积、高性能的方向迅速发展并实现了用计算机作数据处理的各种自动化方案。七十年代以来,仪表和自动化技术又有了迅猛的发展,新技术、新产品层出不穷,多功能组装式仪表也投入运行,特别是微型计算机的发展在化工自动化技术工具中发挥了巨大作用。1975年出现了以微处理器为基础的过程控制仪表集中分散型控制系统,把自动化技术推到了一个更高的水平。电子技术、计算机技术的发展,也促进了常规仪表的发展,新型的数字仪表,自动化化仪表,程序控制器,调节器等也不断投入使用。现在我国大、中、小型企业以及广大乡、镇企业依据不同的生产实际和需求,气动仪表、电动仪表、模拟仪表、数字仪表以及各种自动化化仪表,计算机等都在进行使用,形成了气电结合、模数共存、取长补短,协同发展的局面。它们构成的各种自动化控制系统极大地推动着我们的现代化建设事业。已经构成了有机的整体,没有现代化的自动化装置,也就没有现代化的化工生产

（一）自动控制仪表优势功能

　   (1)仪表有了可编程功能（2）仪表有了记忆功能(3) 仪表有了计算功能(4) 仪表有了数据处理的功能

（二）自动控制仪表的功能开发

（1）仪表的测量精度高了(2)仪表具有修正误差的能力（3）仪表能够实现复杂的控制功能

（三）仪表举例

温压一体涡街流量计

 

 

 

 

上市时间：20##-11-8

创新点： 

带温压补偿一体式涡街流量计主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸气等多种介质。一体式涡街流量计的特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。本仪表采用压电应力式传感器,可靠性高,可在-20℃～+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的流量。

SF-LUGB系列涡街流量计是利用液体振动原理而开发的一种新型流量计，广泛应用在石油、化工、冶金、造纸等行业流体的计量，该流量计无可动部件，可靠性强、精度高、寿命长，可在很宽的流量范围内精确测量液体的瞬时流量和累计流量。

不锈钢膜盒电接点压力表

创新点：
不锈钢膜盒压力表根据普通膜盒压力表的结构原理而研制具有耐腐蚀的微压测量仪表。导压系统信外壳均采用不锈钢材料制成。应用于耐腐蚀要求较高的工艺流程中对各种气体介质的微压和负压的测量；也可用于锅炉通风、气体管道、燃烧装置等及其它类似设备上。是引进国外先进技术设备中同类仪表实现国产化的理想配套产品。

产品简介

不锈钢膜盒电接点压力表是根据不锈钢膜盒压力表的结构原理而研制的具有耐腐蚀的微压测量仪表。导致系统及外壳均采用不锈钢材料制成，仪表经与相应的电气器件配套使用，可达到对被测压力系统实现预先设定和最大或最小压力值的双位自动控制和发信(报警)的目的

三、新型自动检测与分析仪的应用
国内外仪表系统向数字化、智能化、网络化、微型化的发展，使化工企业提高了自动检测仪表的应用水平。
    为适应现场总线控制系统要求，现场总线型变送器获得了迅速发展。此变送器是全数字式，结构简单，分辨力和稳定性都高于一般智能型变送器。由于现场总线数字仪表产品日趋完善，并具有可靠性高、可互操作性（即可将不同品牌产品集成组态）等特点，在化工过程控制领域将会得到更多应用。

由于环境保护要求越来越高，环保仪表应用也增多，如在线烟气分析、综合水质分析仪、在线COD分析仪、DO分析仪及PH分析仪等。
      目前，企业在线分析仪表的需求很大，国产在线分析仪表与国外产品相比，存在一定差距。现在应用的大多数在线分析仪表是进口产品。
      对工厂维护工作越来越重视，特别是对预测维护保养问题更感兴趣。有些公司要求提供在线联机和实时传感系统，用于监控热交换器和加热炉的效率，振动和腐蚀及评估“健康“状况的指示器。采用具有诊断和 预测维护保养能力的仪表与系统，可使现有设备的生产潜力增长1%～3%，同时非计划的维护保养费用可降低10%～30%。

DCS与FCS应用水平有很大提高
据不完全统计，我国石化、石油和化工系统共使用了近3000多套DCS，石化用的DCS约占近50%；由于计算机技术迅速发展，国内外出现了新一代DCS，其主要特点是采用开放性系统、容错的工业以太网和OPC等技术，从而解决了不同生产厂家DCS的互联，并可组成大规模的网络控制系统。据国外ARC公司最新调研的结果：全球 DCS市场年增长率为6%。
（一）新一代DCS系统
其主要特点如下：
     1．开放的网络结构2、高可靠性3．控制网络是容错以太网4．可扩展性
（二）现场总线控制系统
     现场总线控制系统（FCS）具有开放性、全数字化和互操作性的特点，已成为新型工业控制系统发展方向之一。随着FCS技术完善和国际标准统一，其应用将日益增加，现场总线控制系统的应用有很大进展，石化系统已有近百家企业用FCS来控制生产装置或罐区系统等。

FCS主要特点如下：
1．开放式系统2．全数字化通信3．可互操作性4．控制分散度高

现场总线FCS的国际标准趋于统一，技术性能提高，可靠性提高，因而市场占有率将大幅度提高。但因FCS尚无统一的国际标准，配套的仪表产品有待进一步完善。而DCS发展很快，完备的功能和广泛的应用而占据不可替代的地位，预计今后很长一段时间，DCS与FCS将共存和互补。

四、企业综合自动化发展较快
随着信息技术和控制技术的发展，有些石化企业已建立了综合自动化系统，并取得了较为明显的效果。因此，今后将进一步推广企业的综合自动化系统，提高经济效益。
企业综合自动化系统是采取ERP/MES/PCS三层结构系统，过程控制层（PCS），制造执行层（MES），经营管理层（ERP）集成的现代化系统，可对生产经营进行科学地分析、评价和预测，对生产计划和经营策略及时进行调整，以适应多变的市场要求。
ERP是一种现代企业先进管理方法，采用企业资源计划（ERP）系统，将使企业获得最大的经济效益。

MES是企业综合自动化系统的中心环节，在ERP/MES/PCS整个系统中起到承上启下的作用。MES主要完成生产计划的调度与统计、生产过程成本控制、产品质量控制与管理、物流控制与管理、设备安全控制与管理、生产数据采集与处理等功能。MES将生产过程控制、生产过程管理和经营管理活动中产生的诸多信息进行转换、加工、传递，是生产过程控制与管理信息集成的重要桥梁。
五、先进控制及优化的应用
     先进控制技术用来处理常规PID控制效果不好，甚至无法控制复杂工业过程控制的问题。通过实施先进控制，可达到增强装置运行稳定性和安全性、提高产品质量和收率、增加装置处理量、降低运行成本、带来显著经济效益。
     目前，一些先进控制技术已比较成熟，其中应用比较成功的是鲁棒PID控制和多变量预测控制技术。在多变量预测控制方面的先进控制软件产品，国外的有美国Honeywell公司的RMPCT、美国Aspen Tech公司的DMC Plus等，国内的有APC-HIECON（浙大中控）、SMART（清华大学）等多家软件。至今石化企业中已有几十套装置应用了先进控制，并取得了显著的经济效益。

广州石油化工总厂连续重整装置，采用美国Setpoint公司的多变量预估软件SMCA；金陵石化公司炼油厂连续重整和抽提装置，采用Honeywell公司的鲁棒多变量预估控制器RMPCT；镇海炼化股份有限公司炼油厂连续重整装置，采用美国Aspen公司DMCplus先进控制软件。扬子石化公司、上海石化、齐鲁石化公司、燕山石化公司等在聚丙烯装置实施先进控制技术，都获得了明显经济效益。
     国内开发的催化裂化装置先进控制系统，已用于福建炼油厂、洛阳石油化工总厂、茂名石化公司炼油厂；国内开发的多变量约束控制软件包MCC，是一个处理约束的多变量、多目标、多控制模式和模型预测的最优控制器，已成功应用于石家庄炼化公司催化裂化装置，取得了较为明显的经济效益。
六、安全控制系统的应用
    由于现代化石化企业装置规模大、工艺过程复杂、易燃、易爆，对设备的安全性、可靠性和有效性的要求比较高。安全控制技术对石化企业的生产是至关重要的，紧急停车系统ESD 在避免工业灾难、减少工业事故损失方面起到了积极和重要的作用

一）紧急停车系统（ESD）
为适应这种要求，紧急停车系统（ESD）和压缩机组综合控制系统（ITCC）相继诞生。90年代国外一些大公司推出三重化（TMR）、冗错功能的系统。如美国Woodward公司的Micro Net TMR系统、Triconex公司的Tricon系统、Honeywell公司的FSC系统、英国ICS Triplex公司的Regent系统Trusted系统等。有些公司总结多年对压缩机的控制经验开发了应用软件，提高了压缩机组的控制应用水平

二）     生产装置健康监控技术
石化企业加强对生产设备的监测，尤其是对强腐蚀设备、高速旋转设备等高危设备，实现在线精确测量，这是故障预测和诊断的关键。开发故障预测和诊断模型及方法，提高故障检测的及时性和鲁棒性，以及故障定位的准确性，防止误报和漏报，及时消除隐患，以提高系统的可靠性和安全性。采用设备管理系统和多元统计过程监控（MSPM）对高压、强腐蚀、高速旋转等设备进行在线监测和分析，有利于设备的安全运行。            三）安全仪表系统发展迅速
国外推出了最新的SIS智能安全仪表管理方案，将传感器数字智能和诊断技术运用到逻辑控制器中实施最终控制，也是首次通过采用整体安全回路的方式来进行控制。使得因仪表控制系统故障引起非计划停车减至最少。

   现代企业中的安全控制系统将向着仪表控制、安全仪表及信息管理系统一体化的方向发展。智能化安全仪表控制系统将会得到广泛应用。

结论

　　随着化工自动化技术应用的日益深入及应用范围与规模的不断扩大,使仪表实现高速、高效、多功能、高机动灵活等性能,我国的化工仪器仪表产业的发展水平必将快速迈向更高阶段,而化工自动化仪表的应用也将发挥其不可估量的作用。

参考文献：

文献题目《简析化工仪表和化工自动化》

来源：《科技与生活》

作者：张革

第二篇：《化工仪表及自动化》课程总结

《化工仪表及自动化》课程总结

化学工业是国民经济支柱产业。生产化工原料，再以化工原料制造各种产品，是化学工业的核心。由于化工产品易燃、易爆、有毒、具有腐蚀性，以及对产品质量、数量、生产效益的追求，再加上人们对安全与环保意识的提高，因此，与化工生产过程密切相关的化工自动化，应用越来越普遍，发展速度越来越迅速，技术水平越来越高超。同时，人们对其认知程度越来越重视。正因为如此，化工仪表及自动化这门课程，多年来在多种专业、不同档次学校一直开设。

自动化技术是当今举世瞩目的高科技之一，也是中国今后重点发展的一个高科技领域。

自动化技术的研究开发和应用水平是衡量一个国家发达程度的重要标志，也是现代化社会的一大标志。

在学习《化工仪表及自动化》的过程中，我们应提倡自学，不拘泥于教材内容，充分利用课余时间及网络等便利条件，从中获取各种仪表的相应信息。广泛阅读相关书籍，如化工仪表及自动化（厉玉鸣 第四步），化工自动化及仪表（杨丽明，张光新，化学工业出版社）等，了解各种仪器仪表、控制系统的研究及进展，尤其针对实际应用的控制系统的设计、实际工程问题处理、改进类的文献，拓宽视野。

经过8周的学习，终于完成了该课程。通过这段时间的学习，我有如下收获：

（1）能够读懂、并能规范地绘制常用带控制点的工艺流程图。

（2）能根据仪表技术说明书的要求正确使用常用检测仪表，能对变送器实施正确地调零、零点迁移、量程扩展操作；能根据工艺和控制要求，合理设置智能PID控制器的相关参数。

（3）能根据仪表技术说明书的维护要求，能对仪表的常见故障和线路故障合理分析，并加以排除。

（4）能够根据工艺与控制要求合理选择常用的温度、压力、流量和物位检测仪表。

（5）能够根据工艺要求，综合运用知识和各种方法，设计出简单控制系统并加以实施。

（6）能够根据被控参数和系统特点，运用临界比例度法、衰减曲线法两种工程整定方法，对简单控制、串级控制等控制系统，实施正确地调试，使系统在稳定性、准确性和快速性的三项指标基本优化，满足工艺要求。

（7）掌握常用工业过程控制系统的组成原理与性能特点，熟悉其适用场合。理解被控参数、调节参数对系统性能的影响，掌握被控参数与调节参数的合理确定方法。

（8）掌握常用过程检测仪表的结构与测量原理；理解各种PID控制规律对系统的作用，掌握其使用方法； 理解SLPC过程控制仪表的组成原理与运行机制，熟悉其功能，掌握功能指令的应用方法。