13888147524自动化仪表又称过程检测、控制仪表，它是实现化工生产过程自动化、提高化工生产效率的重要工具。
化工自动化控制仪表作业：指化工自动化控制仪表系统安装、维修、维护的作业。
危险化学品安全作业证理论知识考试采取计算机闭卷考试方式，满分100分，80分及以上为合格
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控制系统与控制阀
控制系统
本章考核要点
*了解DCS、SIS、PLC、SCADA系统的结构
*了解信号报警联锁系统的功能块图与梯形图的基本知识
*了解执行机构相关知识
*熟悉DCS、SIS、PLC的作用及用途
*掌握DCS、SIS、PLC日常维护的主要内容
*掌握调节阀相关知识
一、安全控制系统
在化工生产中经常使用的控制系统有可编程逻辑控制器、分散型控制系统、现场总线控制系统。通过这些系统均可以实现对化工反应装置的安全控制，由于这些系统的开发主要以实现过程控制为主，也可同时设计成具有安全控制功能。由于生产装置的规模、控制回路的数量与安全等级要求等方面均不相同，因此这些控制系统的应用范围就有所区别。
(一)可编程逻辑控制器
1,可编程逻辑控制器的概念
PLC是以微处理器为核心的一种特殊的工业用计算机，其结构与一般的计算机相类似，由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM、EPROM、EEPROM等)、输入接口、输出接口、I/O扩展接口、外部设备接口以及电源等组成。它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC(英文全称：Programmable Logic Controller)和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机(PC)相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。1987年国际电工委员会(International Electrical Committee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”
2.可编程逻辑控制器的特点
(1)靠性高，抗干扰能力强。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，因触点接触不良造成的故障大为减少。
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编人外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
(2)硬件配套齐全，功能完善，适用性强。PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
(3)易学易用，深受工程技术人员欢迎。PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
(4)容易改造。系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。
(5)体积小，重量轻，能耗低。以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm,仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2～1/10。它的重量小于150g,功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
3.在化工生产中的应用
可编程逻辑控制器在化工中的应用也非常广泛。对化工生产的过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。
(二)分散型控制系统
1.分散型控制系统的概念，
分散型控制系统(Distributed Control System,简称DCS),一种控制功能分散、操作显示集中，采用分级结构的智能网络。其目的在于控制或控制管理一个工业生产过程或工厂。DCS主要应用于连续生产等模拟量较多、调节回路较多的生产过程控制场合。
DCS主要由操作站、控制站及通讯系统等三大部分组成。
2.分散型控制系统的功能
(1)过程控制功能。分散型控制系统除了可选用基本的反馈控制功能和顺序控制功能外，还可按照过程监控的实际需要，正确选用串级、比值、前馈、超驰、纯滞后时间补偿等高级控制功能。此外，还可运用各种运算单元组成综合控制模式，实现更复杂的控制要求。因此，非常适用于具有化学反应装置的连续化生产装置。
(2)操作功能。根据操作需要以及各种DCS的操作方式，可选用仅用键盘实现生产过程操作的普通操作站，也可以选用键盘、鼠标等实现生产过程操作的操作站。
(3)报警功能。DCS的系统报警功能可自动诊断出操作站、现场控制站或者通讯系统等产生的故障，并发出报警信号。
DCS的过程报警功能可检测出生产过程德异常状态，并在显示屏上显示报警信号。对于很重要的报警信号或系统联锁信号，还可以选用单独的报警盘，还可配制声响报警装置。
(4)信息管理功能。根据工艺操作和管理的需要，可将比较重要的信息保存下来，以供质量控制与安全生产分析之用。
3.与PLC的区别
(1)DCS在硬件上包括现场控制器、操作员站计算机、工程师站计算机，以及联系他们的网络系统；DCS软件上是一个整体方案，解决的是一个系统的所有技术问题，系统各部分之间结合严密。
(2)PLC是一个装置，硬件上等同于DCS中的现场控制器；软件上是一个局部方案，站与站之间组织松散。
(3)DCS与PLC的区别，最关键的是两点，一是DCS是分布式控制，拥有全局数据库；二是PLC是顺序扫描机制，DCS是以时间为基准的控制。PLC的扫描速度是根据程序的大小而定的，而DCS的扫描时间相对时固定不变的。
(三)现场总线控制系统
1.现场总线控制系统
现场总线控制系统(fieldbus control system,简称FCS)是由各种现场仪表通过互联与控制室内人机界面所组成的系统。是一个全分散、全数字化、全开放和可互操作的生产过程自动控制系统。它具有开放性、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。如，赛科年产90万吨乙烯裂解装置的FCS是国内外最大的现场总线系统。该系统包括4.7万个控制回路、4万台仪表和与世界最大基金会现场总线设备联网的1.3万台智能设备(10套自动化控制系统),这10套装置由一个中心控制室进行高度集中控制。现场总线的PID控制功能在阀门实现，实现集散控制，提高了可靠性，极大降低了自动控制系统和现场控制设备间数据通信负载，增强了系统可靠性。
2.FCS的主要特点
(1)开放式系统。现场总线工作站同时挂在现场总线和局域网两层网络，通过后者可与其他计算机系统或网络进行高速信息交换，以实现资源共享。另外，现场总线的技术标准是对所有制造商和用户公开的，可实现技术共享。
(2)全数字化通信。FCS智能型现场仪表及其A/D转换器其数字信号在传送出仪表之前可得到补偿，因此，提高了系统的测量和控制精确度。由于采用双向数字通信，不仅系统的可靠性高，而且系统组态和调试也很方便。
(3)可互操作性。现场总线智能仪表按统一的技术标准，不同厂家的产品，只要遵守相同的现场总线标准就可互连互换，统一组态，即插即用，以方便设备更新或系统扩展。
(4)控制分散度高。现场总线智能仪表除具有基本功能外，还有控制和运算等功能，可实现彻底分散控制。每条总线连接多台现场仪表，可节省电缆，大幅度节省了用于系统安装、调试和维修的费用。
二、紧急停车系统
(一)紧急停车系统的概念与作用
所谓紧急停车系统(Emergency Shut Down,ESD),是对生产装置可能发生的危险或不采取措施将继续恶化的状态进行响应和保护，使生产装置进人一个预定的安全停车工况，从而使危险降低到最低程度，以保证人员、设备、生产和装置或工厂周边社区安全的系统。
根据国际安全系统标准原则，安全系统应与过程控制系统分开，独立设置。它完全独立于DCS控制系统之外，且安全级别高于DCS控制系统。在正常情况下，ESD系统是处于静态的，不需要人为干预，且中间环节少，它凌驾于过程控制之上，是安全保护系统。ESD系统永远在线，当生产处于紧急情况时，发出保护信号，使保护范围内的生产装置能够及时做出响应，处于安全状态。
(二)紧急停车系统的基本组成
随着计算机技术、控制技术、通信技术的发展，ESD紧急停车控制系统的设备配置也不断更新换代，由简单到复杂，由低级到高级。但不管怎么变化，其基本组成大致可分为三部分：传感器单元、逻辑运算单元、最终执行单元。
(1)检测单元采用多台仪表或系统，将控制功能与安全联锁功能隔离，即检测单元分开独立配置的原则，做到ESD仪表系统与过程控制系统的实体分离。
(2)执行单元是ESD仪表系统中危险性最高的设备。由于ESD仪表系统在正常工况时是静态的，如果ESD控制系统输出不变，则执行单元一直保持在原有的状态，很难确认执行单元是否有危险故障，所以执行单元仪表的安全度等级的选择十分重要。
(3)逻辑运算单元包括输人模块、控制模块、诊断回路、输出模块四部分，依据逻辑运算单元自动进行周期性故障诊断，基于自诊断测试的ESD仪表系统，系统具有特殊的硬件设计，借助于安全性诊断测试技术保证安全性。
(三)ESD的故障安全原则
故障安全原则是指当外部或内部原因使ESD紧急停车控制系统失效时，被保护的对象应按预定的顺序安全停车，自动转人安全状态。具体内容如下：
(1)现场开关仪表选用常闭触点，工艺生产正常时，触点闭合，达到报警或联锁极限时触点断开，触发联锁或报警动作。为了提高安全性可以采用“二选一”、“二选二”、“三选二”配置。
(2)电磁阀采用正常励磁，报警或联锁没有动作时，电磁阀线圈带电，触点闭合；报警或联锁动作时，电磁阀线圈失电，触点断开。
(3)送往电气配电室的开关触点应用中间继电器隔离，其励磁电路应为故障安全型。
(4)所谓控制装置的故障安全是指当其自身出现故障而不是工艺或设备超过极限指标时，控制装置应该联锁动作同时按照预定的顺序安全停车，从而确保设备和人身的安全。
(四)ESD系统的可靠性影响
ESD系统的可靠性会导致生产装置停车次数增多，化工装置中停车可能造成重大经济损失，片面强调系统的可靠性会降低系统的可用性，因此，对具体生产装置设置ESD系统，应结合有关标准、规范，与工艺专业一起仔细分析装置对ESD系统可用性与可靠性的要求。综合考虑各种因素，选择结构合适的ESD系统，并合理地进行系统配置，做到合理兼顾ESD系统的可靠性及可用性，使ESD系统在化工行业中的发挥出真正的安全保护作用。
(五)ESD紧急停车系统和DCS控制系统的区别
ESD与DCS系统在石油、石化生产过程中分别起着不同的作用。在过程控制系统中，要设置一套安全仪表系统，对过程进行监测和保护，把发生恶性事故的可能性降到最低，最大限度地保护生产装置和人身安全，避免恶性事故的发生，构成了生产装置最稳固、最关键的最后一道防线。因此控制系统与安全仪表系统在生产过程中所起的作用是截然不同的。DCS和ESD是两种功能上不同情况是：
(1)DCS用于过程连续测量、常规控制、操作控制管理，保证生产装置平稳运行。ESD用于监视生产装置的运行状况，对出现异常工况迅速进行处理，使故障发生的可能性降到最低，使人和装置处于安全状态
(2)DCS是“动态”系统，它始终对过程变量连续进行检测、运算和控制，对生产过程动态控制，确保产品质量和产量ESD是静态系统，在正常工况下，它始终监视装置的运行，系统输出不变，对生产过程不产生影响，在异常工况下，它将按着预先设计的策略进行逻辑运算，使生产装置安全停车。
(3)DCS可进行故障自动显示ESD必须测试潜在故障。
(4)DCS对维修时间的长短要求不算苛刻，ESD维修时间非常关键，否则会造成装置全线停车。
(5)DCS可进行自动/手动切换。ESD永远不允许离线运行，否则生产装置将失去安全保护屏障，
(6)DCS系统只做一般联锁、泵的开停、顺序等控制，安全级别没有ESD高。ESD与DCS相比，在可靠性、可用性上要求更严格，原则上二者硬件独立设置。
