化工人必需知道的自動化知識
第一單元、儀表的基本概念
一、測量、測量誤差、直接測量和間接測量
1.什么是測量誤差? 答：測量值與真實值之間的差值，叫測量誤差.
2.什么是直接測量和間接測量?答：直接測量是指被測參數直接以一定的標準量比較出來。間接測量是將直接測量到的數據代人一定的公式，計算出所要求的被測參數值。
3.什么是測量?答：是將被測參數信號形式進行轉換和傳送，并將其與相應測量單位進行比較的過程，叫測量。
二、儀表誤差、變差、靈敏度和靈敏限。
1.什么是儀表的允許誤差，儀表的精度及精度等級?答：允許誤差指儀表在規定的正常情況下允許的百分比誤差的最大值。儀表的精度指允許誤差去掉百分號(%)后的值。精度等級是國家統一規定，劃分的一系列標準百分比的值。
2.什么是儀表的變差?答：指在外界條件不變的情況下，使用同一儀表對某一參數進行正反行程測量時，二者之間的差值。
3.什么是儀表的靈敏度和靈敏限?答：靈敏度是用來表達測量儀表對被測參數變化的靈敏程度。靈敏度由儀表測量指示值的變化量和引起此變化的被測參數的變化量之比表示。靈敏限是指引起儀表指示值發生可見變化的被測參數的最小變化量。
4.什么是測量系統的動態誤差?答：是指測量系統中被測參數信息處于變動狀態下儀表指示值與被測參數實際值之間的差異。
三、壓力、工程大氣壓、物理大氣壓、表壓力、絕對壓力。
1、什么是壓力?答：壓力是垂直而均勻地作用在單位面積上的力。
2、什么是工程大氣壓?答：工程大氣壓是工業上常用的單位，即1KG垂直而均勻地作用在1平方厘米的面積上所產生的壓力，以kgf/cm2 表示。
3、什么是物理大氣壓?答：物理大氣壓等于水銀密度為13.5951克/米3，和重力加速度為980.665厘米/秒2時，高度為760mm的汞柱作用在底面上所產生的力。
四、壓電效應、壓磁效應、壓電阻效應。
1、什么是壓電效應?當某些晶體受壓發生機械變形時，在其相對的兩個面上產異性電荷，這種沒有外電場存在，由于變形而引起的電現象叫壓電效應。
2、什么是壓磁效應?當鐵磁物質受壓后，不僅材料內部的機械應力隨壓力變化，而且材料的導磁系數也隨之發生變化，這種現象稱壓磁效應。
3、什么是壓電阻效應?當半導體晶體受壓時，會暫時改變晶體結構的對稱性，從而改變了半導體的導電機構，表現為其電阻率的變化，這一效應稱壓電阻效應。
五、模擬顯示儀表、數字顯示儀表、圖像顯示儀表。
1、模擬顯示儀表：是以指針(記錄筆)的偏轉角或位移量來模擬顯示被測參數的連續變化，他的缺點是傳到機構多，精度低，速度慢。模擬顯示儀表有：動圈顯示儀表、自協平衡式顯示儀表、自動平衡式顯示儀表。
2、數字顯示儀表：直接從數字形式顯示出被測參數值，精度高，速度快。
3、圖象顯示儀表：用屏幕的方法直接用圖形、字符、曲線以及數字等方式進行顯示。
第二單元、常用儀表的測量工作原理及操作
1、熱電阻測量原理及操作。
原理：利用熱敏電阻在一定溫度范圍內，電阻值與溫度值存在線性關系的測溫原理。
常見的熱電阻有：鉑電阻、銅電阻、錳電阻、碳電阻。
操作：熱電阻在測量傳送電阻信號時，采用的三線制，這是為了在傳送時，減少因導線的阻值而引起的測量誤差。在檢查其阻值時，要注意哪兩根線為公用線。
2、 熱偶測量原理及操作。
原理：兩塊不同的金屬一頭連接在一起，另兩頭之間就有電勢差并且在一定的范圍內其電勢差與溫度存在線性關系。
操作：采用兩線制，檢查時，檢測其阻值應很小。
3、 壓力變送器測量原理及操作。
原理：薄膜金屬應變測量元件。
操作：在連線時，注意接線的正負極。在使用時應緩慢的打開手閥，避免對膜盒的瞬間沖擊，檢查儀表接口有無泄露，以免引起測量誤差。在拆下時，應先關閉手閥，在確定手閥以關閉的情況下，緩慢的卸表，邊卸邊晃動變送器，以便放出剩余氣體。
4、 差壓式液位計的工作原理。
原理：充硅油的測量盒的膜片經兩個偶合管腳聯合，差壓經操作棒造成一種引起扭曲桿變形的力，扭曲桿被放在薄膜式應變電阻被排列成為一惠斯登電橋以將壓差轉換為一均衡的電壓信號。電子放大器將測量室的信號轉換為二線制4--20mA DC輸出信號并且可提供惠斯登電橋。
操作：在連線時，注意接線的正負極。在使用時，應先打開變送器的平衡閥，關閉高低壓室的手閥，打開高低壓室引壓管線上的手閥，緩慢的打開高低壓室的手閥，然后關閉平衡手閥即可。
第三單元、自動控制系統的基本概念
一、調節對象、被調參數、調節參數、調節通道 。
1.什么是調節對象? 在生產過程中被控制的設備或機器。
2.什么是被調參數? 指調節對象中的應保持在預定化幅度內并把它進行調節的參數。
3.什么是調節參數? 指作用于調節對象并使被調參數趨于穩定的參數。
4.什么是干擾? 是指破壞系統平衡狀態而引起被調參數變化的外界因素。
5.什么是干擾通道?
是由干擾產生點到被調參數之間的所有環節稱干擾通道。
二、調節規律、變送器、調節器、執行器。
1. 什么是調節規律?
就是指調節器的輸出信號與輸入信號之間隨時間變化的規律。
在研究調節器的調節規律時，將調節器從系統中斷開，單獨研究調節器的輸出信號與輸入信號的關系。在分析調節器的調節規律時，通常在調節器的輸入端加入一個階躍信號，即突然出現某一偏偏差時，輸出信號隨階躍輸入信號的變化規律。
調節器的調節規律實際上表征調節器的動態特性，可以用傳遞函數的形式來描述。調節器的基本調節規律是比例(P)、積分(I)、微分(D)及其組合。
2. 什么是變送器?
變送器在自動檢測和調節系統中的作用，是將各種工藝參數，如壓力、差壓、溫度、流量、液位、成分等物理量變換成相應的統一標準信號，再傳送到指示記錄儀、運算器和調節器，供指示、記錄、調節。
按照被測參數分類，變送器主要有：差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器、流量變送器等。
構成：通常由輸入轉換部分、放大器和反饋部分組成。輸入轉換部分包括敏感元件，他的作用是感測被測參數，并把被測參數轉換成某一中間模擬量。中間量可以是電壓、電流、位移和作用力等物理量。反饋部分把變送器的輸出信號轉換成反饋信號。放大器把中間模擬量和反饋量的差值放大，并轉換成標準輸出信號。
3. 什么是調節器?
調節器通常是對輸入信號與給定信號之偏差進行PID運算，并把運算結果以統一信號送到執行器，實現自動調節。
調節器必須有檢測偏差和進行PID運算的兩個關鍵部分。偏差檢測電路一般稱為輸入電路。偏差信號通常采用電壓形式，所以輸入信號和給定信號在輸入電路內都以電壓形式進行比較。如果輸入信號是電流，必須通過一個精密電阻轉換成相應的電壓。輸入電路同時還必須具備內外給定電路的切換開關，正-反作用切換開關和偏差指示等部分。PID運算電路是調節器產生調節作用的關鍵部分，他包括放大器和PID反饋電路兩部分。
4. 什么是執行器?
執行器在自動調節系統中的作用是接受來自調節單元的控制信號，使調節閥的開度產生相應的變化。從而達到調節流量的目的。
三、反饋、正反饋、負反饋。
1. 反饋：指把系統的輸出信號以一定的方式又引回到輸入端。
2. 正反饋：指加入的反饋信號使系統的輸入信號增加的反饋。
3. 負反饋：指加入的反饋信號使系統的輸入信號減少的反饋。
四、自動調節系統的組成。
自動調節系統由調節對象，調節閥，測量變送，調節器四部分組成。
五、比例、積分、微分。
1. 比例調節規律(P)：是指其輸出信號與偏差量之間成比例關系。比例調節特性的優點是反應速度塊，調節作用能立即見效，既當有偏差信號輸入時，調節器的輸出立即與偏差成比例的變化。輸入的偏差信號越大，輸出的調節作用也越強，這就是比例調節器的一個顯著特點。
2. 積分調節規律(I)：其輸出信號與偏差信號的積分成正比。當偏差存在時，積分調節器的輸出信號將隨時間不斷增長或減小，只有當輸入偏差等于零時，輸出信號才停止變化，而穩定在某一數值上。調節器的輸出信號變化的快慢與輸入偏差的大小和積分速度成正比，調節器的輸出變化方向由偏差的正負決定。
3. 微分調節規律(D)：是指其輸出信號與偏差信號的變化速度成正比。這種調節器使用在系統中，即使偏差很小，但只要出現變化趨勢，既可馬上進行調節。故有“超前”調節之稱。但他的輸出只能反映偏差信號的變化速度，不能反映偏差的大小，調節結果也不能消除偏差，所以不能單獨使用這種調節器。他必須常與比例或積分調節規律組合構成PD或PID調節器。
第四單元、執行器的原理、分類、特點及作用
一、 執行器的原理。
1. 電動執行器的工作原理：執行器由伺服電機、機械減速和位置發送器三部分組成。執行器接受伺服放大器或電動操作器的輸出信號，控制伺服電機的正反轉，經機械減速器后變成輸出力矩去推動調節機構動作。與此同時，位置發送器將調節機構的角位移轉換成相對應的4-20mADC信號，作為閥位指示，并反饋到前置磁放大器的輸入端作為位置反饋信號以平衡輸入信號。
二、 執行器的分類及特點。
執行器按其使用的能源形式可以分為氣動、電動和液動三大類。
⑴以氣動執行機構操作的執行器稱為氣動執行器或氣動調節閥;
⑵以電動執行機構操作的執行器稱為電動執行器或電動調節閥;
⑶以液動執行機構操作的執行器稱為液動執行器或液動調節閥;
特點：
1.氣動執行器具有結構簡單、動作可靠穩定、輸出力大、安裝維修方便、價格便宜和防火防爆等優點，廣泛應用于石油、化工、冶金、電力等部門。缺點是滯后大，不適合遠傳，(傳輸距離限制在150米以內)。為了克服此缺點可采用電/氣轉換器或電/氣閥門定位器，使傳送信號為電信號，現場操作為氣動。
2.電動執行器具有動作快、特別適用于遠距離的信號傳送、便于和電子計算機配合使用等優點。一般來說，電動執行器不適用于防火防爆的場合。但如果采用防爆結構，也可以達到防火防爆的目的。
三、氣開式調節閥、氣關式調節閥的選擇原則
選擇原則：壓力信號中斷時，應保證設備和操作人員的安全。
四、電/氣閥門定位器的作用。
作用：
1、提高氣動執行機構的靈敏度和精度，改善氣動執行器的靜特性。
下列影響氣動執行機構的靈敏度和精度的因素均可減小。
a. 執行機構部分的薄膜和彈簧的不穩定性和各可動部分的摩擦力。
b. 當調節閥閥前閥后壓差過大時所產生的不平衡力。
c. 由于調節介質的黏度大或帶有懸浮物、固體顆粒等對閥桿移動所產生的阻力。
2、 加快閥桿的移動速度，減小系統的傳遞滯后。
第五單元、防爆儀表的概念及防爆措施
1、 隔爆型儀表。
是指儀表殼體能承受內部發生爆炸時的壓力，內部發生爆炸不能引起外界爆炸的儀表，標志為d。
2、 本安型儀表。
是指儀表的電路系統在正常工作或故障狀態下產生的電火花和熱效應均不能點燃規定的爆炸性混合物的儀表，標志為：ia。
3、 安全柵、安全柵的種類。
安全柵：它安裝在控制室內，作為控制室儀表與現場儀表的關聯設備，一方面傳輸信號，另一方面控制流如危險場所的能量在爆炸性氣體或混合物的點火能量以下，以確保系統的安全火花性能。
安全柵的種類：
a.電阻式安全柵：電阻式安全柵是利用電阻的限流作用，把流如場所的能量限制在臨界值以下，從而達到防爆的目的。
b.齊納安全柵:是基于齊納二極管反向擊穿性能而工作.
c.中繼放大式安全柵:它是由電阻式安全柵發展而來,利用放大器的高輸入阻抗來增大串聯在輸入回路里的限流電阻阻抗,以實現安全火花防
d.隔離式安全柵:它是通過隔離、限壓和限流等措施，限制流入危險場所的能量，來保證安全火花性能的。主要措施有：絕緣、限能。
四、防爆型儀表使用時注意的事項。
1. 檢查儀表殼體有無EX標志，防爆標志與現場危險物質的規定是否相符。
2. 本安型變送器必須配安全柵，才能在危險場合使用。
3. 儀表外殼必須有良好的接地。
4. 在危險場合，必須先斷電，才能開蓋。
5. 本安型變送器的進線電纜的規格由聯合取證的安全柵規定。
第六單元、基本的電工知識
一、 基本的電氣知識
1. 歐姆定律：流過電阻R的電流I與兩端的電壓U成正比。其數學表達式：U=R*I
2. 全電路歐姆定律：全電路是指單回路，若單回路中電源的電動勢為E，內阻為r，負載電阻為R，則電流等于電動勢被回路的全部電阻所除。其數學表達式為：I=E/(R+r)。
3. 基爾霍夫定律：
⑴電流定律：在任何一瞬間，流進節點的所有電流之和等于從它流出的所有電流之和。
⑵電壓定律：沿任何一回路循環一周，各段電壓的代數和為零。
4. 電阻的串、并聯：
串聯：電阻一個接一個連成一串時，稱為串聯。其特點是各電阻流過的電流相同。串聯電阻的等效電阻R為各電阻之和。R=R1+R2+R3+。。。+Rn
并聯：各電阻的一端連在一起，另一端也連在一起，稱為并聯。其特點是各電阻受到同一電壓。并聯的等效電阻的倒數等于各電阻倒數之和。1/R=1/R1+1/R2+1/R3+。。+1/Rn
二、 三相異步電動機變頻調速的工作原理
三相異步電動機由定子繞組所產生的同步旋轉磁場的轉速為：n0=60f/p轉/分。其中f為交流電的頻率，p為繞組的極對數。實際上電機以比n0略有差異的轉速n(n
操作技能
一、 自控工藝流程圖的閱讀和理解
1、符號及意義
TCV--溫度調節閥 TW--帶測溫套管測試頭 LI--液位指示
TI/T--溫度指示 TR--溫度記錄 TS--溫度手動多點切換指示
TJI--溫度多點巡回指示 TIC--帶手動切換的溫度指示調節系統
PCV--壓力調節閥 PI/P--壓力或真空指示 PIS/PA-壓力或真空指示報警 PISA--壓力聯鎖報警 PIT/PRA--壓力指示集中記錄報警
PFI--壓縮比指示 TRC/PIC--溫度壓力串級調節系統 FO--限流孔板
FR--流量記錄 FRQ--流量記錄積算 FI--就地流量指示 FIQ--流量指示積算 TE/FRQ--帶溫度補償的流量記錄、積算 LCV--液位調節閥 FQ--流量積算 LI/LX/TVR--電視監視液位計
2、搞清楚各個點之間的關系：如LV液位調節閥的調節量是受LT液位變送器測量結果控制。
二、一些DCS常見故障的處理
1、報警故障：DCS控制系統一些點設有報警信號，處理報警信號時要分清楚報警類別，如：罐里沒有液位，造成液位低報，現在要分析低報的原因，進液閥沒動作，調節關系值設定不好，液位變送器測量不準，還是液量太小等因素，按檢查的結果具體處理。
2、操作站死機：激活操作站就行了。
3、接線端松動：定期緊固螺絲。
第三單元、數字萬用表和信號發生器的使用
數字萬用表的使用
1. 數字萬用表的位數確定：常見數字萬用表有31/2位、32/3位、33/4位、41/2位等等，一般31/2位至41/2位數字萬用表是便攜式，51/2位以上為臺式。31/2位顯示值從0000至1999，32/3位顯示值從0000至2999，33/4位顯示值從0000至3999。
2. 數字萬用表的分辨率：分辨率式數字萬用表末位一個數字所代表的物理量值;分辨率隨量程的增大而成比例增大。例如：DT-930-F直流電壓200mV檔的分辨率為10μV，而2V檔的分辨率為100μV。
3. 自動量程轉換的特點：一些中高檔的數字萬用表在測量時能夠自動轉換量程，使測量誤差減小，使用很方便。但每次測量都從最大量程開始，逐漸減少到合適量程，當所測量值較小時，讀數等待時間較長。
4. 數字萬用表與指針式萬用表比較的特點：準確度高;讀數方便;靈敏度高;使用方便;測量范圍廣;過載保護;測量電壓或電流時，對電路狀態影響小。
5. 怎樣測電壓：
⑴將黑表筆插入“COM”孔中，紅表筆插入“V/Ω”孔中。
⑵把量程開關撥到合適量程位置，表筆與電源或負載并聯進行測量;
6. 怎樣測電流：
⑴將黑表筆插入“COM”孔中，紅表筆插入“A”孔中(被測電流200mA以下)或插到“10A”插孔中(被測電流在200mA至10A之間)。
⑵先把量程開關撥到合適量程位置，表筆與負載串聯進行測量;
7. 怎樣測電阻：
⑴將黑表筆插入“COM”孔中，紅表筆插入“V/Ω”孔中。
⑵把量程開關撥到合適量程位置，表筆與負載并聯進行測量;
⑶在測量電阻時，確保切斷電路電源。
低頻信號發生器的使用
以XD-2型信號發生器說明使用方法：
⑴將儀器面板上“輸出細調”旋扭逆時針旋到底，接通電源，預熱3-5分鐘;
⑵頻率選擇：根據所需的頻率，將面板上的“頻率范圍”開關撥至相應的一檔，然后用三個“頻率調節”旋扭“*1”，“*0。1”，“*0。01”按照十進制原則調到所需的頻率。
⑶電壓輸出：正弦電壓由面板上“輸出”接線柱上輸出。調節“輸出細調”旋扭，可使電壓表指示某一數值，同時將“輸出衰減”開關置于某檔位置上(轉換“輸出衰減”開關時電壓表指示不變)，此時輸出電壓幅度為電壓指示值在縮小所選“輸出衰減”dB值對應的倍數。