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自控工程施工技术人员手册自控工程施工技术人员手册 2006.11 2 目目 录录 1 范围范围 4 2 目的目的 4 3 标准和规范标准和规范 4 3.1 标准代号 4 3.2 施工验收 5 3.3 基础和通用 5 4 控制系统基础知识控制系统基础知识 6 4.1 仪表的分类 6 4.2 仪表主要品质指标 8 4.3 信号制及供电、供气 9 4.4 过程特点 11 4.5 控制方案 12 4.6 控制品质指标 13 5 施工程序施工程序 13 5.1 工程特点 13 5.2 施工程序 14 5.3 一般要求 14 5.4 工序原则 15 5.5 技术准备 15 5.6 现场准备 15 6 设备安装设备安装 15 6.1 一般规定 15 6.2 盘箱柜和操作台安装 16 6.3 温度仪表安装 17 6.4 压力仪表安装 17 6.5 流量仪表安装 18 6.6 物位仪表安装 18 6.7 过程分析仪表安装 19 6.8 旋转机械状态监控仪表安装 19 6.9 调节阀及其辅助设备安装 20 7 电气线路敷设电气线路敷设 20 7.1 槽盒、桥架的安装 20 7.2 电缆（线）保护管敷设 20 7.3 电、光缆（导线）敷设 21 7.4 防爆 22 7.5 接地 23 7.6 导电与绝缘试验 23 7.7 配线 23 8 导压管路敷设导压管路敷设 24 8.1 一般规定 24 8.2 中、低压导压管路 24 8.3 导压管路的焊接要求 26 8.4 高压导压管路 26 8.5 有毒、可燃介质导压管路 26 3 8.6 分析取样管路敷设 27 8.7 隔离与吹洗管路 27 8.8 导压管路固定 28 8.9 导压管路压力试验 28 9 气动管线敷设气动管线敷设 28 9.1 气源管线 28 9.2 气动信号管线 29 9.3 气动管线的压力试验与吹扫 29 10 仪表管线伴热仪表管线伴热 29 10.1 蒸汽、热水伴热 29 10.2 蒸汽与回水系统安装 30 10.3 电伴热 30 11 校验与调整校验与调整 31 11.1 一般规定 31 11.2 温度仪表 31 11.3 压力仪表 31 11.4 流量仪表 31 11.5 物位仪表 32 11.6 气动仪表 32 11.7 电动仪表 32 11.8 调节阀 34 11.9 旋转机械状态监控仪表 35 11.10 过程分析仪表 36 11.11 智能仪表 37 12 系统调试系统调试 38 12.1 一般规定 38 12.2 系统精度 38 12.3 系统离线测试 38 12.4 系统在线测试 40 12.5 在线测试注意事项 42 12.6 大型机组机电联调 43 13 交工验收交工验收 43 13.1 中间交工 43 13.2 交工技术文件 44 14 机具和校验设备机具和校验设备 44 14.1 常用工具 44 14.2 常用机具 45 14.3 常用校验设备 46 15 一般故障处理一般故障处理 46 15.1 仪表故障的一般规律 47 15.2 故障分析判断方法 48 15.3 常见故障判断处理 51 4 1 范围范围 本手册适用于从事自控工程施工的工程技术人员，也可供项目管理人员以及仪表 工参考。 2 目的目的 本手册的目的主要是指导新从事自控工程施工施工的工程技术人员，使他们尽快 熟悉掌握本专业的技术工作，并使本专业的技术管理工作能够规范化。 3 标准和规范标准和规范 施工企业都要按施工标准规范要求进行施工。我国标准用 GB 表示，GB 表示强制 性标准，GB/T 表示推荐性标准。 3.1 标准代号 3.1 标准代号 各国、各行业都有各自的标准规范，部分标准规范代号对照如下。 GBGB/T 中华人民共和国国家标准 JBJB/T 机械工业部行业标准 HGHG/T 化学工业部行业标准 HGJ 化学工业部工程建设标准 H 原化学工业部标准 CD 原化学工业部基本建设局标准 TCCADC 化学工业部自动控制设计技术中心站标准 SH 中国石化总公司行业标准 SHJSYJ 中国石化总公司工程建设标准 SHB- Z 中国石化总公司自动控制设计技术中心站标准 SYJ 中国石油天然气工业总公司工程建设标准 NDGJ 电力工业部工程建设标准 JGJ 建设部工程建设标准 FJJ 纺织总会工程建设标准 EJ 中国核工业总公司行业标准 JJG 国家计量总局标准 ZBY 仪器仪表专业标准 ZBN 仪器仪表行业标准 JB/YQ 仪器仪表行业内部标准 ISO 国际标准化组织 INTERNATIONAL ORGANIZITION FOR STANDARDIZATION IEC 国际电工委员会 INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISION ISA 美国仪表协会 INSTRUMENT SOCIETY OF AMERICA API 美国石油学会 AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE ANSI 美国国家标准协会 AMERICAN NATIONAL STANDARDS INSTITUTE ASME 美 国 机 械 工 程 师 协 会 AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS NEPA 美国国家防火协会、美国流体动力协会 NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION 5 NEC 美国国家电气规程 NATIONAL ELECTRICAL CODE NEMA 美国电气制造商协会 NATIONAL ELECTRICAL MANUFACTURES ASSOCIATION DIN 德国国家标准 DEUTSCHE INDUSTRIE NORM BS 英国国家标准 BRITISH STANDARDS JIS 日本国家标准 JAPANESE INDUSTRIAL STANDARDS 3.2 施工验收 3.2 施工验收 工业自动化仪表工程施工及验收规范GBJ50093－2002 自动化仪表安装工程质量检验评定标准GBJ 131－90 石油化工仪表工程施工技术规程SH3521－1999 长输管道仪表工程施工及验收规范SYJ400584 电气装置安装工程低压电器施工及验收规范（GB50254-96） 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范GB 50169－92 化工建设项目进口设备、材料检大纲（HG2013493） 工业控制计算机系统验收大纲JB/T 5234－91 工业金属管道工程施工及验收规范GB 5023597 现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范GB 5023698 石油化工有毒、可燃介质管道施工及验收规范SH3501-2002 工业设备、管道防腐蚀工程施工及验收规范（HGJ22991） 火灾自动报警系统施工及验收规范GB50166-92 安全防范工程技术规范GB50348-2004 洁净室施工及验收规范HGJ 71－90 现场总线基金会系统工程指南版本 2.0 3.3 基础和通用 3.3 基础和通用 过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号GB2625－81 过程检测和控制系统用文字代号和图形符号HG20505－92 Instrumentation Symbols and Identification 仪表符号和标志SHB-Z02-95 等同于 ISA S5.1－84 Binary Logic Diagrams for Process Operations 用 于 过 程 操 作 的 二 进 制 逻 辑 图 SHB-Z03-95 等同于 ISA S5.2－81 Graphic Symbols for Distributed Control/Shared Display Instrumentation, Logic and Co －mputer Systems 分散控制/共用显示仪表、 逻辑和计算机系统用图形符SHB-Z04-95 等 同于 ISA S5.3 Instrument Loop Diagrams 仪表回路图图形SHB-Z05-95 等同于 ISA S5.4 Graphic Symbols for Process Displays 过程显示图形符号ISA S5.5 分散型控制系统硬件设备的图形符号JB/T5539－91 Process Measurement Control Function and Instrumentation Symbolic Representation 过程测量控制功能及仪表符号说明（ISO3511） Recommended Graphical Symbols Part 15 Binary Logic Elements 推荐的图形符号 二进制逻辑元件IEC 117-15 Graphic Symbols for Logic Diagrams two state devices 逻辑图用图形符号二状态元 件 ANSI Y32.14 Symbolic Representation for Process Measurement Control Functions and Instrumentat- ion 过程测量控制功能及仪表用符号说明 BS 1646 6 Bildzeichen fr messen, steuern, regeln Allgemeine bildzeichen. 自控图例一般图 形 DIN 19228 仪表符号 JIS Z8204 不间断电源设备GB 7260－87 国际单位制及其应用（GB100－86） 工业自动化仪表电源、电压（GB3368－82） 工业过程测量和控制用检测仪表和显示仪表精度等级（GB/T13283－91） 自控安装图册（HGJ516－87） 仪表单元接线接管图册（TC50B1－84） 仪表回路接线图册（TC50B2－88） 化工企业电缆直埋和电缆沟敷设通用图（HGJ517－91） 仪器仪表运输、储存基本环境条件及试验方法（ZBY002－81） 仪器仪表包装运输技术条件（ZBY003－84） 石油化工施工安全技术规程（SH3505－99） 放射卫生防护基本标准 （GB4792－84） 4 控制系统基础知识控制系统基础知识 在自动化控制系统中、控制仪表是实现自动化控制理论，完成生产自动化的重要 工具。检测仪表将生产工艺参数变为电信号或气压信号后，由控制仪表与装置进行显 示、记录与控制，让人们了解生产过程情况的同时对生产过程实施自动控制，使工艺 参数符合工艺设计安全生产和降低成本的预期要求。 4.1 仪表的分类 4.1 仪表的分类 过程是自动化系统实施控制的对象和存在的基础，没有过程就没有控制仪表和自 动化控制系统。控制理论和实现控制理论的研发和使用均来自于对过程的认识和抽象、 建模，在此基础上以有效控制为手段，以获得最佳结果（产品和状态）为目的的过程 状态指示和控制。 自动化控制仪表可简单的分为检测仪表、显示仪表、控制仪表、执行器四大类， 如下图所示。 检测仪表 流量 压力 液位 温度 成分分析 显示仪表 指 示 仪 记 录 仪 信 号 报 警 器 屏 幕 显 示 器 控制仪表 基 地 式 调 节 器 单 元 组 合 仪 器 组 件 组 装 式 仪 器 可 编 程 控 制 器 PLC 工 业 控 制 机 计 算 机 控 制 系 统 分 散 控 制 系 统 DCS 总 线 控 制 系 统 FCS 安 全 控 制 系 统 SCS 执行器 调节阀 仪表分类示意图 按控制仪表依所用能源的不同，可以将其分为电动、气动、液动和混合式等几大 7 类。其中，气动和液动控制仪表发展最早，但电动控制仪表发展异常迅速，现在已占 绝对统治地位。 气动控制仪表性能稳定，可靠性高，具有本质安全防爆性能，不受电磁场干扰， 结构简单，维护方便，但不适应远距离集中控制。在许多控制系统和复杂程度大的生 产过程中已不能满足要求。 电动控制仪表有本安和非本安之分，从原理上分类，电动控制仪表可分为模拟式 和数字式控制仪表两大类。 模拟式控制仪表与装置按结构形式可分为基地式、单元组合式、组件组装式三大 类。 基地式控制仪表以指示仪表及记录仪表为中心，附加一些线路或器件来完成控制 任务。一般结构比较简单，价格低廉。适用小型企业的单机和自动控制系统。 单元组合式控制仪表根据自动检测与控制系统中各组成环节的不同功能和使用要 求，将仪表划分为能独实现一定功能的若干单元。各单元之间联系采用统一标准信号。 这些少量的单元经过不同的组合，可构成多种多样的、复杂程度不同的自动检测和控 制系统。单元组合仪表应用灵活，通用性强，便于控制仪表生产，维护及备品库存。 组件组装式控制装置是在单元组合式仪表基础上发展起来的成套仪表装置，它的 基本组成是一块块功能分离的组件，组件组装式控制装置在结构上可分为控制柜和显 示操作盘两大部分。控制柜内插入若干个组件箱，若干块组件板又插入组件箱中。显 示操作盘常常用一台电子显示屏幕集中显示操作，大大改善了人机联系。在控制柜 中各个组件之间的信息联系，采用矩阵端子接线方式，接线工作都集中在矩阵端子接 线箱里进行。组件组装式装置可由仪表制造厂预先根据用户要求，组装好成套自控系 统，再以成套装置形式提供给用户，从而使得自控系统的现场施工，系统安装和调试 工作量减小，也使维护、检修和系统改组工作得以简化。 数字控制仪表装置可分为数字调节器、PLC、工业控制机、DCS 分散控制系统、 FCS 总线控制系统等五大类。 数字调节器 有几个数据量采集及开关量输入/输出功能，主要用于实现一个或几个回路的连续 控制。 数字调节器按控制回路数目分为 单回路调节器用于构成一个简单的控制回路，或一个串级控制回路，或一个比 值控制回路等。 多回路调节器可以对多个回路（2 个、4 个或 8 个）进行分时控制。 数字调节器按控制规律分为PID（比例、积分、微分）调节器；PID 参数自整定 调节器；自适应调节器；模糊控制器；智能调节器等。 PLC 可编程控制器 控制器提供多种软件功能模块，由用户通过组态功能实现各种控制系统，具有大 的应用灵活性，软件系统较复杂。 固定程序调节器不用用户组态，但有的可通过简单的设定在控制器给定的几种 控制结构中进行选择。 工业控制机 用于对多个（几个到几十个）回路进行闭环连续控制及断续控制。采用模块化结 构，由主机板和系统支持板组成。支持板种很多，如 A/D 转换板、内存扩展板、开关 量输入输出板、CRT 接口板、打印机接口板、串行通信板等等。这些模板通过标准总 线相互连接进行信息交换。总线包括电源线、数据线、地址线及控制线。实际使用时， 所选用的功能模板都插在一个专用机架的总线插槽内，选择所需模板即可组成各种不 同的数据处理及控制系统。这种总线结构的工业控制机具有模板种类多、组合灵活、 8 使用方便、可靠性高、抗干扰能力强及价格低廉等特点，并有丰富的应用软件及良好 的开发环境，在小规模的控制系统中得到广泛应用。 集散控制系统 DCS 将数字技术，微电子技术、通信技术 CRT 显示技术与控制技术紧密结合产生的一 种综合控制系统，它采用控制分散、集中显示操作及管理的策略，具有控制算法丰富， 回路组态灵活、监控操作方便、系统安装简便、增扩修改容易，高可靠性及高可维护 性等特点。近 20 多年来，DCS 日益得到广泛应用，已在工业控制中占主导地位。 现场总线控制系统 FCS 通用的或专用的微处理器置入传统的测量控制仪表中，使之具有数字计算和数字 通信能力，采用一定介质（双绞线、同轴电缆、光纤、无线电、红外线等）作为通信 总线，按照公开、规模的通信协议，在位于现场的多个设备之间以及现场设备与远程 监控计算机之间，实现双向、串行、多点数据传输和信息交换，控制系统功能能够不 依据控制室的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。无需按 控制回路进行一对一的设备连线，但同时又为多个设备提供电源，打破了传统控制系 统的结构形式。 现已在各行业中逐步得到使用。 有望成为 21 世纪控制系统的主流产品。 4.2 仪表主要品质指标 4.2 仪表主要品质指标 精度和精度等级 精度是指测量结果和实际值的一致程度，是仪表基本误差的最大允许值，习惯上 也简单地说为基本误差或允许误差。精度高意味着系统误差和随机误差都很小。 精度等级是仪表按精度高低分成的等级，它决定仪表在标准条件下的误差限。仪 表的精度等级是根据引用误差来划分的，如某台仪表的最大基本允许引用误差为 1.5，则该仪表的精度等级为 1.5 级。 滞环、死区和回差 滞环是指由输入增大的上升段和减小的下降段构成的特性曲线所表征的现象。 死区是指输入量的变化不致引起输出量有任何可察觉变化的有限区间。死区用输 入量程的百分数表示。 回差（也叫变差）是指输入量上升和下降时，同一输入的两相应输出值间（若无 其它规定，指全范围行程）的最大差值。回差包括滞环和死区，并以输出量程的百分 数表示。 重复性误差和再现性误差 重复性误差是指在同一工作条件下，对同一输入值按同一方向，连续多次测量的 输出值之间的差值。一般用量程的百分数表示。 再现性误差是指在同一工作条件下，在规定时间内对同一输入值两个相反方向重 复测量的输出值之间的最大差值。再现性误差是包括重复性误差、滞环、死区和漂移 的综合性指标，一般用量程的百分数表示。 灵敏度和灵敏限 灵敏度是表达仪表对被测参数变化的灵敏程度。是指仪表在达到稳定状态后，输 出信号变化量与引起此输出信号变化的被测参数变化量之比。它是仪表输入与输出转 换曲线上的斜率。 灵敏限是指能够引起仪表输出信号发生变化的输入信号的最小变化量。一般，仪 表的灵敏限的数值不应大于仪表允许误差绝对值的一半。灵敏限实际上就是死区。 非线性误差 对于理论上具有线性特性的仪表，实际上输入输出特性曲线对理论线性特性的偏 离程度。 动态误差 9 由于检测环节中存在的元件动惯量（时间常数） ，测量传递滞后（纯滞后时间）带 来的误差。 时间常数 时间常数是指当输入阶跃信号时，仪表的输出值达到其稳定值的 63.2所需的时 间。 全行程时间 全行程时间是指当输入满量程阶跃变化时，输出由下限至上限，或反行程移动所 需的时间。通常以全量程的 5作为输出下限值，全量的 95作为输出上限值。 稳定时间 稳定时间是指从输入信号跃变化起，到输出信号进入并不再超过偏离其最终值规 定（如 5）时的间隔时间。 滞后时间 滞后时间也叫时滞，是指当输入产生变化的瞬间起，到它引起输出量开始变化的 瞬间止的时间。 综合误差 TPE（Toal Probable Error）是指仪表精度以及诸如静压、温度等多种附加 误差的均方根误差。 稳定性（度）和可用性 稳定性是指在规定的工作条件下，仪表性能随时间保持不变的能力。通常用零点 漂移来衡量。 可用性是指仪表在某时刻具有或维持规定功能的能力。可用如下关系来表示 MTTRMTBF MTBF 100 MTBF平均无故障时间 MTTR平均故障修复时间 4.3 信号制及供电、供气 4.3 信号制及供电、供气 一个过程控制系统由许多仪表组成，系统中仪表的输入和输出相互连接，所以需 要统一的标准联络信号，才能方便的把各个仪表组合起来，构成系统。通信协议和信 号制就是解决这一问题的。供电、供气为系统仪表提供工作能源。 1 信号制 信号制是指在成套系列仪表中，各个仪表的模拟输入、输出信号采用的统一的联 络信号标准。 气动仪表的输入/输出0.02～0.1 MPa 电动仪表的输入/输出 4 ～ 20mA DC （电Ⅲ型） 1 ～ 5 V DC （电Ⅲ型） 0 ～ 10mA DC （电Ⅱ型） 其中电Ⅱ型 0 ～ 10mA DC 现已很少使用。 控制系统中，电流信号适合于远距离传输，进出控制室的传输信号通常采用电流 信号，控制室内部各仪表间联络信号一般采用电压信号，即连线的特点是电流传输、 电压接受，并联接收电压信号的方式。 2 供电 根据生产过程对仪表自动化系统的重要性，可靠性、连续性的不同要求，仪表供 电负荷分为保安负荷、重要负荷（双回路供电） 、次要负荷和一般负荷（单回路供电） 。 保安供电不应与正常供电相混淆。 电源质量 通常应符合如下几项技术指标。 10 仪表受电端的电压及允许偏差 交流220V10， 110 V10 直流24V5 频率与波形 频率为 50Hz，波形为正弦时，波形失真率小于 10。 电源瞬时扰动 电源瞬时扰动是指持续时间等于或小于 0.2s 的扰动。它对测量和控制系统的正常 工作有重大影响。电源瞬时扰动时间应满足仪表的最小允许瞬时扰动供电时间要求。 特殊用电要求 某些仪表设备对交流电源的谐波含量、直流电压纹波有特殊要求。一般要求交流 电源的谐波含量＜5；直流电源的纹波电压＜1。 DCS 供电 系统供电分为 A，B 级，即 电压220V AC5（A） ，220V AC7（B） 频率500.2Hz A， 500.5Hz B 波形失真率＜5 交流输出 220V AC2（UPS 而言） 切换时间 5 ～ 10ms（UPS 而言） 直流输出 24 V1 （UPS 而言） 总之，仪表供电的电源质量必须符合仪表设备的要求。其中，电源容量为各类仪 表耗电量总和的 1.2～1.5 倍。 电源类型 根据仪表设备负荷类型，供电要求，仪表电源分别设工作电源和保安电源。 工作电源一般采用重要负荷类别的电源作为仪表的工作电源，由电气专业引入。 保安电源通常可分不间断供电装置，带速自起动发电机组，由外部引入的符合 保安电源要求的独立电源等三种。DCS 和 ESD（通常由 PLC 完成）系统必须采用保安 电源。 供电方式 仪表电源应具备保安电源同工作电源并网运行的条件，工作电源可自动切接到保 安电源工作。 大型工程装置分散，仪表用电种类多，容量大，常为三级供电。即总供电箱（中 央控制室） 、供电箱（装置控制室） 、分组电箱（现场操作室） 。 中、小规模工程、用电类型不变，容量也较小，装置相对集中，供电常采用单回 路供电、环形回路供电和多回路供电方式。其中多回路供电使用的较多。 2 供气 供气压力 气动仪表 140kpa、薄膜执行机构（配电气转换器/定位器）140 ～ 260Kpa、活塞 执行器（配电气转换器）350 ～ 550 Kpa。气源装置出口压力通常分为 500 ～800 Kpa 或 300 ～ 500 Kpa，压力上限值为汽源装置正常操作下的压力。气源装置送出的气源 至用气仪表时，经过滤减压阀设定为气动仪表工作所需的压力范围，供气动仪表工作。 压力波动值的允许误差为额定值的10。 气源质量 仪表气源质量要求水分、灰尘、油分、污染物等项目。 露点要求气源中不能含过多水分，否则在低于露点温度下工作时，这些水分一 旦冷凝结露，会使管路和仪表发生故障，降低仪表工作可靠性，造成事故。 含尘粉尘以两个方面影响仪表工作，一是含量多少，二是粒度大小。粉尘可造 11 成气动仪表内部的气路堵塞，仪表不能正常工作，甚至失灵，影响生产。 含油油分在气源中以油雾、油滴两种方式存在。一旦进入仪表，粘附仪表部件 及管路上，它可使灰尘聚集，堵塞节流孔和管路，损坏部件。 污染物污染物通常是指H2S，SO2等腐蚀性气体和酸雾，以及易燃、易爆气体和 蒸气等。 供气方式 仪表气源来自仪表气源装置，或称空压站。为仪表提供净化的常压空气，包括空 压机组，冷却器、分离器、干燥器及仪表气罐等设备。 供气方式通常以配管方式的形式表现出来。包括单线、支干线、环形供气三种。 单线式多用于分散负荷，或者耗气量较大的负荷。每台设备都设置有过滤减压阀，主 要用于现场仪表供气。支干线式多用于集中负荷，或密度较大的仪表群，一台大功率 过滤减压阀接多台仪表设备，主要用于控制室盘后集中供气。环形供气由工艺专业完 成。通常是界区内或界区外不属于自控专业施工的气源管线。 气源管路铺设时不允许配“U”形弯。在气源管路的最低点污物易积积的地方装设 排污阀。 气源的容量必须满足仪表设备正常运行的要求，可按下面公式进行评估 QsQc〔20.1～0.3〕 Qs气源总容量 Qc气动仪表稳定耗气量总和，Nm3/n （0.1～0.3） 供气管网系统泄漏系数 4.4 过程特点 4.4 过程特点 实现工业自动化的装置。根据工业生产过程的特点，控制装置可分为连续生产过 程、断续生产过程、批量生产过程三大类。数字控制发展十分迅速，应用领域越来越 宽广，现已占有统治地位。 连续生产过程 连续生产过程是以稳定运行为正常工况。即使设定值可能根据工艺要求而变化， 其变化过程也是相当缓慢的，且两次行走的时间间隔很长。以温度、压力、流量、液 位及成分等连续量的闭环控制为主。如各类炼油、化工、冶金、制药生产装置。 断续生产过程 断续生产过程是生产过程周期短，一般以小时或天计，甚至以分秒计，停止启动 频繁。如电子和汽车行业的生产线、机械厂的机加工、炼油化工的包装、搬运等都是 典型的断续生产过程。它们是按照一定的时间顺序或逻辑条件一步一步对电气设备实 现一系列通断控制（二值控制） ，即逻辑、顺序和条件控制。 批量生产过程 批量生产过程是在每个生产周期时兼备连续和断续两种生产过程。在批量生产之 中，原料（或被加工件）或是一次投入或是分批投入，有时也依工艺条件连续投入， 但成品或半成品都是分批生产出来的，工序间的转换是按顺序、逻辑和条件控制进行 的。但在某一个或某几个工序中，又有连续生产过程的特点，要求闭环回路控制，有 的是对一个或几个参数进行控制，有的则是进行时间程序给定控制。机械、电子、冶 金、石化、制药、轻工等工业中都存在大量的批量生产过程，如机械行业中的热处理、 电子行业的水处理，石化行业中的间歇式反应器等。 一个典型的生产过程往往包括连续、断续和批量这三种过程。过去是用不同的控 制装置分别实施控制的，不仅使得控制系统复杂化，并且将一些相关过程分隔开来， 不能达到高效的要求。随着微电子技术、计算机技术、通信技术及控制技术的高速发 展，各类装置都正向着相互渗透的方向发展。连续过程控制的 DCS 分散控制系统、扩 12 充了用于断续过程控制的 PLC 功能。而 PLC 可编程逻辑控制器也由单纯进行逻辑、条 件和顺序控制增加了回路控制功能。 4.5 控制方案 4.5 控制方案 自动化控制系统根据不同的被控对象，通常可分为如下十二种控制方案。 1 单回路控制 控制方案中最为常见的一种，由一台调节器，一台传感器，一台执行器构成负反 馈闭环进行定值控制。 2 串级控制 两个调节器相串联，主调节器的输出作为负调节器的给定，适用于时间常数及纯 滞后较大的对象，如加热炉的温度控制。 3 比值控制 控制两种物料保持一定的比值关系。比值控制可分为单闭环比值控制、双闭环比 值控制、串级比值控制、逻辑比值控制四种。如进重油气化炉的氧气和重油流量之间 的比值控制。 4 均匀控制 控制两个有关的变量，使它们都是平缓变化，相互兼顾，从组成的仪表设备来看 它们与单回路没有什么差别，主要差别在于传感器的量程确定（适当大一些）和调节 器的参数整定上。如乙烯装置中脱丙烷塔的出料直接作为脱乙烷塔的进料，采用均匀 控制系统既保证脱丙烷塔的液位，还要兼顾脱丁烷塔的进料流量。实际生产中，均匀 控制通常分为简单均匀控制，串级均匀控制，双冲量均匀控制三种。 5 分程控制 由一个调节器去控制两个或两个以上的调节阀，用于一个被控变量需要两个或两 个以上的控制变量来分阶段进行控制或者控制变量需要大幅度改变的场合。如化学工 业中夹套反应器温度的控制；天然气为原料生产合成氨的大型氨厂中一段炉烧嘴燃料 气压力的控制和废水中和过程的 PH 控制等。 6 模拟计算单元的控制（随动控制、预估控制） 调节器的给定值因为该被控变量无法直接用仪表测量出来，由模拟计算单元根据 工艺工况的变化随时计算出来的值给出，如对某些流量需进行温度、压力校正然后实 施控制和精馏塔的热焓控制等。 7 选择控制（超驰控制、取代控制） 调节器的流量值可以根据工艺的要求自动选择一个最高值、最低值或者可靠性， 亦可以根据工艺的工况来自动选择预先设计好的几种控制系统的结构和组成。如使用 触媒的固定床反应器温度控制，乙烯装置中塔釜压力与冷剂液位选择性控制等。 8 前馈控制 调节器根据干扰的大小、不等被控变量发生变化，直接进行校正控制，其常与反 馈控制结合在一起使用，如热交换器的热焓控制和锅炉汽包液位的三冲量控制等。 9 非线行控制 当被控对象非线性较为严重时使用非线性控制，以起到补偿，平稳运行的目的。 非线性控就是对对象的非线性进行补偿控制。如尿素装置的低压銨储槽液位控制和石 化行业中的 PH 值控制等。 10 采样控制（间歇控制） 调节器的输入输出是断续的，即调节一段时间再保持一段时等等看。它常用于纯 滞后特别大的对象，以防止控制作用超调。如石化行业中的轻油脱酚塔温度的控制。 11 模糊控制 模拟人的操作方式进行判断，推理并调节，常用于控制对象特性复杂，较难控制 13 的场合。模糊数学是其理论基础，如热处理中的均匀炉温控制。 12 解耦控制 消除控制对象内部存在的相关作用，保证控制品质，其常用于控制对象中有几个 严重相关的被控变量的控制系统中。如精馏塔塔釜液位和塔底温度的控制。 此外，还有多输出、自适应、 约束 、智能、极值、最优时间等控制方案。每一 次控制技术理论的突破，都带来了控制技术方案的进步。先进过程控制是数字控制技 术的产物，多变量预估控制通过在未来时段（预测时域）上优化过程的输出来计算最 佳输入序列的算法是先进过程控制的代表，具有更强的鲁棒性。 4.6 控制品质指标 4.6 控制品质指标 生产过程的操作控制通常分为物料平衡控制和能量平衡控制、产品质量控制或成 份控制、限制控制或软保护控制三大类。对控制的品质通常有如下要求。 1 衰减比 它是表征系统受到干扰以后被控变量衰减程度的指标，其值为前后两个相邻峰值 之比。一般控制在 4 1 到 10 1 之间。 2 余差 它是指控制系统受到干扰以后，过渡过程终了时被控变量的残余偏差，即被控变 量在扰动后的稳态值与给定值之差。 3 最大偏差 它表示被控变量偏离给定值的最大程度。对于一个衰减的（收敛）过程，最大偏 差就是第一个波的峰值。 4 过渡过程时间 它表示从干扰产生的时刻起，直到被控变量建立起新的稳定为止的这一段时间。 5 振荡周期 被控变量相邻两个波峰之间的时间叫振荡周期，振荡周期的倒数称为振荡频率。 调节器比例度、积分时间、微分时间的参数整定，其目的就是为了保证控制品质 指标，使其工况运行达到最佳效果。 5 施工程序施工程序 5.1 工程特点 5.1 工程特点 附属性 自控专业服务于工艺生产，设备安装在工艺设备或管道上，因此施工受限于其它 专业。 复杂性 仪表设备、配件种类繁多，设备更新快，安装材料品种多，规格多，给施工维护 管理带来种种困难。 多样性 在世界范围内各国都重视自动化的发展，新型号、新技术、新产品的不断上市， 安装形式多种多样，不断给安装维护工作带来新课题。 专业性 自控专业是一个专业性很强的专业，需要有专业化知识和技能。自控安装是一个 综合性工作，不但要掌握本专业的知识和技能，还要掌握一定水平的其它专业技能， 如电工、管工、钳工、电焊等。是集多专业于一身的综合性专业。 14 5.2 施工程序 5.2 施工程序 自控工程施工程序如下图所示。 取源部件 气源总管 蒸汽、回水 总管施工 管材与管件 出库检验 现场仪表、箱 出库检验 电气材料 出库检验 除锈防腐 校 验 调 整 桥架安装 预制装配 接线盒安装 安装就位 导压管配管 保护管敷设 电缆初检及敷设 查、接线 吹扫、试压 气密、联合检 验、出库检验 配合系统联校 竣工资料编制 保运 交工 导电、绝缘试验 二次防腐 图纸会审 施工技术文件编制 施工准备 标准仪器审查标定 施工机具设备调配 施工人员调配 自控工程施工程序图 5.3 一般要求 5.3 一般要求 为保证自动化仪表专业施工顺利进行，仪表技术员应先期进驻施工现场，全面仔 细地核对、测算施工材料，及时进行施工图纸会审，编制施工方案和做好施工作业技 术交底准备。 15 施工时严格执行自控仪表安装工程质量检验计划中的检查制度，每项工序完 工时，按自控仪表安装工程质量检验计划要求由技术员填写施工质量检查申请书， 书面通知工程监理和有关 QC 人员，对实际施工质量做出结论，并形成书面记录。上道 工序安装质量不合格,不得进行下道工序作业。 与工艺管道和设备专业联系密切的仪表单元施工，应与工艺、设备专业积极配合 （如水压试验和探头安装） ，必要时与相关专业一起编制相应的施工方案和技术交底。 持续改进文明施工及成品保护管理，确保工完、料净、场地清。严格遵守国家规 范和施工现场的各项安全规定，确保人身安全和设备安全。 5.4 工序原则 5.4 工序原则 遵循先单校后安装；先地下后地上；先安装设备再配管布线；先两端（控制室、 现场仪表）后中间（电缆、导压管）的程序。 仪表设备安装要在控制室的土建及电气工程完工后进行，安装过程遵循先里后外、 先高后低、先重后轻的程序。 仪表调校遵循先取证后校验；先单校后联校；先离线测试后在线测试；先单回 路再复杂回路；先单点后网络的原则。 5.5 技术准备 5.5 技术准备 熟悉图纸、产品说明书、随机资料，提前进行图纸的专业会审工作，发现问题， 及时以工作联络单的形式向业主、监理、设计单位提出。 做好施工技术交底，使施工人员懂得工艺原理、施工特殊要求及关键技术，保证 各工序的施工质量。 若需要可组织培训。 针对工程的特点和技术要求编写自控仪表施工技术方案 、 自控仪表安装工程 质量检验计划等技术文件。 5.6 现场准备 5.6 现场准备 按合同和总体计划做好专业施工计划、劳动力计划、机具计划、材料计划、培训 计划工作。 对工程施工中需要用到的校验设备做好审查标定，调整好施工机具，确保施工的 顺利进行。 按规定做好成套设备的开箱检查工作，做好管材与管件、仪表设备、电气材料的 出库检验工作。 配合土建完成专业内各种预埋件及孔洞预留工作，配合工艺安装做好各种管咀的 定位工作。 6 设备安装设备安装 6.1 一般规定 6.1 一般规定 仪表安装前首先按照图纸对型号、规格、材质、位号进行核对，附件齐全、外观 完好，并经单体调校和试验合格。 现场就地仪表安装高度，表中心距地面宜为 1.2m 左右，显示仪表安装在便于观察 维护的位置。 安装在工艺管道上的仪表必须便于操作、维护、拆卸，并考虑操作工在操作时间 的人身安全。 仪表外壳上的箭头指向必须与管道介质流向一致。 分散控制（DCS） 、可编程度控制（PLC）和总线控制FCS系统必须在控制室的土 16 建、电气、安防、暖通工程全部完工后安装。 DCS、PLC、FCS 系统安装前必须建立起良好的工作使用环境，施工单位应会同监 理和业主检查控制室和机房，共同确认安装必需的下列条件已具备 A 机柜基础型钢已安装完毕，并符合要求。 B 地板、顶棚、墙面、门窗等均已施工完毕，室内杂物清理干净。 C 空调系统安