《石油化工自动化控制系统》课件

课程概述课程目标学习内容考核方式掌握石油化工自动化控制系统基本原理从基础测量到先进控制技术全面覆盖第一章石油化工自动化概述定义1利用自动化技术实现石化生产过程的控制与优化发展历程2从机械式电气式电子式计算机控制系统→→→重要性3石油化工自动化的特点复杂性连续性工艺流程多变，控制关系复杂生产过程常年连续不间断运行高风险性自动化控制系统的基本组成控制单元处理数据，执行控制算法，生成控制信号检测单元测量工艺参数，如温度、压力、流量等执行单元接收控制信号，调节工艺过程第二章石油化工过程参数测量温度反映物质热状态的物理量压力单位面积上的作用力流量单位时间通过的介质体积或质量液位容器中液体的高度温度测量热电偶基于热电效应，测量范围广热电阻基于电阻温度效应，精度高红外测温非接触式，适用于高温或移动物体压力测量压力变送器差压变送器压力表测量绝对压力或表压测量两点间压力差现场直观显示压力值流量测量流量计类型测量原理适用介质差压式流量计压力差与流量关系液体、气体涡街流量计卡门涡街频率低粘度流体质量流量计科里奥利力要求高精度场合液位测量浮球式液位计差压式液位计12利用浮力原理，简单可靠测量液柱压力确定液位3雷达液位计电磁波反射时间测量，非接触式第三章自动控制系统基础控制系统的分类开环控制与闭环控制反馈控制原理按结构、功能、控制方式等多维度划分有无反馈是关键区别测量比较控制执行反馈循环→→→→控制PID微分控制预测偏差变化趋势积分控制消除静态误差比例控制控制输出与偏差成比例参数整定PID参数影响分析比例增大响应快但易震荡整定方法试错法、临界比例法、衰减曲线法实际应用案例温度控制、压力控制等实例第四章分散控制系统（）DCS年

198599.99%中国首套系统可用率DCS标志自动化控制系统现代化高可靠性设计要求1000+控制点数大型装置常见规模硬件组成DCS控制器模块操作员站I/O系统核心，执行控制算法连接现场设备，信号转换人机交互界面，过程监控软件组成DCS系统配置软件硬件组态，网络配置应用程序控制逻辑，连锁保护人机界面软件图形界面，趋势显示，报警管理网络结构DCS数据网络连接上层管理系统控制网络连接控制器和操作站现场总线连接智能仪表和I/O第五章安全仪表系统（）SIS特性SIS DCS主要功能安全保护过程控制可靠性要求极高高响应时间极短一般冗余设计必须选配系统结构SIS传感器子系统逻辑解算子系统检测危险状态，高可靠性要求处理安全逻辑，决策判断执行机构子系统执行安全动作，如紧急停车的设计原则SIS独立性与基本控制系统分离多样性不同设备和技术实现同一功能冗余性多重备份确保可靠性在石油化工中的应用SIS紧急停车系统异常情况下安全停车保护火气检测系统检测火灾和可燃气体泄漏高完整性压力保护系统防止设备超压破裂第六章先进过程控制（）APC优势APC•提高产品质量稳定性降低能耗••提高装置产能•减少排放与传统控制的区别APC PID多变量、预测性、优化能力模型预测控制（）MPC多变量控制多变量控制的概念处理多输入多输出系统多变量控制策略解耦控制，协调优化应用案例分析蒸馏塔控制，反应器温度控制神经网络控制神经网络基础过程控制应用案例分析模拟人脑结构的算法模型复杂非线性过程建模控制催化裂化装置产品质量预测控制第七章过程优化生产计划优化资源配置，长期规划调度优化短期生产计划，任务分配实时优化操作条件即时调整实时优化技术静态优化动态优化优化算法稳态模型，寻找最优操作点考虑时变因素，优化过程轨迹线性规划，非线性规划，启发式算法调度优化生产计划优化优化方法适用场景优势线性规划资源配置求解速度快整数规划设备选择处理离散决策非线性规划复杂工艺处理非线性关系第八章工业以太网和现场总线工业以太网现场总线通信协议高速通信，协数字通信，减少接线、、TCP/IP ModbusProfibus议Foundation Fieldbus工业以太网特点拓扑结构高速率星型•••开放性好•环形•支持多种拓扑•树形应用场景•DCS通信网络•MES系统接入•远程监控总线PROFIBUS应用案例PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA高速现场设备通信过程自动化应用石化装置现场总线网络•速率12Mbps•本质安全设计•减少70%接线量•用于离散控制•两线制供电通信•故障诊断能力强Foundation FieldbusFF-H1FF-HSE，用于连接现场仪表，高速以太网标准

31.25kbps100Mbps应用案例应用优势炼油厂过程控制网络分布式控制，减少中央控制器负担协议HART原理数字信号调制在模拟信号上HART4-20mA设备变送器、控制阀、分析仪器等HART应用优势兼容传统系统，远程配置诊断第九章仪表选型与安装仪表选型原则满足工艺需求，考虑环境适应性防爆要求基于危险区域等级选择适当防爆型式安装规范遵循行业标准，确保安全可靠仪表选型考虑因素精度要求环境条件满足控制精度与质量要求温度、湿度、振动、腐蚀等测量范围成本效益覆盖工艺正常范围与异常范围初始投资与全生命周期成本防爆仪表种区32主要防爆型式危险区域分级隔爆型、本质安全型、增安型区最危险，区相对安全02IIC气体分组级别最危险，适用所有场合IIC仪表安装规范管道安装仪表间距接地要求符合流体力学原理，避免沉积便于维护，避免干扰防静电，抗干扰，安全保护第十章控制阀控制阀类型控制阀特性单座阀、双座阀、角阀、蝶阀快开特性、线性特性、等百分等比特性控制阀选型基于工况、流体特性、控制需求常见控制阀类型控制阀特性曲线快开特性线性特性等百分比特性阀开度小时流量变化大流量与开度成正比开度变化产生与当前流量成比例的流量变化适用于开关控制适用于液位控制适用于压力、温度控制控制阀选型考虑因素流量系数值，表征阀流通能力Cv压降控制阀上下游压力差，能量消耗调节比最大流量与最小可控流量之比材质选择基于介质腐蚀性和工作温度第十一章数据采集与监控系统（）SCADA功能SCADA数据采集、监视控制、报警管理系统结构SCADA2主站、通信网络、远程终端定义SCADA远程监控分散场站的自动化系统硬件组成SCADA远程终端单元（）主站通信系统RTU现场数据采集处理，执行控制命令系统中心，数据处理，人机交互光纤、无线电、卫星等多种方式软件功能SCADA数据采集采集现场数据，历史存储报警管理异常检测，分级报警趋势分析数据趋势显示，预测分析远程控制远程操作现场设备在石化行业的应用SCADA1油气管道监控2储罐管理压力、流量监测，泄漏检测液位监测，温度控制，库存管理3生产数据统计产量统计，能耗分析，性能评估第十二章石化装置自动化控制系统设计设计流程1需求分析方案设计详细设计实施→→→系统架构2分层设计设备层控制层监控层管理层→→→控制策略3控制、先进控制、安全保护系统PID自动化系统设计流程需求分析概念设计工艺需求、控制目标、操作要求系统架构、主要功能、技术路线实施与调试详细设计安装配置、联调测试、试运行硬件选型、软件开发、通信协议系统架构设计管理层生产管理、数据分析、决策支持监控层过程监视、报警处理、数据记录控制层3过程控制、保护功能、逻辑控制典型控制回路设计温度控制压力控制•加热炉温度控制•管道压力控制•反应器温度控制•容器压力控制•冷却系统控制•压缩机控制流量控制•进料流量控制•产品流量控制•循环流量控制第十三章自动化系统的运行维护日常维护故障诊断系统升级定期检查，预防性维护故障定位，原因分析软硬件更新，功能扩展日常维护内容硬件检查软件备份系统性能监测•电源检查•系统配置备份•CPU负载•接线检查•应用程序备份•内存使用率•设备清洁•历史数据归档•通信质量•冗余切换测试•响应时间常见故障及诊断方法故障类型可能原因诊断方法传感器故障接线松动，传感器损信号测试，替换法坏控制器故障电源问题，程序错误指示灯检查，程序校验执行机构故障机械卡死，驱动电路手动操作测试，信号异常追踪系统升级注意事项兼容性分析升级计划制定确保新旧系统兼容性详细步骤，应急预案升级后的测试验证功能测试，性能验证第十四章石化自动化技术发展趋势智能化人工智能和机器学习的广泛应用网络化工业互联网实现全连接集成化与深度融合IT OT人工智能在石化自动化中的应用专家系统知识库推理机，辅助决策+机器学习数据驱动，自适应模型深度学习3多层神经网络，复杂模式识别工业互联网数字孪生技术数字孪生概念数字孪生平台物理实体的虚拟映射模型构建，数据交互，可视化效益分析应用案例减少停机时间，优化运行参数设备预测性维护，工艺优化3课程总结从基础测量技术到先进控制从现场仪表到综合自动化系统理论与实践相结合的学习方法结束语章14∞课程内容学习态度全面覆盖自动化控制系统终身学习，持续进步个1核心目标培养专业石化自动化人才。