自動化儀表又稱過程檢測、控制儀表，它是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程自動化、提高化工生產(chǎn)效率的重要工具。
化工自動化控制儀表作業(yè)：指化工自動化控制儀表系統(tǒng)安裝、維修、維護的作業(yè)。
危險化學(xué)品安全作業(yè)證理論知識考試采取計算機閉卷考試方式，滿分100分，80分及以上為合格
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控制系統(tǒng)與控制閥
控制閥又稱執(zhí)行器，控制閥在自動控制系統(tǒng)中的作用就是接收控制器輸出的控制信號，改變操縱變量，使生產(chǎn)過程按預(yù)定要求正常進行。在生產(chǎn)現(xiàn)場，控制閥直接控制工藝介質(zhì)，若選型或使用不當，往往會給生產(chǎn)過程的自動控制帶來困難。因此執(zhí)行器的選擇和使用是一個重要的問題。
一、執(zhí)行器概述
執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。執(zhí)行機構(gòu)是指根據(jù)控制器控制信號產(chǎn)生推力或位移的裝置；調(diào)節(jié)機構(gòu)是根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)輸出信號去改變能量或物料輸送量的裝置，通常指控制閥，
執(zhí)行器按其能源形式可分為氣動、電動和液動三大類。液動執(zhí)行器推力最大，但較笨重，現(xiàn)在很少使用。
電動執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)是分開的兩部分，以兩相交流電機為動力的位置伺服機構(gòu)，作用是將輸人的直流電流信號線性地轉(zhuǎn)換為位移量。電動執(zhí)行器安全防爆性能較差，電機動作不夠迅速，且在行程受阻或閥桿被軋住時電機易受損。盡管近年來電動執(zhí)行器在不斷改進并有擴大應(yīng)用的趨勢，但總體上不如氣動執(zhí)行器應(yīng)用得普遍。
氣動執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)是統(tǒng)一的整體，其執(zhí)行機構(gòu)有薄膜式和活塞式兩類。活塞式行程長，適用于要求有較大推力的場合，而薄膜式行程較小，只能直接帶動閥桿�；S一般均采用薄膜式。由于氣動執(zhí)行器有結(jié)構(gòu)簡單、輸出推力大、動作平穩(wěn)可靠、本質(zhì)安全防爆等優(yōu)點，因此氣動薄膜控制閥在化工、煉油生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用。氣動薄膜控制閥的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。氣動執(zhí)行器與電動執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)不同，但控制閥是相同的。
二、執(zhí)行機構(gòu)
(一)氣動執(zhí)行機構(gòu)
1.薄膜式
氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)是最常見的執(zhí)行機構(gòu)，其形式有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和改進結(jié)構(gòu)。
(1)傳統(tǒng)型。傳統(tǒng)的氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)如圖5-3所示。
氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)有正作用和反作用兩種形式。圖5-3(a)中信號壓力增加時，推桿向下移動，這種結(jié)構(gòu)稱為正作用式；圖5-3(b)中信號壓力增加時，推桿向上移動，這種結(jié)構(gòu)稱為反作用式。國產(chǎn)正作用式執(zhí)行機構(gòu)稱為ZMA型，反作用式執(zhí)行機構(gòu)稱為ZMB型。較大口徑的控制閥都是采用正作用的執(zhí)行機構(gòu)。信號壓力通過波紋膜片的上方(正作用式)或下方(反作用式)進入氣室后，在波紋膜片上產(chǎn)生一個作用力，使推桿移動并壓縮或拉伸彈簧，當彈簧的反作用力與薄膜上的作用力相平衡時，推桿穩(wěn)定在一個新的位置。信號壓力越大，作用在波紋膜片上的作用力越大，彈簧的反作用力也越大，即推桿的位移量越大。這種執(zhí)行機構(gòu)的特性是比例式的，即推桿輸出位移(又稱行程)與輸入氣壓信號成正比。
(2)側(cè)裝式氣動執(zhí)行機構(gòu)。這是一種新穎的執(zhí)行機構(gòu)。
側(cè)裝式氣動執(zhí)行機構(gòu)的特點是將薄膜式膜頭裝在支架的側(cè)面，采用杠桿傳動把力矩放大，擴大執(zhí)行機構(gòu)的輸出力，所以有時也稱為增力式執(zhí)行機構(gòu)。當氣壓信號輸人氣室后，產(chǎn)生水平方向的推力，使推桿1帶動搖板2逆時針方向轉(zhuǎn)動，再通過連接板3使連桿4帶動閥芯向下移動，是正作用式；連接板連在搖板2的右側(cè)，當氣壓信號輸入氣室后，連桿4帶動閥芯向下移動，是反作用式。
2.活寒式
活塞式執(zhí)行機構(gòu)屬于強力氣動執(zhí)行機構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖5-5所示。其氣缸允許的操作壓
力高達0.5MPa,且無彈簧抵消推力，因此輸出推力很大，特別適用于高靜壓、高壓差、大口徑場合。它的輸出特性有兩位式和比例式。兩位式是根據(jù)活塞兩側(cè)的操作壓力的大小而動作，活塞由高壓側(cè)推向低壓側(cè)，使推桿從一個極端位置移動到另一個極端位置，其行程達25～100mm,適用于雙位控制系統(tǒng)；比例式是指推桿的行程與輸入壓力信號成比例關(guān)系，必須帶有閥門定位器，它適用于對控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)。
(二)電動執(zhí)行機構(gòu)
電動執(zhí)行器以電能為動力，由電動機帶動減速裝置。它接受來自調(diào)節(jié)器的標準信號(模擬量或數(shù)字量),將其變成相對應(yīng)的機械位移(轉(zhuǎn)角、直線或多轉(zhuǎn))操縱調(diào)節(jié)閥。
在防爆要求不高且無合適氣源的情況下可以使用電動執(zhí)行器。相對氣動、液動執(zhí)行器而言，電動執(zhí)行器主要有三點優(yōu)勢：
(1)無需特殊的氣源和空氣凈化等裝置。即使電源失電時也能保持原執(zhí)行位置；
(2)可遠距離傳輸信號，電纜敷設(shè)比氣管和液體管道敷設(shè)方便得多，且便于線路檢查；
(3)與計算機連接方便簡潔，更便于采用電子信息新技術(shù)。
電動執(zhí)行機構(gòu)一般可以分為直行程、角行程和多轉(zhuǎn)式三種。
直行程電動執(zhí)行機構(gòu)的輸出軸輸出各種大小不同的直線位移，通常用來推動單座、積座、三通、套筒等形式的控制閥。
角行程電動執(zhí)行機構(gòu)的輸出軸輸出角位移，轉(zhuǎn)動角度范圍小于360°,通常用來推動蝶閥、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥等轉(zhuǎn)角式控制閥。
多轉(zhuǎn)式電動執(zhí)行機構(gòu)的輸出軸輸出各種大小不等的有效圈數(shù)，通常用于推動閘閥或由執(zhí)行電動機帶動旋轉(zhuǎn)式的調(diào)節(jié)機構(gòu)，如各種泵等。
近年來，電動執(zhí)行機構(gòu)朝智能化方向發(fā)展。智能電動執(zhí)行機構(gòu)的伺服放大器中采用了微處理器系統(tǒng)，所有控制功能均可通過編程實現(xiàn)。智能電動執(zhí)行機構(gòu)具有數(shù)字通信接口，具有HAI訂協(xié)議或現(xiàn)場總線通信功能，成為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的一個節(jié)點。有的伺服放大器中還采用變頻器技術(shù)，可更有效控制伺服電機動作。減速器采用新穎傳動結(jié)構(gòu)，運行平穩(wěn)、傳動效率高，無爬行、摩擦小。位置發(fā)送器采用新技術(shù)和新方法，有的采用霍爾效應(yīng)傳感器，直接感應(yīng)閥桿的縱向或旋轉(zhuǎn)動作，實現(xiàn)了非接觸式定位檢測；有的采用特殊電位器，電位器中裝有球軸承和特種導(dǎo)電材質(zhì)做成的電阻薄片；有的采用磁阻效應(yīng)的非接觸式旋轉(zhuǎn)角度傳感器。
智能電動執(zhí)行器利用微機和現(xiàn)場總線通信技術(shù)將伺服放大器與執(zhí)行機構(gòu)合為一體，不僅實現(xiàn)了雙向通信、PID調(diào)節(jié)、在線自動標定、自校正與自診斷等多種控制技術(shù)要求的功能，還增設(shè)了行程保護、過力矩保護、電動機過熱保護、斷電信號保護、輸出現(xiàn)場閥位指示和故障報警等功能。它可進行現(xiàn)場或遙控操作，完成手動操作及手動/自動之間無擾動切換，
智能電動執(zhí)行器的發(fā)展趨勢可以歸納為：機電一體化結(jié)構(gòu)逐步取代組合式結(jié)構(gòu)，智能化控制技術(shù)逐步取代純電子控制技術(shù)，帶通信技術(shù)功能的逐步取代不帶通信技術(shù)的，數(shù)字控制方式逐步取代傳統(tǒng)的模擬控制方式，運用紅外遙控的非接觸式調(diào)試技術(shù)逐步取代接觸式手動調(diào)試技術(shù)等等。
三、調(diào)節(jié)閥
(一)調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)
從流體力學(xué)觀點看，調(diào)節(jié)閥是一個局部阻力可以改變的節(jié)流元件。
由于閥芯在閥體內(nèi)移動，改變了閥芯與閥座間的流通面積，改變了閥的阻力系數(shù)，操縱變量(調(diào)節(jié)介質(zhì))的流量也就相應(yīng)地改變，從而達到調(diào)節(jié)工藝變量的目的。
圖5-6為最常用的直通雙座調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥閥桿上端通過螺母與執(zhí)行機構(gòu)推桿連接，推桿帶動閥桿及閥桿下端的閥芯上下移動，流體從左側(cè)進入調(diào)節(jié)閥，然后經(jīng)閥芯與閥座之間的間隙從右側(cè)流出。
調(diào)節(jié)閥的閥芯與閥桿間用銷釘連接，這種連接形式使閥芯根據(jù)需要可以正裝(正作用)也可以倒裝(反作用)。
執(zhí)行器如氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組合起來可以實現(xiàn)氣開和氣關(guān)式兩種調(diào)節(jié)。由于執(zhí)行機構(gòu)有正、反兩種作用方式，調(diào)節(jié)閥也有正、反兩種作用方式，因此就共有四種組合方式組成氣開或氣關(guān)型式。
氣開式是輸入氣壓越高時開度越大，而在失氣時則全關(guān)，故稱FC型；氣關(guān)式是輸入氣壓越高時開度越小，而在失氣時則全開，故稱FO型。
對于雙座閥和公稱通徑DN25以上的單座閥。對于單導(dǎo)向閥芯的高壓閥、角型調(diào)節(jié)閥、DN25以下的直通單座閥、隔膜閥等由于閥體限制閥芯只能正裝。
一般情況下，閥體材料采用鑄鐵，特殊情況下，如遇到高溫、低溫、高壓、腐蝕性等介質(zhì)時，目前除用鑄鋼、不銹鋼等材料外，各種特殊合金鋼、高分子材料也得到廣泛的應(yīng)用。
調(diào)節(jié)閥中介質(zhì)與外界的密封，一般用填料函來實現(xiàn)，但在遇到劇毒、易揮發(fā)等介質(zhì)時，可以用波紋管密封。
(二)調(diào)節(jié)閥類型
根據(jù)不同的使用要求，調(diào)節(jié)閥有許多類型，這里僅介紹其中的幾種。
1.直通單座調(diào)節(jié)閥
閥體內(nèi)有一個閥芯和閥座，流體從左側(cè)進入，經(jīng)閥芯從右側(cè)流出。由于只有一個閥芯和閥座，容易關(guān)閉，因此泄漏量小，但閥芯所受到流體作用的不平衡推力較大，尤其是在高壓差、大口徑時受力更大。直通單座調(diào)節(jié)閥適用于壓差較小、要求泄漏量較小的場合。
2.直通雙座調(diào)節(jié)閥
直通雙座調(diào)節(jié)閥的，閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座，流體從左側(cè)進入，經(jīng)過上下閥芯匯合在一起從右側(cè)流出。它與同口徑的單座閥相比，流通能力增大20%左右，但泄漏量大，而不平衡推力小。直通雙座調(diào)節(jié)閥適用于閥兩端壓差較大、對泄漏量要求不高的場合，但由于流路復(fù)雜而不適用于高黏度和帶有固體顆粒的液體。
3.角型調(diào)節(jié)閥
角型調(diào)節(jié)閥除閥體為直角外，其他結(jié)構(gòu)與單座閥相類似，如圖5-10所示。角型閥的流向一般都是底進側(cè)出，此時它的穩(wěn)定性較好，然而在高壓差場合，為了延長閥芯使用壽命而改用側(cè)進底出的流向，但容易發(fā)生振蕩。角型調(diào)節(jié)閥流路簡單、阻力小、不易堵塞，適用于高壓差、高黏度、含有懸浮物和顆粒物質(zhì)流體的調(diào)節(jié)。
4.隔膜調(diào)節(jié)閥
隔膜調(diào)節(jié)閥用耐腐蝕襯里的閥體和耐腐蝕隔膜代替閥芯閥座組件，由隔膜位移起調(diào)節(jié)作用。隔膜調(diào)節(jié)閥耐腐蝕性強，適用于強酸、強堿等強腐蝕性介質(zhì)的調(diào)節(jié)。它的結(jié)構(gòu)簡單、流路阻力小，流通能力較同口徑的其他閥大，無泄漏量。但由于隔膜和襯里的限制，耐壓、耐溫較低，一般只能在壓力低于1MPa、溫度低于150℃的情況下使用。
5.三通調(diào)節(jié)閥
三通調(diào)節(jié)閥分合流閥和分流閥兩種類型，前者是兩路流體混為一路,后者是一路流體分為兩路。在閥芯移動時，總的流量可以不變，但兩路流量比例得到了調(diào)節(jié)。
三通閥常用于換熱器的旁路調(diào)節(jié)，工藝要求載熱體的總量不能改變的情況。一般用分流閥或合流閥都可以，只是安裝位置不同而已，分流閥在進口，合流閥在出口。此外，在采用合流閥時，如果兩路流體溫度相差過大，會造成較大的熱應(yīng)力，因此溫差通常不能超過150℃。
6.套筒型調(diào)節(jié)閥
套筒型調(diào)節(jié)閥如圖5-14所示。它的結(jié)構(gòu)特點是在單座閥體內(nèi)裝有一個套筒，閥塞能在套筒內(nèi)移動。當閥塞上下移動時，改變了套筒開孔的流通面積，從而控制調(diào)節(jié)介質(zhì)流量。
它的主要特點是：由于閥塞上有均壓平衡孔，不平衡推力小，穩(wěn)定性很高且噪聲小。因此適用于高壓差、低噪聲等場合，但不宜用于高溫、高黏度、含顆粒和結(jié)晶的介質(zhì)控制。
四、閥門定位器
閥門定位器是氣動控制閥的主要附件，它與氣動控制閥配套使用。閥門定位器接受控制器輸出信號，然后將控制器的輸出信號成比例地輸出到執(zhí)行機構(gòu)，當閥桿移動以后，其位移量又通過機械裝置負反饋作用于閥門定位器，因此它與執(zhí)行機構(gòu)組成一個閉環(huán)系統(tǒng)。采用閥門定位器，能夠增加執(zhí)行機構(gòu)的輸出功率，改善控制閥性能。由于目前使用電動控制器居多，因此這里介紹電—氣閥門定位器。
(一)電一氣閥門定位器
電—氣閥門定位器具有電——氣轉(zhuǎn)換和閥門定位器雙重作用，其輸入信號是電動控制器的輸出電流(0～10mA直流電流或4～20mA直流電流),輸出氣壓信號(20～100kPa),去操縱氣動薄膜控制閥，其原理如圖5-15所示。
電—氣閥門定位器是按力矩平衡原理工作的。輸人信號電流通入到力矩馬達的線圈2兩端，與永久磁鋼1作用后對主杠桿3產(chǎn)生一個電磁力矩，主杠桿3繞支點16作逆時針轉(zhuǎn)動，于是擋板14靠近噴嘴15,使噴嘴背壓升高，經(jīng)放大器17放大后輸出氣壓也隨之升高。輸出氣壓作用在氣動控制閥膜頭9上，推動閥桿向下移動，并帶動反饋桿10繞支點5轉(zhuǎn)動，反饋凸輪6隨著逆時針轉(zhuǎn)動，通過滾輪11使副杠桿7繞支點8轉(zhuǎn)動，并將反饋彈簧12拉伸，對主杠桿3產(chǎn)生反饋力矩。當反饋力矩與電磁力矩相平衡時，閥桿就穩(wěn)定在某一位置，從而使閥桿位移與輸人電流成比例關(guān)系。調(diào)零彈簧13調(diào)整零位。在分程控制時，可通過零位調(diào)整和反饋彈簧反力的調(diào)整，使定位器在輸入信號范圍內(nèi)(如4～12mA或12～20mA等),輸出均為20～100kPa。
(二)閥門定位器作用
1.改善閥的穩(wěn)態(tài)特性
采用閥門定位器后，只要控制器輸出信號稍有變化，經(jīng)過噴嘴——擋板系統(tǒng)及放大器的作用，就可使通往控制閥膜頭的氣壓大有變動，以克服閥桿的摩擦和消除控制閥不平衡力的影響，從而保證閥門位置按控制器發(fā)出的信號正確定位。改善穩(wěn)態(tài)特性后，能使控制閥適用于下列情況：
(1)要求閥位作精確調(diào)整的場合；
(2)大口徑、高壓差等不平衡力較大的場合；
(3)為防止泄漏而需要將填料函壓得很緊，例如高壓、高溫或低溫等場合；
(4)工藝介質(zhì)中有固體顆粒被卡住，或是高黏滯的情況。
2.改善閥的動態(tài)特性
定位器改變了原來閥的一階滯后特性，減小時間常數(shù)，使之成為比例特性。一般說來，如氣壓傳送管線超過60m時，應(yīng)采用閥門定位器。
3.改變閥的流量特性
通過改變定位器反饋凸輪的形狀，可使控制閥的線性、對數(shù)、快開流量特性：互換。
4.用于分程控制
用一個控制器控制兩個以上的控制閥，使它們分別在信號的某一個區(qū)段內(nèi)完成全行程移動。例如，使兩個控制閥分別在4～12mA直流電流及12～20mA直流電流的信號范圍內(nèi)完成全行程移動。
5.用于閥門的反向動作
閥門定位器有正、反作用之分。正作用時，輸入信號增大，輸出氣壓也增大；反作用時，輸人信號增大，輸出氣壓減小。采用反作用式定位器可使氣開閥變?yōu)闅怅P(guān)閥，氣關(guān)閥變?yōu)闅忾_閥。
※復(fù)習(xí)與總結(jié)※
1.在化工生產(chǎn)中經(jīng)常使用的控制系統(tǒng)有可編程邏輯控制器、分散型控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。通過這些系統(tǒng)均可以實現(xiàn)對化工反應(yīng)裝置的安全控制，由于這些系統(tǒng)的開發(fā)主要以實現(xiàn)過程控制為主，也可同時設(shè)計成具有安全控制功能。
2.DCS主要由操作站、控制站及通訊系統(tǒng)等三大部分組成；ESD基本組成大致可分為三部分：傳感器單元、邏輯運算單元、最終執(zhí)行單元。
3.執(zhí)行器在自動控制系統(tǒng)中的作用就是接收控制器輸出的控制信號，改變操縱變量，使生產(chǎn)過程按預(yù)定要求正常進行。
4.執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。執(zhí)行機構(gòu)是指根據(jù)控制器控制信號產(chǎn)生推力或位移的裝置；調(diào)節(jié)機構(gòu)是根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)輸出信號去改變能量或物料輸送量的裝置，通常指控制閥。