化工仪表及自动化课件绪论

化工仪表及自动化课件绪论绪论化工仪表基础知识自动化控制系统组成与原理化工过程参数检测与变送执行器与执行机构化工过程控制系统设计与实施现代控制技术在化工过程中的应用目录01绪论化工产业的重要性01化工产业是国民经济的重要支柱，涉及能源、材料、医药、环保等众多领域，对社会发展具有举足轻重的作用。化工仪表及自动化的关键作用02化工仪表及自动化技术是化工生产过程中的“眼睛”和“大脑”，能够实现对生产过程的实时监测、控制和优化，提高生产效率、产品质量和经济效益。适应新时代发展需求03随着工业4.0、智能制造等新时代发展趋势的到来，化工仪表及自动化技术不断更新换代，对人才培养提出了更高要求。课程背景与意义从早期的机械式仪表到电子式仪表，再到智能仪表和网络化仪表的发展历程。化工仪表的发展历程自动化技术经历了从局部自动化到综合自动化的发展过程，在化工生产中的应用日益广泛，如DCS、PLC等控制系统的应用。自动化技术的发展与应用随着化工生产规模的扩大和工艺复杂性的增加，化工仪表及自动化技术面临着更高的挑战和机遇，如提高测量精度、增强系统稳定性、实现智能化控制等。当前面临的挑战与机遇化工仪表及自动化发展概述知识目标能力目标素质目标课程要求课程目标与要求掌握化工仪表及自动化的基本概念、原理和方法，了解相关技术和应用领域的前沿动态。培养学生的创新精神和实践能力，提高学生的综合素质和职业素养。具备独立分析和解决化工生产过程中仪表及自动化问题的能力，能够设计和实施简单的自动控制系统。认真听讲、积极思考、勤于实践，注重团队协作和沟通能力培养。02化工仪表基础知识流量测量仪表包括流量计、流量开关等，用于测量管道中流体的流量。温度测量仪表包括热电偶、热电阻等，用于测量物体或介质的温度。压力测量仪表包括压力表、压力变送器等，用于测量气体或液体的压力。物位测量仪表包括液位计、料位计等，用于测量容器内液体或固体的位置。分析仪表包括PH计、氧分析仪等，用于对气体或液体成分进行分析。仪表分类及功能由于仪表本身或环境因素引起的测量值与真实值之间的差异。测量误差表示仪表测量结果的准确程度，通常以百分比或满量程的百分数表示。精度等级包括仪表本身的误差、安装误差、使用误差等。误差来源包括选用高精度仪表、进行定期校准、改善测量环境等。提高精度的措施测量误差与精度包括测量范围、精度等级、重复性、稳定性等，用于评价仪表的性能优劣。性能指标选型原则选型步骤注意事项根据测量需求选择合适的仪表类型、规格和型号，同时考虑使用环境、经济性和可维护性等因素。明确测量需求、了解各种仪表的性能特点、进行初步筛选、详细比较和评估、确定最终选型。避免选用过时或淘汰产品，注意仪表的互换性和可替代性，考虑仪表的长期运行和维护成本。仪表性能指标及选型03自动化控制系统组成与原理指需要控制的工艺设备或生产过程，如反应器、精馏塔等。被控对象将被控对象的参数（如温度、压力、流量等）转换为标准信号，传递给控制器。测量变送器接收测量变送器的信号，与设定值进行比较，并按照一定的控制规律输出控制信号。控制器接收控制器的控制信号，通过改变被控对象的操作变量（如阀门开度、电机转速等）来实现对被控对象的控制。执行器控制系统基本组成反馈控制原理通过将被控对象的输出信号（反馈信号）与设定值进行比较，得到偏差信号，再根据偏差信号进行调节，使被控对象的输出趋近于设定值。前馈控制原理根据被控对象的输入信号或扰动信号进行调节，以补偿扰动对被控对象的影响，提高系统的抗干扰能力。控制方法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等，其中PID控制是最常用的一种控制方法，具有结构简单、参数易于调整等优点。控制原理与方法

控制器类型及特点模拟控制器采用模拟电路实现控制功能，具有结构简单、成本低等优点，但精度和稳定性相对较低。数字控制器采用微处理器或数字信号处理器实现控制功能，具有精度高、稳定性好、易于实现复杂控制算法等优点，但成本相对较高。智能控制器采用模糊逻辑、神经网络等智能算法实现控制功能，具有自适应能力强、能够处理非线性问题等优点，但设计和实现相对复杂。04化工过程参数检测与变送温度检测原理基于热电偶、热电阻等测温元件，将温度转换为电信号进行测量。温度变送器将测温元件输出的电信号转换为标准信号输出，便于远程传输和集中控制。温度检测应用用于化工过程中的反应温度、加热温度、冷却温度等关键参数的实时监测。温度检测与变送030201压力检测原理利用弹性元件、压阻元件等感受压力，并转换为位移或电信号进行测量。压力变送器将压力信号转换为标准信号输出，实现远程传输和集中控制。压力检测应用用于化工过程中的反应釜压力、管道压力、储罐压力等重要参数的实时监测。压力检测与变送基于节流装置、涡轮、电磁等原理，测量流体在管道中的流量。流量检测原理将流量信号转换为标准信号输出，便于远程传输和集中控制。流量变送器用于化工过程中的原料输送、产品计量、能源计量等关键环节的实时监测。流量检测应用流量检测与变送物位检测原理利用浮力原理、电容原理、超声波原理等，测量容器中液体或固体的物位高度。物位检测应用用于化工过程中的原料储罐、成品储罐、反应釜等设备的物位实时监测。物位变送器将物位信号转换为标准信号输出，实现远程传输和集中控制。物位检测与变送05执行器与执行机构气动执行器以压缩空气为动力，通过气缸驱动阀门动作。具有结构简单、动作可靠、维护方便等特点。液动执行器以液压油为传动介质，通过液压缸驱动阀门动作。具有输出力大、动作平稳、抗干扰能力强等优点。电动执行器通过电动机驱动，将电信号转换为机械位移，从而实现对阀门的控制。具有动作快、精度高、易于实现远程控制等优点。执行器类型及工作原理根据工艺要求、控制精度、使用环境等因素选择合适的执行机构类型。选择原则确保执行机构安装牢固、位置准确，避免振动和干扰。同时，要注意与执行器、阀门等设备的连接方式和密封性能。安装要求执行机构选择与安装ABCD执行器性能评价静态特性包括输入-输出特性、死区、回程误差等指标，反映执行器的静态精度和稳定性。可靠性指执行器在长时间运行过程中保持性能稳定的能力，包括平均无故障时间、故障率等指标。动态特性包括响应时间、超调量、振荡等指标，反映执行器的动态响应能力和稳定性。环境适应性指执行器在不同环境条件下的工作性能，如温度、湿度、振动等。06化工过程控制系统设计与实施03保证系统安全01控制系统设计原则02满足工艺要求控制系统设计原则与方法提高经济效益控制系统设计方法易于操作和维护控制系统设计原则与方法01020304分析控制要求选择控制方案设计控制系统结构确定控制算法和参数控制系统设计原则与方法控制方案选择与优化010203单回路控制方案串级控制方案控制方案选择控制方案选择与优化01比值控制方案02前馈控制方案控制方案优化0302030401控制方案选择与优化采用先进控制策略优化控制参数提高系统抗干扰能力降低能耗和物耗控制系统硬件配置控制系统软件编程调试运行系统集成与安装系统实施系统实施与调试运行系统实施与调试运行01单机调试02联机调试03投运与试运行04性能评估与验收07现代控制技术在化工过程中的应用DCS基本概念集散控制系统是一种分布式控制系统，通过高速数据通信网络将多个控制器、操作站、数据采集站等连接起来，实现对化工过程的集中监视、分散控制。DCS组成及功能集散控制系统主要由控制器、操作站、通信网络、数据采集站等组成，具有数据采集与处理、控制运算、控制输出、人机交互等功能。DCS在化工过程中的应用集散控制系统在化工过程中应用广泛，可实现工艺流程的自动化控制、生产设备的远程监控、生产数据的实时采集与处理等。集散控制系统（DCS）现场总线控制系统（FCS）现场总线控制系统是一种基于现场总线的分布式控制系统，通过现场总线将现场设备连接起来，实现设备之间的信息交换和自动控制。FCS组成及功能现场总线控制系统主要由现场设备、现场总线、控制器等组成，具有设备级通信、实时性控制、互操作性等功能。FCS在化工过程中的应用现场总线控制系统在化工过程中应用广泛，可实现设备的远程监控、设备之间的信息交换、工艺流程的自动化控制等。FCS基本概念010203工业以太网基本概念工业以太网是一种基于以太网的工业自动化网络，通过以太网将工业设备连接起来，实现设备之间的信息交换和自动控制。工业以太网组成及功能