(2024年)厉玉鸣第四版化工仪表及自动化绪论

厉玉鸣第四版化工仪表及自动化绪论12024/3/26绪论化工测量仪表自动控制基础知识过程控制技术计算机控制系统自动化仪表及控制系统的应用与发展趋势contents目录22024/3/2601绪论32024/3/2603优化生产质量自动化控制可以精确控制生产过程中的各种变量，从而提高产品的质量和稳定性。01提高生产效率通过自动化设备和系统的应用，可以显著提高化工生产的效率，降低人工操作成本和误差率。02保障生产安全自动化设备和系统能够实时监测和控制生产过程中的各种参数，确保生产安全。化工自动化的意义42024/3/26早期的化工生产主要依赖人工操作和经验控制，生产效率低下且存在安全隐患。初级阶段随着计算机技术和自动化技术的不断发展，化工自动化逐渐得到广泛应用，实现了从局部到全局的自动化控制。发展阶段当前，化工自动化已经进入到成熟阶段，形成了完整的自动化体系和标准，为化工生产的高效、安全和优质提供了有力保障。成熟阶段化工自动化的发展概况52024/3/26本课程主要介绍化工仪表及自动化的基本原理、方法和技术，包括测量仪表、自动控制原理、控制系统设计和应用等方面的内容。内容本课程是一门理论与实践相结合的专业课程，旨在培养学生掌握化工仪表及自动化的基本理论和技能，具备从事化工生产自动化控制的能力。同时，本课程也是化工类专业的重要基础课程之一，为后续专业课程的学习和实践打下基础。性质本课程的内容与性质62024/3/2602化工测量仪表72024/3/26化工测量仪表的分类按测量对象可分为压力、流量、物位、温度等仪表；按工作原理可分为机械式、电子式、智能式等仪表。化工测量仪表的发展趋势向数字化、智能化、网络化方向发展，实现高精度、高可靠性、高自动化水平。化工测量仪表的定义用于化工生产过程中各种工艺参数的测量、显示、记录或控制的仪表。概述82024/3/26弹性式压力计利用弹性元件受压变形的原理来测量压力，如弹簧管压力表、膜片压力表等。负荷式压力计通过测量承重元件上的负荷来推算压力值，如活塞式压力计、浮球式压力计等。电测式压力计将压力转换为电信号进行测量，如压电式、压阻式、电容式等压力传感器。压力测量仪表92024/3/26利用流体通过节流装置产生的差压来测量流量，如孔板流量计、喷嘴流量计等。差压式流量计通过测量流体对转子的推动力来推算流量，如浮子流量计、涡轮流量计等。转子流量计利用电磁感应原理来测量导电流体的流量，具有宽测量范围和高精度特点。电磁流量计流量测量仪表102024/3/26直读式物位计通过直接读取液位高度来测量物位，如玻璃板液位计、磁翻板液位计等。浮力式物位计利用浮力原理来测量物位，如浮球液位计、浮筒液位计等。电测式物位计将物位转换为电信号进行测量，如电容式、超声波式、雷达式等物位传感器。物位测量仪表112024/3/26热电偶温度计利用热电效应原理来测量温度，具有宽测量范围和高精度特点，但需要冷端补偿。热电阻温度计利用金属或半导体材料的电阻随温度变化的特性来测量温度，具有高精度和稳定性好的特点。膨胀式温度计利用测温元件受热膨胀的原理来测量温度，如玻璃液体温度计、双金属温度计等。温度测量仪表122024/3/2603自动控制基础知识132024/3/26自动控制系统的基本概念稳定性、准确性和快速性。自动控制系统的性能要求由被控对象、测量变送环节、控制器和执行器等组成的，能自动完成某种控制任务的系统。自动控制系统的定义按控制原理可分为开环控制系统和闭环控制系统；按给定值的变化规律可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。自动控制系统的分类142024/3/26过渡过程的定义系统从一个稳态过渡到另一个稳态的过程。改善过渡过程品质的方法选择合适的控制器参数、采用串级控制或前馈控制等。过渡过程的品质指标最大偏差、超调量、调节时间等。自动控制系统的过渡过程及品质指标152024/3/26在自动控制系统中，需要对其进行控制的设备或生产过程。被控对象的定义放大系数、时间常数、滞后时间等。被控对象的特性参数影响系统的稳定性、准确性和快速性。被控对象特性的影响被控对象的特性162024/3/26测量变送环节的定义将被控对象的被控变量转换为标准信号的环节。测量变送环节的特性参数输入/输出范围、精度等级、线性度等。测量变送环节对系统性能的影响影响系统的准确性和稳定性。测量变送环节的特性030201172024/3/26接收控制信号，并驱动被控对象实现控制任务的环节。执行器的定义输入/输出范围、灵敏度、死区等。执行器的特性参数影响系统的快速性和准确性。执行器对系统性能的影响执行器的特性182024/3/2604过程控制技术192024/3/26比例控制（P控制）根据偏差的比例进行调节，快速响应但可能产生稳态误差。微分控制（D控制）预测偏差变化，提前进行调节，提高系统稳定性。积分控制（I控制）消除稳态误差，但可能增加系统超调和振荡。常规控制规律202024/3/26前馈控制系统通过引入前馈信号，提前对干扰进行补偿，提高系统抗干扰能力。大滞后控制系统针对具有大滞后特性的被控对象，采用特殊控制策略以改善系统性能。串级控制系统由两个或更多控制器串联组成，提高系统稳定性和控制精度。复杂控制系统212024/3/26自适应控制根据被控对象特性的变化，自动调整控制器参数，保持系统性能最优。预测控制基于被控对象的模型预测未来输出，实现优化控制。智能控制利用人工智能、神经网络等技术，实现复杂过程的智能优化控制。鲁棒控制针对被控对象的不确定性和干扰，设计鲁棒性强的控制器，确保系统稳定可靠。先进控制技术222024/3/2605计算机控制系统232024/3/26123利用计算机技术实现对工业生产过程的自动检测、控制、优化和管理的系统。计算机控制系统的定义从早期的直接数字控制（DDC）到监督控制（SCC），再到集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）。计算机控制系统的发展历程广泛应用于化工、石油、冶金、电力、轻工等流程工业，以及机械制造、汽车制造等离散工业。计算机控制系统的应用领域概述242024/3/26计算机控制系统的组成包括被控对象、测量变送器、控制器、执行器和人机接口等部分。计算机控制系统的分类根据控制策略的不同，可分为开环控制系统和闭环控制系统；根据控制器的不同，可分为数字控制器和模拟控制器；根据系统结构的不同，可分为集中式控制系统和分布式控制系统。计算机控制系统的组成及分类252024/3/26计算机控制系统的硬件和软件计算机控制系统的硬件包括计算机主机、输入输出接口、通信接口、人机接口等。计算机控制系统的软件包括系统软件和应用软件。系统软件如操作系统、编程语言等，应用软件如控制算法、数据处理程序等。262024/3/26计算机控制系统的设计步骤包括需求分析、系统总体设计、硬件设计、软件设计、系统调试与测试等步骤。计算机控制系统的实施方法包括硬件安装与调试、软件编程与调试、系统联调与试运行等步骤。在实施过程中，需要注意系统的可靠性、稳定性和安全性等问题。计算机控制系统的设计与实施272024/3/2606自动化仪表及控制系统的应用与发展趋势282024/3/26应用领域：自动化仪表广泛应用于化工、石油、冶金、电力、轻工等流程工业领域，用于测量和控制各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位等。选型原则：在选择自动化仪表时，应遵循以下原则根据测量对象和要求选择合适的仪表类型。考虑测量精度和稳定性要求。考虑工作环境和安装条件。考虑经济性和维护方便性。自动化仪表的应用领域及选型原则292024/3/26实例一温度控制系统在聚合反应中的应用。通过自动化仪表测量反应釜内温度，并将信号传递给控制器，控制器根据设定值与测量值的偏差输出控制信号，调节加热或冷却装置的功率，使反应釜内温度保持恒定。实例二压力控制系统在气体压缩中的应用。通过自动化仪表测量压缩机出口压力，并将信号传递给控制器，控制器根据设定值与测量值的偏差输出控制信号，调节压缩机的转速或阀门的开度，使出口压力保持稳定。实例三流量控制系统在液体输送中的应用。通过自动化仪表测量管道内液体流量，并将信号传递给控制器，控制器根据设定值与测量值的偏差输出控制信号，调节阀门的开度或泵的转速，使管道内液体流量保持恒定。控制系统在化工过程中的应用实例分析302024/3/26随着人工智能技术的发展，自动化仪表将具备更强的数据处理和学习能力，实现自适应控制和优化控制。