《化学工程仪表与控制》课件

《化学工程仪表与控制》课件本课件将带领您深入了解化学工程仪表与控制的理论和实践，涵盖仪表的种类、选型、安装、校准、维护，以及控制系统的设计和应用，旨在提升您在化学工程领域的技术水平。课程简介本课程旨在介绍化学工程中常见的仪表与控制技术，并探讨其在实际生产过程中的应用。内容涵盖温度、压力、流量、液位等测量仪表，以及分析仪表、智能仪表等。课程将通过理论讲解、案例分析、实验操作等方式，帮助学生掌握相关知识和技能。仪表与控制的重要性仪表与控制是现代化学工程不可或缺的一部分，对安全生产、提高效率、降低成本具有重要意义。1保障安全仪表监测过程参数，及时发现异常，防止事故发生。2提高效率控制系统优化生产过程，提高产量，降低能耗。3降低成本仪表与控制技术有助于提高产品质量，降低生产成本。常见的化学工程仪表化学工程中常见的仪表种类繁多，可根据测量参数的不同进行分类。温度测量仪表热电偶、热电阻、温度计等。压力测量仪表压力表、差压变送器、压力传感器等。流量测量仪表流量计、涡街流量计、超声波流量计等。液位测量仪表液位计、雷达液位计、超声波液位计等。温度测量仪表温度测量仪表广泛应用于化学工程中，用于监测和控制反应温度、设备温度等。热电偶利用两种不同金属的接触点产生电压来测量温度。热电阻利用金属电阻随温度变化的特性来测量温度。温度计通过液体的膨胀或收缩来指示温度。压力测量仪表压力测量仪表用于监测和控制容器内压力、管道压力等。1压力表利用弹簧或膜片来指示压力。2差压变送器利用压力差来测量液位或流量。3压力传感器利用应变片或压电晶体来测量压力。流量测量仪表流量测量仪表用于监测和控制流体的流速或流量。流量计通过测量流体的流速来计算流量。涡街流量计利用流体通过涡街时产生的涡流频率来测量流量。超声波流量计利用超声波在流体中的传播速度来测量流量。液位测量仪表液位测量仪表用于监测和控制容器内的液位高度。1液位计利用浮力原理测量液位。2雷达液位计利用电磁波测量液位。3超声波液位计利用超声波测量液位。分析仪表分析仪表用于测量物质的成分、浓度、特性等。1气相色谱仪分离和分析混合气体。2液相色谱仪分离和分析混合液体。3红外光谱仪分析物质的分子结构。智能仪表智能仪表是集成了传感器、信号处理、微处理器等技术的现代化仪表。1自诊断能够自动检测故障并发出警报。2自校准可以自动进行校准，确保测量精度。3自学习能够根据历史数据进行优化和调整。仪表选型与安装选择合适的仪表是保证测量准确性和可靠性的关键。选型根据测量对象、精度要求、环境条件等进行选择。安装按照规范进行安装，确保仪表正常工作。仪表校准仪表校准是确保仪表测量准确性的重要步骤。定期进行校准，确保仪表符合标准要求。使用标准仪器进行校准，记录校准结果。仪表维护定期维护仪表是延长其使用寿命的关键。清洁定期清洁仪表，防止灰尘和污垢影响测量精度。检查定期检查仪表，发现故障及时维修。更换超过使用寿命的仪表需要及时更换。信号处理信号处理是将仪表输出的信号进行处理，使其能够被控制系统识别和利用。1放大增强信号强度，提高信噪比。2滤波去除干扰信号，提高信号质量。3转换将信号转换为控制系统可识别的形式。控制的基本概念控制是指对过程进行调节，使之按照预定的目标运行。设定值控制系统的目标值。反馈值实际过程参数的值。偏差设定值与反馈值之差。控制量用来调节过程的变量。闭环控制系统闭环控制系统是指将过程参数的反馈值与设定值进行比较，并根据偏差调整控制量。1传感器测量过程参数。2控制器根据偏差计算控制量。3执行器执行控制器的指令，调节过程参数。常见的控制方式常见的控制方式包括开环控制、闭环控制、前馈控制等。1开环控制控制量不受过程参数反馈值的影响。2闭环控制控制量受过程参数反馈值的影响。3前馈控制利用干扰变量信息来预测偏差，提前进行调节。PID控制及其调校PID控制是最常用的控制方式，通过比例、积分、微分三个部分来调节控制量。1比例根据偏差大小进行调节。2积分消除偏差，使系统稳定。3微分预测偏差变化趋势，提前进行调节。比例-积分-微分控制器PID控制器是实现PID控制的核心部件，通过调节比例、积分、微分参数来优化控制效果。参数设置根据过程特点和控制目标调整PID参数。算法实现利用PID算法计算控制量，实现控制目标。高级控制技术高级控制技术是近年来发展起来的新型控制技术，能够实现更精准、更智能的控制。模型预测控制（MPC）模糊控制神经网络控制分布式控制系统分布式控制系统（DCS）是一种将控制功能分散到多个节点的控制系统。1灵活扩展可以根据需要添加新的控制节点。2可靠性高单个节点故障不会影响整个系统。3易于维护各节点可以独立维护。现场总线技术现场总线技术是一种将仪表和控制系统连接起来的通信技术。数据传输通过总线传输仪表数据和控制指令。标准协议使用统一的通信协议，实现互联互通。信息共享实现仪表数据和控制信息共享。过程监控与优化过程监控与优化是利用仪表数据和控制系统，对生产过程进行实时监控和优化。1数据采集收集过程参数数据。2数据分析分析过程数据，发现问题和趋势。3控制优化根据分析结果，优化控制策略。仪表系统设计仪表系统设计是指根据生产过程的需求，设计和配置仪表系统。需求分析确定仪表系统功能和性能要求。系统架构设计仪表系统架构，选择仪表和控制系统。系统配置配置仪表参数，设定控制策略。安全与环保因素仪表系统设计和应用应充分考虑安全和环保因素。1安全选择安全可靠的仪表，建立安全控制机制。2环保降低能耗，减少排放，保护环境。自动化案例分析通过案例分析，了解仪表与控制技术在实际生产过程中的应用。1生产优化通过优化控制策略，提高生产效率。2质量控制通过精确控制过程参数，保证产品质量。3安全保障通过监测过程参数，及时发现问题，防止事故发生。课程小结本课程介绍了化学工程仪表与控制的基础知识和应用技术，旨在提升学生的实践能力。1理论学习掌握仪表与控