(2024年)厲玉鳴第四版化工儀表及自動(dòng)化緒論

厲玉鳴第四版化工儀表及自動(dòng)化緒論12024/3/26緒論化工測量儀表自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識過程控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)化儀表及控制系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢contents目錄22024/3/2601緒論32024/3/2603優(yōu)化生產(chǎn)質(zhì)量自動(dòng)化控制可以精確控制生產(chǎn)過程中的各種變量，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。01提高生產(chǎn)效率通過自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)的應(yīng)用，可以顯著提高化工生產(chǎn)的效率，降低人工操作成本和誤差率。02保障生產(chǎn)安全自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測和控制生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)，確保生產(chǎn)安全?；ぷ詣?dòng)化的意義42024/3/26早期的化工生產(chǎn)主要依賴人工操作和經(jīng)驗(yàn)控制，生產(chǎn)效率低下且存在安全隱患。初級階段隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，化工自動(dòng)化逐漸得到廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了從局部到全局的自動(dòng)化控制。發(fā)展階段當(dāng)前，化工自動(dòng)化已經(jīng)進(jìn)入到成熟階段，形成了完整的自動(dòng)化體系和標(biāo)準(zhǔn)，為化工生產(chǎn)的高效、安全和優(yōu)質(zhì)提供了有力保障。成熟階段化工自動(dòng)化的發(fā)展概況52024/3/26本課程主要介紹化工儀表及自動(dòng)化的基本原理、方法和技術(shù)，包括測量儀表、自動(dòng)控制原理、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用等方面的內(nèi)容。內(nèi)容本課程是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的專業(yè)課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握化工儀表及自動(dòng)化的基本理論和技能，具備從事化工生產(chǎn)自動(dòng)化控制的能力。同時(shí)，本課程也是化工類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程之一，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐打下基礎(chǔ)。性質(zhì)本課程的內(nèi)容與性質(zhì)62024/3/2602化工測量儀表72024/3/26化工測量儀表的分類按測量對象可分為壓力、流量、物位、溫度等儀表；按工作原理可分為機(jī)械式、電子式、智能式等儀表?；y量儀表的發(fā)展趨勢向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠性、高自動(dòng)化水平。化工測量儀表的定義用于化工生產(chǎn)過程中各種工藝參數(shù)的測量、顯示、記錄或控制的儀表。概述82024/3/26彈性式壓力計(jì)利用彈性元件受壓變形的原理來測量壓力，如彈簧管壓力表、膜片壓力表等。負(fù)荷式壓力計(jì)通過測量承重元件上的負(fù)荷來推算壓力值，如活塞式壓力計(jì)、浮球式壓力計(jì)等。電測式壓力計(jì)將壓力轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行測量，如壓電式、壓阻式、電容式等壓力傳感器。壓力測量儀表92024/3/26利用流體通過節(jié)流裝置產(chǎn)生的差壓來測量流量，如孔板流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)等。差壓式流量計(jì)通過測量流體對轉(zhuǎn)子的推動(dòng)力來推算流量，如浮子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)等。轉(zhuǎn)子流量計(jì)利用電磁感應(yīng)原理來測量導(dǎo)電流體的流量，具有寬測量范圍和高精度特點(diǎn)。電磁流量計(jì)流量測量儀表102024/3/26直讀式物位計(jì)通過直接讀取液位高度來測量物位，如玻璃板液位計(jì)、磁翻板液位計(jì)等。浮力式物位計(jì)利用浮力原理來測量物位，如浮球液位計(jì)、浮筒液位計(jì)等。電測式物位計(jì)將物位轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行測量，如電容式、超聲波式、雷達(dá)式等物位傳感器。物位測量儀表112024/3/26熱電偶溫度計(jì)利用熱電效應(yīng)原理來測量溫度，具有寬測量范圍和高精度特點(diǎn)，但需要冷端補(bǔ)償。熱電阻溫度計(jì)利用金屬或半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度變化的特性來測量溫度，具有高精度和穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。膨脹式溫度計(jì)利用測溫元件受熱膨脹的原理來測量溫度，如玻璃液體溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)等。溫度測量儀表122024/3/2603自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識132024/3/26自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求由被控對象、測量變送環(huán)節(jié)、控制器和執(zhí)行器等組成的，能自動(dòng)完成某種控制任務(wù)的系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)的定義按控制原理可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)；按給定值的變化規(guī)律可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類142024/3/26過渡過程的定義系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)過渡到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)的過程。改善過渡過程品質(zhì)的方法選擇合適的控制器參數(shù)、采用串級控制或前饋控制等。過渡過程的品質(zhì)指標(biāo)最大偏差、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間等。自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程及品質(zhì)指標(biāo)152024/3/26在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，需要對其進(jìn)行控制的設(shè)備或生產(chǎn)過程。被控對象的定義放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)、滯后時(shí)間等。被控對象的特性參數(shù)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。被控對象特性的影響被控對象的特性162024/3/26測量變送環(huán)節(jié)的定義將被控對象的被控變量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號的環(huán)節(jié)。測量變送環(huán)節(jié)的特性參數(shù)輸入/輸出范圍、精度等級、線性度等。測量變送環(huán)節(jié)對系統(tǒng)性能的影響影響系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。測量變送環(huán)節(jié)的特性030201172024/3/26接收控制信號，并驅(qū)動(dòng)被控對象實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)的環(huán)節(jié)。執(zhí)行器的定義輸入/輸出范圍、靈敏度、死區(qū)等。執(zhí)行器的特性參數(shù)影響系統(tǒng)的快速性和準(zhǔn)確性。執(zhí)行器對系統(tǒng)性能的影響執(zhí)行器的特性182024/3/2604過程控制技術(shù)192024/3/26比例控制（P控制）根據(jù)偏差的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，快速響應(yīng)但可能產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差。微分控制（D控制）預(yù)測偏差變化，提前進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。積分控制（I控制）消除穩(wěn)態(tài)誤差，但可能增加系統(tǒng)超調(diào)和振蕩。常規(guī)控制規(guī)律202024/3/26前饋控制系統(tǒng)通過引入前饋信號，提前對干擾進(jìn)行補(bǔ)償，提高系統(tǒng)抗干擾能力。大滯后控制系統(tǒng)針對具有大滯后特性的被控對象，采用特殊控制策略以改善系統(tǒng)性能。串級控制系統(tǒng)由兩個(gè)或更多控制器串聯(lián)組成，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和控制精度。復(fù)雜控制系統(tǒng)212024/3/26自適應(yīng)控制根據(jù)被控對象特性的變化，自動(dòng)調(diào)整控制器參數(shù)，保持系統(tǒng)性能最優(yōu)。預(yù)測控制基于被控對象的模型預(yù)測未來輸出，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。智能控制利用人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜過程的智能優(yōu)化控制。魯棒控制針對被控對象的不確定性和干擾，設(shè)計(jì)魯棒性強(qiáng)的控制器，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。先進(jìn)控制技術(shù)222024/3/2605計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)232024/3/26123利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)檢測、控制、優(yōu)化和管理的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的定義從早期的直接數(shù)字控制（DDC）到監(jiān)督控制（SCC），再到集散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程廣泛應(yīng)用于化工、石油、冶金、電力、輕工等流程工業(yè)，以及機(jī)械制造、汽車制造等離散工業(yè)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域概述242024/3/26計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成包括被控對象、測量變送器、控制器、執(zhí)行器和人機(jī)接口等部分。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類根據(jù)控制策略的不同，可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)；根據(jù)控制器的不同，可分為數(shù)字控制器和模擬控制器；根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同，可分為集中式控制系統(tǒng)和分布式控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及分類252024/3/26計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件和軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件包括計(jì)算機(jī)主機(jī)、輸入輸出接口、通信接口、人機(jī)接口等。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件如操作系統(tǒng)、編程語言等，應(yīng)用軟件如控制算法、數(shù)據(jù)處理程序等。262024/3/26計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟包括需求分析、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試與測試等步驟。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)施方法包括硬件安裝與調(diào)試、軟件編程與調(diào)試、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與試運(yùn)行等步驟。在實(shí)施過程中，需要注意系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性等問題。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施272024/3/2606自動(dòng)化儀表及控制系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢282024/3/26應(yīng)用領(lǐng)域：自動(dòng)化儀表廣泛應(yīng)用于化工、石油、冶金、電力、輕工等流程工業(yè)領(lǐng)域，用于測量和控制各種工藝參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位等。選型原則：在選擇自動(dòng)化儀表時(shí)，應(yīng)遵循以下原則根據(jù)測量對象和要求選擇合適的儀表類型。考慮測量精度和穩(wěn)定性要求。考慮工作環(huán)境和安裝條件?？紤]經(jīng)濟(jì)性和維護(hù)方便性。自動(dòng)化儀表的應(yīng)用領(lǐng)域及選型原則292024/3/26實(shí)例一溫度控制系統(tǒng)在聚合反應(yīng)中的應(yīng)用。通過自動(dòng)化儀表測量反應(yīng)釜內(nèi)溫度，并將信號傳遞給控制器，控制器根據(jù)設(shè)定值與測量值的偏差輸出控制信號，調(diào)節(jié)加熱或冷卻裝置的功率，使反應(yīng)釜內(nèi)溫度保持恒定。實(shí)例二壓力控制系統(tǒng)在氣體壓縮中的應(yīng)用。通過自動(dòng)化儀表測量壓縮機(jī)出口壓力，并將信號傳遞給控制器，控制器根據(jù)設(shè)定值與測量值的偏差輸出控制信號，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速或閥門的開度，使出口壓力保持穩(wěn)定。實(shí)例三流量控制系統(tǒng)在液體輸送中的應(yīng)用。通過自動(dòng)化儀表測量管道內(nèi)液體流量，并將信號傳遞給控制器，控制器根據(jù)設(shè)定值與測量值的偏差輸出控制信號，調(diào)節(jié)閥門的開度或泵的轉(zhuǎn)速，使管道內(nèi)液體流量保持恒定?？刂葡到y(tǒng)在化工過程中的應(yīng)用實(shí)例分析302024/3/26隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化儀表將具備更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和學(xué)習(xí)能力，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制和優(yōu)化控制。