化工仪表及自动化课件

《化工仪表及自动化课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工仪表及自动化课件（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 化工仪表及自动化 厉玉鸣讲授: 孙树旺 E-mail： Tel: 6388692013383818172重 要自动化（自动控制）热门专业实际工作中每天都要应用的专业基础课主要内容如何实现自动化，而非理论 仪表实现（传统） 仪表、计算机、网络实现 应用自动控制理论、仪器仪表、计算机技术 实现化工生产自动化学习原则-重在应用 结构原理、误差分析、选用安装 控制仪表系统的设计、分析 本书结构容易学习，但内容广泛绪 论一、什么是化工自动化 化工生产过程自动化：是化工、炼油、食品 、轻工等化工类型生产自动化的简称 在化工设备、装置及管道上，配置一些自动 化装置，替代操作工人的部分直接劳动， 使生产在不

2、同程度上自动地进行 这种部分地或全部地用自动化装置来管理化 工生产过程的办法，称为化工生产过程自 动化，简称为化工自动化化工是最好专业，永远年青 与人的生活密切相关，化工产品用来满足人 的基本需要 制药：人药、兽药、农药 日化：洗涤用品、化妆品、美容、减肥 食品饮料 石化 化肥 暴利行业 广阔天地、大有前途2、目的 （1）加快生产速度、降低生产成本、提高 产品产量和质量。 （2）减轻劳动强度、改善劳动条件。 （3）保证生产、人生安全，防止事故发生 或扩大，延长设备使用寿命、提高设备利 用率。 （4）改变劳动方式，提高工人文化技术水 平，适应当代信息技术革命和信息产业革 命需要二、化工自动化的发

3、展概况1、 初级阶段：应用一些自动检测仪表监视生产，利用 手工操作 工人根据反映主要工艺参数的仪表指示情况人 工地改变操作条件，生产过程单凭经验进行 。对于连续生产的化工厂，在进出物料彼此 联系中装设了大的贮槽，可以克服干扰影响 及稳定生产，但是生产效率低，设备投资大 。2、 5060年代：开发化工生产各个操作单元，向着大规 模、高效率、连续生产、综合利用方向发展 实际生产中应用的自动控制系统主要是压力、 流量、液位和温度四大参数的简单控制。串 级、比值、多冲量等复杂控制系统也得到一 定程度发展。自动化技术工具主要是基地式 电动、气动仪表及膜片式的单元组合仪表 此时期由于对化工对象动态特性了解

4、不够深入 ，因此，半经验、半理论的设计准则和整定 公式，在自动控制系统设计和参数整定中起 相当重要作用。3、 70年代：自动化技术工具方面，气动型和电 动型单元组合式仪表刚投入生产不久， 气动型和电动型单元组合式仪表相继 问世，进一步发展到具有多功能的组装仪 表、智能式仪表，为实现各种特殊控制规 律提供了条件。新型智能传感器和控制仪 表的问世使仪表与计算机之间的直接联系 极为方便。而且，电子计算机的作用也越 来越大 化工生产过程自动化是一门综合性技 术学科，利用自动控制学科、仪器仪表学 科几计算机学科的理论与技术服务于化学 工程学科随着现代科学技术的进步，本学科将 不断发展并日益被人们所重视在

5、化工生产过程中，由于实现了自动化 ，人们通过自动化装置来管理生产，自动 化装置与工艺及设备已结合成为有机的整 体。因此，越来越多的工艺技术人员认识 到：学习仪表及自动化方面的知识，对于 管理与开发现代化化工生产过程是十分必 要的发展史人工自动检测+人工操作仪表自动控制 系统计算机控制、新型控制系统综合 自动化（控制与管理的一体化、智能化、 网络化）第一章 自动控制系统基本概念第一节 化工自动化的主要内容化工生产过程中需要测量和控制的参数是多种 多样的，主要的有热工量（压力、流量、液位、 温度等）和成分（或物性）量。所以化工自动化 仪表按功能不同，大致分为四类： 检测仪表（各种参数的测量和变送）

6、； 显示仪表（模拟量显示和数字量显示）； 控制仪表（气动、电动控制仪表及数字式控制器） ； 执行器 （气动、电动、液动等执行器）。利用上述各类仪表，可以构成自动检测、自 动操纵、自动保护和自动控制这样四种自动化系 统1、 自动检测系统利用各种仪表对生产过程中主要工艺参 数进行测量、指示或记录的，称为自动检测 系统 它代替了操作人员对工艺参数的不断观察与记 录眼睛起到对过程信息的获取与记 录作用 这在生产过程自动化中是最基本的也是十分重 要的内容。自动检测系统中主要的自动化装置是敏感元 件、传感器和显示仪表敏感元件也称检测元件，作用是对被测变量 作出响应，把它转换成适合测量的物理量。 传感器可以

7、对检测元件输出的物理量信号作 进一步信号转换，当转换后的信号为标准的 统一信号（如010mA、420mA、 0.020.1Mpa等）时，此时的传感器一般成 为变送器。 显示仪表的作用是将检测结果以指针位移、 数字、图象等形式准确地指示、记录或储存 ，使操作人员能正确了解工艺操作情况和状 态2、 自动信号和联锁保护系统生产过程中有时由于一些偶然因素的影响导 致工艺参数超出允许的变化范围而出现不正常情 况时就有可能引起事故常对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装 置。当工艺参数超过了允许范围，在事故即将发 生以前，信号系统就自动地发出声光信号警报， 告戒操作人员注意，并及时采取措施。自动信号联锁保

8、护电路按其主要构成元件的 不同，可分为有触点式和无触点式两类（有时可 采用混合式）有触点式电路是由各种继电器、按钮、开关等电 器组成的继电线路，依靠各种电器的触点开合 完成电路的通断和切换。无触点式电路利用由二极管、晶体管及集成电路 等电子器件构成具有一定功能的电子线路，利 用电子器件的导通或阻断特性来实现自动信号 的报警和联锁保护作用3、自动操纵及自动开停车系统自动操纵系统可以根据预先规定的步骤 自动地对生产设备进行某种周期性操作。自动开停车系统可以按照预先规定好的 步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停 车4、 自动控制系统生产过程中各种工艺条件不可能一成不变，特 别是化工生产，大多数是连

9、续生产，各设备相互 关联，当其中某一设备工艺条件发生变化时，都 可能引起其他设备中某些参数的波动，偏离正常 工艺条件。需要用自动控制装置对生产中某些关键性参数 进行自动控制，使它们在受到外界干扰的影响而 偏离正常状态时，能自动地调回到规定的数值范 围内自动检测系统只能完成“了解”生产过程进行情 况的任务；自动信号联锁保护系统只能在工艺条件进入 某种极限状态时采取安全措施以免发生生产事故；自动操纵系统只能按照预先规定好的步骤进 行某种周期性操作；自动控制系统才能自动地排除各种干扰因素 对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先规定的 数值上，保证生产维持在正常或最佳的工艺操作状 态。所以，自动控制系

10、统是自动化生产中的核心部 分。 通过本门课程学习，应能了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位 ）的测量方法及其仪表的工作原理及特点； 能根据工艺要求正确地选用和使用常见的测量仪 表及控制仪表； 能了解化工自动化的初步知识，理解基本控制规 律，懂得控制器参数是如何影响控制质量的； 能根据工艺的需要和自控设计人员共同探讨和提 出合理的自动控制方案； 能为自控设计提供正确的工艺条件和数据； 能在生产开停车过程中初步掌握自动控制系统的 投运及控制器的参数整定。 第二节第二节 自动控制系统的组成及方自动控制系统的组成及方 块图块图一、自动控制系统的组成自动控制系统的组成人作了哪些工作？ 眼：液位h脑

11、检测 脑：比较、思考（运 算）、决策、命令 手控制 手：动作，在原来的 基础上改变阀门开度 执行用自动化装置代替人的工作用自动化装置代替人的工作进 料 口执 行 器变 送 器调调 节节 器器 眼测量元件与变送器：测量液位并将液 位高低转化为一种特定的、统一的输出信 号（压力、电流、电压）检测 脑控制器（调节器）：接受信号，比较 得到偏差，按一定规律运算出结果，用特 定信号送出（压力、电流、电压）比 较、运算、命令控制 手执行器（控制阀）：根据控制器送来 的信号改变开度执行 测量元件与变送器、控制器、执行器称为自 动化装置被控对象被控对象 ： 需要控制其工艺参数的生产设备、机械需要控制其工艺参数

12、的生产设备、机械或生产过程称为或生产过程称为被控对象被控对象，简称，简称对象对象液体储槽、塔器、反应器、换热器、泵、压缩机、容液体储槽、塔器、反应器、换热器、泵、压缩机、容 器、管道器、管道对象不一定是整个装置，可能是某一与控制有关的相对象不一定是整个装置，可能是某一与控制有关的相 应部分应部分控制系统的控制系统的 4 4 个个基本环节基本环节：被控对象、检测仪表被控对象、检测仪表( (测量变送环节测量变送环节) )、控制器、执行、控制器、执行 器器进 料 口执 行 器变 送 器调调 节节 器器进 料 口执 行 器变 送 器控控 制制 站站几个常用术语几个常用术语 ：（1 1）被控对象被控对象

13、 需要实现控制的设备、机械或生产需要实现控制的设备、机械或生产 过程称为被控对象，简称对象。过程称为被控对象，简称对象。（2 2）被控变量被控变量 对象内要求保持一定数值（或按某对象内要求保持一定数值（或按某 一规律变化）的物理量称为被控变量。一规律变化）的物理量称为被控变量。（3 3）控制变量控制变量（操纵变量操纵变量） 受执行器控制，用以使受执行器控制，用以使 被控变量保持一定数值的物料或能量称为控制变被控变量保持一定数值的物料或能量称为控制变 量或操纵变量。量或操纵变量。 几个常用术语几个常用术语 ：（4 4）干扰干扰（扰动扰动） 除控制变量（操纵变量）以外，除控制变量（操纵变量）以外，

14、 作用于对象并引起被控变量变化的一切因素称为作用于对象并引起被控变量变化的一切因素称为 干扰。干扰。（5 5）设（给）定值设（给）定值 工艺规定被控变量所要保持的数工艺规定被控变量所要保持的数 值。值。（6 6）偏差偏差 偏差本应是设定值与被控变量的实际值偏差本应是设定值与被控变量的实际值 之差。但能获取的信息是被控变量的测量值而非之差。但能获取的信息是被控变量的测量值而非 实际值，因此，在控制系统中通常把设定值与测实际值，因此，在控制系统中通常把设定值与测 量值之差定义为偏差。量值之差定义为偏差。二、自动控制系统的方块图二、自动控制系统的方块图在研究自动控制系统时，为了能清楚的表示 系统各组

15、成环节之间的相互影响和信号联 系，用方块图表示控制系统其方块图为： 被控变量：y 干扰作用：f 测量值：z 给定值：x 偏差：e =x-z 比较机构 控制器输出：p 控制作用：p 执行器（控制阀）开度发发生变变 化，出料流量变变化克服干扰对扰对 y的影响，称为为控 制作用 操纵变纵变 量：具体实现实现 控制作用的变变量，q 操纵介质（操纵剂）：用来实现实现 控制作用的物料具体方块图为：注意1、不同的控制系统可用同一形式方块图表示 被控变量：出口物料温度 被控对象：换热器 操纵变量：蒸汽流量 操纵介质：加热蒸 汽 可能的干扰作用：进料流量的变化、加热蒸汽压 力的变化、进料温度的变化、传热系数的变化、 环境温度变化2、方块图与工艺流程图的区别 方块图中每个方块都代表一个具体的装置 ，方块之间连接线代表方块之间的信号联 系，不代表方块之间的物料联系，箭头代 表信号作用方向； 工艺流程图上的物料线代表物料从一个设 备进入另一个设备3、自动控制系统是闭环系统 反馈反馈：反馈：是控制系统的输出（即被控变量）通过测量 变送返回到控制系统的输入端，并与设定值比较 的过程 负反馈：反馈信号取负值，使原来的信号减弱或反 馈的结果使系统