《化工仪表及自动化》
课程教案
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化工仪表及自动化
绪论
内容提要
化工自动化的意义及目的
化工自动化的发展概况
化工仪表及自动化系统的分类
化工自动化的意义及目的
加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。
减轻劳动强度、改善劳动条件。
能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用率、保障人身安全的目的。
生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，以适应当代信息技术革命和信息产业革命的需要。
化工自动化的发展情况
20世纪40年代以前
绝大多数化工生产处于手工操作状况，操作工人根据反映主要参数的仪表指示情况，用人工来改变操作条件，生产过程单凭经验进行。低效率，花费庞大。
20世纪50年代到60年代
人们对化工生产各种单元操作进行了大量的开发工作，使得化工生产过程朝着大规模、高效率、连续生产、综合利用方向迅速发展。
20世纪70年代以来，化工自动化技术水平得到了很大的提高
20世纪70年代，计算机开始用于控制生产过程，出现了计算机控制系统
20世纪80年代末至90年代，现场总线和现场总线控制系统得到了迅速的发展
本学科的作用
通过本门课程的学习,应能了解主要工艺参数(温度、压力、流量及物位)的检测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检测仪表及控制仪表;
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;
能了解检测技术和控制技术的发展趋势和最新发展动态。
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
化工仪表及自动化系统的分类
按功能不同，分四类：
检测仪表(包括各种参数的测量和变送)
显示仪表(包括模拟量显示和数字量显示)
控制仪表(包括气动、电动控制仪表及数字式控制器)
执行器(包括气动、电动、液动等执行器)
图
图1-1各类仪表之间的关系
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、指示或记录的部分。
作用：对过程信息的获取与记录作用。
图
图1-2热交换器自动检测系统示意图
自动检测系统中主要的自动化装置
自动检测系统中主要的自动化装置
敏感元件
传感器
显示仪表
敏感元件对被测变量作出响应,把它转换为适合测量的物理量。
传感器对检测元件输出的物理量信号作进一步信号转换。
显示仪表将检测结果以指针位移、数字、图像等形式,准确地指示、记录或储存。
2.自动信号和联锁保护系统
对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置，是生产过程中的一种安全装置。
自动信号联锁保护电路按主要构成元件不同分类：有触点式、无触点式两类
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
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。
第二节自动控制系统的组成及表示形式
人工操作与自动控制比较图
图1
图1-3人工操作图
控制速度和精度不能满足大型
控制速度和精度不能满足大型
现代化生产的需要
图
图1-4液位自动控制图
在自动控制系统的组成中,除必须具有前面所述的自动化装置外,还必须具有控制装置所控制的生产设备。
在自动控制系统中,将需要控制其工艺参数的生产设备、机器、一段管道或设备的一部分叫做被控对象,简称对象。
自动控制系统的表示形式
一、信号和变量
载有变量信息的物理变量是信号。
系统或环节
系统或环节
u
y
图1-5输入、输出变量图
AB
A
B
u
u1
u2
图1-7信号分叉点
图1-6简单水槽
二、自动控制系统方块图
在研究自动控制系统时，为了便于对系统分析研究，一般都用方块图来表示控制系统的组成。
下页图为液位自动控制系统地方块图每个环节表示组成系统的一个部分，称为“环节”。两个方块之间用一条带有箭头的线条表示其信号的相互关系，箭头指向方块表示为这个环节的输入，箭头离开方块表示为这个环节的输出。线旁的字母表示相互间的作用信号。
方块图中，x指设定值；z指输出信号；e指偏差信号；p指发出信号；q指出料流量信号；y指被控变量；f指扰动作用。当x取正值，z取负值，e=x-z，负反馈；x取正值，z取正值，e=x+z，正反馈。
图
图1-8自动控制系统方块图
其他控制系统
用同一种形式地方块图可以代表不同的控制系统
当进料流量或温度变化等因素引起出口物料温度变化时，可以将该温度变化测量后送至温