化工儀表及自動(dòng)化-緒論課件

化工儀表及自動(dòng)化緒論工藝流程模擬屏集散控制系統(tǒng)操作站下面我們來看幾個(gè)工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中常見的自動(dòng)控制系統(tǒng)。一、生活環(huán)境中的自動(dòng)控制系統(tǒng)如今，在日常生活中幾乎處處都可見到自動(dòng)控制系統(tǒng)的存在。如各種溫度調(diào)節(jié)、濕度調(diào)節(jié)、自動(dòng)洗衣機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)電梯等。它們都在一定程度上代替或增強(qiáng)了人類身體器官的功能，提高了生活質(zhì)量。但人們對(duì)日常生活環(huán)境自動(dòng)化的追求是永無止境的，新技術(shù)和新產(chǎn)品正在不斷涌現(xiàn)。1、空氣調(diào)節(jié)器空調(diào)是一個(gè)典型的溫度控制系統(tǒng)。它能使室溫保持恒定。室溫采用空調(diào)器進(jìn)行控制時(shí)，溫度變化曲線如圖1所示。實(shí)現(xiàn)這種溫度調(diào)節(jié)功能的是空調(diào)中的溫度控制系統(tǒng)。溫度計(jì)用來測(cè)量室溫；控制器判斷室溫是否高于或低于用戶設(shè)定的溫度；切換開關(guān)控制加熱、制冷裝置；最后是被控制的裝置或?qū)ο螅捶块g的溫度得到調(diào)控。這就是一個(gè)完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)的四個(gè)基本組成部分。

2、電冰箱電冰箱相當(dāng)于一個(gè)“小房間”的溫度控制系統(tǒng)，它主要是制冷裝置，但有的也有加熱裝置，用于自動(dòng)化霜。空調(diào)和電冰箱的設(shè)定溫度一般不需要經(jīng)常改變。3、電飯煲電飯煲也是一個(gè)溫度控制系統(tǒng)。高級(jí)電飯煲的設(shè)定溫度可以按人工設(shè)定的程序自動(dòng)變化。例如可將它的溫度設(shè)定為如圖2所示的曲線。4、洗衣機(jī)現(xiàn)在的全自動(dòng)洗衣機(jī)也是按照事先設(shè)定好的幾個(gè)步驟進(jìn)行工作的，但它的控制過程比較復(fù)雜，一個(gè)大周期中又包含了幾個(gè)基本相同的小周期。完整的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)還包括進(jìn)水控制、出水控制、平衡控制等。5、其他應(yīng)該說隨著生活水平的提高，人們投入到自動(dòng)化上的費(fèi)用越來越多，自動(dòng)化系統(tǒng)也日益隨處可見，如電梯、自動(dòng)門、自動(dòng)路燈、自動(dòng)潔具、保安系統(tǒng)等。二、工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)控制系統(tǒng)現(xiàn)代工業(yè)按所加工的原材料可劃分為兩大類。一類是氣體、液體和粉體，這是石油、化工、制藥、輕工、食品、建材等行業(yè)的主要工況，主要控制溫度、壓力、物位、流量、成分等參數(shù)，這是本課程涉及的主要內(nèi)容；另一類是對(duì)已成型材料的進(jìn)一步加工或?qū)Χ喾N已成型材料（各種元器件）的裝配，主要控制位移、速度、角度等參數(shù)。隨著生產(chǎn)裝置的大型化、集中化和過程的連續(xù)化，自動(dòng)控制系統(tǒng)越來越多，越來越重要。1、液位控制化工生產(chǎn)中有很多貯罐和容器（如油罐、水箱、鍋爐氣包等）需要控制液位。

圖1-4已經(jīng)是一個(gè)實(shí)用的液位控制系統(tǒng)，但當(dāng)需要將液位信號(hào)傳送到遠(yuǎn)方的控制室時(shí)，就需要改為電動(dòng)式。用一個(gè)能送出電信號(hào)的液位測(cè)量?jī)x表代替浮球，用一個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)器代替杠桿，閥門也換成可接受電信號(hào)的閥門，就構(gòu)成了一個(gè)目前常見的液位控制系統(tǒng)。如圖1-5所示，LT表示液位測(cè)量及信號(hào)變換裝置，LC表示液位控制器。2、溫度控制工業(yè)生產(chǎn)中存在大量的加熱爐，一般是通過控制燃料的量來保證被加熱物料達(dá)到或保持在所需要的溫度。換熱器是常見的工業(yè)設(shè)備，它通過冷熱流體的熱量交換實(shí)現(xiàn)對(duì)冷流體加熱的目的，控制手段通常是調(diào)節(jié)熱流體的流量，如圖1-6所示。圖中，TT表示溫度測(cè)量?jī)x表，TC表示溫度調(diào)節(jié)器。另外，化學(xué)反應(yīng)器中化學(xué)反應(yīng)的溫度，也要求進(jìn)行溫度控制。三、化工生產(chǎn)過程的特點(diǎn)密閉、連續(xù)、高壓、高溫、深冷、有毒、易燃、易爆。四、實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程自動(dòng)化的目的為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和安全，必須采用自動(dòng)控制系統(tǒng)五、自動(dòng)化技術(shù)簡(jiǎn)要發(fā)展史廣義的自動(dòng)化，是指在人類的生產(chǎn)、生活和管理的一切過程中，通過采用一定的技術(shù)裝置和策略，使得僅用較少的人工干預(yù)甚至做到?jīng)]有人工干預(yù)，就能使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期目的的過程，從而減少和減輕了人的體力和腦力勞動(dòng)，提高了工作效率、效益和效果。由此可見，自動(dòng)化涉及到人類活動(dòng)的幾乎所有領(lǐng)域，因此，自動(dòng)化是人類自古以來永無止境的夢(mèng)想和追求目標(biāo)。自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展大致可分為工匠、技術(shù)化、理論化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化等幾個(gè)階段。一、工匠階段人類很早就進(jìn)行了簡(jiǎn)陋自動(dòng)化裝置的探索，留下了許多記載與傳說，如中國(guó)的指南車，記里鼓車，著名科學(xué)家張衡發(fā)明的混天儀、水運(yùn)氣象臺(tái)等。公元3世紀(jì)，希臘人發(fā)明了水鐘。另外，古代傳說中的在重要位置安放的各種暗算機(jī)關(guān)，也是早期的自動(dòng)化裝置的嘗試。據(jù)說，達(dá)·芬奇為路易十二制造過供玩賞用的機(jī)器獅，可以說是最簡(jiǎn)單的機(jī)器人了。二、技術(shù)化和理論化階段標(biāo)志人類社會(huì)工業(yè)革命開始的是瓦特于1788年發(fā)明的蒸汽機(jī)，它同樣也標(biāo)志著自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)化和理論化階段的開始。具有良好的自動(dòng)控制系統(tǒng)也是蒸汽機(jī)得以成功的必要條件之一。在瓦特之前，已有人發(fā)明過各種各樣的蒸汽機(jī)及相關(guān)控制裝置，但沒有真正地解決問題，主要原因有蒸汽的進(jìn)氣和排氣是手動(dòng)操縱的，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定等。瓦特的發(fā)明解決了這些問題，其蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理如右圖所示。這是一個(gè)典型的具有負(fù)反饋的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。1868年，麥克思威爾發(fā)表了著名的關(guān)于調(diào)節(jié)器的論文，對(duì)反饋理論進(jìn)行了深入的研究。同年，法國(guó)工程師法爾科發(fā)明了反饋調(diào)節(jié)器。至1920年，反饋理論已廣泛地應(yīng)用于電子放大器中，性能有了較大的改善。1920年，美國(guó)出現(xiàn)了PID調(diào)節(jié)器，并應(yīng)用到化工和煉油過程。到1948年，控制理論的經(jīng)典部分都已基本提出，如，多種控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法、根軌跡法、頻率分析法等。1946年，第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)問世。除了工業(yè)革命使自動(dòng)化獲得較為廣泛的應(yīng)用外，特別要提及的是第一次和第二次世界大戰(zhàn)極大地激發(fā)了自動(dòng)控制在軍事和軍工領(lǐng)域的應(yīng)用。三、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方法1948年，維納的《控制論》一書，標(biāo)志著自動(dòng)化的理論基礎(chǔ)——控制論正式誕生。同年，香農(nóng)發(fā)表了《通訊的數(shù)字原理》，標(biāo)志著信息論的誕生。連同1946年誕生的第一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它們標(biāo)志著自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)化與智能化的階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展大大推動(dòng)了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。同時(shí)，這些科技成果也標(biāo)志著人類社會(huì)繼農(nóng)業(yè)革命和工業(yè)革命之后又一個(gè)偉大的變革——信息革命的開始?？刂普摬⒉粌H僅是工業(yè)和工程領(lǐng)域的科學(xué)，它也是一種思想，一種方法，普遍適用于幾乎所有領(lǐng)域。哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家、軍事家、政治家、工程師等都對(duì)它感興趣。它的應(yīng)用可分為四大領(lǐng)域：工程控制論、生物控制論、經(jīng)濟(jì)控制論、社會(huì)控制論。