化工儀表及自動(dòng)化課件緒論

化工儀表及自動(dòng)化課件緒論緒論化工儀表基礎(chǔ)知識(shí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成與原理化工過程參數(shù)檢測(cè)與變送執(zhí)行器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)化工過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施現(xiàn)代控制技術(shù)在化工過程中的應(yīng)用目錄01緒論化工產(chǎn)業(yè)的重要性01化工產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，涉及能源、材料、醫(yī)藥、環(huán)保等眾多領(lǐng)域，對(duì)社會(huì)發(fā)展具有舉足輕重的作用。化工儀表及自動(dòng)化的關(guān)鍵作用02化工儀表及自動(dòng)化技術(shù)是化工生產(chǎn)過程中的“眼睛”和“大腦”，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制和優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展需求03隨著工業(yè)4.0、智能制造等新時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)的到來，化工儀表及自動(dòng)化技術(shù)不斷更新?lián)Q代，對(duì)人才培養(yǎng)提出了更高要求。課程背景與意義從早期的機(jī)械式儀表到電子式儀表，再到智能儀表和網(wǎng)絡(luò)化儀表的發(fā)展歷程?；x表的發(fā)展歷程自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)歷了從局部自動(dòng)化到綜合自動(dòng)化的發(fā)展過程，在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛，如DCS、PLC等控制系統(tǒng)的應(yīng)用。自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用隨著化工生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和工藝復(fù)雜性的增加，化工儀表及自動(dòng)化技術(shù)面臨著更高的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，如提高測(cè)量精度、增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、實(shí)現(xiàn)智能化控制等。當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇化工儀表及自動(dòng)化發(fā)展概述知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)課程要求課程目標(biāo)與要求掌握化工儀表及自動(dòng)化的基本概念、原理和方法，了解相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域的前沿動(dòng)態(tài)。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和職業(yè)素養(yǎng)。具備獨(dú)立分析和解決化工生產(chǎn)過程中儀表及自動(dòng)化問題的能力，能夠設(shè)計(jì)和實(shí)施簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制系統(tǒng)。認(rèn)真聽講、積極思考、勤于實(shí)踐，注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通能力培養(yǎng)。02化工儀表基礎(chǔ)知識(shí)流量測(cè)量?jī)x表包括流量計(jì)、流量開關(guān)等，用于測(cè)量管道中流體的流量。溫度測(cè)量?jī)x表包括熱電偶、熱電阻等，用于測(cè)量物體或介質(zhì)的溫度。壓力測(cè)量?jī)x表包括壓力表、壓力變送器等，用于測(cè)量氣體或液體的壓力。物位測(cè)量?jī)x表包括液位計(jì)、料位計(jì)等，用于測(cè)量容器內(nèi)液體或固體的位置。分析儀表包括PH計(jì)、氧分析儀等，用于對(duì)氣體或液體成分進(jìn)行分析。儀表分類及功能由于儀表本身或環(huán)境因素引起的測(cè)量值與真實(shí)值之間的差異。測(cè)量誤差表示儀表測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，通常以百分比或滿量程的百分?jǐn)?shù)表示。精度等級(jí)包括儀表本身的誤差、安裝誤差、使用誤差等。誤差來源包括選用高精度儀表、進(jìn)行定期校準(zhǔn)、改善測(cè)量環(huán)境等。提高精度的措施測(cè)量誤差與精度包括測(cè)量范圍、精度等級(jí)、重復(fù)性、穩(wěn)定性等，用于評(píng)價(jià)儀表的性能優(yōu)劣。性能指標(biāo)選型原則選型步驟注意事項(xiàng)根據(jù)測(cè)量需求選擇合適的儀表類型、規(guī)格和型號(hào)，同時(shí)考慮使用環(huán)境、經(jīng)濟(jì)性和可維護(hù)性等因素。明確測(cè)量需求、了解各種儀表的性能特點(diǎn)、進(jìn)行初步篩選、詳細(xì)比較和評(píng)估、確定最終選型。避免選用過時(shí)或淘汰產(chǎn)品，注意儀表的互換性和可替代性，考慮儀表的長(zhǎng)期運(yùn)行和維護(hù)成本。儀表性能指標(biāo)及選型03自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成與原理指需要控制的工藝設(shè)備或生產(chǎn)過程，如反應(yīng)器、精餾塔等。被控對(duì)象將被控對(duì)象的參數(shù)（如溫度、壓力、流量等）轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，傳遞給控制器。測(cè)量變送器接收測(cè)量變送器的信號(hào)，與設(shè)定值進(jìn)行比較，并按照一定的控制規(guī)律輸出控制信號(hào)?？刂破鹘邮湛刂破鞯目刂菩盘?hào)，通過改變被控對(duì)象的操作變量（如閥門開度、電機(jī)轉(zhuǎn)速等）來實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。執(zhí)行器控制系統(tǒng)基本組成反饋控制原理通過將被控對(duì)象的輸出信號(hào)（反饋信號(hào)）與設(shè)定值進(jìn)行比較，得到偏差信號(hào)，再根據(jù)偏差信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使被控對(duì)象的輸出趨近于設(shè)定值。前饋控制原理根據(jù)被控對(duì)象的輸入信號(hào)或擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)被控對(duì)象的影響，提高系統(tǒng)的抗干擾能力?？刂品椒ò≒ID控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，其中PID控制是最常用的一種控制方法，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參數(shù)易于調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)?？刂圃砼c方法

控制器類型及特點(diǎn)模擬控制器采用模擬電路實(shí)現(xiàn)控制功能，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但精度和穩(wěn)定性相對(duì)較低。數(shù)字控制器采用微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)控制功能，具有精度高、穩(wěn)定性好、易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法等優(yōu)點(diǎn)，但成本相對(duì)較高。智能控制器采用模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能算法實(shí)現(xiàn)控制功能，具有自適應(yīng)能力強(qiáng)、能夠處理非線性問題等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜。04化工過程參數(shù)檢測(cè)與變送溫度檢測(cè)原理基于熱電偶、熱電阻等測(cè)溫元件，將溫度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。溫度變送器將測(cè)溫元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，便于遠(yuǎn)程傳輸和集中控制。溫度檢測(cè)應(yīng)用用于化工過程中的反應(yīng)溫度、加熱溫度、冷卻溫度等關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。溫度檢測(cè)與變送030201壓力檢測(cè)原理利用彈性元件、壓阻元件等感受壓力，并轉(zhuǎn)換為位移或電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。壓力變送器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸和集中控制。壓力檢測(cè)應(yīng)用用于化工過程中的反應(yīng)釜壓力、管道壓力、儲(chǔ)罐壓力等重要參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。壓力檢測(cè)與變送基于節(jié)流裝置、渦輪、電磁等原理，測(cè)量流體在管道中的流量。流量檢測(cè)原理將流量信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，便于遠(yuǎn)程傳輸和集中控制。流量變送器用于化工過程中的原料輸送、產(chǎn)品計(jì)量、能源計(jì)量等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。流量檢測(cè)應(yīng)用流量檢測(cè)與變送物位檢測(cè)原理利用浮力原理、電容原理、超聲波原理等，測(cè)量容器中液體或固體的物位高度。物位檢測(cè)應(yīng)用用于化工過程中的原料儲(chǔ)罐、成品儲(chǔ)罐、反應(yīng)釜等設(shè)備的物位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。物位變送器將物位信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸和集中控制。物位檢測(cè)與變送05執(zhí)行器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)執(zhí)行器以壓縮空氣為動(dòng)力，通過氣缸驅(qū)動(dòng)閥門動(dòng)作。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、維護(hù)方便等特點(diǎn)。液動(dòng)執(zhí)行器以液壓油為傳動(dòng)介質(zhì)，通過液壓缸驅(qū)動(dòng)閥門動(dòng)作。具有輸出力大、動(dòng)作平穩(wěn)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)執(zhí)行器通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械位移，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的控制。具有動(dòng)作快、精度高、易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等優(yōu)點(diǎn)。執(zhí)行器類型及工作原理根據(jù)工藝要求、控制精度、使用環(huán)境等因素選擇合適的執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型。選擇原則確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝牢固、位置準(zhǔn)確，避免振動(dòng)和干擾。同時(shí)，要注意與執(zhí)行器、閥門等設(shè)備的連接方式和密封性能。安裝要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇與安裝ABCD執(zhí)行器性能評(píng)價(jià)靜態(tài)特性包括輸入-輸出特性、死區(qū)、回程誤差等指標(biāo)，反映執(zhí)行器的靜態(tài)精度和穩(wěn)定性?？煽啃灾笀?zhí)行器在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中保持性能穩(wěn)定的能力，包括平均無故障時(shí)間、故障率等指標(biāo)。動(dòng)態(tài)特性包括響應(yīng)時(shí)間、超調(diào)量、振蕩等指標(biāo)，反映執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和穩(wěn)定性。環(huán)境適應(yīng)性指執(zhí)行器在不同環(huán)境條件下的工作性能，如溫度、濕度、振動(dòng)等。06化工過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施03保證系統(tǒng)安全01控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則02滿足工藝要求控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與方法提高經(jīng)濟(jì)效益控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法易于操作和維護(hù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與方法01020304分析控制要求選擇控制方案設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定控制算法和參數(shù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則與方法控制方案選擇與優(yōu)化010203單回路控制方案串級(jí)控制方案控制方案選擇控制方案選擇與優(yōu)化01比值控制方案02前饋控制方案控制方案優(yōu)化0302030401控制方案選擇與優(yōu)化采用先進(jìn)控制策略優(yōu)化控制參數(shù)提高系統(tǒng)抗干擾能力降低能耗和物耗控制系統(tǒng)硬件配置控制系統(tǒng)軟件編程調(diào)試運(yùn)行系統(tǒng)集成與安裝系統(tǒng)實(shí)施系統(tǒng)實(shí)施與調(diào)試運(yùn)行系統(tǒng)實(shí)施與調(diào)試運(yùn)行01單機(jī)調(diào)試02聯(lián)機(jī)調(diào)試03投運(yùn)與試運(yùn)行04性能評(píng)估與驗(yàn)收07現(xiàn)代控制技術(shù)在化工過程中的應(yīng)用DCS基本概念集散控制系統(tǒng)是一種分布式控制系統(tǒng)，通過高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)將多個(gè)控制器、操作站、數(shù)據(jù)采集站等連接起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)化工過程的集中監(jiān)視、分散控制。DCS組成及功能集散控制系統(tǒng)主要由控制器、操作站、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集站等組成，具有數(shù)據(jù)采集與處理、控制運(yùn)算、控制輸出、人機(jī)交互等功能。DCS在化工過程中的應(yīng)用集散控制系統(tǒng)在化工過程中應(yīng)用廣泛，可實(shí)現(xiàn)工藝流程的自動(dòng)化控制、生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與處理等。集散控制系統(tǒng)（DCS）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式控制系統(tǒng)，通過現(xiàn)場(chǎng)總線將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接起來，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的信息交換和自動(dòng)控制。FCS組成及功能現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)總線、控制器等組成，具有設(shè)備級(jí)通信、實(shí)時(shí)性控制、互操作性等功能。FCS在化工過程中的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在化工過程中應(yīng)用廣泛，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、設(shè)備之間的信息交換、工藝流程的自動(dòng)化控制等。FCS基本概念010203工業(yè)以太網(wǎng)基本概念工業(yè)以太網(wǎng)是一種基于以太網(wǎng)的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，通過以太網(wǎng)將工業(yè)設(shè)備連接起來，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的信息交換和自動(dòng)控制。工業(yè)以太網(wǎng)組成及功能