化工仪表与自动控制认识了解课件

化工仪表与自动控制能力目标：能力目标：知识目标：知识目标：素质目标：素质目标：能认识化工仪能认识化工仪表。表。能正确使用化能正确使用化工仪表。工仪表。能正确认识化能正确认识化工生产中自动控工生产中自动控制的应用。制的应用。了解化工生产过程及特点。了解化工生产过程及特点。了解化工生产过程自动化要求。了解化工生产过程自动化要求。了解自动化仪表的分类。了解自动化仪表的分类。掌握自动化系统的组成和分类。掌握自动化系统的组成和分类。了解化工自动化的发展概况。了解化工自动化的发展概况。了解自动控制在化工生产过程中了解自动控制在化工生产过程中的应用。的应用。学会查阅相关资学会查阅相关资料。料。培养善于观察、培养善于观察、思考、自主学习的思考、自主学习的能力。能力。树立正确的工作树立正确的工作态度，培养团结协态度，培养团结协作的团队意识。作的团队意识。0.0.认识化工仪表与自动控制认识化工仪表与自动控制学习目标学习目标基基 本本 内内 容容123 化工生产过程及特点化工生产过程及特点 化工自动化的概述化工自动化的概述 化工仪表和自动化技术的发展概况化工仪表和自动化技术的发展概况 工业自动化仪表的分类工业自动化仪表的分类 自动化系统的组成和分类自动化系统的组成和分类1.1.化工生产过程简介化工生产过程简介0.1.1化工生产过程及特点 化工生产过程，往往是在化工生产过程，往往是在密闭的管道和设备中密闭的管道和设备中，连续连续地进行着地进行着物理物理或者化学的变化或者化学的变化，常常具有高压、高温、深冷、有毒、易燃、易爆等特，常常具有高压、高温、深冷、有毒、易燃、易爆等特点，因此，必须借助于各种仪表等自动化装置进行自动化的生产，才能点，因此，必须借助于各种仪表等自动化装置进行自动化的生产，才能保证生产的稳定、可靠、安全。保证生产的稳定、可靠、安全。1.1.化工生产过程简介化工生产过程简介0.1.1化工生产过程及特点 化工生产过程的主体一般是化学反应过程。其基本生产流程如图化工生产过程的主体一般是化学反应过程。其基本生产流程如图0-10-1所示。所示。化学反应过程中所需的化工原料，首先送入输入设备，化学反应过程中所需的化工原料，首先送入输入设备，然后将原料送入然后将原料送入前处理过程前处理过程，对原料进行，对原料进行分离或精制分离或精制，使，使它符合化学反应对原料提出的要求。它符合化学反应对原料提出的要求。化学反应化学反应后的生成物后的生成物进入进入后处理过程后处理过程，在此将半成品提纯为合格的产品并回收，在此将半成品提纯为合格的产品并回收未反应的原料和副产品，然后进入输出设备中贮存。同时未反应的原料和副产品，然后进入输出设备中贮存。同时为了化学反应及前、后处理过程的需要，还有从外部提供为了化学反应及前、后处理过程的需要，还有从外部提供必要的水、电、汽以及冷量等能源的必要的水、电、汽以及冷量等能源的公用工程公用工程。有时，还。有时，还有有能量回收能量回收和和三废处理三废处理系统等附加部分。系统等附加部分。1.1.化工生产过程简介化工生产过程简介0.1.1化工生产过程及特点 三传一反三传一反被认为是化学工程学科的理论基础，即质量传递、动量被认为是化学工程学科的理论基础，即质量传递、动量传递、热量传递（三传）和化学反应工程（一反）。传递、热量传递（三传）和化学反应工程（一反）。单元过程单元过程是指化工生产过程中各类化学反应操作，如氧化、硝化、是指化工生产过程中各类化学反应操作，如氧化、硝化、裂解、聚合等等。裂解、聚合等等。单元操作单元操作是指各种化工生产过程中普遍采用的、遵循共同的物理是指各种化工生产过程中普遍采用的、遵循共同的物理定律、所用设备相似、具有相同作用的那些基本物理操作。在单元操定律、所用设备相似、具有相同作用的那些基本物理操作。在单元操作中，参与操作的物料不发生化学性质的变化。作中，参与操作的物料不发生化学性质的变化。补充介绍补充介绍0.1.1化工生产过程及特点 2.2.化工生产过程的特点化工生产过程的特点 0.1.1化工生产过程及特点 化工生产过程的特点是产品从原料加工到产品完成，流程都化工生产过程的特点是产品从原料加工到产品完成，流程都较长而复杂，并伴有副反应。工艺内部各变量间关系复杂，操作较长而复杂，并伴有副反应。工艺内部各变量间关系复杂，操作要求高。关键设备停车会影响全厂生产。大多数物料是液体或气要求高。关键设备停车会影响全厂生产。大多数物料是液体或气体状态，在密闭的管道、反应器、塔与热交换器等内部进行各种体状态，在密闭的管道、反应器、塔与热交换器等内部进行各种反应、传热、传质等过程。这些过程经常在反应、传热、传质等过程。这些过程经常在高温、高压、易燃、高温、高压、易燃、易爆、有毒、有腐蚀、有刺激性臭味等条件下进行。易爆、有毒、有腐蚀、有刺激性臭味等条件下进行。结论：结论：0.1.1化工生产过程及特点 光靠人工操作已经无法适应现代控制要求了，必须借光靠人工操作已经无法适应现代控制要求了，必须借助化工仪表与自动控制系统来完成操作。助化工仪表与自动控制系统来完成操作。0.1.2 化工自动化的概述 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一型生产过程自动化的简称。在化工设备上，配备上一些些自动化装置自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为理化工生产过程的办法，称为化工自动化化工自动化。0.1.2 化工自动化的概述实现化工生产过程自动化的目的和意义实现化工生产过程自动化的目的和意义p 加快生产速度，降低生产成本，提高产品质量和产量。加快生产速度，降低生产成本，提高产品质量和产量。p 减轻劳动强度、改善劳动条件。减轻劳动强度、改善劳动条件。p 能保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，能保证生产安全，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。提高设备利用率。p 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，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差距创造条件。水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差距创造条件。0.1.3 0.1.3 化工仪表和自动化技术的发展概况化工仪表和自动化技术的发展概况0.1.30.1.3化工仪表和自动化技术的发展概况化工仪表和自动化技术的发展概况1.1.仪表自动化阶段仪表自动化阶段2020世纪世纪4040年代以前年代以前 绝大多数化工生产采用绝大多数化工生产采用手工操作手工操作，操作人员根据反映主要工艺参，操作人员根据反映主要工艺参数的仪表的指示情况，用人工来改变操作条件，生产过程主要数的仪表的指示情况，用人工来改变操作条件，生产过程主要凭操作凭操作经验进行控制经验进行控制，生产效率极低。对于那些连续进行的生产过程，在进，生产效率极低。对于那些连续进行的生产过程，在进出物料的彼此联系中，主要依靠装设大型贮槽所起的缓冲作用来克服出物料的彼此联系中，主要依靠装设大型贮槽所起的缓冲作用来克服干扰的影响，以保证生产的稳定进行。所用仪表主要结构形式为干扰的影响，以保证生产的稳定进行。所用仪表主要结构形式为机械机械式和液动式式和液动式，仪表的精度低、体积大，只能，仪表的精度低、体积大，只能实现就地检测和记录实现就地检测和记录。生。生产效率和经济效率都很低。产效率和经济效率都很低。1.1.仪表自动化阶段仪表自动化阶段 20 20世纪世纪4040年代开始年代开始 逐步出现了以基地式仪表为典型的局部自动化，大都是针对温度、逐步出现了以基地式仪表为典型的局部自动化，大都是针对温度、压力、流量和液位等参数的单输入压力、流量和液位等参数的单输入-单输出控制，主要控制目的是保证单输出控制，主要控制目的是保证被控变量的稳定和生产的安全，以保证产品的产量和质量的稳定。被控变量的稳定和生产的安全，以保证产品的产量和质量的稳定。20 20世纪世纪5050年代至年代至6060年代年代 随着电子技术的飞跃发展，以及新材料、新工艺的不断涌现，新随着电子技术的飞跃发展，以及新材料、新工艺的不断涌现，新的检测方法不断得到开发，新型仪表层出不穷。自动化仪表也向着高的检测方法不断得到开发，新型仪表层出不穷。自动化仪表也向着高性能、小体积、使用方便的方向快速发展，气动、电动单元组合仪表性能、小体积、使用方便的方向快速发展，气动、电动单元组合仪表（、型）相继问世。而具灵活性和可靠性的组装式电子综合型）相继问世。而具灵活性和可靠性的组装式电子综合控制装置将仪表和生产控制系统有机地结合在一起，为实现各种复杂控制装置将仪表和生产控制系统有机地结合在一起，为实现各种复杂的、特殊的控制规律提供了方便。的、特殊的控制规律提供了方便。0.1.30.1.3化工仪表和自动化技术的发展概况化工仪表和自动化技术的发展概况单元组合仪表构成的控制系统 0.1.30.1.3化工仪表和自动化技术的发展概况化工仪表和自动化技术的发展概况2.2.计算机控制阶段计算机控制阶段 20 20世纪世纪7070年代至年代至8080年代，随着现代化工业生产的不断发展和年代，随着现代化工业生产的不断发展和微型计算机的开发应用，以及光纤传感技术的日益成熟，过程检微型计算机的开发应用，以及光纤传感技术的日益成熟，过程检测与控制的发展达到了一个新的水平。测与控制的发展达到了一个新的水平。19751975年，以年，以微处理器为核微处理器为核心心的新型的新型智能仪表智能仪表的问世，使仪表具有自校准、自调零、自选量的问世，使仪表具有自校准、自调零、自选量程、自动测试及信息变换、统计处理数据等多种功能，仪表与计程、自动测试及信息变换、统计处理数据等多种功能，仪表与计算机之间的直接联系极为方便，计算机在自动化系统中发挥越来算机之间的直接联系极为方便，计算机在自动化系统中发挥越来越巨大的作用。逐步出现了整个车间，甚至越巨大的作用。逐步出现了整个车间，甚至整个企业无人或很少整个企业无人或很少有人参与操作管理有人参与操作管理、过程控制最优与现代化的集中调度管理相结、过程控制最优与现代化的集中调度管理相结合的合的全盘自动化全盘自动化方式。方式。0.1.30.1.3化工仪表和自动化技术的发展概况化工仪表和自动化技术的发展概况0.1.30.1.3化工仪表和自动化技术的发展概况化工仪表和自动化技术的发展概况0.1.30.1.3化工仪表和自动化技术的发展概况化工仪表和自动化技术的发展概况现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCSFCS）完全的分布式控制系统完全的分布式控制系统0.1.30.1.3化工仪表和自动化技术的发展概况化工仪表和自动化技术的发展概况3.3.综合自动化阶段综合自动化阶段 综合自动化系统就是包括生产计划和调度、操作优化、基层控制综合自动化系统就是包括生产计划和调度、操作优化、基层控制和先进控制等内容的递阶控制系统，也称和先进控制等内容的递阶控制系统，也称管理控制一体化管理控制一体化的系统。这的系统。这类系统是靠类系统是靠计算机及其网络计算机及其网络来实现的，因此也称为计算机集成过程系来实现的，因此也称为计算机集成过程系统（统（CIPS-computer integrated process systemCIPS-computer integrated process system），与机械制造系），与机械制造系统中的计算机集成制造系统统中的计算机集成制造系统(CIMS)(CIMS)类似。计算机集成生产系统将计划类似。计算机集成生产系统将计划优化、生产调度、经营管理和决策引人计算机控制系统，使市场意识优化、生产调度、经营管理和决策引人计算机控制系统，使市场意识与优化控制相结合，管理与控制相结合，推出了现场总线控制技术，与优化控制相结合，管理与控制相结合，推出了现场总线控制技术，促使计算机控制系统更加完善，其应用的领域和规模越来越大促使计算机控制系统更加完善，其应用的领域和规模越来越大,其社其社会、经济效益也越来越大。会、经济效益也越来越大。0.1.30.1.3化工仪表和自动化技术的发展概况化工仪表和自动化技术的发展概况0.1.4 化工自动化仪表的分类按仪表使用的能源分类按仪表使用的能源分类电动仪表电动仪表气动仪表气动仪表液动仪表液动仪表以电为能源以电为能源 ；信号标准：；信号标准：、型：型：0-10mADC0-10mADC；：4-20mADC;4-20mADC;结构较复杂；适宜于远距离传送结构较复杂；适宜于远距离传送和集中控制，便于与计算机连用。和集中控制，便于与计算机连用。以压缩空气为动力源以压缩空气为动力源 ；信号标准：；信号标准：0.02-0.02-0.1MPa0.1MPa；本安防爆；气动调节阀；本安防爆；气动调节阀以油压为动力以油压为动力 ，主要用于需要大功率输出的场，主要用于需要大功率输出的场合，液动仪表现在已很少用。合，液动仪表现在已很少用。按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类检测仪表检测仪表获取信息，并进行适当的转换；测量工艺参数获取信息，并进行适当的转换；测量工艺参数 显示仪表显示仪表将由检测仪表获得的信息进行显示将由检测仪表获得的信息进行显示 集中控制装置集中控制装置各种巡回检测、控制仪表等各种巡回检测、控制仪表等控制仪表控制仪表对信号进行各种运算，并把控制信号传给执行器。对信号进行各种运算，并把控制信号传给执行器。执行器执行器接受信号对生产过程进行操作或控制接受信号对生产过程进行操作或控制 0.1.4 化工自动化仪表的分类各类仪表的作用 0.1.4 化工自动化仪表的分类按仪表的结构形式分类按仪表的结构形式分类基地式基地式仪表仪表单元组单元组合仪表合仪表新型计算机新型计算机控制装置控制装置 总体分散型总体分散型控制装置控制装置 组件组装式组件组装式控制装置控制装置 0.1.4 化工自动化仪表的分类l基地式仪表基地式仪表 各类仪表之间以不可分离的的各类仪表之间以不可分离的的机械结构机械结构，把变送、显示、控制等部分，把变送、显示、控制等部分分装在一个表壳中，单独构成一个固定的控制系统。这种仪表比较适合于分装在一个表壳中，单独构成一个固定的控制系统。这种仪表比较适合于在现场做就地检测和控制，但不能实现多种参数的集中显示与控制。在现场做就地检测和控制，但不能实现多种参数的集中显示与控制。l单元组合式仪表单元组合式仪表 将变送、控制、显示等功能制成将变送、控制、显示等功能制成各自独立的仪表单元各自独立的仪表单元，各单元间用统，各单元间用统一的输入、输出信号相联系，可以根据实际需要选择某些单元进行适当的一的输入、输出信号相联系，可以根据实际需要选择某些单元进行适当的组合、搭配，组成各种测量系统或控制系统，因此单元组合仪表使用方便、组合、搭配，组成各种测量系统或控制系统，因此单元组合仪表使用方便、灵活。灵活。0.1.4 化工自动化仪表的分类l组件组装式控制装置组件组装式控制装置 是在电动单元组合仪表基础上发展起来的一种是在电动单元组合仪表基础上发展起来的一种功能分离，结构组件化功能分离，结构组件化的的新型成套仪表新型成套仪表。组件组装式控制装置是由一块块功能分离的组件插装而。组件组装式控制装置是由一块块功能分离的组件插装而成，整套装置分成，整套装置分控制机柜和集中控制台控制机柜和集中控制台（又称显示操作盘）两大部分。（又称显示操作盘）两大部分。l总体分散型控制装置总体分散型控制装置 亦称为亦称为集中分散型控制系统集中分散型控制系统（简称集散控制系统（简称集散控制系统DCSDCS），是一种以微），是一种以微型计算机为核心的计算机控制装置。型计算机为核心的计算机控制装置。l新型计算机控制装置新型计算机控制装置 现场总线控制系统现场总线控制系统(FCS(FCS系统系统)是基于是基于现场总线技术现场总线技术的一种新型计算机的一种新型计算机控制装置。控制装置。0.1.4 化工自动化仪表的分类电动仪表按仪表的防爆能力分类电动仪表按仪表的防爆能力分类普通型仪表普通型仪表未采取任何防爆措施的仪表，只能应用在非危未采取任何防爆措施的仪表，只能应用在非危险场所。险场所。隔爆型仪表隔爆型仪表安全火花型仪表安全火花型仪表采取隔离措施以防止引燃引爆事故的仪表。采取隔离措施以防止引燃引爆事故的仪表。采用本质安全型防爆措施的仪表；是电动仪表采用本质安全型防爆措施的仪表；是电动仪表中防爆能力最好的一类。中防爆能力最好的一类。气动仪表的能源是气动仪表的能源是140kPa140kPa的压缩空气，本质上是安全防爆的。的压缩空气，本质上是安全防爆的。0.1.4 化工自动化仪表的分类0.1.5 自动化系统的组成和分类l 组成组成组组成成自动化装置自动化装置生产装置（被控对象）生产装置（被控对象）现场仪表现场仪表控制装置控制装置显示仪表显示仪表自动化系统的分类自动化系统的分类自动检测系统自动检测系统自动报警与连锁保护系统自动报警与连锁保护系统自动操纵系统及自动开停车系统自动操纵系统及自动开停车系统自动控制系统自动控制系统0.1.5 自动化系统的组成和分类l 分类分类0.1.5 自动化系统的组成和分类自动化系统的组成和分类1.1.自动检测系统自动检测系统 利用各种检测变送仪表对工艺过程中的变量进行自动检测、利用各种检测变送仪表对工艺过程中的变量进行自动检测、指示或记录的系统，称为自动检测系统。指示或记录的系统，称为自动检测系统。它包括工艺对象、检测变它包括工艺对象、检测变送以及显示等环节。送以及显示等环节。它代替了操作人员对生产它代替了操作人员对生产现场工艺参数的不断观察与现场工艺参数的不断观察与记录，因此起到人的记录，因此起到人的眼睛眼睛的的作用。作用。0.1.5 自动化系统的组成和分类热交换器自动检测系统示意图热交换器自动检测系统示意图 热交换器是利用蒸汽加热冷液的，冷液经过加热后的热交换器是利用蒸汽加热冷液的，冷液经过加热后的温度温度是否是否满足工艺要求，可用测温元件配上平衡电桥来进行测量、指示满足工艺要求，可用测温元件配上平衡电桥来进行测量、指示和记录；和记录；冷液的流量冷液的流量可以用孔板流量计进行检测；可以用孔板流量计进行检测；蒸汽压力蒸汽压力可可用压力表来自动指示，这些都是自动检测系统。用压力表来自动指示，这些都是自动检测系统。0.1.5 自动化系统的组成和分类2.2.自动报警与连锁保护系统自动报警与连锁保护系统 当变量接近临界数值时，系统会发出当变量接近临界数值时，系统会发出声、光报警声、光报警，提醒操，提醒操作人员注意。如果变量进一步接近临界值、工况接近危险状态作人员注意。如果变量进一步接近临界值、工况接近危险状态时，联锁系统立即采取紧急措施，时，联锁系统立即采取紧急措施，自动打开安全阀或切断某些自动打开安全阀或切断某些通路通路，必要时，紧急停车，以防止事故的发生和扩大。它是生，必要时，紧急停车，以防止事故的发生和扩大。它是生产过程中的一种产过程中的一种安全装置安全装置。0.1.5 自动化系统的组成和分类3.3.自动操纵系统及自动开停车系统自动操纵系统及自动开停车系统 利用利用自动操纵装置自动操纵装置，按预先规定的步骤，自动地对生产设备，按预先规定的步骤，自动地对生产设备启动或者停运，或者交替进行某种周期性操作的系统。例如合成启动或者停运，或者交替进行某种周期性操作的系统。例如合成氨造气车间的煤气发生炉，要求按照吹风、上吹、下吹制气、吹氨造气车间的煤气发生炉，要求按照吹风、上吹、下吹制气、吹净等工作步骤周期性地接通空气和水蒸气，利用自动操纵机可以净等工作步骤周期性地接通空气和水蒸气，利用自动操纵机可以代替人工自动地按照一定的时间程序启动空气和水蒸气的阀门，代替人工自动地按照一定的时间程序启动空气和水蒸气的阀门，使他们交替地接通煤气发生炉，从而减轻了操作工人的重复性体使他们交替地接通煤气发生炉，从而减轻了操作工人的重复性体力劳动，实现了力劳动，实现了远距离的自动操纵远距离的自动操纵。0.1.5 自动化系统的组成和分类4.4.自动控制系统自动控制系统 用一些自动控制装置，对生产中某些重要变量进行自动控制，使用一些自动控制装置，对生产中某些重要变量进行自动控制，使它们在受到它们在受到外界干扰影响外界干扰影响而偏离正常状态时，能而偏离正常状态时，能自动地调回到规定自动地调回到规定的数值范围的数值范围内，为此目的而设置的系统称为自动控制系统。内，为此目的而设置的系统称为自动控制系统。它至少要包括生产对象、检测变送、控制、执行等基本环节。它至少要包括生产对象、检测变送、控制、执行等基本环节。技能训练与思考题1 1、什么是化工自动化？实现化工自动化有哪些意义？、什么是化工自动化？实现化工自动化有哪些意义？2 2、自动化的发展经历那几个阶段？、自动化的发展经历那几个阶段？3 3、化工自动化仪表的分类？、化工自动化仪表的分类？4 4、自动化系统的组成有哪些、自动化系统的组成有哪些?5 5、根据生产过程的要求的不同，自动化系统分为那四类？、根据生产过程的要求的不同，自动化系统分为那四类？6 6、什么是自动控制系统？、什么是自动控制系统？THE END