【大学课件】化工仪表及自动化
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化工仪表及自动化.ppt
人工控制
自动控制
以蒸汽加热器示意图为例说明
人工控制过程：
眼睛观察→大脑思考 液位如何变化→支配手 改变调节阀开度→液 位回到设定值
人工控制过程
自动控制过程：
流体温度变化→自动检 测仪表检测→
（代替眼睛）
自动调节器→ 执行器
(代替大脑) (代替人手和阀门)
自动控制过程
液位人工与自动控制
显示 记录仪 记录 显示器 要求 变换 检测 仪表
自动检测系统
利用各种检测仪器对主要工艺差数进行测量、 指示或记录的，称为自动检测系统
自动信号与报警系统
自动操纵与启停系统
自动控制系统
第二节 自动控制系统的组成及方块图
自动控制系统
起控制作用全套自动化装置
自动化装置下的被控过程
检测元件及变送器
调节器
执行器
化工生产过程的控制
生产过程的控制
本课程主要内容
基本概念 控制系统 控制对象 仪器仪表 测量 显示 调节 执行
调节系统（简单系统）
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 第二节 自动控制系统的组成 第三节 自动控制系统的分类 第四节 自动控制的过度过程和系统品质指标
第一节 化工自动化的主要内容
蒸汽
LT
LC
汽包
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
蒸汽
术语 被控过程（被控对 象）： 自动控制系统中， 工艺参数需要控制 的生产过程、设备 或机器。 被控变量：被控过 程内要求保持设定 值的工艺参数
LT
LC
汽包
省煤器
给水 锅炉汽包自动控制系统示意图
化工仪表及自动化课件第13章
22
第一节 串级控制系统
三、主、副控制器控制规律的选择 目的 为了高精度地稳定主变量。主控制器通常都选
用比例积分控制规律，以实现主变量的无差控 制。 副变量的给定值是随主控制器的输出变化而 变化的。副控制器一般采用比例控制规律。
23
第一节 串级控制系统
表13-1 主、副变量不同时应选用的控制规律
15
第一节 串级控制系统
2.系统的特性
(1)干扰作用于副回路 F2引起θ2变化，控制器T2C及时进行控制，使其很快稳 定下来； 如果干扰量小，经过副回路控制后，F2一般影响不到 温度θ1； 如果干扰量大，其大部分影响为副回路所克服， 波及到被控变量温度θ1再由主回路进一步控制， 彻底消除干扰的影响，使被控变量回复到给定值。
34
第二节 其他复杂控制系统 均匀控制的要求
（1）两个变量在控制过程中都应该是缓慢变化的。 （2）前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许 的范围内波动。
图13-8 前一设备的液位和后一设备的进料量之关系 1—液位变化曲线；2—流量变化曲线
35
第二节 其他复杂控制系统
2.均匀控制方案
（1）简单均匀控制
24
第一节 串级控制系统
四、主、副控制器正反作用的选择
1.副控制器作用方向的选择
串级控制系统中的副控制器作用方向的选择，根据工 艺安全等要求，选定执行器的气开、气关形式后，按照 使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确定。
例如图13-2所示的管式加热炉温度-温度串级控制系统 中的副回路。
气源中断，停止供给燃料油时，执行器选气开阀， “正”方向。 燃料量加大时，炉膛温度θ2（副变量）增加，副对象 “正”方向。 为使副回路构成一个负反馈系统，副控制器T2C选择“反” 方向。
第一节 串级控制系统
三、主、副控制器控制规律的选择 目的 为了高精度地稳定主变量。主控制器通常都选
用比例积分控制规律，以实现主变量的无差控 制。 副变量的给定值是随主控制器的输出变化而 变化的。副控制器一般采用比例控制规律。
23
第一节 串级控制系统
表13-1 主、副变量不同时应选用的控制规律
15
第一节 串级控制系统
2.系统的特性
(1)干扰作用于副回路 F2引起θ2变化，控制器T2C及时进行控制，使其很快稳 定下来； 如果干扰量小，经过副回路控制后，F2一般影响不到 温度θ1； 如果干扰量大，其大部分影响为副回路所克服， 波及到被控变量温度θ1再由主回路进一步控制， 彻底消除干扰的影响，使被控变量回复到给定值。
34
第二节 其他复杂控制系统 均匀控制的要求
（1）两个变量在控制过程中都应该是缓慢变化的。 （2）前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许 的范围内波动。
图13-8 前一设备的液位和后一设备的进料量之关系 1—液位变化曲线；2—流量变化曲线
35
第二节 其他复杂控制系统
2.均匀控制方案
（1）简单均匀控制
24
第一节 串级控制系统
四、主、副控制器正反作用的选择
1.副控制器作用方向的选择
串级控制系统中的副控制器作用方向的选择，根据工 艺安全等要求，选定执行器的气开、气关形式后，按照 使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确定。
例如图13-2所示的管式加热炉温度-温度串级控制系统 中的副回路。
气源中断，停止供给燃料油时，执行器选气开阀， “正”方向。 燃料量加大时，炉膛温度θ2（副变量）增加，副对象 “正”方向。 为使副回路构成一个负反馈系统，副控制器T2C选择“反” 方向。
化工仪表自动化过程控制仪表ppt课件
特点
高精度测量、稳定性好、可靠性高、 适应性强等。
过程控制仪表的选型依据
被测参数的性质和测量范围
根据被测参数的性质和测量范围选择合适的 仪表类型。
环境条件
考虑环境温度、湿度、振动等因素对仪表性 能的影响。
精度等级
根据工艺要求选择合适的精度等级。
经济性
在满足性能要求的前提下，尽量选择价格合 理的仪表。
20世纪50年代至80年代，随着电子技术和计算机技术的发展，化工仪 表自动化开始得到广泛应用。出现了各种新型的测量仪表、控制装置和 自动化系统，实现了生产过程的自动化和智能化。
成熟阶段
20世纪90年代至今，化工仪表自动化技术不断成熟和完善，新型传感 器、执行器、控制器和网络技术等不断涌现，为化工生产提供了更加精 准、高效和智能的控制手段。
化工仪表自动化的应用领域
基础化学工业
无机盐、有机原料、合成材料 等领域。
公用工程
水处理、空分装置、锅炉控制 等领域。
石油化工
石油炼制、石油化工原料生产 、合成橡胶、合成树脂等领域 。
精细化学品工业
医药、农药、染料、涂料等领 域。
环保工程
废气处理、废水处理等领域。
02
过程控制仪表原理及分类
过程控制仪表的工作原理
化工仪表自动化过程控制仪表ppt课 件
contents
目录
• 化工仪表自动化概述 • 过程控制仪表原理及分类 • 常见过程控制仪表介绍 • 过程控制仪表的安装与调试 • 过程控制仪表在化工生产中的应用 • 过程控制仪表的发展趋势与挑战
01
化工仪表自动化概述
化工仪表自动化的定义与意义
定义
化工仪表自动化是指利用先进的测量、控制技术和自动化设 备，对化工生产过程中的各种参数进行实时检测、控制和优 化，以提高生产效率、产品质量和经济效益的一门综合性技 术。
高精度测量、稳定性好、可靠性高、 适应性强等。
过程控制仪表的选型依据
被测参数的性质和测量范围
根据被测参数的性质和测量范围选择合适的 仪表类型。
环境条件
考虑环境温度、湿度、振动等因素对仪表性 能的影响。
精度等级
根据工艺要求选择合适的精度等级。
经济性
在满足性能要求的前提下，尽量选择价格合 理的仪表。
20世纪50年代至80年代，随着电子技术和计算机技术的发展，化工仪 表自动化开始得到广泛应用。出现了各种新型的测量仪表、控制装置和 自动化系统，实现了生产过程的自动化和智能化。
成熟阶段
20世纪90年代至今，化工仪表自动化技术不断成熟和完善，新型传感 器、执行器、控制器和网络技术等不断涌现，为化工生产提供了更加精 准、高效和智能的控制手段。
化工仪表自动化的应用领域
基础化学工业
无机盐、有机原料、合成材料 等领域。
公用工程
水处理、空分装置、锅炉控制 等领域。
石油化工
石油炼制、石油化工原料生产 、合成橡胶、合成树脂等领域 。
精细化学品工业
医药、农药、染料、涂料等领 域。
环保工程
废气处理、废水处理等领域。
02
过程控制仪表原理及分类
过程控制仪表的工作原理
化工仪表自动化过程控制仪表ppt课 件
contents
目录
• 化工仪表自动化概述 • 过程控制仪表原理及分类 • 常见过程控制仪表介绍 • 过程控制仪表的安装与调试 • 过程控制仪表在化工生产中的应用 • 过程控制仪表的发展趋势与挑战
01
化工仪表自动化概述
化工仪表自动化的定义与意义
定义
化工仪表自动化是指利用先进的测量、控制技术和自动化设 备，对化工生产过程中的各种参数进行实时检测、控制和优 化，以提高生产效率、产品质量和经济效益的一门综合性技 术。
化工仪表及自动化 PPT
控制系统的动态特性
– 被控参数向给定值变化过程的特性。
控制系统的静态特性
– 经过调节作用后，被控参数处于稳定范围时的特性。
飞升曲线：
– 在单位阶跃输入（因扰动或设定值变化，使 被控参数和设定值之间出现阶跃性变化）下， 过度参数的变化曲线。
输 入 量
0 t0
时间t
y
0
t0
t
1. 非周期衰减过程
化学工业出版社
第一节 化工自动化的主要内容 第二节 自动调节系统的组成 第三节 自动调节系统的表示方法 第四节 自动调节系统的分类 第五节 自动调节的过度过程和系统品质指
标☆
自动检测 自动保护与报警 自动操纵与启停 自动调节
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
四部分：测量仪表、显示记录仪表、调节器、执行机构
要求
观察
思考 调节
显示 记录仪 记录 显示器
变换 检测 仪表
给定值
执行 调节 机构 调节器
方块图表示方式
控制器 e
控制器 输出
p
调节器
调节 作用
q
干扰作用
f 被调参数
调节对象 y
给定值
测量值
变送器
x+ -
z
流程图表示方式
蒸汽
TC
TT
进料
凝液
出料
按被调参数分类：
流量调节、温度调节、压力调节、物位调节等；
y
0
t0
t
3. 等幅振荡过程
y
0
t0
t
2. 衰减振荡过程
y
0
t0
t
4. 发散振荡过程
1. 最大偏差A；
2. 衰减比(A-C)/(B-C)；4:1~10:1 A
– 被控参数向给定值变化过程的特性。
控制系统的静态特性
– 经过调节作用后，被控参数处于稳定范围时的特性。
飞升曲线：
– 在单位阶跃输入（因扰动或设定值变化，使 被控参数和设定值之间出现阶跃性变化）下， 过度参数的变化曲线。
输 入 量
0 t0
时间t
y
0
t0
t
1. 非周期衰减过程
化学工业出版社
第一节 化工自动化的主要内容 第二节 自动调节系统的组成 第三节 自动调节系统的表示方法 第四节 自动调节系统的分类 第五节 自动调节的过度过程和系统品质指
标☆
自动检测 自动保护与报警 自动操纵与启停 自动调节
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
四部分：测量仪表、显示记录仪表、调节器、执行机构
要求
观察
思考 调节
显示 记录仪 记录 显示器
变换 检测 仪表
给定值
执行 调节 机构 调节器
方块图表示方式
控制器 e
控制器 输出
p
调节器
调节 作用
q
干扰作用
f 被调参数
调节对象 y
给定值
测量值
变送器
x+ -
z
流程图表示方式
蒸汽
TC
TT
进料
凝液
出料
按被调参数分类：
流量调节、温度调节、压力调节、物位调节等；
y
0
t0
t
3. 等幅振荡过程
y
0
t0
t
2. 衰减振荡过程
y
0
t0
t
4. 发散振荡过程
1. 最大偏差A；
2. 衰减比(A-C)/(B-C)；4:1~10:1 A
化工仪表及自动化ppt完整第三讲课文档
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。
10 第十一页，共800页。
化工仪表及自动化系统的分类
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。
11
第十二页，共800页。
本学科的作用
5 第二十一页，共800页。
检测仪表的品质指标
相对百分误差δ
标尺上 m标 a限 x 尺 值下 1限 0% 0值
允许误差
仪表允许的最大差绝值对误
允 标尺上限标 值尺下限值 10% 0
6 第二十二页，共800页。
检测仪表的品质指标
小结
仪表的δ允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的 δ允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分
仪表的准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。 准确度等级数值越小，就表征该仪表的准确度等级越高，仪表的 准确度越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多在0.5级以下。
仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。
举例
如： 1.5 1.0
9
第二十五页，共800页。
检测仪表的品质指标
注意
式中，S为仪表的灵敏度；Δα为指针的线位移或角位移； Δx为引起Δα所需的被测参数变化量。
仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的 最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对 误差的一半。
注意：上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，往 往用分辨率表示。
12
第二十八页，共800页。
8 第九页，共800页。
化工仪表及自动化系统的分类
2.自动信号和联锁保护系统
10 第十一页，共800页。
化工仪表及自动化系统的分类
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。
11
第十二页，共800页。
本学科的作用
5 第二十一页，共800页。
检测仪表的品质指标
相对百分误差δ
标尺上 m标 a限 x 尺 值下 1限 0% 0值
允许误差
仪表允许的最大差绝值对误
允 标尺上限标 值尺下限值 10% 0
6 第二十二页，共800页。
检测仪表的品质指标
小结
仪表的δ允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的 δ允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分
仪表的准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。 准确度等级数值越小，就表征该仪表的准确度等级越高，仪表的 准确度越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多在0.5级以下。
仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。
举例
如： 1.5 1.0
9
第二十五页，共800页。
检测仪表的品质指标
注意
式中，S为仪表的灵敏度；Δα为指针的线位移或角位移； Δx为引起Δα所需的被测参数变化量。
仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的 最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对 误差的一半。
注意：上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，往 往用分辨率表示。
12
第二十八页，共800页。
8 第九页，共800页。
化工仪表及自动化系统的分类
2.自动信号和联锁保护系统
化工仪表及自动化第一章课件
• 四．测量系统中信号的传递形式 • 1．模拟信号；2. 数字信号；3.开关信号
• 五．测量仪表与测量方法分类
• 1．测量仪表的分类 • （1）依据所测参数的不同：压力测量仪表、流量测量仪
表、物位测量仪表、温度测量仪表、物质成分分析仪表及 物性检测仪表等。
• （2）表达示数的方式不同：指示型、记录型、讯号型、 远传指示型、累计型等。
max 标尺上限值 标尺下限值
100%
允许的相对误差的最大值 仪表允许的最大绝对误差值
允 标尺上限值 标尺下限值 100%
例: 某台测温仪表的测温范围为200~700℃，仪表的最大
绝对误差为 4℃，试确定该仪表的相对百分误差与准确度等级
解:仪表的相对百分误差为
4 100% 0.8%
化工检测仪表
第一章 检测仪表基本知识
一、测量过程与测量误差
Q=qV Q—被测值； q—测量值，即被测量与所选测量单位的比值； V—测量单位。 上述为直接测量法，此外还有间接测量法
➢ 测量误差： • 在测量过程中，由于所使用的测量工具本身不够准确、测观者的主观
性和周围环境的影响等等，使得测量的结果不可能绝对准确。由仪表 读得的被测值与被测参数的真实值之间，总存在一定的误差。 测量误差按其产生原因的不同可以分为三类： • 系统误差（规律误差） • 疏忽误差 • 偶然误差 测量误差的表示方法： • （1）绝对表示法； • （2）相对表示法
100%
f —线性度（又称非线性误差）；
fmax —标准曲线对于理论拟合直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。
6．重复性
z
zmax 仪表量程
100%
z —重复性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ差
zmax —同方向多次重复测量时仪表示值的最大偏差值。
• 五．测量仪表与测量方法分类
• 1．测量仪表的分类 • （1）依据所测参数的不同：压力测量仪表、流量测量仪
表、物位测量仪表、温度测量仪表、物质成分分析仪表及 物性检测仪表等。
• （2）表达示数的方式不同：指示型、记录型、讯号型、 远传指示型、累计型等。
max 标尺上限值 标尺下限值
100%
允许的相对误差的最大值 仪表允许的最大绝对误差值
允 标尺上限值 标尺下限值 100%
例: 某台测温仪表的测温范围为200~700℃，仪表的最大
绝对误差为 4℃，试确定该仪表的相对百分误差与准确度等级
解:仪表的相对百分误差为
4 100% 0.8%
化工检测仪表
第一章 检测仪表基本知识
一、测量过程与测量误差
Q=qV Q—被测值； q—测量值，即被测量与所选测量单位的比值； V—测量单位。 上述为直接测量法，此外还有间接测量法
➢ 测量误差： • 在测量过程中，由于所使用的测量工具本身不够准确、测观者的主观
性和周围环境的影响等等，使得测量的结果不可能绝对准确。由仪表 读得的被测值与被测参数的真实值之间，总存在一定的误差。 测量误差按其产生原因的不同可以分为三类： • 系统误差（规律误差） • 疏忽误差 • 偶然误差 测量误差的表示方法： • （1）绝对表示法； • （2）相对表示法
100%
f —线性度（又称非线性误差）；
fmax —标准曲线对于理论拟合直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。
6．重复性
z
zmax 仪表量程
100%
z —重复性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ差
zmax —同方向多次重复测量时仪表示值的最大偏差值。
化工仪表及自动化教案ppt课件
04
03
02 自动化基础知识
自动化的概念与原理
自动化的定义
指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、 信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。
自动化的原理
通过采用各种检测仪表对工艺参数进行测量，变送器将测量值转换成标准信号，输入到控制器中，与设定值进行 比较，得出偏差信号，经控制器按一定规律运算后输出控制信号，控制执行器动作，使被控变量稳定在工艺要求 的范围内。
测量法
使用测量工具对自动化系统的关键参数进行 测量，分析故障原因。
替换法
将怀疑有故障的部件替换为正常部件，观察 系统是否恢复正常运行。
逐步排查法
按照故障现象和可能原因，逐步排查并修复 故障。
化工仪表及自动化的管理规范与制度
制定管理制度
建立完善的化工仪表及自动化管理制度，明 确各级人员的职责和权限。
热电偶温度计
利用热电效应原理，将温度转换为电势进行测量 ，具有测量范围广、精度高等优点。
3
热电阻温度计
利用金属或半导体材料的电阻随温度变化的特性 进行测量，如铂电阻温度计、铜电阻温度计等。
流量测量仪表
差压式流量计
利用流体流动时产生的差压与流 量之间的关系进行测量，如孔板 流量计、喷嘴流量计等。
转子流量计
智能化传感器技术
提高测量精度和稳定性，实现自适应和自校准功能。
智能化执行器技术
优化控制算法，提高执行效率和响应速度。
智能化数据处理技术
实现数据实时分析、故障预测和远程监控功能。
工业物联网技术在化工自动化中的融合与发展
设备互联与数据共享
实现化工设备与系统之间的无缝对接和数据共享，提高生产效率 和管理水平。
化工仪表及自动化资料ppt课件
化工仪表及自动化资料ppt课件目录CATALOGUE•化工仪表概述•化工仪表的基本原理•化工仪表的选型与安装•化工自动化概述•化工仪表与自动化的关系•化工仪表及自动化的应用案例01CATALOGUE化工仪表概述用于测量、显示、记录和控制工业生产过程中各种工艺参数的装置或系统。
仪表的定义温度仪表、压力仪表、流量仪表、物位仪表等。
按测量对象分类机械式仪表、电子式仪表、智能式仪表等。
按工作原理分类实验室仪表、工业用仪表、过程控制仪表等。
按使用场合分类仪表的定义与分类高精度测量化工生产对工艺参数的精度要求较高，因此化工仪表需要具备高精度测量的能力。
宽测量范围化工生产过程中工艺参数的变化范围较大，要求化工仪表具有较宽的测量范围。
•高可靠性：化工生产环境恶劣，要求化工仪表能够在高温、高压、腐蚀等环境下稳定工作。
测量工艺参数实时测量并显示生产过程中的温度、压力、流量、物位等工艺参数。
控制生产过程根据工艺要求，通过控制阀等执行机构对生产过程进行自动控制。
保障生产安全及时发现并处理生产过程中的异常情况，保障生产安全。
化工仪表的发展历程早期阶段以机械式仪表为主，如弹簧管压力表、浮子流量计等。
这些仪表结构简单，但精度较低，功能单一。
电子化阶段随着电子技术的发展，电子式仪表逐渐取代机械式仪表。
电子式仪表具有更高的精度和更多的功能，如数字显示、远程传输等。
智能化阶段近年来，随着计算机技术和人工智能技术的发展，智能式仪表开始得到广泛应用。
智能式仪表具有自学习、自适应、自诊断等功能，能够进一步提高生产过程的自动化水平和生产效率。
02CATALOGUE化工仪表的基本原理利用弹性元件受压变形的原理，将压力转换为位移或应变进行测量。
压力测量温度测量流量测量物位测量基于热电偶、热电阻等测温元件，将温度转换为电信号进行测量。
通过测量流体流过管道截面的面积和流速，计算得到流量值。
利用浮力、静压等原理，检测容器内液体或固体的位置高度。
测量原理传输原理模拟信号传输将测量信号转换为标准模拟信号（如4-20mA），通过电缆进行传输。