化工仪表及自动化教案第7章
化工仪表及自动化教案
化工仪表及自动化教案一、教学目标：1. 让学生了解化工仪表的分类和基本原理。
2. 使学生掌握化工自动化的基本概念和系统组成。
3. 培养学生运用化工仪表和自动化技术解决实际问题的能力。
二、教学内容：1. 化工仪表的分类和基本原理2. 压力、流量、温度、液位等基本参数的测量方法3. 化工自动化的基本概念和系统组成4. 常用自动控制仪表及其应用5. 自动化控制系统的设计和实施三、教学方法：1. 讲授：讲解化工仪表和自动化技术的基本原理、概念和应用。
2. 演示：通过实物或动画演示化工仪表的工作原理和自动化系统的运行过程。
3. 案例分析：分析实际工程案例，让学生了解化工仪表和自动化技术在实际中的应用。
4. 小组讨论：分组讨论自动化控制系统的设计和实施，培养学生的团队协作能力。
四、教学准备：1. 教材、教案、课件等教学资源。
2. 化工仪表模型、图片、视频等教学素材。
3. 计算机、投影仪等教学设备。
1. 导入：通过提问或情景创设，引发学生对化工仪表和自动化技术的兴趣。
2. 讲解：详细讲解化工仪表的分类、基本原理和应用，以及自动化系统的组成和设计。
3. 演示：展示化工仪表模型或动画，让学生直观地了解其工作原理。
4. 案例分析：分析实际工程案例，让学生了解化工仪表和自动化技术在实际中的应用。
5. 小组讨论：分组讨论自动化控制系统的设计和实施，培养学生解决实际问题的能力。
6. 总结：对本节课的主要内容和知识点进行归纳总结。
7. 作业布置：布置相关练习题，巩固所学知识。
六、教学评估：1. 课堂问答：通过提问方式检查学生对化工仪表和自动化基础知识的理解程度。
2. 小组讨论：评估学生在小组讨论中的参与程度和问题解决能力。
3. 作业批改：检查学生对课堂所学知识的掌握情况，以及对实际问题的分析能力。
4. 期中考试：设置期中考试，全面评估学生对课程内容的掌握情况。
七、教学拓展：1. 邀请相关领域的专家或企业代表进行讲座，分享实际工作经验和行业动态。
化工仪表及自动化教案
超声波液位计
通过发射超声波并接收其 反射波来测量液位高度， 具有非接触、高精度、可 靠稳定等特点。
温度控制策略
热电偶温度控制器
01
利用热电偶产生的热电势与温度之间的线性关系，实现对温度
的测量和控制。
PID温度控制
02
采用比例、积分、微分控制算法，对温度进行精确控制，具有
响应快、精度高等优 课程介绍与教学目标 • 化工仪表基础知识 • 自动化控制系统概述 • 典型化工过程控制策略 • 先进控制技术在化工过程中的应
用 • 实验操作与案例分析 • 课程总结与展望
目录
01
课程介绍与教学目标
课程背景与意义
化工仪表及自动化是化学工程与工艺 专业的重要课程，对于培养学生的工 程实践能力和创新意识具有重要作用 。
用于测量管道中流体的流量，为流量控制提供准确依据。
PID流量控制
采用PID算法对流量进行闭环控制，实现流量的精确调节。
流量调节阀
根据流量计的反馈信号，自动调节阀门的开度，从而控制管道中 的流量。
05
先进控制技术在化工过程中
的应用
预测控制技术应用
模型预测控制（MPC）
基于过程模型进行预测，通过优化算法实现控制目标，适用于多 变量、非线性、时变系统。
强调化工生产中的安全问题，探讨仪表的 防护措施及故障处理。
学生学习成果评价
知识掌握程度
通过课堂表现、作业和考试等方式评估学生 对课程内容的掌握情况。
实践能力
考察学生在实验、课程设计和实习等环节中 的动手能力和问题解决能力。
创新思维
鼓励学生提出新颖的观点和解决方案，培养 其创新意识和能力。
未来发展趋势预测
06
化工仪表与自动化基础教材
化工仪表与自动化基础教材第一章绪论第二章化工自动化的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基本组成第三节识读管道仪表流程图（P&ID）第三章检测仪表第一节检测仪表的基本性能和分类第二节压力检测仪表第三节温度检测仪表第四节流量检测仪表第五节物为检测仪表第六节分析仪表（红外分析仪表,CEMS,COD）第七节传动设备检测仪第四章显示仪表第一节数字显示仪表第二节无纸记录仪第五章执行器第一节概述第二节气动薄膜调节阀第六章集散控制系统第一节集散控制系统的组成第二节集散控制系统的功能第三节集散控制系统的操作方法第七章联锁保护系统第一章绪论伴随着科学技术的迅猛发展，自动化技术已成为当代举世瞩目的高技术之一。
由于生产过程连续化、大型化、复杂化，使得广大工艺、维修、管理人员需要学习和掌握必要的监测技术和自动化知识，这是现代化工业生产实现高效、优质、安全、低耗的基本条件和重要保证，也是提高企业综合竞争实力、提升企业管理水平的前提。
本章的重点：对自动化、化工自动化的概念；实现化工自动化的目的；化工自动化发展的过程。
自动化技术的进步推动了工业生产的飞速发展，在促进产业革命中起着十分重要的作用。
特别是在石油、化工、冶金、轻工等部门，由于采用了自动化仪表和集中控制装置，促进了连续生产过程自动化的发展，大大地提高了劳动生产率，获得了巨大的社会效益和经济效益。
化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配置上一些自动化装置，代替操作人员的部分或全部直接劳动，是生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，称为化工自动化。
自动化是提高社会生产力的有力工具之一，实现化工生产自动化的目的如下。
1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
在生产过程由于人的五官对事物量的测量精度较差，而且许多量值无法用感官进行测量，所以产品质量难以有效控制；同时由于人的手和脚的速度和力量有限，无法长时间，高效率、大规模生产。
化工仪表及自动化教案-2024鲜版
石油化工、天然气、水处理等行业的管道、容器等设备的压力控制。
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实例三：液位控制系统
系统组成
液位传感器、变送器、控制器、执行器等。
2024/3/27
工作原理
通过液位传感器检测液位信号，变送器将信号转换为标准信号，控制器根据设定值与测量值的偏差输出控制 信号，执行器根据控制信号调节阀门开度或泵转速，从而控制液位。
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03
自动化控制系统概述
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控制系统组成及原理
控制器
执行器
接收测量信号，与设定 值比较，产生控制信号。
将控制信号转换为操作 变量，驱动被控对象。
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被控对象
测量变送器
被控制的工艺设备或生 产过程。
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将被控对象的被控变量 转换为标准信号，传递
给控制器。
控制方式分类及应用
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系统调试与优化
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• 故障排查与处理：在调试过程中遇到故障时及时排 查并处理，确保系统稳定运行。 35
系统调试与优化
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性能优化
针对系统性能瓶颈进行优化，提高系统运行效率。
控制策略优化
根据实际应用情况调整控制策略参数，提高控制精度和稳定性。
维护升级
定期对系统进行维护和升级，以适应生产需求的变化和技术发展。
开环控制
控制器根据设定值产生控制信号， 不接收反馈信号。适用于简单、 稳定的系统。
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闭环控制
控制器接收反馈信号，与设定值比 较后产生控制信号。适用于复杂、 不稳定的系统，可提高控制精度和 稳定性。
复合控制
结合开环和闭环控制的优点，提高 系统响应速度和稳定性。适用于高 精度、高稳定性的系统。
2024版化工仪表及自动化教学设计(超全面)
目录•课程介绍与教学目标•化工仪表基础知识•自动化控制系统原理•化工过程参数检测仪表•化工过程控制技术应用•自动化系统集成与优化设计•实验教学与案例分析•课程总结与展望课程背景及意义化工行业发展趋势随着化工行业的快速发展，自动化技术在生产过程中的应用越来越广泛，对化工仪表及自动化的需求也日益增长。
人才培养需求培养具备化工仪表及自动化技术应用能力的高素质技术技能人才，满足化工行业对人才的需求。
课程定位本课程是化工类专业的一门重要专业基础课，旨在培养学生掌握化工仪表及自动化技术的基本理论和基本技能。
知识目标能力目标素质目标030201教学目标与要求课程内容及安排化工自动化技术常见化工仪表及应用流量仪表、物位仪表等常见化工仪表的结构、工作原理和使用方化工仪表基础知识化工生产过程自动化控制结合实例讲解化工生产过程的自动化控制方案设计与实施。
实验与实训分析仪表包括对物质成分进行分析。
包括液位计、料位计等，用于测量容器中液体或固体物料的高度。
流量测量仪表包括流量计、流量开关等，用于测量管道中流体流量。
温度测量仪表包括热电偶、热电阻等，用于压力测量仪表仪表分类及功能测量误差与精度测量误差来源精度等级误差处理仪表选型与安装安装要求选型原则确保安装位置合适，避免干扰和振动，保证测量准确性。
维护保养自动控制系统组成接收设定值和测量值，根据控制算法输出控制信号。
被控制的工艺设备或过程，其输出量受到控制信号的影响。
将被控对象的输出量转换为标准信号，传递给控制器。
接收控制器的输出信号，驱动被控对象实现控制目标。
控制器被控对象测量变送器执行器控制原理与方法反馈控制原理通过比较设定值与测量值的偏差，控制器输出控制信号以减小偏差。
前馈控制原理根据已知干扰量或预测值，提前调整控制信号以抵消干扰。
控制方法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等，根据被控对象特性和控制要求选择合适的方法。
控制器设计与参数整定控制器设计01参数整定02整定方法03热电偶温度计热电阻温度计红外测温仪弹性式压力表电气式压力计液压式压力计差压式流量计转子流量计涡街流量计浮子式液位计静压式物位计雷达物位计1 2 3液体输送设备流量检测与调节压力检测与控制液体输送过程控制精馏塔过程控制精馏塔结构温度检测与控制压力检测与控制化学反应过程控制反应器类型温度检测与控制压力检测与控制蒸发过程控制蒸发设备01温度检测与控制02压力检测与控制03DCS（分布式控制系统）PLC（可编程逻辑控制器）SCADA（监视控制与数据采集系统）DCS/PLC/SCADA系统介绍系统集成方法与技术系统集成方法包括硬件集成、软件集成和网络集成等，其中硬件集成涉及传感器、执行器、控制器等设备的选型和配置；软件集成涉及操作系统、数据库、编程语言等的选择和开发；网络集成涉及通信协议、数据传输、网络安全等方面的设计和实施。
2024版化工仪表及自动化教案[1]
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化工仪表及自动化教案•课程介绍与教学目标•化工仪表基础知识•自动化控制系统概述•化工仪表在自动化控制中的应用目录•自动化控制系统的设计与实施•化工仪表及自动化的发展趋势与挑战01课程介绍与教学目标03化工仪表及自动化的应用领域列举化工仪表及自动化在石油、化工、制药、冶金等领域的应用实例。
01化工仪表及自动化的基本概念介绍化工仪表的定义、分类及其在化工生产中的应用，阐述自动化的含义和重要性。
02化工仪表及自动化的发展历程回顾化工仪表和自动化技术的发展历史，展望未来的发展趋势。
化工仪表及自动化课程概述掌握化工仪表的基本原理、结构、性能和使用方法，了解自动化系统的组成、功能和应用。
知识目标能力目标素质目标能够正确选型和使用化工仪表，具备基本的自动化系统设计、安装、调试和维护能力。
培养学生的工程实践能力和创新意识，提高学生的综合素质和职业素养。
030201教学目标与要求课程安排与考核方式课程安排本课程共分为理论教学和实验教学两部分，理论教学包括课堂讲授、讨论课和案例分析，实验教学包括实验操作和课程设计。
考核方式采用平时成绩、期末考试成绩和实验成绩相结合的考核方式，其中平时成绩占30%，期末考试成绩占50%，实验成绩占20%。
平时成绩包括课堂表现、作业和小组讨论等，期末考试成绩采用闭卷考试形式，实验成绩根据实验操作和课程设计完成情况评定。
02化工仪表基础知识仪表的分类与功能用于测量温度、压力、流量、物位等工艺参数。
用于对生产过程进行自动控制，包括调节阀、执行器等。
用于显示测量结果，如指针式、数字式显示仪表等。
包括信号转换器、隔离器、安全栅等，用于保证仪表系统的安全稳定运行。
检测仪表控制仪表显示仪表辅助仪表仪表的工作原理与结构工作原理化工仪表通过测量不同的物理量（如温度、压力等），将这些物理量转换为可识别的信号（如电信号），并进行传输、处理、显示和控制。
结构组成化工仪表主要由传感器、变送器、显示器等部分组成。
化工仪表与自动化基础教材
化工仪表与自动化基础教材化工仪表与自动化基础教材第一章绪论第二章化工自动化地基本概念第一节化工自动化地主要内容第二节自动控制系统地基本组成第三节识读管道仪表流程图<P&ID）第三章检测仪表第一节检测仪表地基本性能和分类第二节压力检测仪表第三节温度检测仪表第四节流量检测仪表第五节物为检测仪表第六节分析仪表<红外分析仪表,CEMS,COD）第七节传动设备检测仪第四章显示仪表第一节数字显示仪表第二节无纸记录仪第五章执行器第一节概述第二节气动薄膜调节阀第六章集散控制系统第一节集散控制系统地组成第二节集散控制系统地功能第三节集散控制系统地操作方法第七章联锁保护系统第一章绪论伴随着科学技术地迅猛发展,自动化技术已成为当代举世瞩目地高技术之一.由于生产过程连续化、大型化、复杂化,使得广大工艺、维修、管理人员需要学习和掌握必要地监测技术和自动化知识,这是现代化工业生产实现高效、优质、安全、低耗地基本条件和重要保证,也是提高企业综合竞争实力、提升企业管理水平地前提.本章地重点：对自动化、化工自动化地概念；实现化工自动化地目地；化工自动化发展地过程.自动化技术地进步推动了工业生产地飞速发展,在促进产业革命中起着十分重要地作用.特别是在石油、化工、冶金、轻工等部门,由于采用了自动化仪表和集中控制装置,促进了连续生产过程自动化地发展,大大地提高了劳动生产率,获得了巨大地社会效益和经济效益.化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类生产过程自动化地简称.在化工设备上,配置上一些自动化装置,代替操作人员地部分或全部直接劳动,是生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地办法,称为化工自动化.自动化是提高社会生产力地有力工具之一,实现化工生产自动化地目地如下.加快生产速度,降低生产成本,提高产品产量和质量.在生产过程由于人地五官对事物量地测量精度较差,而且许多量值无法用感官进行测量,所以产品质量难以有效控制；同时由于人地手和脚地速度和力量有限,无法长时间,高效率、大规模生产.所以只有利用利用自动化装置,才能使生产过程在最佳条件下进行,从而大大加快生产地速度,降低能耗,实现优质高产.减轻劳动强度,改善劳动条件.作为化肥企业,我公司地生产过程大部分高温高压状态,生产系统中地产品和半产品大多具有易燃、易爆、易中毒、有腐蚀性等特点,只有实现自动化控制,才能减少操作人员对生产过程地直接控制,远离危险环境,改善劳动条件.能够保证工艺生产和设备运行地安全,防止事故地发生或扩大.生产过程中经常出现各种不正常地因素如各种压缩机,由于设备问题引起地轴承温度升高；程控系统中地阀门动作不到位；压力容器由于操作调整不当过引起设备超压等现象,如果能够实现有效地连锁保护,就可以防止或减少事故地发生.4）生产过程自动化地实现,能够改变劳动方式,提高工人地文化和技术水平.化工自动化地发展大致经历了五个阶段：20世纪30、40年代,主要采用是基地式仪表和部分气动单元组合仪表,被控量主要集中在温度、压力、流量等过程参数.20世纪40、50年代,采用仪表仍以基地式为主,气动单元仪表开始大量应用,控制方案主要单回路地定值控制和随动控制.20世纪50、60年代,气动和电动单元仪表成为当时控制仪表地主流,控制方案主要是常用地复杂控制系统如：串级、均匀、前馈等.20世纪70年代开始,直接数字控制<DDC）实现集中控制,并在后期出现集散控制系统<DCS）,控制方案仍以PID 控制为主,再加上一些复杂控制算法,并没有充分发挥计算机地功能和控制水平.20世纪80以后,在DCS系统上实现了先进控制和优化控制.同时随着计算机及网络技术地发展,现场总线开始出现,以此为标准,实现以微处理器为基础地现场仪表与控制系统之间进行全数字、双向和多站通讯地现场总线网络控制系统<FCS）.它将对控制系统结构带来革命性变革,开辟自动控制系统地新纪元.要有结束语第二章化工自动化地基本概念第一节化工自动化地主要内容本节地重点：自动检测系统、联锁保护系统、自动操作系统、自动控制系统地基本功能.为了实现化工生产过程自动化,一般要包括自动检测、联锁保护、自动操作和自动控制等内容,现分别给予介绍.1，自动检测系统自动检测系统就是利用各种检测仪表和电器设备实现对生产过程中地主要参数进行测量、指示、记录等功能总和.它代替了操作人员对工艺参数地不断观察与记录,起到了人地眼睛地作用.对于我公司地自动检测系统主要对温度、压力、液位、流量、气体成份、水质等参数进行自动测量.2，联锁保护系统生产过程中,有时由于一些偶然性因素地影响,可能导致工艺参数超出允许地变化范围而出现不正常情况,使生产处于危险和事故状态.如果不立即采取紧急措施,就有可能造成生产和设备事故,此时由联锁系统立即自动采取紧急措施,如关闭或打开阀门、停机、停电等.公司内地水煤气压缩机、N/H气压缩机、汽轮机等都有相应地联锁保护系统.ESD(emergency shutdown system >紧急停车系统、ETS汽机跳闸保护功能等都属于联锁保护系统地范围.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设计地时序自动地对生产设备进行周期性地操作.如变压吸附脱碳工艺<PSA-CO2）,固定床间歇式造气工艺、热电地浓相气力自动输灰系统等生产环节利用控制系统地强大功能,使生产自动进行,大大地减轻了操作工人地劳动强度,有些系统已经达到无人值守.自动开停车系统可以按照预先设定好地步骤,自动将生产过程自动地投入运行,减少人为失误,如汽轮机在不同状态下地自动升温开车过程、如冷态、温态、热态、极热态地自动暖机过程,以及过临界升速率自动控制过程.4，自动控制过程生产过程中地各种工艺条件不可能是一成不变地.尤其像我们这样工艺复杂、干扰因素多地化工企业,在连续生产地过程中各项参数都或多或少会偏离正常地工艺条件,为此,就需要利用一些自动控制装置,对生产中某些关键性参数进行自动控制,使他们在受到外界干扰地影响而偏离正常状态时,能自动地控制而回到规定地范围内,为此目地而设置地系统就是自动控制系统.综上所述,自动检测系统只能完成了解生产过程所处地状态；联锁保护系统只能在工艺条件进入某种极限状态时,采取安全措施,以避免生产事故地发生；自动操作系统只能按照预先规定地步骤进行周期性操作；只有拥有了自动控制系统才能自动地排除各种干扰因素地影响,使工艺参数始终保持在预先设定地数值上.第二节自动控制系统地组成自动控制系统是在人工控制地基础上产生和发展起来地.所以,在开始介绍自动控制地时候,先分析人工操作,并与自动控制加以比较,这种分析方法对了解自动控制系统是有裨益地.图1-2所示是一个液体储槽,在生产中常用来作为一般地中间容器.从前一个工序来地物料连续不断地流入槽中,而槽中地液体又送至下一个工序进行加工或储存.当流入量Qi(或流出量Qo>波动时就会引起槽内液位地波动,严重时会溢出或抽空,解决这个问题地最简单办法是以储槽液位为操作指标,以改变出口阀门开度为控制手段,如图1-2a所示.当液位上升时,将出口阀门开大,液位上升越多,阀门开地越大；反之,当液位下降时,则关小出口阀门,液位下降越多,阀门关地越小.为了使液位上升和下降都有足够地余地,选择玻璃管液位计指示中间地某一点为正常工作时地液位高度,通过改变出口阀门开度而使液位保持在这一高度上,这样就不会出现储槽内液位过高而溢出槽外,或使储槽内液体抽空而发生事故地现象.归纳起来,操作人员所进行地工作有三个方面,如图1-2b所示.（1）检测：用眼睛观察玻璃管液位计中地液位高低,并通过神经系统告诉大脑.运算<思考）、命令：大脑根据眼睛看到地液位高度,加以思考并与要求地液位值进行比较,得出偏差地大小和正负,然后根据经验,经思考、决策后发出命令.（3）执行：根据大脑发出地命令,通过手去改变阀门开度,以改变出口流量Qo,从而使液位保持在所需高度上.眼、脑、手三个器官,分别担负了监测、运算和执行三个作用,来完成测量、求偏差、操纵阀门以纠正偏差地全过程.由于人工控制受到人地生理上地限制,因此在控制速度和精度上都满足不了大型现代化生产地需要.为了提高控制精度和减轻劳动强度,可以用一套自动化装置来代替上述人工操作,这样就由人工控制变为自动控制了.液体储槽和自动化装置一起构成了一个自动化控制系统,如图1-3所示.为了完成人地眼、脑、手三个器官地任务,自动化装置一般至少包括三个部分,分别来模拟人地眼、脑和手地功能.如图1-3所示,自动化装置地三个部分分别是：测量元件与变送器它地功能是测量液位并将液位地高低转化为一种特定地、统一地输出信号<如电压、电流信号等）；自动控制器它接受变送器送来地信号,与工艺需要保持地液位高度相比较得出偏差,并按某种运算规律算出结果,然后将此结果用特定信号值来改变阀门地开启度.执行器通常指控制阀,它与普通阀门地功能一样,只不过它能自动地根据控制器送来地信号值来改变阀门地开启度.由上可知,自动化装置具有人工控制中操作人员地眼睛、大脑、手脚地部分功能,因此它自动地完成储槽液位地控制.图<）第三节识读管道仪表流程图任何一个产品地工业生产,都经历了将原材料逐次加工到半产品乃至成品地过程.整个生产过程地表述方法是多样地,但管道仪表流程图<P&ID：Piping and Instrument Diagram）在表达部分或整个生产工艺无疑是最为直观和简捷地途径.管道仪表流程图是工艺、设备、管理人员学习掌握生产过程地首选教材,也是其设计施工地重要依据.管道仪表流程图就是过去所说地带控点地工艺流程图,是借助统一规定地图形符号和文字代号,用图示地方法把建立化工工艺装置所需地全部设备、仪表、管道、阀门及主要管件,按其各自功能以及工艺要求组合起来,以起到描述工艺装置地结构和功能地作用.因此,管道仪表流程图不仅表达了部分或整个生产过程地工艺、设备、仪表等地设置状况,更重要地是体现了对该工艺过程相互联系、及所实施地控制方案,是编制试压、吹除、联动试车等操作方案地基础.一、仪表位号仪表位号由仪表功能标志和仪表回路编号两部分组成,如TIR-1106,PT-1203等,常用地仪表功能字母代号如下表：字母代号被测变量后继字母A分析<Analytical）报警(Alarm>C控制<Control）D差<Differential）F流量(Flow>L物位(Level>灯<Light）I指示(Indicating>P压力、真空(PressVacuum>Q累计<Totalize）R记录(Recorder>T温度(Temperature>传送(Trans mit>V阀、风门(ValveDamper>例：ＦＩＲＱ－１１０６ 表示具有记录和累计功能地流量仪表,编号为１１０６；ＰＩ－１２０３ 表示压力指示仪表,编号为１２０３ＬＶ－１００１ 表示用于液位控制地调节阀,编号为１００１二、工艺流程图设备及管件代号常用设备字母代号如下表：序号设备符号设备名称序号设备符号设备名称１Ｃ压缩机６Ｔ塔２Ｅ换热器７Ｖ容器３Ｆ加热器８Ｚ其他设备４Ｐ泵９Ｓ分离器５Ｒ反应１０Ｍ计量罐器管道编号一般由１原料代号,２主项编号,３管道顺序好,４管道公称通径,５管道压力等级,６隔热－隔音代号；ＸＸ ＸＸ ＸＸ－ＸＸ ＸＸＸＸ－Ｘ １ ２ ３ ４ ５ ６管道等级ＸＸＸＸ 分别由管道Ａ材质类别,Ｂ管道工程压力,Ｃ管道主要地密封形式,Ｄ管道垫片形式1,材质类别分别用英文字母代表如下：Ａ－铸铁和硅铁管；Ｂ－碳钢管；Ｃ－普通低合金管；Ｄ－合金钢管；Ｅ－不锈钢管；Ｆ－有色金属管2,管道压力用阿拉伯数字表示公称压力0.005MPa0.6MPa1.0MPa1.6Mpa2.5MPa4.0MPa6.3Mpa10MPa压力代号000123456 3,用英文字母表示该管道主要地一种密封形式Ｆ－光滑面 Ｒ－梯形槽 Ｍ－凸凹面 Ｔ－管螺纹连接 Ｇ－榫槽面 Ｓ－承插连接4,用阿拉伯表示管道垫片形式１－钢制法兰用石棉橡胶板垫片２－钢制法兰用柔性石墨复合垫片３－钢制法兰用聚四氟乙烯包覆垫片４－钢制法兰用缠绕式垫片５－钢制法兰用齿形组合垫片５,隔热及隔音代号用英文字母Ｈ－保温 Ｃ－保冷 Ｐ－人身防护 Ｎ－隔音例如：ＬＳ１０１－２５ Ｂ３Ｆ１－Ｈ 碳钢蒸汽管线,公称直径２５ｍｍ,公称压力2.5MPa,主要采用平面法兰,垫片用石棉橡胶板垫片,做保温处理.三、管道仪表流程图读图步骤１，从左到右依次识读各类设备,分清东设备和静设备,理解各设备地功能,如换热器、分离器、泵、压缩机等.２，在熟悉工艺设备地基础上,根据管道中所标注地介质名称、特性、流向等分析工工艺流程.３，了解各工艺介质间地能量转换关系,各介质所处地相态.４，根据仪表设置情况了解控制方案和调节过程.第三章检测仪表在化工生产过程中,为了正确地指导生产操作、保证生产安全、提高产品质量和实现生产过程地自动化,一项不可少地工作是准确而及时地检测出生产过程中地各个有关参数,例如压力、流量、液位、温度等.用来监测这些参数地技术工具称为检测仪表.本章将对这些仪表地基本特性进行简要介绍.第一节 检测仪表地基本性能和分类一、仪表地性能指标 我们通常所说地仪表“准”与“不准”,反映“灵敏”与“滞后”等都是仪表性能指标地一个通俗说法,但不够准确也不全面,下面我们具体说明仪表一些基本性能.１，精确度<简称精度）任何测量过程都存在一定地误差,因此“准”与“不准”都是相对地,要正确地估计测量结果与真实值地差距,就必须知道仪表地精确程度.某种仪表地最大绝对误差 △max＝测量值－真实值其允许地最大相对误差为 δ＝△max／<测量范围上限值－测量范围下限值）×100%根据仪表地使用要求,规定在一个正常情况下允许地最大误差,这个允许地最大误差就就叫允许误差.允许误差一般用相对百分比误差来表示,即一台仪表地允许误差是指在规定地正常情况下允许地相对百分比误差地最大值,即δ允＝±△max／<测量范围上限值－测量范围下限值）×100%仪表地δ允越大,表示它地精确度越低；反之,仪表地δ允越小,表示仪表地精确度越高.将仪表地允许地最大相对百分误差去掉“±”及“％”号,便是仪表地精确等级.国家规定地仪表等级有0.005,0.5,0.2,0.5,1.0,1.6,2.5,4.0等,我们现场使用地仪表一般为0.2级到2.5级之间.例 某台测温仪表地测温范围为０－２５０℃,其精度等级为2.5级,其允许误差为多少？解：由δ允＝±△max／<测量范围上限值－测量范围下限值）×100%得Δmax＝±250×2.5%=±6.25℃另外还有一些指标如变差、分辨力、线性度、反应时间等指标,因为这些指标现场使用不多,这里就不做介绍了.二、仪表地分类工业仪表种类繁多,结构形式各异,根据不同地原则,可以进行相应地分类.１，按仪器使用地能源分类可分为气动仪表、电动仪表和液动仪表.按信息地获得、传递、反映、处理地过程可分为：检测仪表、显示仪表、集中控制装置、控制仪表、执行器等.<1）,检测仪表地主要作用是获取信息,并进行适当地转换.在生产过程中,检测仪表主要主要用来测量某些工艺参数,如温度、压力、流量、物位以及物料地成分、物性等,并将被测参数地大小成比例地转换成电地信号<电压、电流、频率等）或气压信号.<2）,显示仪表地作用是将由检测仪表获得地信息显示出来,包括各种模拟量、数字量地指示仪、记录仪和计算器,以及工业电视、图像显示器等.<3）,集中控制装置如可编程控制器、集散控制器等,它能够完成除检测仪表、执行仪表以外所有功能.<4）控制仪表可以根据需要对输入信号进行各种运算和转换,例如放大、积分、微分等运算,电气转换、电液转换.控制仪表包括各种电动、气动地控制器以及用来代替模拟控制仪表地微处理器等.<5）执行器执行器可以接受控制仪表地输出信号或直接来自操作人员地指令,对生产过程进行操作或控制.执行器包括各种气动、电动、液动执行器和控制阀.他们之间地关系可用下图来表示：集中控显示生产检测执行控制第三章检测仪表第一节压力检测仪表压力检测是化工生产过程中监控地最为重要地参数之一.合成氨生产过程中要将只有24Kpa地版半水煤气逐步加压升高到20MPa以上,压力相差1000倍,如果不进行对压力进行准确测量将无法组织生产,也无法保证产品质量,同时准确地压力生产还是保证设备安全地前提.此外,压力测量地意义还不局限于它自身,有许多种类地流量、液位、密度等测量仪表也是通过对压力地直接测量来间接地反应其参数地大小.所以掌握压力测量仪表地运行原理非常重要.一、压力地单位工业中常用地压力国际单位有Pa、Mpa、Kpa等,另外还有一些非标准单位如大气压、公斤/厘M2等,各单位之间地换算关系如下表：另外在压力测量中,常有表压、绝对压力、负压或真空度之分,其关系可以见下图工程上所用地压力指示值,大多数为表压.表压是绝对压力和大气压力之差,即P表压=P绝对压力-P大气压力当被测压力低于大气压力时,一般采用负压或真空度来表示,它是大气压与绝对压力之差,即P真空度=P大气压力-P绝对压力因为各种工艺设备和测量仪表通常是处于大气之中,本来就承受着大气压力,所以除特别说明外,提到地压力均指表压或真空度.。
化工仪表及自动化教案
《化工仪表及自动化》教案绪论内容提要:1.化工自动化的含义2.化工生产过程自动化的目的3.化工自动化的发展情况4.化工仪表及自动化系统的分类5.本学科的作用★2学时★1.化工自动化的含义✧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，配备上一些自动化装置，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理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
2.化工生产过程自动化的目的✧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，提高设备利用能力的目的。
✧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，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
3.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，见图。
✧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，化工自动化技术又有了新的发展已发展为综合自动化，应用的领域和规模越来越大；显示了知识密集化、高技术集成化的特点；智能化程度日益增加。
✧20世纪末，计算机、信息技术的飞速发展，引发了自动化系统结构的变革。
4. 化工仪表及自动化系统的分类✧需要测量和控制的参数是多种多样的，主要有热工量（压力、流量、液位、温度）和成分（或物性）量。
✧化工自动化仪表按其功能分为：检测、显示、控制仪表和执行器。
✧由上述各类仪表，可以构成自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制四种自动化系统。
5.本学科的作用化工生产过程自动化是一门综合性的技术学科。
它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科。
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第七章 自动控制系统概述
内容提要:
1.自动控制系统的组成
2.自动控制系统的方块图
3.过渡过程和品质指标
1.自动控制系统的组成
图1-2 人工操作图图1-3 液位自
自动控制是在人工控制的基础上发展起来的，左图为人工操作图，控制精度和速度不能满足现代化生产的需要。
右图为液位的自动控制系统图。
自动控制系统的组成：自动化装置和被控对象；自动化装置：测量元件和变送器、自动控制器、执行器。
2.自动控制系统的方块图
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。
液位自动控制系统方块图
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。
注意！方块图中的每一个方块都代表一个具体的装置。
方块与方块之间的连接线，只是代表方块之间的信号联系，并不代表方块之间的物料联系。
方块之间连接线的箭头也只是代表信号作用的方向，与工艺流程图上的物料线是不同的。
工艺流程图上的物料线是代表物料从一个设备进入另一个设备，而方块图上的线条及箭头方向有时并不与流体流向相一致。
小结：
自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。
与自动检测、自动操纵等开环系统比较，最本质的区别，就在于自动控制系统有负反馈，开环系统中，被控（工艺）变量是不反馈到输入端的。
开环系统：自动机在操作时，一旦开机，就只能是按照预先规定好的程序周而复始地运转。
这时被控变量如果发生了变化，自动机不会自动地根据被控变量的实际工况来改变自己的操作。
闭环系统：有针对性地根据被控变量的变化情况而改变控制作用的大小和方向，从而使系
统的工作状态始终等于或接近于所希望的状态。
自动控制系统的分类
按被控变量来分类，如温度、压力等控制系统；
按控制器具有的控制规律来分类，如比例、比例积分、比例微分、比例积分微分等控制系统；
将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变量的给定值是否变化和如何变化来分类，这样可将自动控制系统分为三类，即定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
定值控制系统
“定值” 是恒定给定值的简称。
工艺生产中，若要求控制系统的作用是使被控制的工艺参数
保持在一个生产指标上不变，或者说要求被控变量的给定值不变，就需要采用定值控制系统。
随动控制系统（自动跟踪系统）
给定值随机变化，该系统的目的就是使所控制的工艺参数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。
程序控制系统（顺序控制系统）
给定值变化，但它是一个已知的时间函数，即生产技术指标需按一定的时间程序变化。
这类系
统在间歇生产过程中应用比较普通。
3.过渡过程和品质指标
控制系统的静态与动态
自动控制目的：希望将被控变量保持在一个不变的给定值上，这只有当进入被控对象的物料量（或能量）和流出对象的物料量（或能量）相等时才有可能。
静态——被控变量不随时间而变化的平衡状态（变化率为0，不是静止）。
当一个自动控制系统的输入（给定和干扰）和输出均恒定不变时，整个系统就处于一种相对稳定的平衡状态，系统的各个组成环节如变送器、控制器、控制阀都不改变其原先的状态，它们的输出信号也都处于相对静止状态，这种状态就是静态。
动态——被控变量随时间变化的不平衡状态。
从干扰作用破坏静态平衡，经过控制，直到系统重新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和信号都处于变动状态之中，这种状态叫做动态。
结论：在自动化工作中，了解系统的静态是必要的，但是了解系统的动态更为重要。
因为在生产过程中，干扰是客观存在的，是不可避免的，就需要通过自动化装置不断地施加控制作用去对抗或抵消干扰作用的影响，从而使被控变量保持在工艺生产所要求控制的技术指标上。
控制系统的过渡过程
系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。
控制系统方块图
当干扰作用于对象，系统输出y发生变化，在系统负反馈作用下，经过一段时间，系统重新恢复平衡。
系统在过渡过程中，被控变量是随时间变化的。
被控变量随时间的变化规律首先取决于作用于系统的干扰形式。
在生产中，出现的干扰是没有固定形式的，且多半属于随机性质。
在分析和设计控制系统时，为了安全和方便，常选择一些定型的干扰形式，其中常用的是阶跃干扰。
如图。
阶跃干扰作用
采用阶跃干扰的优点：
（1）这种形式的干扰比较突然、危险，且对被控变量的影响也最大。
如果一个控制系统能够有效地克服这种类型的干扰，那么一定能很好地克服比较缓和的干扰。
（2）这种干扰的形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。
自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式
（a）非周期衰减过程（b）衰减震荡过程（c）等幅震荡过程（d）发散震荡过程控制系统的品质指标
控制系统的过渡过程是衡量品质的依据。
多数情况下，希望得到衰减振荡过程，在此取这种过程形式讨论控制系统的品质指标。
过渡过程品质指标示意图
假定自动控制系统在阶跃输入作用下，被控变量的变化曲线如上图所示，这是属于衰减振荡的过渡过程
最大偏差或超调量
最大偏差是指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。
在衰减振荡过程中，最大偏差就是第一个波的峰值。
特别是对于一些有约束条件的系统，如化学反应器的化合物爆炸极限、触媒烧结温度极限等，都会对最大偏差的允许值有所限制。
超调量也可以用来表征被控变量偏离给定值的程度。
衰减比
衰减比是衰减程度的指标，它是前后相邻两个峰值的比。
习惯表示为n:1，一般n 取为4～
10之间为宜。
余差
当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差叫做余差，或者说余差就是过渡过程终了时的残余偏差。
有余差的控制过程称为有差调节，相应的系统称为有差系统。
反之就为无差调节和无差系统。
过渡时间
从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间叫过渡时间。
一般在稳态值的上下规定一个小范围，当被控变量进入该范围并不再越出时，就认为被控变量已经达到新的稳态值，或者说过渡过程已经结束这个范围一般定为稳态值的±５％（也有的规定为±２％）。
震荡周期或频率
过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。
在衰减比相同的情况下，周期与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短一些为好。
影响控制系统过渡过程品质的主要因素
一个自动控制系统可以概括成两大部分，即工艺过程部分（被控对象）和自动化装置部分。
前者指与该自动控制系统有关的部分。
后者指为实现自动控制所必需的自动化仪表设备，通常包括测量与变送装置、控制器和执行器等三部分。
对于一个自动控制系统，过渡过程品质的好坏，在很大程度上决定于对象的性质。
例如在前所述的温度控制系统中，属于对象性质的主要因素有：换热器的负荷大小，换热器的结构、尺寸、材质等，换热器内的换热情况、散热情况及结垢程度等。
不同自动化系统要具体分析。