【大學(xué)課件】化工儀表及自動化

化工儀表及自動化本課程將深入探討化工儀表及自動化技術(shù)，為學(xué)生提供全面的理論知識和實踐應(yīng)用指導(dǎo)。課程概述理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)化工儀表的基本原理和分類。儀表應(yīng)用掌握各類測量儀表的使用方法。自動化技術(shù)了解控制系統(tǒng)和先進(jìn)自動化系統(tǒng)。實踐技能培養(yǎng)儀表管理和維護(hù)能力?；x表的分類溫度儀表測量反應(yīng)釜、管道等設(shè)備的溫度。壓力儀表監(jiān)測反應(yīng)容器和輸送管線的壓力。流量儀表測量液體、氣體的流動速率。液位儀表檢測儲罐、反應(yīng)器中液體高度。溫度測量儀表1接觸式直接與被測對象接觸2非接觸式無需直接接觸被測對象3智能型具備數(shù)據(jù)處理和通信功能溫度測量原理熱電偶利用熱電效應(yīng)產(chǎn)生電動勢熱電阻利用金屬電阻隨溫度變化雙金屬片利用不同金屬熱膨脹系數(shù)差異紅外測溫利用物體輻射能量與溫度關(guān)系溫度測量儀表分類玻璃溫度計利用液體熱膨脹原理，適用于低溫測量。熱電偶測量范圍廣，響應(yīng)快，適用于高溫場合。熱電阻精度高，穩(wěn)定性好，適用于精密測量。紅外測溫儀非接觸測量，適用于運(yùn)動或高溫物體。溫度測量常用儀表壓力測量儀表1機(jī)械式直接顯示壓力值2電子式轉(zhuǎn)換為電信號輸出3智能型具備數(shù)據(jù)處理功能壓力測量原理1彈性元件變形如波登管、膜片、波紋管等在壓力作用下產(chǎn)生變形。2力平衡利用已知力與待測壓力平衡的原理。3電學(xué)效應(yīng)如壓阻效應(yīng)、電容效應(yīng)等將壓力轉(zhuǎn)換為電信號。壓力測量儀表分類液柱壓力計利用液體靜壓原理，適用于低壓測量。彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)簡單，廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。電子壓力變送器輸出標(biāo)準(zhǔn)信號，適用于遠(yuǎn)傳和自動控制。壓力測量常用儀表流量測量儀表差壓式利用流體通過節(jié)流裝置產(chǎn)生的壓差。速度式測量流體運(yùn)動速度來計算流量。容積式直接測量通過的流體體積。質(zhì)量式直接測量流體的質(zhì)量流量。流量測量原理差壓原理利用伯努利方程，測量流體通過節(jié)流裝置的壓差。速度原理測量流體的平均速度，乘以管道截面積得到體積流量。質(zhì)量原理利用科氏力效應(yīng)直接測量質(zhì)量流量。流量測量儀表分類差壓式流量計包括孔板、文丘里管、皮托管等，適用于各種流體。電磁流量計適用于導(dǎo)電液體，無壓損，精度高。渦街流量計適用于清潔流體，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便。質(zhì)量流量計直接測量質(zhì)量流量，不受溫度、壓力影響。流量測量常用儀表液位測量儀表1直接測量如液位計、浮子式2間接測量如壓力式、靜壓式3特殊測量如雷達(dá)、超聲波等液位測量原理1靜壓原理測量液體靜壓力來確定液位高度。2浮力原理利用浮子受到的浮力隨液位變化。3電學(xué)原理利用電容、電導(dǎo)等電學(xué)特性變化測量液位。4波反射原理利用雷達(dá)波或超聲波反射時間測量液位。液位測量儀表分類浮子液位計結(jié)構(gòu)簡單，直觀顯示，適用于開放容器。壓力式液位計適用于密閉容器，可遠(yuǎn)傳信號。雷達(dá)液位計非接觸測量，適用于各種介質(zhì)，精度高。液位測量常用儀表成分分析儀表1物理分析法利用物理特性進(jìn)行分析2化學(xué)分析法利用化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分析3光學(xué)分析法利用光學(xué)特性進(jìn)行分析成分分析原理光譜分析利用物質(zhì)對不同波長光的吸收特性。色譜分析利用混合物組分在固定相和流動相中分配不同。電化學(xué)分析利用物質(zhì)的電化學(xué)特性進(jìn)行定性定量分析。質(zhì)譜分析利用離子質(zhì)量與電荷比進(jìn)行分析。成分分析儀表分類氣相色譜儀適用于氣體和易揮發(fā)液體樣品分析。液相色譜儀適用于非揮發(fā)性或熱不穩(wěn)定化合物分析。質(zhì)譜儀用于復(fù)雜混合物的定性定量分析。光譜儀包括紅外、紫外可見光譜儀等。常用成分分析儀表控制系統(tǒng)組成及原理傳感器檢測被控對象的狀態(tài)?？刂破魈幚硇畔⒉⒆龀隹刂茮Q策。執(zhí)行器執(zhí)行控制命令改變被控對象狀態(tài)。反饋環(huán)節(jié)將輸出信息反饋給控制器?？刂葡到y(tǒng)的定義控制系統(tǒng)是由各種控制設(shè)備組成的，能夠按照預(yù)定要求，自動完成一定任務(wù)的系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)通過檢測、比較、調(diào)節(jié)等操作，使被控對象的某些參數(shù)保持在期望值?？刂葡到y(tǒng)的基本組成被控對象需要控制的工藝過程或設(shè)備。測量元件檢測被控量的實際值。比較單元比較設(shè)定值和實際值的偏差。控制器根據(jù)偏差計算控制量。閉環(huán)控制原理1設(shè)定值輸入系統(tǒng)期望達(dá)到的目標(biāo)值。2實際值測量傳感器檢測當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)。3偏差計算比較設(shè)定值和實際值的差異。4控制算法根據(jù)偏差計算控制輸出。5執(zhí)行調(diào)節(jié)執(zhí)行器改變系統(tǒng)狀態(tài)。PID控制器比例控制輸出與偏差成正比。積分控制消除靜差，提高控制精度。微分控制預(yù)測偏差變化趨勢，提高動態(tài)特性。綜合作用三種作用結(jié)合，實現(xiàn)最優(yōu)控制效果。PID控制器的結(jié)構(gòu)比例單元產(chǎn)生與偏差成正比的輸出。積分單元累積偏差，消除靜態(tài)誤差。微分單元對偏差變化率做出響應(yīng)。PID控制器的參數(shù)比例增益Kp決定控制作用的強(qiáng)度。積分時間Ti影響消除靜差的速度。微分時間Td影響系統(tǒng)對擾動的響應(yīng)速度。PID控制器的調(diào)試1初始設(shè)置根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置初始參數(shù)。2比例調(diào)節(jié)調(diào)整Kp，觀察系統(tǒng)響應(yīng)。3積分調(diào)節(jié)引入Ti，消除靜態(tài)誤差。4微分調(diào)節(jié)加入Td，改善動態(tài)特性。5優(yōu)化微調(diào)根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)微調(diào)各參數(shù)。DCS系統(tǒng)1操作員站人機(jī)交互界面2控制站執(zhí)行控制算法3現(xiàn)場設(shè)備傳感器和執(zhí)行器4通信網(wǎng)絡(luò)連接各個部分DCS系統(tǒng)的組成操作員站提供人機(jī)交互界面，顯示工藝參數(shù)和報警信息?？刂普緢?zhí)行控制算法，處理現(xiàn)場數(shù)據(jù)。工程師站用于系統(tǒng)配置、程序編寫和維護(hù)。通信網(wǎng)絡(luò)連接各個站點和現(xiàn)場設(shè)備。DCS系統(tǒng)的功能數(shù)據(jù)采集實時采集現(xiàn)場各種工藝參數(shù)。過程控制執(zhí)行各種控制算法，如PID、模糊控制等。報警管理監(jiān)測異常情況并及時報警。數(shù)據(jù)存儲長期保存歷史數(shù)據(jù)，便于后續(xù)分析。DCS系統(tǒng)的應(yīng)用PLC系統(tǒng)1輸入模塊采集現(xiàn)場信號2CPU執(zhí)行控制程序3輸出模塊控制執(zhí)行設(shè)備4編程設(shè)備編寫和下載程序PLC系統(tǒng)的組成電源模塊為PLC各部分提供穩(wěn)定電源。CPU模塊執(zhí)行用戶程序，處理數(shù)據(jù)。I/O模塊包括數(shù)字量和模擬量輸入輸出模塊。通信模塊實現(xiàn)與其他設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。PLC系統(tǒng)的編程1梯形圖最常用的PLC編程語言，類似繼電器邏輯。2功能塊圖使用預(yù)定義的功能塊進(jìn)行編程。3指令表類似匯編語言，使用助記符編程。4結(jié)構(gòu)化文本類似高級語言，適合復(fù)雜算法。PLC系統(tǒng)的應(yīng)用儀表管理及維護(hù)定期檢查按計劃進(jìn)行儀表巡檢。校準(zhǔn)校驗確保儀表測量精度。故障診斷及時發(fā)現(xiàn)并排除故障。檔案管理建立完善的儀表檔案。儀表管理的重要性保證測量準(zhǔn)確性確保生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)可靠。延長儀表使用壽命減少設(shè)備故障和更換頻率。提高生產(chǎn)效率避免因儀表問題導(dǎo)致的停產(chǎn)。節(jié)約成本降低維修和更換費用。儀表校準(zhǔn)及檢定制定計劃根據(jù)儀表重要性和使用情況制定校準(zhǔn)計劃。準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)器具和方法。執(zhí)行校準(zhǔn)按照規(guī)