冶金过程检测与控制绪论

1、河北联合大学河北联合大学主讲教师：主讲教师： 张张 茁茁冶金过程检测与控制 0 绪论按一定工艺要求进行的生产过程的自动控制。按一定工艺要求进行的生产过程的自动控制。( (用自动化仪表来检测、控制生产)过程控制的作用过程控制的作用0.1.1 0.1.1 过程控制过程控制优化技术经济指标提高劳动生产率节约能源改善劳动条件0.1 0.1 过程控制与检测仪表过程控制与检测仪表工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、物位和成分温度、压力、流量、物位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。4n检测仪表是过程控制的“眼睛”；n许多过程控制系统不能长期使用的主要原因就在于传感器故障！n生产过程自动控制系统，由

2、被控制对象（生产设备及流程）、检测仪表、控制仪表和执行机构四个基本部分组成。 保持锅炉汽包内的液（水）位高度在规定范围内是非常重要的，若水位过低，则会影响产汽量，且锅炉易烧干而发生事故；若水位过高，生产的蒸汽含水量高，会影响蒸汽质量；这些都是危险的。因此锅炉汽包液位是一个重要的工艺参数。锅炉汽包液位控制系统举例举例1.1.系统由过程检测、系列化生产的自动化仪表组成系统由过程检测、系列化生产的自动化仪表组成控制系统控制系统被控过程被控过程 ( (对象对象) )检测控制仪表检测控制仪表检测元件检测元件变送器变送器调节器调节器( (控制器）控制器）调节阀调节阀0.1.2 0.1.2 过程控制的特点过

3、程控制的特点2.2.被控过程是多种多样、非电量的被控过程是多种多样、非电量的 生产规模大小不一，工艺要求各不相同，产品品种生产规模大小不一，工艺要求各不相同，产品品种多种多样，则被控过程的形式也多种多样。工业过程大多种多样，则被控过程的形式也多种多样。工业过程大多具有大惯性大滞后及非线性特性。多具有大惯性大滞后及非线性特性。3.3.控制过程多属慢过程、参量控制控制过程多属慢过程、参量控制 参量参量:T,P.F,L.:T,P.F,L.成分成分,PH,PH值值4.4.控制方案十分丰富控制方案十分丰富 单变量、多变量控制系统单变量、多变量控制系统 常规仪表控制系统、计算机控制系统常规仪表控制系统、计

4、算机控制系统 高质量、特殊要求、高质量、特殊要求、PIDPID、新型控制方法、新型控制方法5.5.定值控制是一种常用形式定值控制是一种常用形式 消除外界干扰，使被控量稳定在给定值消除外界干扰，使被控量稳定在给定值 在工业生产中，为了保证生产过程正常、高效、经济地运行，需对工艺过程中的主要参数（如温度、压力、流量、液位、成分等）进行实时检测与优化控制。为此，就要选择合适的检测仪表，采用正确的检测方法进行测量。对这些参数的检测构成了过程检测的基本内容。 检测：检测：是指在工业生产过程中，为及时监视、控制生产过程，而对生产工艺参数进行的定性检查和定量测量的过程。 实现生产过程参数检测的装置称为过程检

5、测仪表过程检测仪表。检测仪表是过程控制系统的重要组成部分。检测仪表是过程控制系统的重要组成部分。0.1.3 0.1.3 检测仪表检测仪表过程过程检测仪表检测仪表作用作用 以信息的获取、转换、显示和处理为主要内容的检测技术已经发展成为一门完整的技术学科，在促进生产发展和科技进步的过程中发挥着重要的作用。n（1）过程检测仪表是现代工业生产过程中产品检验和质量控制的重要工具。如：典型零件的加工质量控制。如：典型零件的加工质量控制。零件加工尺寸和表面粗糙度是零件加工质量的主要指标。为了避免或者减少零件在加工过程中的废品率和监测加工过程的状态 ,需要采用在线检测零件尺寸和表面粗糙度的方法。n（2）检测仪

6、表在生产设备安全运行监测中应用广泛。如：电机转子轴向窜动位移测量。如：电机转子轴向窜动位移测量。 转子窜动量过大,会导致传动设备的转动部分和固定部分发生摩擦引起设备震动,使止推轴承负载过大引起轴瓦加速磨损,甚至发生设备毁坏事故。温度变送器调节器反应器反应温度自动调节系统 对于带夹套的反应釜，可采用控制进入夹套的加热剂（或冷却剂）流量，稳定釜内温度保持锅炉汽包内的液（水）位高度在规定范围内是非常重要的，若水位过低，则会影响产汽量，且锅炉易烧干而发生事故；若水位过高，生产的蒸汽含水量高，会影响蒸汽质量；这些都是危险的。因此锅炉汽包液位是一个重要的工艺参数。锅炉汽包液位控制系统发电厂锅炉过热蒸汽温度

7、控制系统过热蒸汽温度过高可能造成过热器、蒸汽管道等的损坏，因而过热气温的上限一般不应超过额定值5，过热蒸汽温度过低，又会降低热效率，影响锅炉的经济运行，因而过热气温的下限一般不低于额定值10。仪表的发展过程仪表的发展过程20世纪50年代以前，主要是人工调节人工调节，凭经验指导生产20世纪5060年代，基地式仪表基地式仪表对生产过程的简单调节20世纪60年代开始，控制理论和控制技术及计算机技术的应用推动了生产过程自动化，单元组合仪表单元组合仪表进行自动、复杂控制20世纪70年代以来，出现计算机控制系统计算机控制系统，集散控制系统(DCS)，在硬件上将控制回路分散化，将数据显示、实时监督等功能集中

8、化，有利于安全控制生产20世纪80年代以后，出现二级优化控制，在DCS基础上实现优化和先进控制 将检测、显示、调节等几部分组合设计成一个整体装置。将检测、显示、调节等几部分组合设计成一个整体装置。直接安装于被控的生产设备附近。只需配上调节阀便可构成一个调节系统。 同时具有检测、控制与显示的功能。同时具有检测、控制与显示的功能。 结构简单（结构简单（不需要变送器）， 价格低廉、使用方便。价格低廉、使用方便。 通用性差，信号不易传递，通用性差，信号不易传递，不能实现多种参数的集中显示与控制 一般应用于简单控制系统中。一般应用于简单控制系统中。 基地式仪表集测量、显示、调节各部分功能于一体，单独构成

9、一个固定的控制系统。构成各种单参数或多参数的自动控制系统。基地式仪表基地式仪表 将仪表按其功能（将仪表按其功能（检测变送、控制、显示）分成若干）分成若干单元。单元。 各个单元之间以统一的标准信号相互联系。各个单元之间以统一的标准信号相互联系。 可以根据实际需要选择某些单元进行适当的组合、搭可以根据实际需要选择某些单元进行适当的组合、搭配各个单元可以适当组合，也可与计算机等设备配合，配各个单元可以适当组合，也可与计算机等设备配合，组合各种复杂的、新型的控制系统。组合各种复杂的、新型的控制系统。 有气动组合仪表和电动单元组合仪表（有气动组合仪表和电动单元组合仪表（QDZQDZ和和DDZDDZ仪表）

10、仪表）两类。两类。 单元组合式仪表：具有高度的灵活性和通用性，可以根据实际需要组合、搭配，构成各种单参数或多参数的自动控制系统。单元组合式仪表单元组合式仪表 采用采用140kPa140kPa压缩空气为能源，以压缩空气为能源，以2020100kPa100kPa标准标准统一信号输出。统一信号输出。 结构简单、价格便宜、性能稳定、工作可靠、安结构简单、价格便宜、性能稳定、工作可靠、安全防火防爆。全防火防爆。 特别适用于石油、化工等易燃易爆场合。特别适用于石油、化工等易燃易爆场合。气动单元组合仪表气动单元组合仪表 采用24VDC 或220VAC供电，传输信号为电信号（电流、电压或数字），采用采用4-2

11、0 mA DC或0-10mA DC标准统标准统一信号。一信号。 能源获取方便、信号传输和处理容易、便于实现集中能源获取方便、信号传输和处理容易、便于实现集中显示和操作等，便于计算机接口。显示和操作等，便于计算机接口。 部分仪表（如部分仪表（如DDZ-DDZ-型）采取了先进的安全防爆措施，型）采取了先进的安全防爆措施，能构成本质安全防爆系统，同样能应用于易燃易爆场能构成本质安全防爆系统，同样能应用于易燃易爆场合。合。目前在工业生产过程控制中应用了最为广泛。电动单元组合仪表电动单元组合仪表电动单元组合仪表电动单元组合仪表由电动仪表构成的控制系统中，仪表之间通常采用如图 所示的联接方式，即现场与控制

12、室仪表之间采用直流电流信号；控制室内部仪表之间采用直流电压信号。控制系统仪表之间典型联接方式 积木式结构积木式结构 采用微电脑技术，可进行数字运算采用微电脑技术，可进行数字运算 编程方法简单编程方法简单 自整定、自诊断的功能自整定、自诊断的功能 通讯功能通讯功能数字控制仪表数字控制仪表n5050年代末期，主要采用机械式和气动仪表年代末期，主要采用机械式和气动仪表n6060年代广泛采用年代广泛采用型电动单元组合仪表型电动单元组合仪表 n7070年代中期，年代中期，型电动单元组合仪表成为过程型电动单元组合仪表成为过程检测和控制的主流产品检测和控制的主流产品 n8080年代初，开始采用年代初，开始采

13、用型电动单元组合仪表型电动单元组合仪表 ，相继引进了分布式控制系统（相继引进了分布式控制系统（DCSDCS）、可编程序）、可编程序控制器（控制器（PLCPLC）和工业）和工业PCPC机（机（IPCIPC） 我国过程控制技术的发展我国过程控制技术的发展0.2.1 0.2.1 课程性质课程性质 专业必修课程。专业必修课程。与物理学、电工技术、模拟电子技术、数字电子技术、流体力学、机械原理、化工原理等课程有密切联系，是一门综合性、实践性较强的专业技术课。n教学要求：教学要求：通过本课程的学习，要求学生能掌握自动检测方法与检测仪表基础知识；掌握常用仪表的结构、原理及应用知识。以便在实际生产过程中能正确

14、选择、使用常用仪表，并具备仪表简单故障的分析、处理能力。0.2.2 0.2.2 课程内容课程内容0.2 0.2 本课程介绍本课程介绍序序号号课题课题教学内容教学内容教学要求教学要求学时学时1概述概述测量仪表的测量误差、品质指标、选择原则及分类使学生了解测量仪表的品质指标及各种参数，掌握仪表的选择原则22温度测量温度测量1.热力学温标及国际实用温标2.热电偶的测温原理及常见故障处理3.热电阻的结构及测温原理4.动圈式、电子电位差计式等测温显示仪表5.接触式测温仪表的选择、安装及布线要求6.辐射测温基本原理及辐射式测温计1.掌握热力学温标的表示方法2.通过学习热电偶的测温原理，掌握常用热电偶、快速

15、微型热电偶的工作原理及应用，了解常用热电偶的故障并会处理3.了解热电阻的结构，掌握测温原理，深入了解使用中的故障并会处理4.深入了解动圈式仪表、电子电位差计、自动平衡电桥的工作原理5.了解接触式测温仪表的选择、安装及布线要求6.深入了解辐射式测温计的测温原理，掌握灯丝隐灭式光学高温计的使用方法63压力测量压力测量1.弹性元件及弹簧管、电接点压力表的选择与安装2.霍尔片、电容式压力传感器的工作原理3.力平衡式、电容式等压力变送器的工作原理及性能1.了解弹性元件的形状、类型，深入了解弹簧管、电接点压力表的选择与安装规则2.深入了解霍尔片式、电容式压力传感器的工作原理3.深入了解力平衡式、电容式等压

16、力变送器的工作原理及性能44流量测量流量测量1.差压式流量计的工作原理及选用2.转子流量计、电磁流量计及其它流量计的工作原理1.了解标准节流装置孔板的特点、节流原理，深入了解差压式流量计的选用2.深入了解转子、电磁、靶式等流量计的工作原理，并能根据实际情况选择、安装以上流量计45物料称量物料称量1.电子应变式自动称量仪表的工作原理及特点2.工业电子称的工作原理及应用1.深入了解电阻应变荷重传感器的工作原理，了解电阻应变片的类型、材质及测量桥路工作原理2.了解电子皮带秤、吊车秤、料斗秤等工业用电子秤的工作原理及工作环境26物位检测物位检测物位检测计的工作原理及特点深入了解浮力式、差压式、电容式等

17、物位检测计的工作原理及工作环境特点27轧制测试轧制测试技术的电测技术的电测方法方法1.测试技术在轧制生产中的作用、电测装置的构成及电测法的基本原理2.电阻应变片、应变仪的构成及工作原理1.了解测试技术的基本概念、作用及分类，深入了解电测法的基本原理和电测装置的构成2.了解电阻应变片的构造及电阻应变仪的组成，掌握电阻应变片及应变仪的工作原理48应力应变应力应变与扭矩测量与扭矩测量1.零件的应力应变测量2.扭矩测量1.了解应力应变测量的目的和方法，理解拉伸压缩应力测量中的单臂、半桥、全桥及弯矩的测量原理2.理解扭转应变测量及扭矩的计算29厚度与宽厚度与宽度的测量度的测量板材、带材、管材、棒材及型材

18、等厚度与宽度的测量仪器及在线测量深入了解放射性元素、激光测厚仪和光电测宽仪、线性CCD测宽仪等仪表的工作原理及工作环境特点410过程控制过程控制原理及系统原理及系统1、过程控制概述及控制系统过渡过程的品质指标2、被控对象的动态特性3、调节器的控制作用及系统投运和故障判断1、了解自动控制系统的组成、分类，理解衡量过渡过程品质的五大指标2、理解被控对象的放大系数、时间常数、滞后时间等动态特性3、理解调节器的双位比例积分微分控制作用原理，了解系统投运和故障判断方法611执行器执行器1.电动执行器的结构、作用、工作原理及特点2.气动执行器的结构、作用、种类及工作特性3.调节阀1.了解电动执行器的结构、作用及产品组成，了解伺服放大器和执行机构的工作原理及组成2.了解气动执行器的结构、种类及工作特性3.理解生产中所用的七种调节阀的工作原理612冶金过程冶金过程仪表检测与仪表检测与控制控制1.炼铁生产过程仪表检测与控制2.炼钢生产过程仪表检测与控制3.轧钢生产过程仪表检测与控制1.了解高炉本体、送风系统、热风炉煤气燃烧系统的仪表检测与控制2.了解供氧系统、烟气除尘系统、原料系统、钢水终点温度系统及碳含量检测与控制3.了解连续加热炉和均热炉的热工参数