化工仪表及自动化绪论精课件

1、绪论 人类长久以来总是希望实现生产与生活的自动化。然而，直到18世纪自动控制系统在蒸汽机运行中得到成功应用以后，自动化技术时代才算真正开始。在20世纪后半叶得到了快速发展，特别是计算机技术的广泛应用，使得自动控制的应用更为普遍，人们正在追求更广泛领域和更高层次的自动化。工艺流程模拟屏集散控制系统操作站 下面我们来看几个工业生产和日常生活中常见的自动控制系统。 一、生活环境中的自动控制系统 如今，在日常生活中几乎处处都可见到自动控制系统的存在。如各种温度调节、湿度调节、自动洗衣机、自动售货机、自动电梯等。它们都在一定程度上代替或增强了人类身体器官的功能，提高了生活质量。但人们对日常生活环境自动化

2、的追求是永无止境的，新技术和新产品正在不断涌现。 2、电冰箱 电冰箱相当于一个“小房间”的温度控制系统，它主要是制冷装置，但有的也有加热装置，用于自动化霜。 空调和电冰箱的设定温度一般不需要经常改变。 3、电饭煲 电饭煲也是一个温度控制系统。高级电饭煲的设定温度可以按人工设定的程序自动变化。例如可将它的温度设定为如图2所示的曲线。 4、洗衣机 现在的全自动洗衣机也是按照事先设定好的几个步骤进行工作的，但它的控制过程比较复杂，一个大周期中又包含了几个基本相同的小周期。完整的洗衣机控制系统还包括进水控制、出水控制、平衡控制等。 5、其他 应该说随着生活水平的提高，人们投入到自动化上的费用越来越多，

3、自动化系统也日益随处可见，如电梯、自动门、自动路灯、自动洁具、保安系统等。 二、工业生产中的自动控制系统 现代工业按所加工的原材料可划分为两大类。一类是气体、液体和粉体，这是石油、化工、制药、轻工、食品、建材等行业的主要工况，主要控制温度、压力、物位、流量、成分等参数，这是本课程涉及的主要内容；另一类是对已成型材料的进一步加工或对多种已成型材料（各种元器件）的装配，主要控制位移、速度、角度等参数。 随着生产装置的大型化、集中化和过程的连续化，自动控制系统越来越多，越来越重要。 1、液位控制 化工生产中有很多贮罐和容器（如油罐、水箱、锅炉气包等）需要控制液位。 图1-4已经是一个实用的液位控制系

4、统，但当需要将液位信号传送到远方的控制室时，就需要改为电动式。用一个能送出电信号的液位测量仪表代替浮球，用一个电动调节器代替杠杆，阀门也换成可接受电信号的阀门，就构成了一个目前常见的液位控制系统。如图1-5所示，LT表示液位测量及信号变换装置，LC表示液位控制器。 2、温度控制 工业生产中存在大量的加热炉，一般是通过控制燃料的量来保证被加热物料达到或保持在所需要的温度。换热器是常见的工业设备，它通过冷热流体的热量交换实现对冷流体加热的目的，控制手段通常是调节热流体的流量，如图1-6所示。 图中，TT表示温度测量仪表，TC表示温度调节器。另外，化学反应器中化学反应的温度，也要求进行温度控制。 三

5、、化工生产过程的特点 密闭、连续、高压、高温、深冷、有毒、易燃、易爆。四、实现化工生产过程自动化的目的 为了实现优质、高产、低耗和安全，必须采用自动控制系统五、自动化技术简要发展史 广义的自动化，是指在人类的生产、生活和管理的一切过程中，通过采用一定的技术装置和策略，使得仅用较少的人工干预甚至做到没有人工干预，就能使系统达到预期目的的过程，从而减少和减轻了人的体力和脑力劳动，提高了工作效率、效益和效果。由此可见，自动化涉及到人类活动的几乎所有领域，因此，自动化是人类自古以来永无止境的梦想和追求目标。 自动化技术的发展大致可分为工匠、技术化、理论化、网络化与智能化等几个阶段。 一、工匠阶段 人类

6、很早就进行了简陋自动化装置的探索，留下了许多记载与传说，如中国的指南车，记里鼓车，著名科学家张衡发明的混天仪、水运气象台等。公元3世纪，希腊人发明了水钟。另外，古代传说中的在重要位置安放的各种暗算机关，也是早期的自动化装置的尝试。据说，达芬奇为路易十二制造过供玩赏用的机器狮，可以说是最简单的机器人了。 二、技术化和理论化阶段 标志人类社会工业革命开始的是瓦特于1788年发明的蒸汽机，它同样也标志着自动化领域技术化和理论化阶段的开始。具有良好的自动控制系统也是蒸汽机得以成功的必要条件之一。 在瓦特之前，已有人发明过各种各样的蒸汽机及相关控制装置，但没有真正地解决问题，主要原因有蒸汽的进气和排气是

7、手动操纵的，转速不稳定等。 瓦特的发明解决了这些问题，其蒸汽机的转速调节系统原理如右图所示。这是一个典型的具有负反馈的速度调节系统。 1868年，麦克思威尔发表了著名的关于调节器的论文，对反馈理论进行了深入的研究。同年，法国工程师法尔科发明了反馈调节器。至1920年，反馈理论已广泛地应用于电子放大器中，性能有了较大的改善。1920年，美国出现了PID调节器，并应用到化工和炼油过程。 到1948年，控制理论的经典部分都已基本提出，如，多种控制系统的稳定性分析方法、根轨迹法、频率分析法等。1946年，第一台电子计算机问世。除了工业革命使自动化获得较为广泛的应用外，特别要提及的是第一次和第二次世界大

8、战极大地激发了自动控制在军事和军工领域的应用。 三、网络化和智能化方法 1948年，维纳的控制论一书，标志着自动化的理论基础控制论正式诞生。同年，香农发表了通讯的数字原理，标志着信息论的诞生。连同1946年诞生的第一台计算机，它们标志着自动化技术进入了网络化与智能化的阶段，计算机技术的飞速发展大大推动了计算机控制系统的应用。同时，这些科技成果也标志着人类社会继农业革命和工业革命之后又一个伟大的变革信息革命的开始。 控制论并不仅仅是工业和工程领域的科学，它也是一种思想，一种方法，普遍适用于几乎所有领域。哲学家、数学家、军事家、政治家、工程师等都对它感兴趣。它的应用可分为四大领域：工程控制论、生物控制论、经济控制论、社会控制论。 随