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化工仪表及自动化教案

CATALOGUE

目录

课程介绍与教学目标

化工仪表基础知识

自动化控制系统概述

化工仪表在自动化控制中的应用

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。

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。

03

02

01

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。

课程安排

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。

考核方式

02

化工仪表基础知识

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

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。

工作原理

化工仪表主要由传感器、变送器、显示器等部分组成。其中，传感器负责将工艺参数转换为电信号，变送器对电信号进行放大、转换等处理，显示器则用于显示测量结果。

结构组成

性能指标

包括测量范围、精度等级、灵敏度、稳定性、可靠性等。这些指标反映了仪表的测量能力和工作稳定性。

选型原则

根据实际工艺需求，选择适合的仪表类型、测量范围和精度等级。同时，还需考虑仪表的可靠性、维护性、成本等因素。

选型步骤

首先确定测量需求，然后了解市场上可用的仪表类型和性能，接着进行对比分析，最后选择最适合的仪表产品。在选型过程中，还需注意与供应商或制造商的沟通交流，确保所选产品能满足实际需求。

03

自动化控制系统概述

组成

自动控制系统通常由控制器、执行器、被控对象、检测变送环节等部分组成。

分类

根据系统结构和控制策略的不同，自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统两大类。其中，闭环控制系统又可细分为单回路控制系统、多回路控制系统、串级控制系统等。

反馈控制原理

自动控制系统通过检测被控变量的实际值与设定值之间的偏差，利用控制器对偏差进行运算处理，输出控制信号驱动执行器动作，从而实现对被控对象的控制。

前馈控制原理

在某些情况下，为了进一步提高控制系统的性能，可以采用前馈控制策略。前馈控制通过测量干扰量的变化，提前给出相应的控制作用，以抵消干扰对被控变量的影响。

鲁棒性

鲁棒性是指自动控制系统在受到参数摄动或外部干扰时，能够保持其稳定性和性能指标的能力。鲁棒性好的系统具有较强的抗干扰能力和适应性。

稳定性

稳定性是自动控制系统最基本的性能指标之一。一个稳定的系统应该能够在受到外部干扰后，自动恢复到原来的平衡状态。

准确性

准确性是指自动控制系统在稳态时，被控变量的实际值与设定值之间的偏差程度。偏差越小，系统的准确性越高。

快速性

快速性是指自动控制系统在受到外部干扰后，能够迅速作出反应并恢复到原来的平衡状态的能力。快速性好的系统能够迅速消除偏差，提高控制效率。

04

化工仪表在自动化控制中的应用

将温度转换为可测量的电信号，实现温度的实时监测。

温度传感器

根据设定的温度范围，自动调节加热或冷却设备的运行，以保持温度稳定。

温度控制器

记录温度变化历史数据，为分析和优化生产过程提供依据。

温度记录仪

压力传感器

将压力转换为可测量的电信号，实现压力的实时监测。

压力控制器

根据设定的压力范围，自动调节压力调节阀的开度，以保持压力稳定。

压力报警器

当压力超过安全范围时，发出警报信号，保障生产安全。

实时监测管道中流体的流量，为流量控制提供依据。

流量计

根据设定的流量值，自动调节阀门的开度，以保持流量稳定。

流量控制器

记录流体通过管道的总量，为计量和核算提供依据。

流量累计器

物位控制器

根据设定的物位高度范围，自动调节进料或出料设备的运行，以保持物位稳定。

物位传感器

将物位高度转换为可测量的