化學儀器和自動控制的知識和理解，學習目標，基本內容，1，2，3，化學生產過程和特點概述，化學儀器和自動化技術發展概況，工業自動化儀器分類自動化系統的組成和分類，1。0.1.1化學生產過程簡介化學生產過程及其特點，化學生產過程往往是在封閉的管道和設備中，不斷發生物理或化學變化，往往具有高壓、高溫、低溫、有毒、易燃、易爆等特點，因此，必須依靠各種儀器和其他自動化設備進行自動化生產，以保證穩定、可靠和安全的生產。1.0.1.1化工生產工藝及特點簡介。化學反應過程是化學生產過程的主要部分。基本生產流程如圖0-1所示。化學反應過程中所需的化學原料，首先進入輸入設備，然后原料進入預處理過程，將原料分離或精制，使其符合化學反應對原料的要求。化學反應后的產品進入后處理過程，半成品被凈化成合格產品，未反應的原料和副產物被回收，然后儲存在輸出設備中。同時，為了滿足化學反應以及預處理和后處理的需要，也有公用設施提供必要的能源，例如水、電、蒸汽和來自外部的冷卻。有時，還有額外的部分，如能源回收和三廢處理系統。1.化學生產過程簡介0.1.1化學生產過程及其特點，三轉移和一反被認為是化學工程學科的理論基礎，即質量轉移、動量轉移、熱量轉移(三轉移)和化學反應工程(一反)。單元工藝是指化工生產過程中的各種化學反應操作，如氧化、硝化、裂解、聚合等。單元操作是指在各種化工生產過程中常用的、遵循共同物理規律的、使用相似設備的、具有相同功能的基本物理操作。在單元操作中，操作中涉及的材料不會改變其化學性質。0.1.1化學生產工藝及特點，2.2化學生產工藝特點，0.1.1化學生產工藝及特點，化學生產工藝的特點是產品從原料加工到產品完成，過程漫長而復雜，伴有副反應。過程中變量之間的關系復雜，操作要求高。關鍵設備的關閉將影響整個工廠的生產。大多數材料處于液態或氣態，并在封閉的管道、反應器、塔和熱交換器中經歷各種反應、傳熱、傳質和其他過程。這些過程通常在高溫、高壓、易燃、易爆、有毒、有腐蝕性、有刺激性氣味和其他條件下進行。結論：0.1.1化工生產的過程和特點已不能滿足單純依靠人工操作的現代控制要求。操作必須通過儀器和控制系統來完成。0.1.2化工自動化概述，化工自動化是指化工、煉油、食品、輕工等化工類型的生產過程自動化。在化工設備上，配備了一些自動裝置來代替操作人員的部分直接勞動，這樣生產就可以在不同程度上自動進行。這種使用自動化設備管理化學生產過程的方法稱為化學自動化。0.1.2、概述化工自動化，達到化工生產過程自動化的目的和意義，加快生產速度，降低生產成本，提高產品質量和產量。降低勞動強度，改善工作條件。能保證生產安全，防止事故發生或擴大，延長設備使用壽命，提高設備利用率。生產過程自動化的實現可以從根本上改變工作方式，提高工人的文化和技術水平，為逐步消除差距創造條件對于那些連續的生產過程，在進出物料的連接中，主要依靠大型儲罐的緩沖作用來克服干擾的影響，保證穩定生產。所用儀器的主要結構形式是機械式和液壓式。該儀器精度低、體積大，只能實現現場檢測和記錄。生產效率和經濟效率都很低。在儀器自動化階段，自20世紀40年代以來，典型的基礎儀器局部自動化逐漸出現。大多數是單輸入單輸出控制，用于溫度、壓力、流量和液位等參數。主要控制目的是保證被控變量的穩定性和生產的安全性，從而保證產品產量和質量的穩定性。從20世紀50年代到60年代，隨著電子技術的飛速發展和新材料、新工藝的不斷出現，新的檢測方法不斷發展，新儀器層出不窮。自動化儀器也正朝著高性能、小體積和使用方便的方向快速發展。氣動和電動組合儀表(一類、二類和三類)相繼問世。靈活可靠的組合式電子集成控制裝置將儀表與生產控制系統有機結合，為實現各種復雜和特殊的控制規律提供了方便。0.1.3化學儀器及自動化技術發展概況，由單元組合儀表組成的控制系統，0.1.3化學儀器及自動化技術發展概況，2 .計算機控制階段，20世紀70-80年代，隨著現代工業生產的不斷發展和微型計算機的發展和應用，以及光纖傳感技術的日益成熟，過程檢測和控制的發展達到了一個新的水平。1975年，以微處理器為核心的新型智能儀器的出現，使儀器具備了自校準、自調零、量程自選擇、自動測試和信息轉換、統計數據處理等多種功能。儀器與計算機之間的直接連接非常方便，計算機在自動化系統中發揮著越來越重要的作用。漸漸地，整個車間，甚至整個企業，都沒有或很少有人參與操作管理、過程控制優化和現代集中調度管理。0.1.3化學儀器及自動化技術發展概況，0.1.3化學儀器及自動化技術發展概況，0.1.3化學儀器及自動化技術發展概況，現場總線控制系統(FCS)-完整分布式控制系統，0.1.3化學儀器及自動化技術發展概況，3。綜合自動化階段，綜合自動化系統是一個分層控制系統，包括生產計劃和調度、操作優化、基層控制和高級控制，也稱為綜合管理和控制系統。這種系統是通過計算機及其網絡實現的，所以也稱為計算機集成過程系統(CIPS-計算機集成過程系統)，類似于機械制造系統中的計算機集成制造系統(CIMS)。計算機集成生產系統將計劃優化、生產調度、管理和決策引入計算機控制系統。它將市場意識與優化控制、管理與控制相結合，并引入現場總線控制技術來改進計算機控制系統。其應用領域和規模不斷擴大，社會效益和經濟效益也不斷提高。0.1.3化學儀器及自動化技術的發展概況，0.1.4化學自動化儀器的分類、按能源分類的儀器、電氣儀器、氣動儀器、液壓儀器、電能為能源；信號標準：一類和二類：0-10 MADC；:4-20 ADC；結構更加復雜；適用于遠距離傳輸和集中控制，可與計算機配合使用。以壓縮空氣為動力源；信號標準：0.02-0.1兆帕；本質安全和防爆；氣動控制閥由油壓驅動，主要用于需要高功率輸出的場合。液壓儀器現在很少使用。根據過程o接受操作或控制生產過程的信號，0.1.4化學自動儀表的分類，各種儀表的功能，0.1.4化學自動儀表的分類，0.1.4化學自動儀表的分類，以及各種儀表之間不可分割的機械結構的基礎型儀表，其傳動、顯示、控制等部件都單獨封裝在一個表殼中，形成一個固定的控制系統。該儀器更適合現場檢測和控制，但不能實現各種參數的集中顯示和控制。單元組合儀表將傳輸、控制和顯示功能整合成獨立的儀表單元。每個單元由統一的輸入和輸出信號連接。根據實際需要，可以選擇一些單元進行適當的組合和配置，形成各種測量系統或控制系統。因此，該單元組合儀表使用方便靈活。0.1.4化工自動化儀表的分類，模塊化控制裝置是在電氣單元組合儀表的基礎上發展起來的一種功能分離、模塊化結構的新型成套儀表。模塊化控制裝置通過插入具有分離功能的部件而形成。整個裝置分為兩部分：一個控制柜和一個集中控制面板(也稱為顯示操作面板)。整體分散控制裝置也稱為集中分散控制系統(簡稱集散控制系統)，它是以微機為核心的計算機控制裝置。新型計算機控制裝置現場總線控制系統是一種基于現場總線技術的新型計算機控制裝置。0.1.4化學自動化儀表的分類、根據儀表防爆能力對電氣儀表進行分類、普通儀表、無任何防爆措施的儀表，只能在非危險場所使用。隔爆型儀表和安全火花型儀表，采用隔離措施防止點火和爆炸事故。采用本質安全型防爆措施的儀表；它是電氣儀器中最好的防爆電源。氣動儀表的能量是140千帕的壓縮空氣，本質上是安全和防爆的。0.1.4化學自動化儀表的分類，0.1.5自動化系統的組成和分類，0.1.5自動化系統的組成和分類，0.1.5自動化系統的組成和分類。自動檢測系統，使用各種檢測和傳輸儀器來自動檢測、指示或記錄過程中的變量，稱為自動檢測系統。包括過程對象、檢測、傳遞和顯示等。它取代了操作人員在生產現場對工藝參數的連續觀察和記錄，從而發揮了人眼的作用。0.1.5自動化系統的組成和分類，例如，換熱器自動檢測系統的示意圖。熱交換器利用蒸汽加熱冷液體。用測溫元件和平衡橋可以測量、指示和記錄加熱后冷液體的溫度是否滿足工藝要求。冷液體的流量可以通過孔板流量計來檢測。蒸汽壓力可以通過壓力表自動指示，這些壓力表都是自動檢測系統。0.1.5自動化系統的組成和分類，2。自動報警和聯鎖保護系統。當變量接近臨界值時，系統會發出聲光報警提醒操作人員注意。如果變量進一步接近臨界值，工作條件接近危險狀態，聯鎖系統將立即采取緊急措施，自動打開安全閥或切斷一些通道，必要時緊急停車，防止事故的發生和擴大。它是生產過程中的安全裝置。0.1.5自動化系統的組成和分類，3。自動控制系統和自動啟停系統，利用自動控制裝置，按照規定的步驟，自動啟動或停止生產設備，或與某些周期性操作系統交替進行。例如，氨合成制氣車間中的氣體發生器要求空氣和水蒸汽根據吹氣、吹氣、吹氣、吹氣、排氣的工作步驟周期性地打開0.1.5自動化系統的組成和分類，4。自動控制系統，帶有一些自動控制裝置，可以自動控制生產中的一些重要變量