化工仪表及自动化(厉玉鸣)(第三版)第14章
化工仪表及自动化-课后-答案-第版-厉玉鸣-(史上最全版本)
P161. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。
（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2、化工自动化主要包括哪些内容？一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
《化工仪表及自动化》课程标准
《化工仪表及自动化》课程标准一、课程基本信息1.课程名称：化工仪表及自动化2.课程编码：3.适用专业：应用化工技术、煤化工技术4.课程学时：345.所属教学单位：化工学院二、课程性质与定位本课程是应用化工技术专业的专业基础课程，属于必修课程。
在整个专业人才培养方案中起到重要的基础和支撑作用，是帮助学生掌握生产工艺及设备控制操作的基础。
该课程从自动控制系统的基本概念入手，讲述自动控制系统的各个基本环节，包括被控对象、测量元件及变送器、显示仪表、自动控制仪表、执行器等；最后结合化工生产过程讲述几种典型常用仪表的使用与安装。
通过对本门课程的学习，应能了解化工仪表及自动控制的基本知识，理解自动控制系统的组成、基本原理及各环节的作用；能根据工艺要求，能了解化工对象的基本特性及其对控制过程的影响；能了解基本控制规律及其控制其参数与被控过程的控制质量之间的关系；能了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的基本测量方法和仪表的工作原理及其特点；在生产控制、管理和调度中，能正确地选用和使用常用的测量仪表和控制装置，使它们充分发挥作用；能在生产开停过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定；能在自动控制系统运行过程中，发现和分析出现的一些问题和现象，以便提出正确的解决方法。
通过本门课程及其先修课程的学习，取得化工总控工以及燃料检验工的相应技能证书，具备从事应用化工技术职业岗位的基本职业能力。
三、课程目标四、课程内容及学习任务设计1.课程整体设计五、考核与评价六、教学实施条件1.教学团队配备专兼职教师5人，其中双师型教师3 名，企业兼职教师2名，职称结构合理，分别负责依托校内实训室的理论实践教学，以及依托企业的实际工程案例教学，互补性强。
2.实践教学条件本课程采用“教、学、做”一体的教学方式，因此教室也是实训室，要求具有常用传感器、相应电子元件，电源、检测设备、并能容纳40人同时学习和实训的场地。
3.教材及主要参考文献高职高专规划教材《化工仪表及自动化》（第三版，厉玉鸣主编）4.其他条件《化工仪表及自动化》网络课程资源，包括电子教案、课件、部分教学视频、案例库、习题库等相关参考资料。
《化工仪表及自动化》课程标准
课程标准《化工仪表及自动化》(化工机械与设备专业)负责人：李燕霞参与者：王小平、康文芬 2014年11月《化工仪表及自动化》课程标准【总学时】80【总学分】4【开设学期及周学时分配】第四学期，每周4学时【适用专业】化工机械与设备【教材】《化工仪表及自动化》（第三版），乐建波主编一、课程性质和任务1、课程性质本课程是我校化工机械与设备专业的核心课程与训练项目之一,是具体体现和实现本专业人才培养目标的重要课程之一。
化工仪表与自动化是以石油、化工、冶金、轻工等行业的自动化为背景,将化工原理、生产工艺与设备、仪表及自动化技术相结合的一门综合性的技术学科。
它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科。
通过本课程的学习，使化工工艺技术人员在了解和熟悉生产工艺的同时，具备相应的自动控制的知识。
本课程强调工程观点，提倡理论与实际的结合，着重对学生设计能力的训练及提高学生分析问题与解决问题的能力.2、课程任务本课程介绍常用化工仪表的基本常识、自动控制的基本规律和控制方法。
主要内容有：仪表的种类、控制方法、自控方案的制定等。
通过本课程的学习，使学生能够了解化工自动化的基础知识，初步掌握它们在化工中的基本应用，培养学生工程实践能力和创新能力，拓宽知识面，使学生掌握化工仪表及自动化的相关知识，具备化工生产过程中化工仪表及自动化设备管理和维护保养的初步能力，进一步提升学生的职业岗位综合能力和职业素养.二、课程设计本课程采用了综合化、模块化的设计方法，每个模块均采用了理论实践一体化的思路，力求体现“做中学”、“学中做"的教学理念;本课程内容的选择上降低理论重心，突出实际应用，注重培养学生的应用能力和解决问题的实际工作能力;本课程的内容组织形式上强调学生的主体性，在每个模块实施时，先提出学习目标，再进行任务分析，使学生在开始就知道学习的任务和要求，引起学生的注意，利于学生在任务驱动下,自主学习、自我实践。
《化工仪表及自动化》课程教学大纲(2024)
详细介绍常见化工仪表的选型方法，如温度仪表 、压力仪表、流量仪表等的选型依据和注意事项 。
化工仪表的安装与调试
3
讲解化工仪表的安装步骤和调试方法，包括安装 位置的选择、安装前的准备工作、安装过程中的 注意事项以及调试方法等。
2024/1/29
10
03 自动化控制系统原理
2024/1/29
控ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ系统设计原则
确保系统稳定性、可靠性、经济性和可扩展性 。
设计方法
基于被控对象特性，采用经典控制理论或现代 控制理论进行设计。
2024/1/29
设计流程
需求分析、系统建模、控制器设计、系统仿真与优化。
25
控制系统硬件设计
硬件选型
根据系统需求选择合适的传感器、执行器、控制 器等硬件设备。
硬件接口设计
执行器性能评价
讲解执行器性能的评价指标，如灵敏度、线性度、回差等，以及执行 器的选型和调试方法。
2024/1/29
22
控制仪表与执行器的选用与安装
01
控制仪表的选用
根据被控对象的特性和控制要求，选择合适的测量仪表、显示仪表、控
制仪表等，组成完整的控制系统。
02
执行器的选用
根据控制系统的输出信号和执行器的输入信号，选择合适的执行器类型
讲解控制器性能的评价 指标，如稳定性、准确 性、快速性等，以及控 制器参数的整定方法。
21
执行器类型及工作原理
执行器类型
介绍气动执行器、电动执行器、液动执行器等不同类型的执行器， 以及它们各自的特点和适用场合。
工作原理
详细阐述执行器的工作原理，包括执行器的输入信号、输出信号、 动力源和执行机构等部分的作用和工作过程。
(完整版)化工仪表及自动化-课后-答案
1. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。
（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2、化工自动化主要包括哪些内容？一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
化工仪表及自动化教学大纲
化工仪表及自动化教学大纲适用对象：三年制化学工艺专业化工仪表及自动化课程教学大纲第三节检测系统中的常见信号类型第四节检测系统中信号的传递形式第五节检测仪表与测量方法的分类第六节化工检测的发展趋势习题：作业：1、仪表准确度等级的计算，2、仪表变差的计算,第二章压力检测（4学时）一、教学目标通过本章学习，了解有关于压力的知识以及一些常见的测压仪表，掌握弹性式压力计以及电气式压力计的工作原理，牢记一些常见的弹性元件及其特点。
压力仪表的安装常识。
二、教学重、难点弹簧管压力表的构造及其测量原理，应变片式压力传感器的工作原理，仪表测量范围的确定，仪表测压点的选取。
三、教学内容第一节压力单位及测压仪表第二节弹性式压力计第三节电气式压力计第四节智能式变送器第五节压力计的选用及安装习题：作业：1、压力的概念，表压力、绝对压力、负压力之间的关系。
2、感测压力的弹性元件有哪几种？各有何特点？ 3、压力表的选取计算。
第三章流量检测（6学时）一、教学目标通过本章学习，掌握差压式流量计和转子流量计的工作原理，了解旋涡流量计、质量流量计和一些其他流量计的工作原理，掌握一些常见的节流装置的选用方法。
二、教学重、难点1、掌握差压式流量计与转子式流量计在工作原理上的差异。
2、掌握靶式流量计与椭圆齿轮流量计在处理流体时的不同。
三、教学内容第一节压差式流量计第二节转子流量计第三节旋涡流量计第四节质量流量计第五节其他流量计习题：作业：1、节流现象，2、补偿式质量流量计有哪几种方法。
第四章物位检测（4学时）一、教学目标了解物位检测的重要意义，了解几种常见的物位检测仪表。
掌握差压式液位计的工作原理, 掌握电容式物位计的两种测量形式。
二、教学重、难点1、零点迁移及迁移方向的判断2、计算正负迁移量3、称重式液罐计量仪的工作原理第一节物位检测的意义及主要类型第二节差压式液位计第三节其他物位计习题：作业：1.常见的物位检测仪表的种类,2.迁移量的计算第五章温度检测（4学时）一、教学目标通过本章学习，了解一些常见的温标，温度检测的基本原理。
化工仪表及自动化ppt完整版(第三版
合成氨生产自动控制系统
通过采用PLC控制技术和智能传感器，实现合成氨生产过程 中的氢气、氮气等原料的自动配比和流量控制，提高合成 效率和产品质量。
30
06
化工仪表及自动化的未来发展
定义
化工仪表是用于化工生产过程中测量 、显示、记录和控制各种工艺参数的 仪表设备。
分类
根据测量原理、使用场合和功能特点 ，化工仪表可分为温度仪表、压力仪 表、流量仪表、物位仪表、分析仪表 等。
2024/1/25
4
化工仪表的发展历程
早期阶段
以机械式仪表为主，如压力表、温度计等，功能单一，精度有限。
中期阶段
2024/1/25
12
化工仪表的安装要求与步骤
安装要求
确保安装位置符合工艺要求，避免干扰和振动，便于观察和操作。
安装步骤
准备工具和材料，检查仪表和附件是否完好，按照安装图纸进行安装，调试并投入使用。
2024/1/25
13
化工仪表的维护与保养
2024/1/25
日常维护
01
保持仪表清洁，定期检查和紧固接线端子，及时处理异常情况
32
自动化技术的发展趋势与展望
2024/1/25
工业互联网
自动化技术将与工业互联网深度融合，实现设备、生产线和工厂之间的互联互通，构建数字化、网络化和智能化的生 产体系。
先进控制技术
随着控制理论的不断发展和计算机技术的不断进步，未来化工自动化将实现更加先进的控制技术，如模型预测控制、 自适应控制等，提高生产过程的稳定性和优化程度。
2024/1/25
化工仪表及自动化 课后 答案 第版 厉玉鸣 (史上最全版本)
P161. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
?? 实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。
（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2、化工自动化主要包括哪些内容？一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
化工仪表及自动化课后参考答案
第一章1.什么是化工自动化？它有什么重要意义？答:在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
实现化工自动化，能加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量、减轻劳动强度、保证生产安全，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2.化工自动化主要包括哪些内容？答:化工生产过程自动化，一般包括自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制等方面的内容。
3.自动控制系统怎样构成？各组成环节起什么作用？答:自动控制系统主要由两大部分组成。
一部分是起控制作用的全套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括检测元件及变送器、控制器、执行器等；另一部分是受自动化装置控制的被控对象。
在自动控制系统中，检测元件及变送器用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号(如气压信号或电压、电流信号等)。
控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号(如气压信号或电流信号)发送给执行器,执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流人(或流出)被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。
什么叫操纵变量？受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。
（或：具体实现控制作用的变量叫做操纵变量）4.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答自动控制系统按其基本结构形式可分为闭环自动控制系统和开环自动控制系统。
闭环自动控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。
如图1-1 ( a)即是一个闭环自动控制。
图中控制器接受检测元件及变送器送来的测量信号，并与设定值相比较得到偏差信号，再根据偏差的大小和方向，调整蒸汽阀门的开度，改变蒸汽流量，使热物料出口温度回到设定值上。
化工仪表及自动化ppt完整版(第三版-厉玉鸣)
如： 1.5
1.0
9
检测仪表的品质指标
化学工业出版社
注意
在工业上应用时,对检测仪表准确度的要求, 应根据生产操作的实际情况和该参数对整个工艺 过程的影响程度所提供的误差允许范围来确定, 这样才能保证生产的经济性和合理性。
10
检测仪表的品质指标
2.检测仪表的恒定度
化学工业出版社
对检测元件 输出的物理量信 号作进一步信号 转换
将检测结果 以指针位移、数 字、图像等形式, 准确地指示、记 录或储存。
8
化工仪表及自动化系统的分类
2.自动信号和联锁保护系统
化学工业出版社
对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装臵，是 生产过程中的一种安全装臵。
自动信号联锁保护电路按主要构成元件不同分类：
8
检测仪表的品质指标
化学工业出版社
仪表的准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。 准确度等级数值越小，就表征该仪表的准确度等级越高， 仪表的准确度越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多 在0.5级以下。 仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面 板上。
举例
2. 数字信号
数字信号是一种以离散形式出现的不连续信号, 通常用二进制数“0”和“1”组合的代码序列来表示。
3. 开关信号
用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。
17
检测仪表与测量方法的分类
1.检测仪表的分类
化学工业出版社
①依据所测参数的不同,可分成压力 (包括差压、负压)检 测仪表、流量检测仪表、物位 (液位)检测仪表、温度检 测仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。 ②按表达示数的方式不同,可分成指示型、记录型、讯号 型、远传指示型、累积型等。 ③按精度等级及使用场合的不同,可分为实用仪表、范型 仪表和标准仪表,分别使用在现场、实验室和标定室。
《化工仪表及自动化》课程标准
《化工仪表及自动化》课程标准（一）课程性质《化工仪表与自动化》课程是煤化工及应用化工专业的专业核心课程，应在《化工设备》、《化工制图与CAD》、《化工原理》课程结束之后开设。
化工仪表与自动控制技术是一门综合性的技术学科。
它是利用自动控制学科、仪表仪器学科的理论与技术服务于应用化工学科的。
随着现代科学技术的进步，在化工生产过程中，由于实现了自动化，人们通过自动化装置来管理生产，自动化装置与工艺及设备已结合成为有机的整体。
所以对将来从事工艺技术的人员来说，学习自动化及仪表方面的知识，对于管理与开发现代化化工生产过程是十分重要的。
（二）课程设计理念人才培养方案以市场需求为导向，突出职业能力和职业素质培养。
以培养“一专多能的复合型应用性人才”为目标，体现以就业为导向得原则。
课程体系“以宽口径平台支撑多个就业岗位”，有利于学生的个性化培养，体现“以人为本”的原则。
为学生适应社会需求的动态变化，结合个人兴趣与潜能，及时调整学习方向提供可能。
课程结构模块化突破传统“三段式”课程模式，从应用化工专业岗位能力，分解岗位任务入手，明确岗位课程，设计适合复合型化工行业应用性人才培养特点的课程模块。
课程标准应根据高职教育特点和多个岗位需求，体现课程整合的特色，以便及时适应应用化工技术不断升级和高新技术转化迅速的特点。
要体现高等、突出职业、强化技能，在素质、知识和技能方面都要有明确的要求。
（三）课程设计思路本课程教学内容突出行业的特殊性、知识的应用性，通过工学结合、案例分析、项目教学等教学模式来组织教学，倡导学生在理论和实践当中真正掌握自动化控制原理，学会使用和维护各种自动化生产设备。
在教学过程中变“以教师为核心”为“以学生为主体，教师引导为辅”。
在教学活动安排中，由教师引导学生实现对各种自动化设备的学习和使用，在操作中提高学生的技术应用能力，而教师则以答疑、评估等方式参与学生的学习活动。
本课程的重点是如何让学生在掌握自动化生产原理的基础上，学会自动控制系统各种设备的使用和维护。
化工仪表及自动化历玉鸣版复习资料
第一章自动控制的基本概念1. 图1-16 为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305 所代表的意义。
答：PI-307：表示测量点在蒸汽加热器的一台压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07。
仪表安装在现场。
TRC-303：表示测量点在蒸汽加热器出料管线上的一台温度记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为03。
仪表安装在集中仪表盘面上。
FRC-305：表示测量点在蒸汽加热器进料管线上的一台流量记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为05。
仪表安装在集中仪表盘面上。
2.写出自动控制系统的组成及方块图，并简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、设定（给定）值和偏差的含义？答：组成：控制器，被控对象，执行机构和变送器四个环节组成。
方块图:（1）被控对象：自动控制系统中，工艺参数需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象，简称对象。
（2）被控变量y（t）：被控对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的物理量（工艺参数）称为被控变量。
（3）控制变量（操纵变量）q（t）：受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值的物料或能量称为控制变量或操纵变量。
（4）干扰（扰动）f（t）：除控制变量（操纵变量）以外，作用于对象并引起被控变量变化的一切因素称为干扰。
（5）设（给）定值x（t）：工艺规定被控变量所要保持的数值。
（6）偏差e（t）：偏差本应是设定值与被控变量的实际值之差。
（但能获取的信息是被控变量的测量值而非实际值，因此，在控制系统中通常把设定值与测量值之差定义为偏差。
）（自动控制系统是一个闭环系统，在图中还可以看到在反馈信号z旁有一个负号“—”，而在给定值x旁有一个正号“+”号，此正号可以省略。
这里正和负的意思是在比较时，以x作为正值以z作为负值，也就是到控制器的偏差信号e=x-z,图中的反馈信号z取负值，所以叫负反馈，负反馈的信号能使原来的信号减弱，如果反馈信号z取正值，那么就叫做正反馈。
《化工仪表及自动化》课程教学大纲
《化工仪表及自动化》课程教学大纲开课学院：适用专业：编写人员：石油化工学院肖东彩教研室主任审核：院长签字：2021年9月- 1 -《化工仪表及自动化》课程教学大纲一、课程基本情况课程基本情况表课程名称课程编码学分学时适用专业先修课程后续课程化工仪表及自动化 4学分；64学时课程类别开课学期 ?核心 ?必修□选修第三学期安全生产监测监控、石油化工技术、光伏材料制备技术《高等数学》、《化工识图与制图》、《电工基础》、《电子技术》《顶岗实习》二、课程说明本课程是工科化工与制药类安全生产监测监控、石油化工技术、光伏材料制备技术专业的专业基础课程，为保证现代工业生产过程的平稳运行起着不可替代的作用。
本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本设计方法的讲解；在培养实践能力方面着重设计构思和基本设计技能的基本训练，使学生掌握化工生产中各类仪表的用途和工作原理，掌握化工自动化的基础知识，并可以独立设计简单的自动化控制系统的能力。
三、课程学习目标1．学习自动化及化工仪表知识，掌握化工四大参数的测量方法与常见的测量仪表，其常用的结构、特性等基本知识，具有选用化工行业中适合的仪表的能力。
2．通过自动控制系统的学习，了解构成自动控制系统的各个基本环节，能够在生产实践中根据生产工艺及自动控制两个方面的要求，为自动控制系统的设计提供合理的、准确的工艺条件及数据。
3．了解化工仪表、化工自动化的前沿和新发展动向，了解计算机控制系统的组成、特点，集散控制系统的特点、组成，具有了解常见系统的能力。
4．培养学生树立正确的设计思想，了解自动控制系统设计过程中国家有关的经济、环境、法律、安全、健康等政策和制约因素。
5．培养学生的工程实践学习能力，使学生掌握典型仪表的使用方法，具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力。
课程教学内容与学习目标矩阵序号 1 2 3 4 5 6 7 8 （一）绪论（二）化工检测仪表（三）自动控制系统的基本概念（四）过程特性及其数学模型（五）自动控制仪表（六）执行器（七）简单控制系统（八）复杂控制系统课程内容目标1 ● ● ● ● ● 目标2 ● ● ● ● ● ● ● 目标3 ● ● ● ● 目标4 ● ● ● ● 目标5 ● ● ● ● ●● 9 10 （九）计算机控制系统（十）典型化工单元的控制方案● ● ● ● ●● 四、课程教学内容及教学要求（一）绪论 1．教学内容化工自动化的概念；化工自动化的特点；化工仪表作用、分类及化工仪表的发展。
化工仪表及自动化厉玉鸣第三版第14章高级控制系统
2021/4/7
9
10
第三节 智能控制系统
用户 专家 人机接口 推理机 解释程序 知识获取程序
综合数据库
知识库
图14-4 专家系统的一般结构
2021/4/7
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第三节 智能控制系统
举例
将专家系统应用于生产过程控制的一
种典型的结构
干扰
控制单元
操作变量 受控过程 被控变量
图14-1 参考模型自适应控制系统方块图
设计这类自适应控制系统的关键问题是如何综合自适应律。 目前综合自适应律有两种方法, 一种为参数最优化的综合方 法；另一种是基于稳定理论的综合方法。
2021/4/7
5
6
第一节 自适应控制系统
二、具有被控对象数学模型在线辨识的自适应控制系统
通过在线辨识获取对象的数学模型,然后由控制器对系统进 行控制。
2021/4/7
数学模型 预估输出
专家系统
模式识别 期望输出
图14-5 智能控制系统
11
12
么么么么方面
Sds绝对是假的
第三节 智能控制系统
专家系统的知识库集总了根据工艺规范、操作经验等 制定的调整受控过程输出变量达到最佳范围的一系列 控制策略。专家系统在知识库的基础上,通过推理求解 出相应的控制策略。这些控制策略提供了控制单元中 相关工艺变量的给定值。
2021/4/7
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第六节 最优控制系统
2.开环的操作优化指导
对于工作和环境条件不断变化，目标函数关系比较复杂 的情况，需要用计算机根据测得的工作和环境条件数据进 行计算,并给出各工艺变量的给定值来指导操作。
测量和计算都是在线进行的,但是对给定值的调整却是离 线的,即必须由操作人员来进行,监督控制没有构成闭环形 式。这时数学模型不十分精确,优化计算不十分可靠的情 况下, 使用这种开环指导的形式是比较安全的。
化工仪表及自动化 课后 答案 第 版 厉玉鸣 版本
P161. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。
（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2、化工自动化主要包括哪些内容？一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
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ω(K) r(K) +
○
υ(K) + + 辨识器
○
被控过程 θ (K) x (K)
∧ ∧
c(K)
u(K) 控制器
图14-2中的辨识 器和控制器实质 上都是一些递推 计算公式。
图14-2 具有在线辨识的自适应控制系统
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第二节 预测控制系统
预测控制系统是一种基于模型的预测控制算法,其基 本思想是利用模型预测被控过程未来的输出及其与给定 值之差,并据此以某种优化指标计算当前应施加于过程的 控制作用。
在反馈控制系统中直接充当控制器的作用;
在传统控制系统中起优化计算作用; 在与其他智能控制方法,如模糊控制、专家控制等相融 合中,为其提供非参数化对象模型、优化参数、推理模 型、故障检测和诊断
分类 基于传统控制理论的神经控制和基于神经网络的智能
控制。
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第五节 模糊控制系统
模糊控制系统实质上是通过模糊控制器来代替人们用 自然语言描述的控制活动。
要想使最优控制系统的设计和运行获得成功,必须 解决好三个关键的问题： 目标函数的确定 数学模型的建立和更新 优化技术的选定
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第六节 最优控制系统
分类
动态最优控制和静态最优控制
动态最优控制——要求的数学模型应是动态的。解决 动态最优控制的方法主要有古典变分法、极大值原理 和动态规划法。 静态最优控制——任务是寻找或确定在具体的工作环 境条件下,能使规定的目标函数达到极大 (或极小)的 各个控制器所应该具有的给定值。 被控变量保持或接近给定值，就能说明工况是最优的 吗？
yi f s j
n i 1
S j w ji xi j
人工神经网络 定义
按一定方式连接而成的网络结构。
结构上分类 前馈型的神经网络与反馈型的网络结构 模拟方法
从结构和实现机理方面加以模拟。
模拟方式是从功能上加以模拟。
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第四节 神经元网络控制
神经元网络控制 作用
在基于精确模型的各种控制结构中充当被控对象的模型;
x +
参考轨迹 ○ y 预测器 u + 内部模型 控制算法 u 广义对象
y
y
图14-3 预测控制系统
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第三节 智能控制系统
智能控制系统是将人工智能与自动控制学科结合起来 的一种控制系统。它将一些定性的、叙述性的、法则性的 知识表述与处理方法应用于自动控制,或者与现有的控制规 律结合起来。
专家系统
是人工智能的一个重要分支，是一个 (或一组)能在 某特定领域内，以人类专家水平去解决该领域中困难问题 的计算机程序。
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第一节 自适应控制系统
自适应控制是针对不确定性的系统而提出的。
分 类
对于自适应控制系统来说，根据不 确定性的不同情况，主要有两种类型: 确定性自适应控制系统 随机自适应控制系统
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第一节 自适应控制系统
一、参考模型自适应控制系统
该类自适应控制系 统实际上是在原来的反 馈控制基础上附加一个 参考模型和一个控制器 参数的自动调整回路。
化工仪表及自动化
第十四章 高级控制系统
内容提要
自适应控制系统
参考模型自适应控制系统 具有被控对象数学模型在线辨识的自适应控制系统
预测控制 智能控制系统 神经元网络控制
1
内容提要
模糊控制系统 最优控制系统 控制管理一体化
2
概述
新型控制系统的主要特征：
①被控过程是多输入多输出的多变量系统,且变量之间互 相耦合; ②被控过程的数学模型难以精确获得或具有明显的时变 性; ③控制算法丰富,不只局限于 PID形式,系统的目的不是 简单地实现输出控制; ④控制工具不再是简单的模拟式控制器,而是采用各种大、 中、小、微型计算机。
给定值 e ○ -
e d/dt e' 模糊 化 模糊算 法器 模糊控制器 模糊 判决 受控 过程
输出y
图14-7 模糊控制系统方块图
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第五节 模糊控制系统
模糊控制器包括三个部分
模糊化 模糊算法器 模糊判决
为什么模糊控制的效果有时反而会优于一般的比例微分 控制呢?
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第六节 最优控制系统
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第三节 智能控制系统
举例
将专家系统应用于生产过程控制的一 种典型的结构 干扰
控制单元 操作变量 受控过程 被控变量
数学模型
预估输出
专家系统
模式识别
期望输出
图14-5 智能控制系统
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第三节 智能控制系统
专家系统的知识库集总了根据工艺规范、操作经 验等制定的调整受控过程输出变量达到最佳范围的一 系列控制策略。专家系统在知识库的基础上,通过推理 求解出相应的控制策略。这些控制策略提供了控制单 元中相关工艺变量的给定值。
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第三节 智能控制系统
专家系统的作用 作为理论研究的工具推动了人工智能的发展；作为 一种实用工具为人类提供了保存、传播、利用和评价知 识的有效手段。 影响专家系统的因素 主要取决于它所拥有知识的数量与质量。
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第三节 智能控制系统
用户 专家
人机接口
推理机
解释程序
知识获取程序
综合数据库
知识库
图14-4 专家系统的一般结构
图14-1 参考模型自适应控制系统方块图
设计这类自适应控制系统的关键问题是如何综合自适 应律。目前综合自适应律有两种方法, 一种为参数最优化 的综合方法；另一种是基于稳定理论的综合方法。
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第一节 自适应控制系统
二、具有被控对象数学模型在线辨识的自适应控制系统
通过在线辨识获取对象的数学模型,然后由控制器对系统进 行控制。
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第六节 最优控制系统
根据操作优化控制的做法不同,大致有三种情况:
1.一次性调优
操作优化控制的目标函数一般可以表示为
J f c1, c2 , , cn ; d1, d2 , , dm
(14-1)
一次性调优就是在工作和环境条件基本不变的情况 下，通过一个阶段收集生产现场数据、分析点，作为相应的 各控制器的给定值。
智能控制可以置于基层控制、优化控制、甚至经 营管理的不同层次。
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第四节 神经元网络控制
神经元之间以一定的连接方式进行信息的互相传 递，构成生物神经网络。 人工神经元网络就是利用物理器件来模拟生物神 经网络的某些结构和功能。
图14-6 人工神经元模型
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第四节 神经元网络控制
输入xi与输出y的关系
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第六节 最优控制系统
2.开环的操作优化指导
对于工作和环境条件不断变化，目标函数关系比较复 杂的情况，需要用计算机根据测得的工作和环境条件数据 进行计算,并给出各工艺变量的给定值来指导操作。
测量和计算都是在线进行的,但是对给定值的调整却 是离线的,即必须由操作人员来进行,监督控制没有构成闭 环形式。这时数学模型不十分精确,优化计算不十分可靠 的情况下, 使用这种开环指导的形式是比较安全的。
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第六节 最优控制系统
3.闭环的操作优化控制
如果操作优化的计算结果可靠, 则给定值的调整可自 动进行，即把操作优化的回路闭合起来，形成闭环的操作 优化控制。
计算机 x u f 对象 y
○
-
控制器
图14-8 闭环操作优化控制方块图
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第七节 控制管理一体化
既包含了若干子系统的闭环控制,又有大系统的协调控制、 最优控制以及决策管理, 称之为控制管理一体化的新模式。 20世纪80年代,在机械加工行业提出了计算机集成制造系 统(CIMS)的构思与实践索。 计算机集成过程系统？ 控制管理一体化系统是一个有机的整体。要在硬件和软 件上综合考虑。 对复杂的工业过程要进行系统的分解和协调，建立不同 的模型，使用不同的控制和决策方法。