化工仪表及自动化课件 绪论
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动化仪表的工作原理和使用方法，并了解化
工生产过程中工艺过程的检测和控制原理，
为其适应现代化工厂中生产过程操作和管理
奠定基础。
化工自动化
在化工等连续性生产设备上，配备一些自
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，称为化工自动
化。
液位控制系统
温度控制系统
化工自动化一般包括自动检测、自动保护、 自动操纵和自动控制等方面的内容。
及控制系统的特性。这样才能设计出合理、高效的
生产工艺。
¦ µ25×6 3 ¦ µ25×6 3 Q235-A Q235-A
Q235-A
¦ µ20×8 9 1Cr18Ni9Ti
¦ µ20×8 9
¦ µ20×8 9 Q235-A ¦ 920×8 µ
¦ µ25×6 3 Q235-A ¦ µ25×6 3
¦ µ20×8 9 Q235-A Q235-A ¦ µ20×8 9
制的精度和速度有一定的局限和限度。而且由于体力的限制，人直接操
纵设备功率也是有限的。如果用自动化装置代替人的操作，就可突破人 类体能上的局限，通过自动控制系统，可以使生产过程在最佳条件下进 行，从而可以大大加快生产速度，降低能耗，实现优质高产。
2、降低劳动强度，改善劳动条件。
大多数的化工生产过程是在高温、高压或低温、低压 下进行，有的生产过程的介质是易燃、易爆或有毒、有腐蚀 性、有刺激性气味的介质，实现了化工自动化，工人只要对
化工仪表及 自动化
授课教师：肖新敏
化工原理
Principles of Chemical Engineering
绪论
本课程为化工专业的一门必修课， 主要内容包括化工仪表和化工自动化两 部分。
干扰作用 z
给定值
测量值
e
控制器
执行器
对象
被控变量
测量变送装置
学习本课程是为了让同学们掌握化工自
20世纪60年代
自动控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等 多种复杂控制系统。 自动化仪表：单元组合仪表（气动Ⅱ型和电动Ⅱ型） 成为主流产品。60年代后期，出现了专门用于过程控
制的小型计算机，直接数字控制系统和监督计算机控
制系统开始应用于过程控制领域。 控制理论：出现了以状态空间方法为基础，以极小值 原理和动态规划等最优控制理论为基本特征的现代控 制理论,传统的单输入单输出系统发展到多输入多输
自动化装置的运转进行监视，而不需要直接从事大量而危险
的操作。
3、确保生产安全
如果实现了化工自动化，就会对一些重要参数设有自 动信号连锁装置。当工艺参数超过了允许的变化范围，在事 故即将发生之前，信号系统就会自动发生光信号，告诫操作 人员注意，并及时采取措施。如果工况已到达危险状态时， 连锁系统立即采取紧急措施，打开安全法或切断某些通路，仪表
SF14转子流量计
电传远式转子流量计
智能电磁式流量计
涡街流量计
在线式热式质量流量计
物位检测仪表
浮球式液位计
浮筒液位计
翻版式液位计
静压液位计
下一页
差压液位计
温度检测仪表
玻璃棒温度计
双金属温度计
压力式温度计
Fluke 60 系列手持式红外温度计 携带式红外辐射温度计 IR-TA
圆接插式铠装热电偶
手柄式铠装热电偶
MXM1310 表面温度计 SWK-2 表面温度计
薄膜型铂热电阻
小型铂 热电阻
普通型铂热电阻
防爆型铂热电阻
学习这门课程的重要性
自动化系统在化工领域的应用很普遍，比如： 炼油厂、化肥厂、纯碱生产过程在涤纶短纤维生产
过程、制浆、造纸过程、制药等等。
技术人员应该充分了解所用的自动化系统，以
20世纪90年代至今：信息技术飞速发展
自动控制系统：管控一体化现场，综合自动
化是当今生产过程控制的发展方向。
自动化仪表：总线控制系统的出现，引起过程 控制系统体系结构和功能结构上的重大变革。 现场仪表的数字化和智能化，形成了真正意
义上的全数字过程控制系统。各种智能仪表、
变送器、无纸纪录仪。 控制理论：人工智能、神经网络控制
¦ µ25×6 Q235-A 3
¦ µ25×6 Q235-A 3
Q235-A
¦ µ20×8 9 Q235-A ¦ µ20×8 9 Q235-A ¦ µ20×8 9 Q235-A
¦ µ20×8 9 Q235-A
¦ µ77×6 3
¦ µ20×8 9 Q235-A Q235-A Q235-A ¦ µ20×8 9 Q235-A
本课程的主要内容 检测仪表及传感器
显示仪表 自动控制系统基本概念 自动控制仪表 执行器 简单控制系统 复杂控制系统
第一章 检测仪表及传感器
重点 ：仪表等级的确定及鉴定和选择；转子流量计的 指示值修订，转子流量计与差压流量计的工作原理 的异同；差压式液位变送器的工作原理及零点迁移 问题；热电偶温度计。
第五章 执行器
重点 ：气动执行器。
第六章 简单控制系统
重点 ：被控变量的选择；控制器控制规律的选择；控制器参 数的整定方法。
第七章 复杂控制系统
重点 ：串级控制系统的特点，副回路的确定原则，主、
副控制器控制规律及正、反作用的选择。
主要参考书目 ● ● ●
北京化工学院合编，化工仪表及自动化。北京:化学
出系统领域。
20世纪70～80年代
自动控制系统：最优控制、非线性分布式参数控 制、解耦控制、 模糊控制。 自动化仪表：气动Ⅲ型和电动Ⅲ型，以微处理器
为主要构成单元的智能控制装置。集散控制系统
（DCS）、可编程逻辑控制器 (PLC) 、工业PC 机、和数字控制器等，已成为控制装置的主流。 控制理论：形成了大系统理论和智能控制理论。 模糊控制、专家系统控制、模式识别技术
工业出版社,1981
慎大刚等合编,化工自动化及仪表.杭州:浙江大学出
版社,1991 曹克民编, 自动化控制概论 .西安:西安建筑科技大学
出版社,1995
●张蕴端编,化工自动化及仪表,上海:上海交通大学出版
社,1993
先修课程：电工与电子技术
休息一下
第二章 显示仪表
重点 ：XCZ-101型动圈式显示仪表及XCZ-102型动圈 式显示仪表，自动电子平衡电桥与自动电子电位差 计的异同。
第三章 自动控制系统基本概念
重点 ：工艺管道及控制流程图；自动控制系统方框图；自动 控制系统的品质指标。
第四章 自动控制仪表
重点 ：基本控制规律及其对过渡过程的影响。
着国民经济和国防建设的发展，自动化技术的应用 日益广泛，其重要作用也越来越显著。在发展过程 一般经历以下几个过程。
20世纪40年代
手工操作状态，只有少量的检测仪表用于 生产过程。
20世纪40年代末～50年代
自动控制系统：多为单输入、单输出简单 控制系统 自动化仪表：采用的是基地式仪表和部分 单元组合仪表（气动Ⅰ型和电动Ⅰ型）； 控制理论：以反馈为中心的经典控制理论
沈阳凌空污水处理厂自控系统 操作室
梅兰集团热电公司第二热电厂中控室
三峡水力发电厂中控室大屏幕上显示的上下游水位
兴发集团五硫化二磷中控室
检测仪表
在工业生产中，为了正确地指导生产操作、保
证生产安全、提高产品质量和实现生产过程自动化，
一项必不可少的工作是准确而及时地检测出生产过
程中的各个有关参数，用来检测这些参数的技术工 具称为检测仪表。
对象
化工自动化的目的 目的
● 加快生产速度，降低生产成本，提高产品数量 和质量。 ● 降低劳动强度，改善劳动条件。 ● 确保生产安全
意义
扩大知识面，适应生产适应生产现代化需要； 扩大就业途径。
1、加快生产速度，降低生产成本，提高产品数量
和质量。
在人工操作的过程中，由于人的五官、手、脚，对外界的观察和控
¦ µ20×8 9
¦ µ77×6 3
图
例
¦ µ20×8 9 Q235-A
¦ µ20×8 9
Q235-A
Q235-A
¦ µ20×8 9
Q235-A
化工仪表及自动化的发展历程
自动化技术在工业、农业、国防和科学技术现代化
中起着十分重要的作用，自动化水平的高低也是衡
量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。随
工生产过程中工艺过程的检测和控制原理，
为其适应现代化工厂中生产过程操作和管理
奠定基础。
化工自动化
在化工等连续性生产设备上，配备一些自
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，称为化工自动
化。
液位控制系统
温度控制系统
化工自动化一般包括自动检测、自动保护、 自动操纵和自动控制等方面的内容。
及控制系统的特性。这样才能设计出合理、高效的
生产工艺。
¦ µ25×6 3 ¦ µ25×6 3 Q235-A Q235-A
Q235-A
¦ µ20×8 9 1Cr18Ni9Ti
¦ µ20×8 9
¦ µ20×8 9 Q235-A ¦ 920×8 µ
¦ µ25×6 3 Q235-A ¦ µ25×6 3
¦ µ20×8 9 Q235-A Q235-A ¦ µ20×8 9
制的精度和速度有一定的局限和限度。而且由于体力的限制，人直接操
纵设备功率也是有限的。如果用自动化装置代替人的操作，就可突破人 类体能上的局限，通过自动控制系统，可以使生产过程在最佳条件下进 行，从而可以大大加快生产速度，降低能耗，实现优质高产。
2、降低劳动强度，改善劳动条件。
大多数的化工生产过程是在高温、高压或低温、低压 下进行，有的生产过程的介质是易燃、易爆或有毒、有腐蚀 性、有刺激性气味的介质，实现了化工自动化，工人只要对
化工仪表及 自动化
授课教师：肖新敏
化工原理
Principles of Chemical Engineering
绪论
本课程为化工专业的一门必修课， 主要内容包括化工仪表和化工自动化两 部分。
干扰作用 z
给定值
测量值
e
控制器
执行器
对象
被控变量
测量变送装置
学习本课程是为了让同学们掌握化工自
20世纪60年代
自动控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等 多种复杂控制系统。 自动化仪表：单元组合仪表（气动Ⅱ型和电动Ⅱ型） 成为主流产品。60年代后期，出现了专门用于过程控
制的小型计算机，直接数字控制系统和监督计算机控
制系统开始应用于过程控制领域。 控制理论：出现了以状态空间方法为基础，以极小值 原理和动态规划等最优控制理论为基本特征的现代控 制理论,传统的单输入单输出系统发展到多输入多输
自动化装置的运转进行监视，而不需要直接从事大量而危险
的操作。
3、确保生产安全
如果实现了化工自动化，就会对一些重要参数设有自 动信号连锁装置。当工艺参数超过了允许的变化范围，在事 故即将发生之前，信号系统就会自动发生光信号，告诫操作 人员注意，并及时采取措施。如果工况已到达危险状态时， 连锁系统立即采取紧急措施，打开安全法或切断某些通路，仪表
SF14转子流量计
电传远式转子流量计
智能电磁式流量计
涡街流量计
在线式热式质量流量计
物位检测仪表
浮球式液位计
浮筒液位计
翻版式液位计
静压液位计
下一页
差压液位计
温度检测仪表
玻璃棒温度计
双金属温度计
压力式温度计
Fluke 60 系列手持式红外温度计 携带式红外辐射温度计 IR-TA
圆接插式铠装热电偶
手柄式铠装热电偶
MXM1310 表面温度计 SWK-2 表面温度计
薄膜型铂热电阻
小型铂 热电阻
普通型铂热电阻
防爆型铂热电阻
学习这门课程的重要性
自动化系统在化工领域的应用很普遍，比如： 炼油厂、化肥厂、纯碱生产过程在涤纶短纤维生产
过程、制浆、造纸过程、制药等等。
技术人员应该充分了解所用的自动化系统，以
20世纪90年代至今：信息技术飞速发展
自动控制系统：管控一体化现场，综合自动
化是当今生产过程控制的发展方向。
自动化仪表：总线控制系统的出现，引起过程 控制系统体系结构和功能结构上的重大变革。 现场仪表的数字化和智能化，形成了真正意
义上的全数字过程控制系统。各种智能仪表、
变送器、无纸纪录仪。 控制理论：人工智能、神经网络控制
¦ µ25×6 Q235-A 3
¦ µ25×6 Q235-A 3
Q235-A
¦ µ20×8 9 Q235-A ¦ µ20×8 9 Q235-A ¦ µ20×8 9 Q235-A
¦ µ20×8 9 Q235-A
¦ µ77×6 3
¦ µ20×8 9 Q235-A Q235-A Q235-A ¦ µ20×8 9 Q235-A
本课程的主要内容 检测仪表及传感器
显示仪表 自动控制系统基本概念 自动控制仪表 执行器 简单控制系统 复杂控制系统
第一章 检测仪表及传感器
重点 ：仪表等级的确定及鉴定和选择；转子流量计的 指示值修订，转子流量计与差压流量计的工作原理 的异同；差压式液位变送器的工作原理及零点迁移 问题；热电偶温度计。
第五章 执行器
重点 ：气动执行器。
第六章 简单控制系统
重点 ：被控变量的选择；控制器控制规律的选择；控制器参 数的整定方法。
第七章 复杂控制系统
重点 ：串级控制系统的特点，副回路的确定原则，主、
副控制器控制规律及正、反作用的选择。
主要参考书目 ● ● ●
北京化工学院合编，化工仪表及自动化。北京:化学
出系统领域。
20世纪70～80年代
自动控制系统：最优控制、非线性分布式参数控 制、解耦控制、 模糊控制。 自动化仪表：气动Ⅲ型和电动Ⅲ型，以微处理器
为主要构成单元的智能控制装置。集散控制系统
（DCS）、可编程逻辑控制器 (PLC) 、工业PC 机、和数字控制器等，已成为控制装置的主流。 控制理论：形成了大系统理论和智能控制理论。 模糊控制、专家系统控制、模式识别技术
工业出版社,1981
慎大刚等合编,化工自动化及仪表.杭州:浙江大学出
版社,1991 曹克民编, 自动化控制概论 .西安:西安建筑科技大学
出版社,1995
●张蕴端编,化工自动化及仪表,上海:上海交通大学出版
社,1993
先修课程：电工与电子技术
休息一下
第二章 显示仪表
重点 ：XCZ-101型动圈式显示仪表及XCZ-102型动圈 式显示仪表，自动电子平衡电桥与自动电子电位差 计的异同。
第三章 自动控制系统基本概念
重点 ：工艺管道及控制流程图；自动控制系统方框图；自动 控制系统的品质指标。
第四章 自动控制仪表
重点 ：基本控制规律及其对过渡过程的影响。
着国民经济和国防建设的发展，自动化技术的应用 日益广泛，其重要作用也越来越显著。在发展过程 一般经历以下几个过程。
20世纪40年代
手工操作状态，只有少量的检测仪表用于 生产过程。
20世纪40年代末～50年代
自动控制系统：多为单输入、单输出简单 控制系统 自动化仪表：采用的是基地式仪表和部分 单元组合仪表（气动Ⅰ型和电动Ⅰ型）； 控制理论：以反馈为中心的经典控制理论
沈阳凌空污水处理厂自控系统 操作室
梅兰集团热电公司第二热电厂中控室
三峡水力发电厂中控室大屏幕上显示的上下游水位
兴发集团五硫化二磷中控室
检测仪表
在工业生产中，为了正确地指导生产操作、保
证生产安全、提高产品质量和实现生产过程自动化，
一项必不可少的工作是准确而及时地检测出生产过
程中的各个有关参数，用来检测这些参数的技术工 具称为检测仪表。
对象
化工自动化的目的 目的
● 加快生产速度，降低生产成本，提高产品数量 和质量。 ● 降低劳动强度，改善劳动条件。 ● 确保生产安全
意义
扩大知识面，适应生产适应生产现代化需要； 扩大就业途径。
1、加快生产速度，降低生产成本，提高产品数量
和质量。
在人工操作的过程中，由于人的五官、手、脚，对外界的观察和控
¦ µ20×8 9
¦ µ77×6 3
图
例
¦ µ20×8 9 Q235-A
¦ µ20×8 9
Q235-A
Q235-A
¦ µ20×8 9
Q235-A
化工仪表及自动化的发展历程
自动化技术在工业、农业、国防和科学技术现代化
中起着十分重要的作用，自动化水平的高低也是衡
量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。随