化工自动化

这篇就“化工仪表及自动化”这门课来简单介绍化工过程自动化。

自动化是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。

Automationcan be defined as the technology by which a process or procedure is performed without human assistance.

化工自动化就是自动化技术应用于化工生产过程。

化工生产过程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。其中，自动控制系统可以自动地排除各种干扰因素对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先规定的数值上，保证生产维持在正常/最佳的工艺操作状态。因此，自动控制系统是自动化生产中较为核心的部分，也是课程中主要学习的部分。

了解自动控制系统主要是从四个方面：

1. 自动控制系统由被控对象（装备或生产过程）、控制器、执行器以及检测变送环节组成；

2. 自动控制系统的表示形式包括方框图和PID图；

3. 根据不同标准自动控制系统有不同分类；

4. 自动控制系统的过渡过程和品质指标。

具体说起来，就是下面这样的

前已述及，自动控制系统由被控对象、检测变送装置、控制器及执行器组成。

接下来就分别对四个方面进行介绍。

1）被控对象

系统的控制质量与组成系统的每一个环节的特性都有关，其中被控对象的特性对控制质量的影响尤其大，因此有必要了解被控对象的特性。

被控对象特性就是对象的输入量与输出量之间的关系，对象特性的数学描述即为对象的数学模型。

描述对象的特性，常用放大系数K、时间常数T以及滞后时间τ三个物理量。

具体说起来，就是下面这样的

2）检测变送环节

检测仪表及传感器环节需了解的有：仪表的性能指标、压力检测仪表、流量检测仪表、物位检测仪表、温度检测仪表、显示仪表等。

弹簧管压力计

流量测量

检测变送的内容比较多，范围比较广，所以不做总结了，要用直接去查书和资料吧。

3）控制器

在自动控制系统中，控制器接受变送器送来的信号，与给定值进行比较，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号发给执行器。

控制器的基本控制规律有位式控制（其中双位控制较常用）、比例控制（P）、积分控制（I）、微分控制（D）及它们的组合，如比例积分控制（PI）、比例微分控制（PD）、比例积分微分控制（PID）。

对于不同的生产过程要求情况，应对P、I、D进行调节、组合。

控制器类型则主要分为机械式、电器式和数字式。

4）执行器

执行器的作用是接受控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定范围内。

执行器按其能源形式可分为气动、电动和液动三类。

其中气动执行器广泛地应用于化工生产过程，气动执行器结构简单、动作可靠、维修方便、防火防爆。且价格较低，可以方便地与气动仪表配套使用（采用电动仪表或计算机控制时，也可通过转换器转换标准气压信号继续使用气动执行器）。

气动执行器主要由执行机构与控制机构两大部分组成。

气动执行机构主要分为薄膜式和活塞式两种；控制机构即控制阀，控制阀的结构形式很多，如直通单座控制阀、直通双座控制阀、角形控制阀、三通控制阀、隔膜控制阀、球阀、蝶阀等。

控制阀也具有不同的流量特性，即被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度间的关系，如直线流量特性、等百分比（对数）流量特性、抛物线流量特性、快开特性等。

选择执行器时，除了上述的内容要考虑，还需注意在选择过程中要遵守不同情况下的安全原则。

总结一下，这篇的思路就是先了解自动化的概念，其中自动控制系统是自动化的核心。而自动控制系统又由被控对象、检测变送环节、控制器和执行器四个部分组成，再依次对四个部分进行了解，通过这样的顺序对自动化有一个浅显简单的认识。

ref:

厉玉鸣主编. 化工仪表及自动化 第5版

https://en.wikipedia.org/wiki/Automation

https://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller

https://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_measurement

https://en.wikipedia.org/wiki/Flow_measurement

https://en.wikipedia.org/wiki/Thermocouple

https://baike.baidu.com/item/%E8%87%AA%E5%8A%A8%E5%8C%96/323170?fr=aladdin