化工自动化及仪表

1. 化工自动化及仪表

2. 学习这门课的重要性： 控制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。 工艺人员也应该充分了解所用的控制系统，以及控制系统的特性。这样才能设计出合理、高效的生产工艺。

3. 1.自动控制系统概述 本章的主要内容： 1.1 自动化及仪表发展概述 1.2 自动控制系统 1.3 控制系统过渡过程及品质指标

4. 什么是自动化？ (a) 手动控制 (b) 自动控制 

5. 控制和自动化的概念 自动化，是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。自动控制是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和技术。两者既有联系，但也有一定的区别。自动化主要研究的是人造系统的控制问题，自动控制则除了上述研究外，还研究社会、经济、生物、环境等非人造系统的控制问题。例如生物控制、经济控制、社会控制及人口控制等，显然这些都不能归入自动化的研究领域的。不过人们提到自动控制，通常是指工程系统的控制，在这个意义上自动化和自动控制是相近的。

6. 我国古代自动装置 中国古代能工巧匠发明许多原始的自动装置，以满足生产、生活和作战的需要。其中比较著名有下述的几种： (1) 指南车 (2) 铜壶滴漏 (3) 浮子式阀门 (4) 饮酒速度的自动调节 (5) 计里鼓车 (6) 漏水转浑天仪 (7) 候风地动仪 (8) 水运仪象台 

7. 自动装置的出现和应用（18世纪以前） (1) 古代自动装置 中国和巴比伦出现了自动计时装置—刻漏、指南车 、水运仪象台等。公元1世纪古埃及和希腊的发明家也创造了教堂庙门自动开启、铜祭司自动洒圣水、投币式圣水箱等自动装置。 中国天文学家张衡（公元78-139）曾经发明了对天体运行情况自动仿真的漏水转浑天仪和自动检测地震的候风地动仪。公元1088年，中国苏颂等人把浑仪（天文观测仪器）、浑象（天文表现仪器）和自动计时装置结合在一起建成了水运仪象台。 “自动控制”作为一种技术掌握在发明家的手中

8. 自动化技术形成时期（18世纪末至20世纪30年代）自动化技术形成时期（18世纪末至20世纪30年代） 公元1788年 J.瓦特将离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速的闭环自动调速系统（图2.16）

9. 1.1 自动化及仪表发展概述 • 控制理论的发展 • 经典控制理论:20世纪40年～20世纪50年代 • Nyquist(1932)频域分析技术 • Bode(1945)图 • 根轨迹分析方法(1948) 特点：主要从输出与输入量的关系方面分析与研究问题。 适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。 • 以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控制系统进行分析与设计 • PID控制规律是古典控制理论最辉煌的成果之一

10. 现代控制理论:20世纪60年代获得迅猛发展 其主要内容为： （基础）线性系统理论，最优控制理 论，最佳估计理论，系统辨识等。 特点： 从输入-状态-输出的关系全面地分析 与研究系统。 适用范围： 不限于线性定常系统，也适用于线 形时变，非线性及离散系统，多输 入、多输出的情况。

11. 大系统理论:20世纪70年代开始 将现代控制理论与系统理论相结合 核心思想：系统的分解与协调 适用范围：高维线性系统 智能控制理论

12. 控制系统结构及仪表的发展 • 基地式：20世纪50年代，适用于单回路 • 单元组合式（按功能）： DDZ, QDZ 20世纪60年代，之间用标准统一信号联系 • 计算机： DDC, DCS 20世纪70年代 • 先进控制和优化控制：CIPS, FCS 20世纪80年代以后 • 自动化仪表的发展经历了如下过程： • 模拟仪表数字仪表智能仪表。

13. 当前自动控制系统发展的一些主要特点 • 生产装置实施先进控制成为发展主流 • 过程优化受到普遍关注 • 传统的DCS在走向国际统一标准的开放式系统 • 综合自动化系统（CIPS）是发展方向