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1、化工儀表及自動(dòng)化緒論工藝流程模擬屏工藝流程模擬屏集散控制系統(tǒng)操作站集散控制系統(tǒng)操作站 下面我們來看幾個(gè)工業(yè)生產(chǎn)和日常下面我們來看幾個(gè)工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中常見的自動(dòng)控制系統(tǒng)。生活中常見的自動(dòng)控制系統(tǒng)。一、生活環(huán)境中的自動(dòng)控制系統(tǒng)一、生活環(huán)境中的自動(dòng)控制系統(tǒng) 如今，在日常生活中幾乎處處都可見到如今，在日常生活中幾乎處處都可見到自動(dòng)控制系統(tǒng)的存在。如各種溫度調(diào)節(jié)、自動(dòng)控制系統(tǒng)的存在。如各種溫度調(diào)節(jié)、濕度調(diào)節(jié)、自動(dòng)洗衣機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)、自濕度調(diào)節(jié)、自動(dòng)洗衣機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)電梯等。它們都在一定程度上代替或增動(dòng)電梯等。它們都在一定程度上代替或增強(qiáng)了人類身體器官的功能，提高了生活質(zhì)強(qiáng)了人類身體器官的功能，

2、提高了生活質(zhì)量。但人們對(duì)日常生活環(huán)境自動(dòng)化的追求量。但人們對(duì)日常生活環(huán)境自動(dòng)化的追求是永無止境的，新技術(shù)和新產(chǎn)品正在不斷是永無止境的，新技術(shù)和新產(chǎn)品正在不斷涌現(xiàn)。涌現(xiàn)。1 1、空氣調(diào)節(jié)器、空氣調(diào)節(jié)器 空調(diào)是一個(gè)典型的溫度控制系統(tǒng)?？照{(diào)是一個(gè)典型的溫度控制系統(tǒng)。它能使室溫保持恒定。室溫采用空調(diào)器它能使室溫保持恒定。室溫采用空調(diào)器進(jìn)行控制時(shí)，溫度變化曲線如圖進(jìn)行控制時(shí)，溫度變化曲線如圖1 1所示。所示。實(shí)現(xiàn)這種溫度調(diào)節(jié)功能的是空調(diào)中的溫實(shí)現(xiàn)這種溫度調(diào)節(jié)功能的是空調(diào)中的溫度控制系統(tǒng)。溫度計(jì)用來測量室溫；控制度控制系統(tǒng)。溫度計(jì)用來測量室溫；控制器判斷室溫是否高于或低于用戶設(shè)定的溫器判斷室溫是否高于或低

3、于用戶設(shè)定的溫度；切換開關(guān)控制加熱、制冷裝置；最后度；切換開關(guān)控制加熱、制冷裝置；最后是被控制的裝置或?qū)ο?，即房間的溫度得是被控制的裝置或?qū)ο螅捶块g的溫度得到調(diào)控。這就是一個(gè)完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)到調(diào)控。這就是一個(gè)完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)的四個(gè)基本組成部分。的四個(gè)基本組成部分。2 2、電冰箱、電冰箱 電冰箱相當(dāng)于一個(gè)電冰箱相當(dāng)于一個(gè)“小房間小房間”的溫度控的溫度控制系統(tǒng)，它主要是制冷裝置，但有的也有制系統(tǒng)，它主要是制冷裝置，但有的也有加熱裝置，用于自動(dòng)化霜。加熱裝置，用于自動(dòng)化霜。空調(diào)和電冰箱的設(shè)定溫度一般不需要經(jīng)空調(diào)和電冰箱的設(shè)定溫度一般不需要經(jīng)常改變。常改變。3 3、電飯煲、電飯煲 電電飯飯煲煲也

4、也是是一一個(gè)個(gè)溫溫度度控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)。高高級(jí)級(jí)電電飯飯煲煲的的設(shè)設(shè)定定溫溫度度可可以以按按人人工工設(shè)設(shè)定定的的程程序序自自動(dòng)動(dòng)變變化化。例例如如可可將將它它的的溫溫度度設(shè)設(shè)定定為如圖為如圖2 2所示的曲線。所示的曲線。4 4、洗衣機(jī)、洗衣機(jī) 現(xiàn)在的全自動(dòng)洗衣機(jī)也是按照事先設(shè)定現(xiàn)在的全自動(dòng)洗衣機(jī)也是按照事先設(shè)定好的幾個(gè)步驟進(jìn)行工作的，但它的控制過好的幾個(gè)步驟進(jìn)行工作的，但它的控制過程比較復(fù)雜，一個(gè)大周期中又包含了幾個(gè)程比較復(fù)雜，一個(gè)大周期中又包含了幾個(gè)基本相同的小周期。完整的洗衣機(jī)控制系基本相同的小周期。完整的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)還包括進(jìn)水控制、出水控制、平衡控制統(tǒng)還包括進(jìn)水控制、出水控制、平衡控制

5、等。等。5 5、其他、其他 應(yīng)該說隨著生活水平的提高，人們投入應(yīng)該說隨著生活水平的提高，人們投入到自動(dòng)化上的費(fèi)用越來越多，自動(dòng)化系統(tǒng)到自動(dòng)化上的費(fèi)用越來越多，自動(dòng)化系統(tǒng)也日益隨處可見，如電梯、自動(dòng)門、自動(dòng)也日益隨處可見，如電梯、自動(dòng)門、自動(dòng)路燈、自動(dòng)潔具、保安系統(tǒng)等。路燈、自動(dòng)潔具、保安系統(tǒng)等。二、工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)控制系二、工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)控制系統(tǒng)統(tǒng) 現(xiàn)現(xiàn)代代工工業(yè)業(yè)按按所所加加工工的的原原材材料料可可劃劃分分為為兩兩大大類類。一一類類是是氣氣體體、液液體體和和粉粉體體，這這是是石石油油、化化工工、制制藥藥、輕輕工工、食食品品、建建材材等等行行業(yè)業(yè)的的主主要要工工況況，主主要要控控制制溫溫度度

6、、壓壓力力、物物位位、流流量量、成成分分等等參參數(shù)數(shù)，這這是是本本課課程程涉涉及及的的主主要要內(nèi)內(nèi)容容；另另一一類類是是對(duì)對(duì)已已成成型型材材料料的的進(jìn)進(jìn)一一步步加加工工或或?qū)?duì)多多種種已已成成型型材材料料（各各種種元元器器件件）的的裝裝配配，主主要要控制位移、速度、角度等參數(shù)?？刂莆灰啤⑺俣?、角度等參數(shù)。隨著生產(chǎn)裝置的大型化、集中化和過程隨著生產(chǎn)裝置的大型化、集中化和過程的連續(xù)化，自動(dòng)控制系統(tǒng)越來越多，越來越的連續(xù)化，自動(dòng)控制系統(tǒng)越來越多，越來越重要。重要。1 1、液位控制、液位控制 化工生產(chǎn)中化工生產(chǎn)中有很多貯罐和有很多貯罐和容器（如油罐、容器（如油罐、水箱、鍋爐氣水箱、鍋爐氣包等）需要控包

7、等）需要控制液位。制液位。圖圖1-41-4已經(jīng)是一個(gè)實(shí)用的液已經(jīng)是一個(gè)實(shí)用的液位控制系統(tǒng)，但當(dāng)需要將位控制系統(tǒng)，但當(dāng)需要將液位信號(hào)傳送到遠(yuǎn)方的控液位信號(hào)傳送到遠(yuǎn)方的控制室時(shí)，就需要改為電動(dòng)制室時(shí)，就需要改為電動(dòng)式。用一個(gè)能送出電信號(hào)式。用一個(gè)能送出電信號(hào)的液位測量儀表代替浮球，的液位測量儀表代替浮球，用一個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)器代替杠用一個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)器代替杠桿，閥門也換成可接受電桿，閥門也換成可接受電信號(hào)的閥門，就構(gòu)成了一信號(hào)的閥門，就構(gòu)成了一個(gè)目前常見的液位控制系個(gè)目前常見的液位控制系統(tǒng)。如圖統(tǒng)。如圖1-51-5所示，所示，LTLT表示表示液位測量及信號(hào)變換裝置，液位測量及信號(hào)變換裝置，LCLC表示液位控

8、制器。表示液位控制器。2 2、溫度控制、溫度控制 工業(yè)生產(chǎn)中存在大量的加熱爐，一工業(yè)生產(chǎn)中存在大量的加熱爐，一般是通過控制燃料的量來保證被加熱物般是通過控制燃料的量來保證被加熱物料達(dá)到或保持在所需要的溫度。換熱器料達(dá)到或保持在所需要的溫度。換熱器是常見的工業(yè)設(shè)備，它通過冷熱流體的是常見的工業(yè)設(shè)備，它通過冷熱流體的熱量交換實(shí)現(xiàn)對(duì)冷流體加熱的目的，控?zé)崃拷粨Q實(shí)現(xiàn)對(duì)冷流體加熱的目的，控制手段通常是調(diào)節(jié)熱流體的流量，如圖制手段通常是調(diào)節(jié)熱流體的流量，如圖1-1-6 6所示。所示。圖中，圖中，TTTT表表示溫度測量儀表，示溫度測量儀表，TCTC表示溫度調(diào)節(jié)表示溫度調(diào)節(jié)器。另外，化學(xué)器。另外，化學(xué)反應(yīng)器中

9、化學(xué)反反應(yīng)器中化學(xué)反應(yīng)的溫度，也要應(yīng)的溫度，也要求進(jìn)行溫度控制。求進(jìn)行溫度控制。三、化工生產(chǎn)過程的特點(diǎn)三、化工生產(chǎn)過程的特點(diǎn) 密閉、連續(xù)、高壓、高溫、深密閉、連續(xù)、高壓、高溫、深冷、有毒、易燃、易爆。冷、有毒、易燃、易爆。四、實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程自動(dòng)化的四、實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程自動(dòng)化的目的目的 為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和安全，必須采用自動(dòng)控制系統(tǒng)安全，必須采用自動(dòng)控制系統(tǒng)五、自動(dòng)化技術(shù)簡要發(fā)展史五、自動(dòng)化技術(shù)簡要發(fā)展史 廣廣義義的的自自動(dòng)動(dòng)化化，是是指指在在人人類類的的生生產(chǎn)產(chǎn)、生生活活和和管管理理的的一一切切過過程程中中，通通過過采采用用一一定定的的技技術(shù)術(shù)裝裝置置和和策策

10、略略，使使得得僅僅用用較較少少的的人人工工干干預(yù)預(yù)甚甚至至做做到到?jīng)]沒有有人人工工干干預(yù)預(yù)，就就能能使使系系統(tǒng)統(tǒng)達(dá)達(dá)到到預(yù)預(yù)期期目目的的的的過過程程，從從而而減減少少和和減減輕輕了了人人的的體體力力和和腦腦力力勞勞動(dòng)動(dòng)，提提高高了了工工作作效效率率、效效益益和和效效果果。由由此此可可見見，自自動(dòng)動(dòng)化化涉涉及及到到人人類類活活動(dòng)動(dòng)的的幾幾乎乎所所有有領(lǐng)領(lǐng)域域，因因此此，自自動(dòng)動(dòng)化化是是人人類類自自古古以以來來永永無無止止境境的的夢夢想想和和追追求求目標(biāo)。目標(biāo)。自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展大致可分為工匠、技術(shù)化、自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展大致可分為工匠、技術(shù)化、理論化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化等幾個(gè)階段。理論化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化等

11、幾個(gè)階段。一、工匠階段一、工匠階段 人類很早就進(jìn)行了簡陋自動(dòng)化裝置的探人類很早就進(jìn)行了簡陋自動(dòng)化裝置的探索，留下了許多記載與傳說，如中國的指南索，留下了許多記載與傳說，如中國的指南車，記里鼓車，著名科學(xué)家張衡發(fā)明的混天車，記里鼓車，著名科學(xué)家張衡發(fā)明的混天儀、水運(yùn)氣象臺(tái)等。公元儀、水運(yùn)氣象臺(tái)等。公元3 3世紀(jì)，希臘人發(fā)世紀(jì)，希臘人發(fā)明了水鐘。另外，古代傳說中的在重要位置明了水鐘。另外，古代傳說中的在重要位置安放的各種暗算機(jī)關(guān)，也是早期的自動(dòng)化裝安放的各種暗算機(jī)關(guān)，也是早期的自動(dòng)化裝置的嘗試。據(jù)說，達(dá)置的嘗試。據(jù)說，達(dá)芬奇為路易十二制造芬奇為路易十二制造過供玩賞用的機(jī)器獅，可以說是最簡單的機(jī)過供

12、玩賞用的機(jī)器獅，可以說是最簡單的機(jī)器人了。器人了。二、技術(shù)化和理論化階段二、技術(shù)化和理論化階段 標(biāo)標(biāo)志志人人類類社社會(huì)會(huì)工工業(yè)業(yè)革革命命開開始始的的是是瓦瓦特特于于17881788年年發(fā)發(fā)明明的的蒸蒸汽汽機(jī)機(jī)，它它同同樣樣也也標(biāo)標(biāo)志志著著自自動(dòng)動(dòng)化化領(lǐng)領(lǐng)域域技技術(shù)術(shù)化化和和理理論論化化階階段段的的開開始始。具具有有良良好好的的自自動(dòng)動(dòng)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)也也是是蒸蒸汽汽機(jī)機(jī)得得以以成成功功的的必必要條件之一。要條件之一。在瓦特之前，已有人發(fā)明過各種各樣的在瓦特之前，已有人發(fā)明過各種各樣的蒸汽機(jī)及相關(guān)控制裝置，但沒有真正地解決蒸汽機(jī)及相關(guān)控制裝置，但沒有真正地解決問題，主要原因有蒸汽的進(jìn)氣和排氣是手

13、動(dòng)問題，主要原因有蒸汽的進(jìn)氣和排氣是手動(dòng)操縱的，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定等。操縱的，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定等。瓦特的發(fā)明解瓦特的發(fā)明解決了這些問題，決了這些問題，其蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速其蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理如調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理如右圖所示。這是右圖所示。這是一個(gè)典型的具有一個(gè)典型的具有負(fù)反饋的速度調(diào)負(fù)反饋的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。節(jié)系統(tǒng)。18681868年年，麥麥克克思思威威爾爾發(fā)發(fā)表表了了著著名名的的關(guān)關(guān)于于調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器的的論論文文，對(duì)對(duì)反反饋饋理理論論進(jìn)進(jìn)行行了了深深入入的的研研究究。同同年年，法法國國工工程程師師法法爾爾科科發(fā)發(fā)明明了了反反饋饋調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器。至至19201920年年，反反饋饋理理論論已已廣廣泛泛地地應(yīng)應(yīng)用用于于電電子子

14、放放大大器器中中，性性能能有有了了較較大大的的改改善善。19201920年年，美美國國出出現(xiàn)現(xiàn)了了PIDPID調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器，并并應(yīng)應(yīng)用用到到化化工工和和煉煉油油過過程。程。到到19481948年年，控控制制理理論論的的經(jīng)經(jīng)典典部部分分都都已已基基本本提提出出，如如，多多種種控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性分分析析方方法法、根根軌軌跡跡法法、頻頻率率分分析析法法等等。19461946年年，第第一一臺(tái)臺(tái)電電子子計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)問問世世。除除了了工工業(yè)業(yè)革革命命使使自自動(dòng)動(dòng)化化獲獲得得較較為為廣廣泛泛的的應(yīng)應(yīng)用用外外，特特別別要要提提及及的的是是第第一一次次和和第第二二次次世世界界大大戰(zhàn)戰(zhàn)極極大大地地激

15、激發(fā)發(fā)了了自自動(dòng)動(dòng)控制在軍事和軍工領(lǐng)域的應(yīng)用?？刂圃谲娛潞蛙姽ゎI(lǐng)域的應(yīng)用。三、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方法三、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方法 1948 1948年，維納的控制論一書，標(biāo)志著年，維納的控制論一書，標(biāo)志著自動(dòng)化的理論基礎(chǔ)自動(dòng)化的理論基礎(chǔ)控制論正式誕生。同年控制論正式誕生。同年，香農(nóng)發(fā)表了通訊的數(shù)字原理，標(biāo)志著信，香農(nóng)發(fā)表了通訊的數(shù)字原理，標(biāo)志著信息論的誕生。連同息論的誕生。連同19461946年誕生的第一臺(tái)計(jì)算年誕生的第一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它們標(biāo)志著自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)化與智機(jī)，它們標(biāo)志著自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)化與智能化的階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展大大推動(dòng)能化的階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展大大推動(dòng)了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的

16、應(yīng)用。同時(shí)，這些科技成了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。同時(shí)，這些科技成果也標(biāo)志著人類社會(huì)繼農(nóng)業(yè)革命和工業(yè)革命之果也標(biāo)志著人類社會(huì)繼農(nóng)業(yè)革命和工業(yè)革命之后又一個(gè)偉大的變革后又一個(gè)偉大的變革信息革命的開始。信息革命的開始?？刂普摬⒉粌H僅是工業(yè)和工程領(lǐng)域的科學(xué)，控制論并不僅僅是工業(yè)和工程領(lǐng)域的科學(xué)，它也是一種思想，一種方法，普遍適用于幾乎它也是一種思想，一種方法，普遍適用于幾乎所有領(lǐng)域。哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家、軍事家、政治家、所有領(lǐng)域。哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家、軍事家、政治家、工程師等都對(duì)它感興趣。它的應(yīng)用可分為四大工程師等都對(duì)它感興趣。它的應(yīng)用可分為四大領(lǐng)域：工程控制論、生物控制論、經(jīng)濟(jì)控制論、領(lǐng)域：工程控制論、生物控制論、經(jīng)濟(jì)控制論、社會(huì)控制論。社會(huì)控制論。隨隨著著計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)功功能能的的日日益益強(qiáng)強(qiáng)大大與與完完善善，體體積積的的微微型型化化，用用計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)代代替替調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器已已成成氣氣候候，目目前前正正朝朝著著一一切切需需要要智智能能化化處處理理的的場場所所都都用用計(jì)算機(jī)的方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)的方向發(fā)展。20 20世紀(jì)末，隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的逐步普世紀(jì)末，隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的逐步普及，管理自動(dòng)化開始發(fā)揮越來越大的作用。及，管理自動(dòng)化開始發(fā)揮越來越大的作用。在企業(yè)界，生產(chǎn)裝置的控制與管理的自動(dòng)化在企業(yè)界，生產(chǎn)裝置的控制與管理的自動(dòng)化正融為一體。正融為一體。