化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)、操作與控制第三組：崔進(jìn)劉悅楊張莉瞿宏凱謝冬唐為雄化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)、操作與控制1溫度不能直接測(cè)量，只能借助于冷熱不同物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨冷熱程度不同而變化的特性來加以間接測(cè)量。分類按測(cè)量范圍

按用途

高溫計(jì)、溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)儀表、實(shí)用儀表

按工作原理

熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)、膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)和輻射高溫計(jì)

按測(cè)量方式

接觸式與非接觸式

任務(wù)點(diǎn)0103-1常見溫度檢測(cè)儀表種類及應(yīng)用溫度不能直接測(cè)量，只能借助于冷熱不同物體之間的熱交換，以及物2測(cè)溫方式溫度計(jì)種類測(cè)溫范圍／℃優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)接觸式測(cè)溫儀表膨脹式玻璃液體-50～600結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)量準(zhǔn)確，價(jià)格低廉測(cè)量上限和精度受玻璃質(zhì)量的限制，易碎，不能記錄遠(yuǎn)傳雙金屬-80～600結(jié)構(gòu)緊湊，牢固可靠精度低，量程和使用范圍有限壓力式液體氣體蒸汽-30～600-20～3500～250結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐震，防爆能記錄、報(bào)警，價(jià)格低廉精度低，測(cè)溫距離短，滯后大熱電偶鉑銠-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-考銅0～1600-50～1000-50～600測(cè)溫范圍廣，精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制需冷端溫度補(bǔ)償，在低溫段測(cè)量精度較低熱電阻鉑銅-200～600-50～150測(cè)量精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制不能測(cè)高溫，需注意環(huán)境溫度的影響非接觸式測(cè)溫儀表輻射式輻射式光學(xué)式比色式400～2000700～3200900～1700測(cè)溫時(shí)，不破壞被測(cè)溫度場(chǎng)低溫段測(cè)量不準(zhǔn)，環(huán)境條件會(huì)影響測(cè)溫準(zhǔn)確度紅外線光電探測(cè)熱電探測(cè)0～3500200～2000測(cè)溫范圍大，適于測(cè)溫度分布，不破壞被測(cè)溫度場(chǎng)，響應(yīng)快易受外界干擾，標(biāo)定困難常用溫度計(jì)的種類及優(yōu)缺點(diǎn)測(cè)溫方式溫度計(jì)種類測(cè)溫范圍／℃優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)接膨脹式玻璃液3乙酸丁酯反應(yīng)器第三組ppt課件4乙酸丁酯反應(yīng)器第三組ppt課件5液體膨脹式溫度計(jì)熱電偶測(cè)量溫度計(jì)液體膨脹式溫度計(jì)熱電偶測(cè)量溫度計(jì)6乙酸丁酯反應(yīng)器第三組ppt課件7乙酸丁酯反應(yīng)器第三組ppt課件8任務(wù)點(diǎn)0103-2乙酸丁酯反應(yīng)器用測(cè)溫儀表：

選用壓力式溫度儀表理由：乙酸丁酯反應(yīng)溫度在120℃左右，在壓力式溫度儀表（—50~600℃）測(cè)量范圍之內(nèi)，具有價(jià)廉，最易就地集中監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。任務(wù)點(diǎn)0103-2乙酸丁酯反應(yīng)器用測(cè)溫儀表：9任務(wù)點(diǎn)0103-3自動(dòng)控制系統(tǒng)組成自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由：控制器，被控對(duì)象，執(zhí)行機(jī)構(gòu)和變送器四個(gè)環(huán)節(jié)組成分類方法：自動(dòng)控制系統(tǒng)有幾種分類方法按控制原理的不同，自動(dòng)控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。

任務(wù)點(diǎn)0103-3自動(dòng)控制系統(tǒng)組成自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由：控制10開環(huán)控制系統(tǒng)在開環(huán)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)輸出只受輸入的控制，控制精度和抑制干擾的特性都比較差。開環(huán)控制系統(tǒng)中，基于按時(shí)序進(jìn)行邏輯控制的稱為順序控制系統(tǒng)；由順序控制裝置、檢測(cè)元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控工業(yè)對(duì)象所組成。主要應(yīng)用于機(jī)械、化工、物料裝卸運(yùn)輸?shù)冗^程的控制以及機(jī)械手和生產(chǎn)自動(dòng)線。開環(huán)控制系統(tǒng)11閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在反饋原理基礎(chǔ)之上的，利用輸出量同期望值的偏差對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，可獲得比較好的控制性能。閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱反饋控制系統(tǒng)。按給定信號(hào)分類，自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在反饋原理基礎(chǔ)之上的，利用12恒值控制系統(tǒng)給定值不變，要求系統(tǒng)輸出量以一定的精度接近給定希望值的系統(tǒng)。如生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、液位高度、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等自動(dòng)控制系統(tǒng)屬于恒值系統(tǒng)。隨動(dòng)控制系統(tǒng)給定值按未知時(shí)間函數(shù)變化，要求輸出跟隨給定值的變化。如跟隨衛(wèi)星的雷達(dá)天線系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)給定值按一定時(shí)間函數(shù)變化。如程控機(jī)床。恒值控制系統(tǒng)13自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。在工業(yè)方面，對(duì)于冶金、化工、機(jī)械制造等生產(chǎn)過程中遇到的各種物理量，包括溫度、流量、壓力、厚度、張力、速度、位置、頻率、相位等，都有相應(yīng)的控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上通過采用數(shù)字計(jì)算機(jī)還建立起了控制性能更好和自動(dòng)化程度更高的數(shù)字控制系統(tǒng)，以及具有控制與管理雙重功能的過程控制系統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用包括水位自動(dòng)控制系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)操作系統(tǒng)等。在軍事技術(shù)方面，自動(dòng)控制的應(yīng)用實(shí)例有各種類型的伺服系統(tǒng)、火力控制系統(tǒng)、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)等。在航天、航空和航海方面，除了各種形式的控制系統(tǒng)外，應(yīng)用的領(lǐng)域還包括導(dǎo)航系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)和各種仿真器。此外，在辦公室自動(dòng)化、圖書管理、交通管理乃至日常家務(wù)方面，自動(dòng)控制技術(shù)也都有著實(shí)際的應(yīng)用。隨著控制理論和控制技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大，幾乎涉及生物、醫(yī)學(xué)、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等所有領(lǐng)域。自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)14任務(wù)點(diǎn)0103-4控制器及控制規(guī)律

控制器：

控制器是控制系統(tǒng)的核心，生產(chǎn)過程中被控變量偏離設(shè)定要求后，必須依靠控制器的作用去控制執(zhí)行器，改變操縱變量，使被控變量符合生產(chǎn)要求?？刂破髟陂]環(huán)控制系統(tǒng)中將檢測(cè)變送環(huán)節(jié)傳送過來的信息與被控變量的設(shè)定值比較后得到偏差，然后根據(jù)偏差按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行核算，最終輸出控制信號(hào)作用于執(zhí)行器上。

任務(wù)點(diǎn)0103-4控制器及控制規(guī)律控制器：控制器是控制15控制器分類：控制器分類：16常用的有電動(dòng)控制器和數(shù)字控制器

電動(dòng)控制器：電動(dòng)控制器以交流220V或直流24V作為儀表能源，以直流電流或直流電壓作為輸出信號(hào)。之所以選用直流信號(hào)，是因?yàn)橹绷餍盘?hào)不受傳輸線路中的電感、電容及負(fù)荷性質(zhì)的影響，不存在相移問題，抗干擾能力強(qiáng)；直流信號(hào)傳輸容易實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，從而方便地與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配合使用；直流信號(hào)獲取方便，應(yīng)用靈活?？刂破鞴灿小白詣?dòng)”、“保持”、“軟手動(dòng)”和“硬手動(dòng)”四種工作狀態(tài)，通過面板上的聯(lián)動(dòng)開關(guān)進(jìn)行切換。當(dāng)控制器處于“自動(dòng)”工作狀態(tài)時(shí)，輸入的測(cè)量信號(hào)和設(shè)定信號(hào)在輸入電路進(jìn)行比較后得出偏差，后面的比例微分電路和比例積分電路對(duì)偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，然后經(jīng)輸入電路轉(zhuǎn)換成4~20mA的直流電流輸出，控制器對(duì)被控變量進(jìn)行自動(dòng)控制。當(dāng)控制器處于“軟手動(dòng)”或“硬手動(dòng)”工作狀態(tài)時(shí)，由操作者一邊觀察面板上指示的偏差情況，一邊在面板上操作相對(duì)應(yīng)的按鍵或操作桿，對(duì)被控變量進(jìn)人工控制。電動(dòng)控制器是連續(xù)的模擬控制儀表。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和自動(dòng)化的不斷提高，模擬控制儀表很難滿足生產(chǎn)要求。因?yàn)橐粔K模擬儀表只能控制一個(gè)變量，而大型企業(yè)中，需要檢測(cè)和控制的變量數(shù)以萬計(jì)，若都采用模擬控制儀表，其占地之大、布線之繁、操作之不便，使得控制系統(tǒng)的可用性和可靠性都會(huì)大為降低。電控制器基本被數(shù)字控制器取代。常用的有電動(dòng)控制器和數(shù)字控制器

電動(dòng)控制器：17DTL—3110控制器正面示意圖DTL—3110控制器正面示意圖18數(shù)字控制器

數(shù)字控制器與常規(guī)的模擬控制器相比，具有如下特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了儀表、計(jì)算機(jī)一體化；具有豐富的運(yùn)算、控制功能；通用性強(qiáng)、使用方便；使用靈活、便于擴(kuò)展；可靠性高、維護(hù)方便數(shù)字控制器的種類很多，應(yīng)用最多的是單回路控制器，其品種有以下五類：可編程序控制器，固定程序控制器，可編程脈寬輸出控制器，混合控制器，批量控制器數(shù)字控制器

數(shù)字控制器與常規(guī)的模擬控制器相比，具有如下特點(diǎn)：19KMM控制器正面面板布置圖KMM控制器正面面板布置圖20常用控制規(guī)律：1、雙位控制在所有的控制規(guī)律中，雙衛(wèi)控制規(guī)律最為簡(jiǎn)單，也最容易實(shí)現(xiàn)。其動(dòng)作規(guī)律是：當(dāng)測(cè)量值大于或小于設(shè)定值時(shí)，控制器的輸出為最大（或最小），即控制器的輸出要么最大，要么最小。相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)也就只有兩個(gè)極限位置——要么全開，要么全關(guān)。雙衛(wèi)控制由此得名。雙衛(wèi)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、容易實(shí)現(xiàn)，但質(zhì)量控制較差，大多應(yīng)用于允許被控制變量上下波動(dòng)的場(chǎng)合。如原料儲(chǔ)罐、恒溫箱、空調(diào)、電冰箱中的溫度控制，為氣動(dòng)儀表提供氣源的壓縮空氣罐中的壓力控制等。常用控制規(guī)律：1、雙位控制21乙酸丁酯反應(yīng)器第三組ppt課件22如果控制系統(tǒng)能使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程變化與被控制變量偏差的大小成一定比例關(guān)系的話，就可能使上述貯槽的物料流入量等于流出量，從而使液位能穩(wěn)定在某一值上，即系統(tǒng)在連續(xù)控制下達(dá)到平衡狀態(tài)。這種控制器輸出的變化與輸入控制器的偏差大小成比例關(guān)系的控制規(guī)律，稱為比例控制規(guī)律。比例控制規(guī)律控制器輸出變化與輸入偏差成正比。在時(shí)間上沒有延遲。在相同的偏差下，Kc越大，輸出也越大，因此Kc是衡量比例作用強(qiáng)弱的參數(shù)。工業(yè)上用比例度來表示比例作用的強(qiáng)弱。單純的比例控制適用于擾動(dòng)不大、滯后較小、負(fù)荷變化小、要求不高、允許有一定余差存在的場(chǎng)合。2、比例（P）控制如果控制系統(tǒng)能使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程變化與被控制變量偏差的大小成一233、比例積分（PI）控制比例控制規(guī)律是基本控制規(guī)律中最基本的，應(yīng)用最普遍的一種。其最大優(yōu)點(diǎn)是控制及時(shí)、迅速。只要有偏差產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用。但是，不能最終消除余差的缺點(diǎn)限制了它的單獨(dú)使用?？朔嗖畹霓k法是在比例控制的比例控制的基礎(chǔ)加上積分控制作用。積分控制規(guī)律KI表示積分速度?？刂破鬏敵鲂盘?hào)的大小，不僅與偏差大小有關(guān)，還取決于偏差存在的時(shí)間長(zhǎng)短。只要有偏差存在，控制器的輸出就不斷變化。偏差存在時(shí)間越長(zhǎng)，輸出信號(hào)的變化量越大，直到達(dá)到輸出極限。只有余差為0，控制器的輸出才穩(wěn)定。力圖消除余差是積分作用的重要特性。比例積分控制器是目前應(yīng)用最廣泛的一種控制器，多用于工業(yè)上液位、壓力、流量等控制系統(tǒng)。由于引入積分作用能消除余差，彌補(bǔ)了純比例控制的缺陷，獲得較好的控制質(zhì)量。但是積分作用的引入，會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。對(duì)于有較大滯后性的系統(tǒng)控制，要盡可能避免使用積分控制。3、比例積分（PI）控制24微分控制規(guī)律其輸出正比于輸入對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。TD為微分時(shí)間常數(shù)。傳遞函數(shù)：微分控制器的輸出只與偏差的變化速度有關(guān)，而與偏差存在與否無關(guān)。因此，純粹的微分控制作用是無意義的，一般都將微分控制作用與比例控制結(jié)合起來使用。4、比例微分控制（PD）控制微分控制規(guī)律4、比例微分控制（PD）控制25任務(wù)點(diǎn)0103-5執(zhí)行器種類及應(yīng)用執(zhí)行器是自動(dòng)控制系統(tǒng)的終端執(zhí)行部件，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，負(fù)責(zé)從自動(dòng)化技術(shù)工具中接收控制信息并對(duì)受控對(duì)象施加控制作用。執(zhí)行器的分類1、執(zhí)行器按所用驅(qū)動(dòng)能源分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液壓執(zhí)行器三種。2、按動(dòng)作規(guī)律，執(zhí)行器可分為開關(guān)型、積分型和比例型三類。3、按輸出位移的形式，執(zhí)行器有轉(zhuǎn)角型和直線型兩種。4、按輸入控制型號(hào)，執(zhí)行器分為可以輸入空氣壓力信號(hào)、直流電流信號(hào)、電接點(diǎn)通斷信號(hào)、脈沖信號(hào)等幾類。執(zhí)行器的應(yīng)用氣動(dòng)執(zhí)行器在化工、煉油等對(duì)安全要求較高的生產(chǎn)過程中得到廣泛的應(yīng)用。安全性能差，動(dòng)作不夠迅速，雖然近年來有經(jīng)過不斷改進(jìn)，應(yīng)用逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì)，但總體來看不如氣動(dòng)執(zhí)行器的應(yīng)用普遍。任務(wù)點(diǎn)0103-5執(zhí)行器種類及應(yīng)用執(zhí)行器是自動(dòng)控制系統(tǒng)的終26乙酸丁酯反應(yīng)器第三組ppt課件27任務(wù)點(diǎn)0103-6溫度自動(dòng)控制方案1、低溫控制低溫控制的特點(diǎn)主要是周圍環(huán)境溫度都比樣品的溫度高，熱量總是源源不斷地通過對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射等形式傳輸給樣品。因此，低溫控制的任務(wù)是：有節(jié)制的控制輸入的熱量與冷量，借以得到所需的溫度。借助于低溫實(shí)驗(yàn)室常備的冷卻液，如液氧、液氮和液氦（或包括液氫），控制液體沸騰的壓強(qiáng)，即可得到下列溫度范圍：1—4K(液氦)；54—90K(液氧);63—77K(液氮);10—20.4K(液氫).2、中溫控制以恒溫油槽為例，說明溫度自動(dòng)控制原理。油槽結(jié)構(gòu)分為恒溫槽部分和控制部分。恒溫槽由槽體、保溫層、隔離筒和攪拌器等構(gòu)成，由敏感元件、控制元件、執(zhí)行原件組成控制系統(tǒng)，控制對(duì)象為油的溫度。導(dǎo)電表傳感溫度的變化，反映為水銀柱的高度。當(dāng)溫度高于給定溫度時(shí)，導(dǎo)電表接通繼電器的輸入電路，繼電器切斷加熱器，油溫在冷卻水作用下降低；當(dāng)油溫低于給定溫度是，導(dǎo)電表水銀柱下降，繼電器輸入電路斷開，繼電器動(dòng)作并接通加熱器，油溫在加熱器作用下上升。如此循環(huán)，維持油恒定在給定溫度。任務(wù)點(diǎn)0103-6溫度自動(dòng)控制方案1、低溫控制低溫控制283、高溫控制由于外界的影響引起敏感元件材料不穩(wěn)定，使接觸式溫度計(jì)量器具（如熱電偶、電阻溫度計(jì)等）的應(yīng)用受到了限制。因此，在高溫控制中經(jīng)常采用不接觸方法—光學(xué)高溫計(jì)和輻射高溫計(jì)。但光學(xué)高溫計(jì)的檢測(cè)結(jié)果帶有主觀性并且不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。而輻射高溫計(jì)難于測(cè)量小物體的溫度和難于靠近被測(cè)物體，同時(shí)易受其它受熱物體輻射的影響。帶有光導(dǎo)接收和傳感元件的輻射高溫計(jì)可以消除上述溫度計(jì)所固有的缺點(diǎn)，用于控制生產(chǎn)過程中溫度的穩(wěn)定性和保證從一個(gè)過程到另一個(gè)過程的溫度復(fù)現(xiàn)，以及作為自動(dòng)恒溫中的傳感器。使用光導(dǎo)高溫計(jì)來控制高溫，并不低于用熱電偶的精度。同時(shí)還用于熱電偶退火爐的溫度