化學(xué)工程和化學(xué)工藝的區(qū)別精選(九篇)

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第1篇：化學(xué)工程和化學(xué)工藝的區(qū)別范文

關(guān)鍵詞：節(jié)能降耗；綠色環(huán)保；精細(xì)化工

引言：生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，不可再生能源面臨枯竭，現(xiàn)階段，節(jié)約能源，提高能源使用效率，發(fā)展先進(jìn)能源使用技術(shù)，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展必由之路。

一、使用節(jié)能降耗措施的必要性

化工工藝生產(chǎn)對(duì)能源的需求一直都是不可忽視的，尤其是化工企業(yè)中以傳統(tǒng)能源為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)，若想持續(xù)穩(wěn)定健康的發(fā)展，就必須將化工產(chǎn)業(yè)能源損耗的經(jīng)濟(jì)成本制約在必要的范圍內(nèi)。因此通過節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)一步搶占市場(chǎng)份額，擴(kuò)大市場(chǎng)占有率，有益于進(jìn)一步提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)率。對(duì)于能源損耗過高，應(yīng)對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞污染程度過深的企業(yè)項(xiàng)目嚴(yán)加把控。加強(qiáng)對(duì)落后能源產(chǎn)業(yè)的篩選力度，推廣使用清潔高效的能源，建設(shè)新型綠色環(huán)保企業(yè)新模式，生產(chǎn)無污染或低污染的綠色產(chǎn)品。這些舉措對(duì)于有效控制污染氣體、液體、固體的排放有著至關(guān)重要的作用。同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)督，放棄高耗能高污染的粗放式能源利用模式，逐步改善傳統(tǒng)落后的不健康經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，是發(fā)展健康綠色經(jīng)濟(jì)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

當(dāng)前，節(jié)能技術(shù)在化工企業(yè)中的使用還存在很多問題，要是使用高科技技術(shù)對(duì)化學(xué)工藝進(jìn)行改進(jìn)并通過先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，可以進(jìn)一步的讓目前企業(yè)內(nèi)的節(jié)能降耗技術(shù)的實(shí)用性大大的提高。在對(duì)化工工藝進(jìn)行改進(jìn)的時(shí)候，首先要提高的就是反應(yīng)的催化劑和添加劑的性能，以便于讓化工裝置的靈活性提高，從而讓化學(xué)工業(yè)能源的消耗降低。其次，淘汰傳統(tǒng)的化學(xué)工藝，這有利于發(fā)展先進(jìn)的技能降耗技術(shù)，在適當(dāng)?shù)奶蕴f設(shè)備的同時(shí)，也要引進(jìn)具有節(jié)能降耗性能的機(jī)械設(shè)備，這對(duì)于化學(xué)工藝的發(fā)展非常有利，讓化學(xué)工藝的節(jié)能降耗技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。

二、采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝

1、在化工工藝中運(yùn)用新工藝、新材料、新設(shè)備和技術(shù)

在對(duì)化工工藝生產(chǎn)的管理過程中新元素的應(yīng)用不可或缺。受傳統(tǒng)工藝的影響以及現(xiàn)有材料的制約，讓化工工藝的改革步履艱難，因此更加適應(yīng)現(xiàn)有技術(shù)水平的輕便合理性材料，應(yīng)該被廣泛的試用于更多化工領(lǐng)域，與此同時(shí)高效能的環(huán)保器械也能為節(jié)約能源提供更好的保障。通過整合各方面資源達(dá)到連續(xù)型節(jié)能減排的新型模式，從而為更多化工技術(shù)創(chuàng)新提供可能性。區(qū)別于通過傳統(tǒng)落后的能源損耗模式（如通過焚燒麥稈，煤炭等不可再生能源）提供人們必不可少的生活能源，新型的化工生產(chǎn)工藝和技術(shù)將目光集中在新型能源（如太陽能，風(fēng)能，水能，潮汐能等）的使用效率和開發(fā)力度上。

優(yōu)選節(jié)能連續(xù)型的化工生產(chǎn)工藝，通過生產(chǎn)工藝的技術(shù)升級(jí)改造，提高化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)的綜合效益。生產(chǎn)工藝應(yīng)盡量?jī)?yōu)選連續(xù)型、操作便捷、能量轉(zhuǎn)換效率較高的工藝，這樣可以有效避免間歇性生產(chǎn)工藝過程切換中的能源浪費(fèi)。優(yōu)選高效分餾塔、反應(yīng)器、換熱器、空冷器、電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)、加熱爐等先進(jìn)傳質(zhì)、換熱、旋轉(zhuǎn)等節(jié)能型電氣設(shè)備，降低機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中的綜合能耗特別對(duì)于耗熱量大的設(shè)備，采用導(dǎo)熱性能更好的材料進(jìn)行設(shè)備關(guān)鍵部位設(shè)計(jì)制造，廣泛將余嶧厥丈璞浮⒂τ帽淦燈鶻詰縞璞贛糜詿笞諢工生產(chǎn)裝置中來。

2、改善化工反應(yīng)的工藝條件，降低化工生產(chǎn)工藝綜合能耗

首先，降低化工生產(chǎn)反應(yīng)外部壓力。合理計(jì)算確定化工生產(chǎn)反應(yīng)的壓力，一方面可以確?；瘜W(xué)反應(yīng)高效穩(wěn)定的進(jìn)行；另一方面還可以降低輸送反應(yīng)物的電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的綜合能耗，尤其可以降低氣態(tài)反應(yīng)物的壓縮功耗，達(dá)到降耗的目的。其次，在確?；瘜W(xué)物質(zhì)正常反應(yīng)環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，合理優(yōu)化降低吸熱反應(yīng)溫度，降低系統(tǒng)反應(yīng)所需的整體供熱量，提高系統(tǒng)熱能利用率。再次，加快化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化效率，有效抑制反應(yīng)過程中的副反應(yīng)作用，進(jìn)而減少反應(yīng)過程能耗和產(chǎn)品分離能耗。

三、關(guān)鍵性物質(zhì)對(duì)節(jié)能的重要性

反應(yīng)器，交換器等許多化學(xué)工藝生產(chǎn)過程中必不可少的器械儀器，在生產(chǎn)產(chǎn)品的過程中因?yàn)楦鞣N原因不可避免會(huì)有所損耗，會(huì)在機(jī)體部分結(jié)垢，或更進(jìn)一步產(chǎn)生銹跡，這種情況的發(fā)生會(huì)大大降低機(jī)器的熱交換功能，從而影響其傳熱效率。機(jī)械的傳熱系數(shù)下降使其換熱功能減退，能源利用率降低，化工生產(chǎn)機(jī)器的外部壓力過大，縮短了化工設(shè)備的運(yùn)行周期，減少其使用壽命。而阻垢劑的使用可合理提高機(jī)器設(shè)備的能源轉(zhuǎn)換利用率，降低機(jī)器完成能源轉(zhuǎn)換的整體供熱量，確?；どa(chǎn)過程的安全，這對(duì)于化學(xué)工藝節(jié)約耗能的發(fā)展十分有利。

在化學(xué)工藝的生產(chǎn)過程中，添加一些關(guān)鍵性物質(zhì)會(huì)起到意想不到催化效果。如新的類型的催化劑。催化劑可以優(yōu)化化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中的環(huán)境，提高生產(chǎn)過程中能源的使用效率，同時(shí)提高這種催化劑在化學(xué)有反應(yīng)中的綜合反應(yīng)活性，對(duì)于能源的合理配置，及節(jié)約成本方面有著十分重要的作用。

四、降低生產(chǎn)全過程的動(dòng)力能耗

首先，采取變頻節(jié)能調(diào)速降低電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的電能消耗。采用變頻節(jié)能動(dòng)態(tài)調(diào)速方案對(duì)常規(guī)的閥門靜態(tài)調(diào)節(jié)方案進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造，可以確保電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)輸出與輸入之間長(zhǎng)期處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，尤其對(duì)化工企業(yè)裝置負(fù)荷率普遍較低的問題，可以避免電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間處于工頻運(yùn)行工況，降低無謂電能資源浪費(fèi)。其次，供熱系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)。供熱系統(tǒng)在優(yōu)化升級(jí)改造過程中，要打破常規(guī)單套裝置界限，實(shí)現(xiàn)組合裝置的整體優(yōu)化匹配。如：在進(jìn)行供熱系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)過程中，要根據(jù)不同溫位熱源的功能特點(diǎn)，合理地進(jìn)行供熱裝置的匹配組合，實(shí)行裝置間的聯(lián)合運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在較大范圍內(nèi)進(jìn)行冷、熱能源流的優(yōu)化轉(zhuǎn)換，從設(shè)備源的基礎(chǔ)上避免“高熱低用”等不利情況發(fā)生，實(shí)現(xiàn)熱能資源的最優(yōu)化利用。再次，推廣污水回用技術(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)施加過程中，化工企業(yè)必須高度重視水資源管理和綜合利用，杜絕出現(xiàn)跑、冒、滴、漏和常流水等不利現(xiàn)象，并積極結(jié)合化工生產(chǎn)實(shí)際特點(diǎn)推廣污水回用技術(shù)，降低水資源的綜合消耗。做好電、熱、水等資源的余能回收利用，可以大幅提高化工企業(yè)的綜合節(jié)能降耗效果。利用生產(chǎn)工藝中的余壓、余熱等資源進(jìn)行綜合利用，通過制冷、發(fā)電等轉(zhuǎn)換技術(shù)，有效節(jié)省化工生產(chǎn)過程中的常規(guī)能源浪費(fèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源資源的高效、安全可靠、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、低碳環(huán)保的綜合轉(zhuǎn)換利用。

五、結(jié)語

化工工藝的節(jié)能降耗技術(shù)在整個(gè)化工產(chǎn)業(yè)的科學(xué)研究中占據(jù)主導(dǎo)地位，落后的產(chǎn)業(yè)技術(shù)模式會(huì)消耗大量的資源，也會(huì)對(duì)環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。對(duì)資源進(jìn)行綜合的利用，以及高效的使用能源已經(jīng)成為快速推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大課題。阻垢劑，催化劑等等新物質(zhì)的使用也逐漸成為節(jié)能降耗工藝發(fā)展不可或缺的助力。越來越多的人將目光放在了如何提高能源利用率這一問題上。合理調(diào)配資源，發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)，提高能源利用率，將成為我國(guó)未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重中之重。

參考文獻(xiàn)：

第2篇：化學(xué)工程和化學(xué)工藝的區(qū)別范文

關(guān)鍵詞：催化裂化 ARGG工藝 應(yīng)用

近年來，我國(guó)在催化裂解技術(shù)的研究上取得了突出成就，尤其MIO、MGG等技術(shù)的成功開發(fā)，極大的提高了我國(guó)煉油技術(shù)水平。在MGG工藝基礎(chǔ)上發(fā)展而來的ARGG工藝，更是深受煉油企業(yè)的青睞。

一、催化裂化與ARGG理論

在講解ARGG相關(guān)理論之前，先介紹催化裂化相關(guān)知識(shí)。所謂催化裂化指以渣油、重質(zhì)餾分油為原料，并在450℃～510℃，以及較低壓力條件下，運(yùn)用相關(guān)催化劑，經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)，生成柴油、汽油以及焦炭的過程。催化裂化所用的原料具有廣泛的來源，總體分為渣油與餾分油兩種類型，其中渣油包括減壓渣油、常壓渣油，而餾分油包括減粘裂化餾出油、焦化蠟油、直流減壓蠟油等。催化裂化產(chǎn)品一般具有以下特點(diǎn)：具有較高輕質(zhì)油收率，通?？蛇_(dá)70%～80%；獲得的汽油具有較高的辛烷值，而且具有較好的安定性；催化裂化氣體中C4與C3具有較高比例，約為80%，其中C3丙烯占70%，C4中的烯烴占的55%左右，是生產(chǎn)高辛烷值組分以及優(yōu)良石油化工原料。

ARGG是從MGG工藝基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一項(xiàng)煉油與化工相融合的新型工藝。該工藝煉油原料為常壓渣油，經(jīng)提煉不僅可獲得安定性好、辛烷值高的汽油，而且還得到較多內(nèi)含烯烴的液化石油氣，為進(jìn)行精細(xì)化工提供大量原料。

ARGG工藝運(yùn)用的催化劑為RAG系列，反應(yīng)過程在提升管催化裂化裝置中進(jìn)行，能夠產(chǎn)生大量液化石油氣，并伴隨高辛烷值汽油的產(chǎn)生。ARGG工藝具有以下特點(diǎn)：

該工藝使用的催化劑具有較強(qiáng)的抗重金屬污染性能，以及良好的熱穩(wěn)定性、選擇性與重油裂化活性；以常壓渣油為原料，產(chǎn)生的裂化產(chǎn)品包含較高的汽油、液化氣、丙烯等，且產(chǎn)生的干氣較少。該工藝裂化溫度在525℃左右，反應(yīng)所需壓力比較低?；?zé)捪鄬?duì)較低，在0～0.5范圍內(nèi)；同時(shí)，為減小油氣分壓，采用的霧化蒸汽比較大，通常情況下，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6%～10%范圍；采用ARGG工藝提煉出的汽油經(jīng)檢測(cè)安定性符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，且具有顯著的抗爆性能。

二、具體案例及改進(jìn)措施

1.具體案例

某石油液化氣廠之前采用RGCC生產(chǎn)裝置，年處理量在5萬噸左右，主要用于柴油、汽油的生產(chǎn)，液化氣產(chǎn)率約為10%。采用RFCC裝置已很難滿足生產(chǎn)要求，為此，準(zhǔn)備采用RFGG工藝進(jìn)行升級(jí)。采用ARGG工藝以RAG系列催化劑，每年處理量提升到了7萬噸，不僅獲得了大量辛烷值高的汽油，以及液化氣，而且顯著提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.設(shè)備及工藝參數(shù)的改進(jìn)

在設(shè)備方面：采用再生器在下，沉降器在上的同軸式結(jié)構(gòu)。這樣布置允許再生與反應(yīng)操作壓力存在區(qū)別，而且這樣布置采用的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，大大提高控制靈便度，具備較強(qiáng)的事故抗干擾能力，以及廣泛的應(yīng)用范圍。另外，使用氣控式外換熱器，以及改進(jìn)的主風(fēng)分配管。最重要的是對(duì)管反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行了完善：對(duì)操作條件進(jìn)行優(yōu)化，促進(jìn)大劑油、高溫強(qiáng)化反應(yīng)的進(jìn)行；使用高效霧化噴嘴，使霧化效果得到顯著提升，促進(jìn)輕質(zhì)油收率的提高，以及降低焦炭產(chǎn)率；對(duì)預(yù)提升階段進(jìn)行專門設(shè)置，運(yùn)用水蒸氣、自產(chǎn)干氣當(dāng)做提升介質(zhì)，改善了原料及催化劑的流動(dòng)情況，使原料與催化劑進(jìn)行充分的接觸，避免不必要熱裂化反應(yīng)的發(fā)生；減小沉降器單級(jí)旋分器入口與短粗旋油氣出口間的距離，避免沉降器中油氣出現(xiàn)過度二次裂化及熱裂化現(xiàn)象；運(yùn)用高效氣提技術(shù)，即，使用兩段氣提和改進(jìn)的擋板的高效氣體技術(shù)。

在工藝參數(shù)方面：采用ARGG工藝進(jìn)行生產(chǎn)，反應(yīng)溫度控制在530℃，反應(yīng)絕對(duì)壓力為0.21MPa，回?zé)挶葹?.3，反應(yīng)停留時(shí)間為3.54s，提升管入口與出口線速分別為6.83m/s、14.3m/s。催化劑的循環(huán)量每小時(shí)在102噸左右，劑油比為9.0，原料油預(yù)熱溫度在200～250℃范圍。

利用ARGG工藝獲得產(chǎn)品的分布情況為：干氣所占的比例為5%，液化石油氣所占比例為30%，而汽油占有的比例為42%，輕柴油、焦炭、損失所占的比例分別為13.5%、9%、0.5%。

三、經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益分析

該石油液化氣廠運(yùn)用ARGG工藝生產(chǎn)后，大大提升了生產(chǎn)效益。由統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，當(dāng)加工一噸常壓渣油使用ARGG工藝與之前RFCC工藝相比增加的利稅將近80元，按照每年處理7萬噸的量進(jìn)行計(jì)算，每年可增加五百多萬元。

隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)工作的重視，新配方汽油以及無鉛汽油的應(yīng)用引起了人們的高度重視。本文中應(yīng)用ARGG工藝生產(chǎn)的汽油，剛好符合90#無鉛汽油相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，無論在節(jié)約能源還是防止環(huán)境污染方面均具有重要意義。同時(shí)，液化氣產(chǎn)量大大提高，有助于城鄉(xiāng)居民燃料結(jié)構(gòu)的改善。另外，液化氣中含有大量的丙烯，能給精細(xì)化工提供大量原料?？傊珹RGG工藝在催化裂化中的應(yīng)用不僅能夠獲得較大經(jīng)濟(jì)效益，而且還發(fā)揮著重要的社會(huì)效益，因此，在實(shí)際化工生產(chǎn)中應(yīng)注重推廣與應(yīng)用。

四、總結(jié)

該石油液化氣廠應(yīng)用ARGG工藝從事生產(chǎn)活動(dòng)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，所采用的技術(shù)具有較高安全度，成功的實(shí)現(xiàn)了獲得大量高辛烷值的汽油，以及液化石油氣的的目標(biāo)，獲得了較高社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益，并且該種生產(chǎn)工藝具有廣闊的發(fā)展前景，因此，石油液化氣廠生產(chǎn)工藝升級(jí)時(shí)，應(yīng)注重ARGG工藝的應(yīng)用，以更好的實(shí)現(xiàn)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益最大化目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

第3篇：化學(xué)工程和化學(xué)工藝的區(qū)別范文

Abstract： In order to solve the bottleneck of resources in the practical training， a simulation software based on LabVIEW is developed by Automation Department of college of Information and Control Engineering in our university. In this software， typical equipments are selected as controlled objectives and other blocks are designed， including sensors， PID controllers and actuators together to form complete automatic control systems. Teaching practices show that the software is a powerful tool in both class and laboratory.

關(guān)鍵詞： 仿真軟件；測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化；自動(dòng)控制系統(tǒng)；教學(xué)資源

Key words： simulation software；instrumentation and automation；automatic control system；teaching resources

中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）07-0182-03

0 引言

《測(cè)量?jī)x表與自動(dòng)化》課程是一門有著廣泛社會(huì)需求和技術(shù)基礎(chǔ)的綜合性技術(shù)學(xué)科，其水平是一個(gè)國(guó)家技術(shù)先進(jìn)程度、生產(chǎn)力發(fā)達(dá)程度與生產(chǎn)關(guān)系相適應(yīng)的標(biāo)志[1]?，F(xiàn)代化生產(chǎn)過程的科技人員，除了必須深入了解和熟悉生產(chǎn)工藝之外，還必須學(xué)習(xí)和掌握自動(dòng)化儀表方面的知識(shí)，才能在生產(chǎn)、管理、調(diào)度崗位及科研部門充分發(fā)揮作用。我校信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化教研室目前開設(shè)的這門課程適用專業(yè)除化學(xué)工程與工藝以外，還面向諸如環(huán)境工程、油氣儲(chǔ)運(yùn)、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、熱工等專業(yè)。該課程包括過程測(cè)量?jī)x表、過程控制儀表和過程控制系統(tǒng)三大方面的內(nèi)容，涉及電子、機(jī)械、大學(xué)物理、自動(dòng)控制原理等多門學(xué)科，是一門知識(shí)點(diǎn)多、涉及面廣、實(shí)踐性強(qiáng)、信息更新快的綜合性學(xué)科。

對(duì)于工藝類專業(yè)學(xué)生來說，缺少相應(yīng)的專業(yè)背景知識(shí)、學(xué)時(shí)短（根據(jù)不同專業(yè)，目前學(xué)時(shí)設(shè)置為48或32學(xué)時(shí)）；加之相應(yīng)控制系統(tǒng)部分概念抽象、知識(shí)聯(lián)系緊密、難于理解，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大。為此，我教研室專門利用LabVIEW研發(fā)了自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真軟件作為仿真教學(xué)資源使用。下面就該軟件的開發(fā)背景、功能和使用做逐一介紹。

1 自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真軟件的開發(fā)背景

1.1 《測(cè)量?jī)x表與自動(dòng)化》教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn) 目前我?！稖y(cè)量?jī)x表與自動(dòng)化》課程大綱明確要求學(xué)生掌握自動(dòng)化儀表的基本原理、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，為自控設(shè)計(jì)根據(jù)工藝條件選擇合適的儀表；除此之外，更強(qiáng)調(diào)掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念，能對(duì)工藝過程提出合理的檢測(cè)和控制方案。

筆者在教學(xué)當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，工藝類專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)過程測(cè)量?jī)x表部分，各種壓力、物位儀表雖然種類繁多，但相應(yīng)學(xué)時(shí)較長(zhǎng)，占到總學(xué)時(shí)一半左右；加之內(nèi)容直觀，通過圖片、實(shí)物、動(dòng)畫等方式，學(xué)生們可以理解掌握。但隨著課程內(nèi)容進(jìn)展到過程控制儀表部分，接觸到控制器、執(zhí)行器以后，一些抽象概念諸如控制點(diǎn)、控制規(guī)律、控制器正/反作用、調(diào)節(jié)閥氣開/氣關(guān)、PID算法等內(nèi)容逐漸讓學(xué)生感到吃力，且內(nèi)容相對(duì)較少，講解速度較快。而最后一部分過程控制系統(tǒng)中被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程、被控變量、操縱變量及控制器參數(shù)整定等概念也讓學(xué)生感覺枯燥單調(diào)，學(xué)習(xí)積極性不高，難以形成有關(guān)系統(tǒng)的概念。

這一點(diǎn)可從《測(cè)量?jī)x表與自動(dòng)化》期末考試及課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生由于不理解自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念，設(shè)計(jì)出來的控制方案東拼西湊，導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)文件完全錯(cuò)誤。

1.2 工程實(shí)踐中的重要性和實(shí)用性 關(guān)于過程控制系統(tǒng)基本概念的重要性，筆者還有過親身的體會(huì)。一次在某大型煉廠的催化裂化車間調(diào)研過程中，該車間的工藝技術(shù)骨干就急迫提出希望我們能夠給他仔細(xì)講解一下PID參數(shù)整定的內(nèi)容。這是因?yàn)樗庾R(shí)到自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)于裝置設(shè)備的平穩(wěn)、高效和安全的重要性，而對(duì)PID參數(shù)的認(rèn)識(shí)不夠使他不能大膽自信的在DCS工程師站整定PID參數(shù)。經(jīng)過兩個(gè)小時(shí)的講解，該工程師詳細(xì)做了筆記，并就相關(guān)概念提出了大量問題。

另一次參與某石化公司新項(xiàng)目裝置開工建設(shè)過程中，負(fù)責(zé)工藝的工程師需要給新上崗的操作工人培訓(xùn)裝置的控制方案。但拿到設(shè)計(jì)圖紙后，面對(duì)圖紙當(dāng)中的復(fù)雜控制系統(tǒng)，諸如分程控制、比值控制及選擇控制等尚不能充分理解，更何談培訓(xùn)上課。發(fā)愁之余，找到筆者幫忙。除了講解了上述復(fù)雜控制方案后，對(duì)方還索要《測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化》一書作為參考書使用。本課程內(nèi)容在工程實(shí)踐中重要性和實(shí)用性可見一斑。

1.3 其他院校的多媒體教學(xué)手段 近年來各高等院校不斷就《測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化》的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)模式等進(jìn)行著的討論、改革與探索[2-5]。上述文章當(dāng)中無一例外提到，這是一門專業(yè)理論知識(shí)與工程實(shí)踐結(jié)合非常緊密的課程，教學(xué)中應(yīng)摒棄單一的板書和PPT授課方式，而充分利用多媒體和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行儀表設(shè)備及自動(dòng)控制系統(tǒng)的演示。孫自強(qiáng)提出利用通用的工控組態(tài)軟件的演示版，可形象的模擬控制現(xiàn)場(chǎng)和控制室的操作[3]。曾珞亞等利用Matlab與VB混編來顯示過渡過程曲線和進(jìn)行控制器參數(shù)整定[4]；鄔勇奇等制作了Flash儀表動(dòng)畫[5]進(jìn)行演示，如電接點(diǎn)信號(hào)壓力表等10個(gè)儀表動(dòng)畫。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真軟件的基本功能

該仿真軟件選取液罐代表了生產(chǎn)過程中的物位對(duì)象。與直接使用實(shí)際裝置仿真軟件相比，可使學(xué)生避免花費(fèi)大量時(shí)間熟悉整套生產(chǎn)流程和繁復(fù)的組態(tài)軟件操作，而將注意力全部放在控制儀表與控制系統(tǒng)上。下面介紹軟件的基本功能。

2.1 手/自動(dòng)控制系統(tǒng)的對(duì)比 該軟件專門設(shè)計(jì)了手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的切換界面。手動(dòng)控制界面如圖1所示，僅有液罐（被控對(duì)象）、進(jìn)水手閥和出水手閥。界面上還顯示柱狀顯示水位設(shè)定值、實(shí)時(shí)液位實(shí)際值及設(shè)定值曲線顯示。操作者課根據(jù)實(shí)際水位（測(cè)量值）和理想水位（設(shè)定值）相比較的結(jié)果，決定開大或關(guān)小手閥閥位，從而調(diào)整液罐水位，模擬實(shí)際工況中的人工控制。手閥閥位的修改可以直接修改閥位文本框，或通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪實(shí)現(xiàn)。

自動(dòng)控制界面如圖2所示。與手動(dòng)控制界面相對(duì)比，自動(dòng)控制界面增加了液位傳感器、PID控制器、調(diào)節(jié)閥（由原手閥修改），與原液罐構(gòu)成一個(gè)完整的單回路控制系統(tǒng)。界面色彩鮮艷，各環(huán)節(jié)設(shè)備形象生動(dòng)，基本能夠達(dá)到真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)的使用感受。

2.2 測(cè)量傳感器的設(shè)計(jì) 該水箱液位傳感器模擬恒浮力液位計(jì)。浮球始終漂浮在液面上，隨著液面高低變化而變化。液罐下方增設(shè)了液位計(jì)的儀表表頭。此外，測(cè)量值采用紅色細(xì)信號(hào)箭頭線（區(qū)別與藍(lán)色的粗管道線）送給控制器，表明了儀表之間的邏輯關(guān)系。

2.3 控制器的基本功能 控制器面板如圖2自動(dòng)控制界面左側(cè)所示。該控制器模擬實(shí)際單臺(tái)數(shù)字調(diào)節(jié)器（如DRC-97智能記錄調(diào)節(jié)儀），實(shí)現(xiàn)了控制器的基本功能。

2.3.1 顯示功能及控制運(yùn)算 控制器面板上顯示偏差（比較器）、輸出（運(yùn)算器）、給定值（水位給定）及PID參數(shù)等。PID參數(shù)可以根據(jù)用戶需要實(shí)時(shí)交互式修改。

在自動(dòng)狀態(tài)下，根據(jù)水位給定和水位測(cè)量值得到偏差e，控制器將按照PID算法給出輸出操縱值（MV，Manipulated Value）信號(hào)。值得注意的是，控制器的設(shè)定值與測(cè)量值通過采用紅色細(xì)信號(hào)箭頭線送給比較器，而比較器得出的偏差e送給運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算。同時(shí)該操縱值信號(hào)同樣用紅色細(xì)信號(hào)箭頭線傳送到調(diào)節(jié)閥上，表明了信號(hào)之間的基本關(guān)系。

2.3.2 控制器的正、反作用選擇 控制器下方的兩個(gè)選擇按鈕分別是正作用和反作用。選擇正作用時(shí)，控制器的測(cè)量信號(hào)增大（或給定信號(hào)減?。r(shí)，其輸出信號(hào)隨之增大；反作用則當(dāng)調(diào)節(jié)器的測(cè)量信號(hào)增大（或給定信號(hào)減?。r(shí)，其輸出信號(hào)隨之減小。這是控制器構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)的必備功能之一。

2.3.3 手動(dòng)/自動(dòng)切換 控制器具備手動(dòng)/自動(dòng)切換功能。選擇自動(dòng)時(shí)，紅燈亮且功能面板顯示“自動(dòng)”字樣。此時(shí)，控制器輸出根據(jù)控制規(guī)律隨偏差變化而變化；選擇手動(dòng)時(shí)，綠燈亮且功能面板顯示“手動(dòng)”字樣。此時(shí)控制器輸出與偏差無關(guān)，控制規(guī)律無效直接由手操縱控制器輸出，類似于直接手調(diào)閥門開度。

控制器還具備實(shí)現(xiàn)手/自動(dòng)雙向無擾動(dòng)無平衡切換功能。在手動(dòng)狀態(tài)下，此時(shí)設(shè)定值（水位給定）不能由操作者輸入運(yùn)算器文本框改變，而是跟隨測(cè)量值的變化而變化，始終保持偏差為零，即控制器PID算法輸出增量為零。所以切換至自動(dòng)瞬間，控制器輸出無跳變；在自動(dòng)狀態(tài)下，控制器的設(shè)定值可以通過改變水位給定文本框或柱狀顯示來改變，此時(shí)輸出不能通過文本框改變。切換至手動(dòng)的瞬間，控制器輸出無跳變。該控制器具備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)/手動(dòng)無擾動(dòng)無平衡切換功能。

2.3.4 調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)及氣開/氣關(guān)選擇 執(zhí)行器模擬最常見的薄膜式氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥有氣開式與氣關(guān)式兩種形式。軟件中所設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)閥，若選為氣閥，運(yùn)算器輸出為0%，閥門全關(guān)閉，運(yùn)算器輸出為100%，閥門全打開。

2.5 系統(tǒng)過渡過程的顯示與保存 為了說明控制系統(tǒng)的工作機(jī)理，實(shí)時(shí)曲線顯示是必不可少的。界面右側(cè)的繪圖窗口可實(shí)時(shí)顯示水位測(cè)量值、設(shè)定值及操縱值?？筛鶕?jù)需要任意改變曲線的顏色和寬度。需保存某曲線畫面時(shí)，右鍵導(dǎo)出簡(jiǎn)化圖形即可。圖3衰減震蕩過程的簡(jiǎn)化圖形。

3 仿真軟件應(yīng)用舉例

下面以2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)為例，介紹該仿真軟件的使用。提前下發(fā)電子版實(shí)驗(yàn)講義及軟件說明書，供學(xué)生預(yù)習(xí)及在實(shí)驗(yàn)上機(jī)過程中參看。

3.1 熟悉軟件的基本操作（10分鐘）。首先，引導(dǎo)學(xué)生觀察手動(dòng)控制界面與自動(dòng)控制界面的區(qū)別?？偨Y(jié)一個(gè)完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)包含哪幾部分？該水箱液位控制系統(tǒng)當(dāng)中的被控變量和操縱變量分別是什么？并要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中畫出該控制系統(tǒng)的方框圖。

3.2 對(duì)象特性測(cè)試（10分鐘）。利用測(cè)試法建立被控對(duì)象模型，并將測(cè)試曲線圖進(jìn)行保存。根據(jù)測(cè)試曲線確定對(duì)象的放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)及純滯后時(shí)間。

3.3 調(diào)節(jié)閥氣開/氣關(guān)及控制器正/反作用的選擇（10分鐘）。給出工藝安全生產(chǎn)的條件，液罐水位系統(tǒng)中要求液位不能溢出。請(qǐng)學(xué)生選擇調(diào)節(jié)閥氣開/氣關(guān)形式及控制器正/反作用。觀察若選擇不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果。

3.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)投運(yùn)（10分鐘）。復(fù)習(xí)自動(dòng)控制系統(tǒng)投運(yùn)的基本步驟，將手動(dòng)狀態(tài)調(diào)到穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行投運(yùn)。觀察投運(yùn)過程中控制器的無擾動(dòng)無平衡切換現(xiàn)象。

3.5 控制器參數(shù)的工程整定（40分鐘）。

3.5.1 純比例（P）控制作用下的過渡過程測(cè)試 保持出水閥50%不變。將控制系統(tǒng)投運(yùn)，設(shè)置PID參數(shù)（Ti>5000s，Td=0s），Kc分別等于1，5，20時(shí)，設(shè)定值從50%變化到60%時(shí)，得到的過渡過程曲線。將曲線畫面保存并進(jìn)行對(duì)比，說明Kc的變化對(duì)過渡過程的影響。

改變出水閥的閥位（相當(dāng)于改變對(duì)象特性）至80%，重復(fù)上述步驟，觀察曲線的變化。

3.5.2 比例積分（PI）作用下的過渡過程測(cè)試 保持出水閥50%不變。將控制系統(tǒng)投運(yùn)，設(shè)置PID參數(shù)（Kc=3，Td=0s），Ti依次設(shè)置為4，10，20。說明Ti的變化對(duì)過渡過程的影響。改變對(duì)象特性（同3.5.1）后重復(fù)本步驟。

3.5.3 比例積分微分（PID）作用下的過渡過程測(cè)試

保持出水閥50%不變。將控制系統(tǒng)投運(yùn)，設(shè)置PID參數(shù)（Kc=3，Ti=10s），Td依次設(shè)置為0，2，10，20。說明Td的變化對(duì)過渡過程的影響。改變對(duì)象特性（同3.5.1）后重復(fù)本步驟。

3.6 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、圖表，回答思考題（20分鐘）。

4 結(jié)語

本文介紹了由我教研室自主開發(fā)的自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真軟件的基本功能和使用。通過該仿真軟件的應(yīng)用，解決了《測(cè)量?jī)x表及自動(dòng)化》課程中實(shí)驗(yàn)設(shè)備短缺、教學(xué)手段單一的問題。該教學(xué)資源對(duì)于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，研究和掌握課程的重點(diǎn)及難點(diǎn)，培養(yǎng)工程實(shí)踐概念都具有重要意義。

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