过程自动化及仪表_1_自动控制系统概述

1、学习这门课的重要性：学习这门课的重要性：自动控制系统在化工、生工、食品等轻工行业的 应用十分普遍，比如：石油、化肥、印染、造纸、 制药、发酵、食品等生产过程，为了保证我们产 品的质量和生产的安全进行，生产过程中各参数 的控制都离不开我们的仪表和自动控制系统。我们的工艺人员也应该了解所用的控制系统，以 及各控制系统的特性才能设计出合理、安全、高 效的生产工艺。 课程特点：课程特点：课程内容涵面广课程内容涵面广自动控制原理检测技术控制仪表及装置过程计算机控制生产过程控制（集散控制系统）内容以叙述性为主，理论推导较少内容以叙述性为主，理论推导较少（本课程对非自动化工科专业的要求，带着几（本课程对非自

2、动化工科专业的要求，带着几个问题学习）个问题学习）化工自动化及仪表化工自动化及仪表 杨丽明杨丽明 张光新张光新 化学工业出版社化学工业出版社化工仪表及自动化例题习题集化工仪表及自动化例题习题集 厉玉鸣厉玉鸣 化学工业出版社化学工业出版社工业过程仪表与控制 陈诗涛 轻工业出版社 自动控制原理自动控制原理 李友善李友善 国防工业出版社国防工业出版社 化工测量仪表 盛克仁 化学工业出版社控制仪表及装置控制仪表及装置 吴勤勤吴勤勤 化学工业出版社化学工业出版社控制仪表与装置 向婉成 机械工业出版社化工过程控制工程化工过程控制工程 王骥程王骥程 化学工业出版社化学工业出版社过程控制工程 邵裕森 机械工业

3、出版社计算机过程控制系统计算机过程控制系统 刘宝坤刘宝坤 机械工业出版社机械工业出版社参考文献参考文献第第1 1章章 自动控制系统概述自动控制系统概述本章的主要内容：本章的主要内容：1.1 1.1 自动化及仪表发展概述自动化及仪表发展概述1.2 1.2 自动控制系统自动控制系统1.3 1.3 控制系统过渡过程及品质指标控制系统过渡过程及品质指标什么是自动化？什么是自动化？图图1-1 (a)1-1 (a)手动控制手动控制 ( (b)b)自动控制自动控制 自动化自动化，是指机器或装置在无人干预的情况下按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。规定的程序或指令自动地进

4、行操作或运行。自动控制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。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。两者既有联系，但也有一定的区别。自动化自动化主要研究主要研究的是人造系统的控制问题，的是人造系统的控制问题，自动控制自动控制则除了上述研究则除了上述研究外，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。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

5、动控制，通常是指工程系统的控制，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。在这个意义上自动化和自动控制是相近的。 控制和自动化的概念控制和自动化的概念我国古代自动装置我国古代自动装置 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：生产、生活和作战的需要。其中比较著名有下述的几种： (1) (1) 指南车指南车 (2) (2) 铜壶滴漏铜壶滴漏 (3) (3) 浮子式阀门浮子式阀门 (4) (4) 饮酒速度的自动调节饮酒速度的自动调节(5) (5) 计里鼓车计

6、里鼓车 (6) (6) 漏水转浑天仪漏水转浑天仪 (7) (7) 候风地动仪候风地动仪(8) (8) 水运仪象台水运仪象台 （1）指南车指南车是中国古代用来指示方向的一种具有是中国古代用来指示方向的一种具有能自动离合的齿轮系装置的车辆。能自动离合的齿轮系装置的车辆。 指南车指南车是一种马拉的是一种马拉的双轮独辕车双轮独辕车，车箱上立一个，车箱上立一个伸臂的木人。车箱内装有能自动离合的齿轮系。当车伸臂的木人。车箱内装有能自动离合的齿轮系。当车子转弯偏离正南方向时车辕前端就顺此方向移动，而子转弯偏离正南方向时车辕前端就顺此方向移动，而后端则向反方向移动，并将传动齿轮放落，使车轮的后端则向反方向移动

7、，并将传动齿轮放落，使车轮的传动带动木人下的大齿轮向相反方向转动，恰好传动带动木人下的大齿轮向相反方向转动，恰好抵消抵消车子转弯产生的影响（图车子转弯产生的影响（图1-2）齿轮系齿轮系车身车身木人木人方向方向车辆车辆转弯转弯图图1-2 1-2 指南车方框图指南车方框图图图1-3 1-3 指指 南南 车车 复复 原原 模模 型型图图1-4 1-4 指南车指南车 原理原理 （2 2）铜壶滴漏铜壶滴漏 中国古代的自动中国古代的自动计时计时（测量时（测量时间）间）装置装置，又称刻漏或漏刻。，又称刻漏或漏刻。 这种计时装置最初只这种计时装置最初只有两个壶，由上壶滴水有两个壶，由上壶滴水到下面的受水壶，液

8、面到下面的受水壶，液面使浮箭升起以示刻度使浮箭升起以示刻度（即时间）（图（即时间）（图1-51-5）。）。保持上壶的保持上壶的水位恒定水位恒定是是滴漏计时准确的关键。滴漏计时准确的关键。这个问题后来是用互相这个问题后来是用互相衔接的多极（衔接的多极（3-53-5极）水极）水壶来解决的。壶来解决的。 图图1-5 1-5 两壶滴漏两壶滴漏 根据宋朝杨军的六经图根据宋朝杨军的六经图（公元（公元11551155）转述：）转述：莲华漏莲华漏（图（图1-61-6）由）由4 4个壶组成。天地个壶组成。天地壶、平水壶逐级向平水小壶供壶、平水壶逐级向平水小壶供水。平水小壶上有溢水口，可水。平水小壶上有溢水口，可

9、使多余的水泄入减水桶以保持使多余的水泄入减水桶以保持水面恒定。在莲华漏中还采用水面恒定。在莲华漏中还采用一个一个浮子式阀门浮子式阀门作为自动切断作为自动切断阀。当受水壶的水位升至满刻阀。当受水壶的水位升至满刻度时，浮子式阀门就会自动阻度时，浮子式阀门就会自动阻塞上级平水壶的出水小孔，切塞上级平水壶的出水小孔，切断水滴（见图断水滴（见图1-61-6上平水壶前上平水壶前的一个的一个小鸟小鸟式装置）。式装置）。 图图1-6 41-6 4壶滴漏壶滴漏（3）饮酒速度自动调节 图图1-7 1-7 饮酒速度自动调节饮酒速度自动调节 （4）计里鼓车 图图1-81-8 计里鼓车复原模型及原理计里鼓车复原模型及原

10、理 （5 5）漏水转浑天仪）漏水转浑天仪 公元公元2 2世纪，中国东世纪，中国东汉的天文学家张衡创制的汉的天文学家张衡创制的一种天文表演仪器。它是一种天文表演仪器。它是一种用漏水推动的水运浑一种用漏水推动的水运浑象，和现在的天球仪相似象，和现在的天球仪相似，可以用来实现天体运行，可以用来实现天体运行的自动的自动仿真仿真。 图图1-9 1-9 张衡水力天文仪器中齿轮系推想图张衡水力天文仪器中齿轮系推想图 简称浑天仪。为东汉科学家张衡创制的一件天文仪器。是一种水运浑象。用一个直径四尺多的铜球，球上刻有二十八宿、中外星官以及黄赤道、南北极、二十四节气、恒显圈、恒隐圈等，成一浑象，再用一套转动机械，把

11、浑象和漏壶结合起来。以漏壶流水控制浑象，使它与天球同步转动，以显示星空的周日视运动，如恒星的出没和中天等。它还有一个附属机构即瑞轮冥菜，是一种机械日历，由传动装置和浑象相连，从每月初一起，每天生一叶片；月半后每天落一叶片。它所用的两级漏壶是现今所知最早的关于两级漏壶的记载。漏水转浑天仪对中国后来的天文仪器影响很大，唐宋以来就在它的基础上发展出更复杂更完善的天象表演仪器和天文钟。（6） 候风地动仪图图图1-10 1-10 候风地动仪图候风地动仪图( (复原模型复原模型) )及剖面图及剖面图 （7 7）水运仪象台）水运仪象台 公元公元10881088年，中国苏颂等人把浑仪（天年，中国苏颂等人把浑仪

12、（天文观测仪器）、浑象（天文表演仪器）和自文观测仪器）、浑象（天文表演仪器）和自动计时装置结合在一起建成了水运仪象台。动计时装置结合在一起建成了水运仪象台。 （7 7）水运仪象台）水运仪象台图图1-11 1-11 水运仪象台水运仪象台 图1-12 水运仪象台枢轮和天衡装置示意图自动装置的出现和应用（18世纪以前） “自动控制自动控制”作为一种技术掌握在发明家的手中作为一种技术掌握在发明家的手中 中国和巴比伦出现了自动计时装置中国和巴比伦出现了自动计时装置刻漏、指南车、刻漏、指南车、水运仪象台等。公元水运仪象台等。公元1 1世纪古埃及和希腊的发明家也创造世纪古埃及和希腊的发明家也创造了教堂庙门自

13、动开启、铜祭司自动洒圣水、投币式圣水箱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。等自动装置。 中国天文学家张衡（公元中国天文学家张衡（公元78-13978-139）曾经发明了对天体）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。公元地动仪。公元10881088年，中国苏颂等人把浑仪（天文观测仪年，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。建成了水运仪象台。 (1) (1) 古代自动装置古代自动

14、装置 (2) (2) 近代自动装近代自动装置置 1717世纪以来，随着生产的发展，在欧洲的一些世纪以来，随着生产的发展，在欧洲的一些国家相继出现了多种自动装置，其中比较典型的有：国家相继出现了多种自动装置，其中比较典型的有：法国物理学家法国物理学家B.B.帕斯卡（帕斯卡（PascalPascal）在公元在公元16421642年发年发明的加法器；荷兰机械师明的加法器；荷兰机械师C.C.惠更斯（惠更斯（HuygensHuygens）于于公元公元16571657年发明钟表；英国机械师年发明钟表；英国机械师E.E.李（李（LeeLee）在在公元公元17451745年发明带有风向控制的风磨；俄国机械师年

15、发明带有风向控制的风磨；俄国机械师.波尔祖诺夫（波尔祖诺夫（）于公元于公元17651765年发明为蒸汽锅炉水位保持恒定用的年发明为蒸汽锅炉水位保持恒定用的浮子式阀浮子式阀门水位调节器门水位调节器。 自动化技术形成时期（自动化技术形成时期（1818世纪末至世纪末至2020世纪世纪3030年代）年代） 公元公元17881788年年 J.J.瓦特将离心式调速器与蒸汽机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的阀门连接起来，构成蒸汽机转速的闭环自动调速系统。速系统。图图1-13 1-13 蒸汽机转速的闭环自动调速系统蒸汽机转速的闭环自动调速系统1.1 1.1 自动化及仪表发

16、展概述自动化及仪表发展概述 控制理论的发展控制理论的发展 （1 1）经典控制论经典控制论(SI/SO (SI/SO 成果成果PID)PID) （2 2）现代控制论）现代控制论( (航天、航空、制导航天、航空、制导) ) （3 3）大系统理论）大系统理论 （4 4）智能控制）智能控制智能化的仪表智能化的仪表YS-80YS-80及所属的可编程序智能控及所属的可编程序智能控制器制器SLPCSLPC 图图1-14 1-14 智能化仪表智能化仪表 过程控制系统特点过程控制系统特点生产过程的连续性 在过程控制系统中，大多数被 控过程都是以长期的或间歇形 式运行，在密闭的设备中被控 变量不断的受到各种扰动的

17、影响被控过程的复杂性 过程控制涉及范围广，被控对 象较复杂控制方案的多样性 过程控制系统的控制方案非常 丰富 控制系统结构（实现方式）控制系统结构（实现方式）控制系统结构经历了四个阶段：控制系统结构经历了四个阶段： (1)(1)基地式控制器的控制系统（基地式控制器的控制系统（19501950） (2)(2)单元组合仪表的控制系统（单元组合仪表的控制系统（19601960） (3)(3)计算机控制系统（计算机控制系统（19701970） (4)(4)集散控制系统集散控制系统DCSDCS（19801980）目前：目前： 现场总线控制系统现场总线控制系统 综合自动化系统综合自动化系统当前自动控制系统

18、发展的一些主要特点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过程优化受到普遍关注传统的传统的DCSDCS在走向国际统一标准的开放式系统在走向国际统一标准的开放式系统综合自动化系统（综合自动化系统（CIPSCIPS）是发展方向是发展方向 综合自动化 图图1-15 1-15 无人加工车间无人加工车间 图图 1-16 1-16 图图1-17 自动化技术的应用范畴自动化技术的应用范畴 宇航方面宇航方面：同步卫星（随动控制系统）卫星的发射与回收 （神州5号飞船，航天飞机）自动关机、点火系统军事方面军事方面：火炮自动点火、巡

19、航导弹其他方面其他方面：农业（病虫害防治、专家系统）社会科学（计划 生育，人口增长模型）现代管理现代管理：办公自动化工业生产工业生产：自动车床、加热炉、发酵罐、食品加工、罐装1.2 1.2 自动控制系统自动控制系统手动控制的步骤：手动控制的步骤：(1)观察液位数值；观察液位数值；(2)把观察到的实际数值把观察到的实际数值与设定值加以比较，根与设定值加以比较，根据偏差的大小及变化情据偏差的大小及变化情况做出判断，并发布命况做出判断，并发布命令。令。(3)根据命令操作给水阀，根据命令操作给水阀，使液位回到设定值。使液位回到设定值。蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水图图1-1 锅炉汽包示意图锅炉汽

20、包示意图动画1.2.11.2.1自动控制系统自动控制的必要性自动控制系统自动控制的必要性 LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水 锅炉汽包自动控制系统示意图锅炉汽包自动控制系统示意图 T 被加热原料 TT TC 燃料油 出口温度 加热炉的温度控制系统加热炉的温度控制系统动画 LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水 锅炉汽包自动控制系统示意图锅炉汽包自动控制系统示意图术语术语被控过程（被控对被控过程（被控对象象）：自动控制系统中，自动控制系统中，工艺参数需要控制工艺参数需要控制的生产过程、设备的生产过程、设备或机器。或机器。被控变量：被控变量：被控过程内要求保被控过程内要求保

21、持设定值的工艺参持设定值的工艺参数数被控过程：被控过程：汽包汽包被控变量：被控变量：汽包液位汽包液位动画操纵变量：操纵变量：受控制器操纵的用受控制器操纵的用以克服干扰的影响，以克服干扰的影响，使被控变量保持设使被控变量保持设定值的物料量或能定值的物料量或能量。量。扰动：扰动：除操纵变量外，作除操纵变量外，作用于被控过程并引用于被控过程并引起被控变量变化的起被控变量变化的因素。因素。操纵变量：操纵变量：水的流量水的流量扰动：扰动：水压力、蒸汽压力水压力、蒸汽压力 LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水 锅炉汽包自动控制系统示意图锅炉汽包自动控制系统示意图动画设定值：设定值：工艺参工艺参

22、数所要求保持的数所要求保持的数值数值偏差：偏差：被控变量被控变量设定值与实际值设定值与实际值之差之差负反馈：负反馈：将被控将被控变量送回输入端变量送回输入端并与输入变量相并与输入变量相减减 LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水 锅炉汽包自动控制系统示意图锅炉汽包自动控制系统示意图动画 T 被加热原料 TT TC 燃料油 出口温度 加热炉的温度控制系统加热炉的温度控制系统被控过程被控过程：加热炉加热炉被控变量：被控变量：物料出口温度物料出口温度操纵变量：操纵变量：燃料油流量燃料油流量扰动：扰动：被加热原料油温度、燃料油热值等被加热原料油温度、燃料油热值等动画1.2.2 1.2.2 闭

23、环控制与开环控制闭环控制与开环控制 闭环控制：闭环控制： 在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设定值进行比较，根据偏差进行控制被控变量，这样，定值进行比较，根据偏差进行控制被控变量，这样，整个系统构成了一个闭环。整个系统构成了一个闭环。闭环控制的特点（优点）：闭环控制的特点（优点）：按偏差进行控制，使偏按偏差进行控制，使偏差减小或消除，达到被控变量与设定值一致的目的。差减小或消除，达到被控变量与设定值一致的目的。 闭环控制的缺点：闭环控制的缺点：控制不够及时；如果系统内部各控制不够及时；如果系统内部各环节配合不当，系统会引起剧烈震荡，甚至会使系统环

24、节配合不当，系统会引起剧烈震荡，甚至会使系统失去控制。失去控制。 LT LC 蒸蒸汽汽汽汽包包省煤省煤器器给给水水 开环控制：开环控制： 开环控制的特点（优点）：开环控制的特点（优点）：不需要对被控变量进不需要对被控变量进 行测量，只根据输入信号进行控制，行测量，只根据输入信号进行控制，控制很及时。控制很及时。开环控制的缺点：开环控制的缺点：由于不测量被控变量，也不与由于不测量被控变量，也不与设定值相比较，所以系统受到扰动作用后，被控变设定值相比较，所以系统受到扰动作用后，被控变量偏离设定值，并无法消除偏差，这是开环控制的量偏离设定值，并无法消除偏差，这是开环控制的缺点缺点。 1Ff FT L

25、T FdC 蒸蒸汽汽汽汽包包省煤省煤器器给给水水 开环的液位控制系统开环的液位控制系统 （按扰动控制，又称前馈控制）（按扰动控制，又称前馈控制）开环控制举例开环控制举例1Ff FT LT FdC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水 LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水 锅炉汽包自动控制系统示意图锅炉汽包自动控制系统示意图1.2.3 1.2.3 自动控制系统的组成及方框图自动控制系统的组成及方框图 在研究自动控制系统时，为了更清楚的表示控制在研究自动控制系统时，为了更清楚的表示控制系统各环节的组成、特性和相互间的信号联系，一般系统各环节的组成、特性和相互间的信号联系，一般都采用方框

26、图。每个方框表示组成系统的一个都采用方框图。每个方框表示组成系统的一个环节环节，两个方框之间用带箭头的线段表示两个方框之间用带箭头的线段表示信号信号联系；进入方联系；进入方框的信号为框的信号为环节输入，环节输入，离开方框的为离开方框的为环节输出。环节输出。控制装置执行器过程检测元件、变送器r(t)比较机构-e(t)u(t)q(t)y(t)f(t)c(t)扰动广义对象被控变量测量值控制器设定值闭环控制系统组成闭环控制系统组成动画方框图方框图 LT LC 蒸蒸汽汽汽汽包包省省煤煤器器给给水水 检测元件和变送器检测元件和变送器的作用是把被控变量的作用是把被控变量 c(t c(t) )转化为测量值转化

27、为测量值y(t)y(t)。比较机构比较机构的作用是比较设定值的作用是比较设定值r(t)r(t)与测量值与测量值y(t)y(t)并输并输 出其差值。出其差值。控制装置控制装置的作用是根据偏差的正负、大小及变化情况，的作用是根据偏差的正负、大小及变化情况，按某种预定的控制规律给出控制作用按某种预定的控制规律给出控制作用u(t)u(t)。比较机构比较机构和控制装置通常组合在一起，称为控制器。和控制装置通常组合在一起，称为控制器。执行器执行器的作用是接受控制器送来的的作用是接受控制器送来的u(t)u(t)，相应地去改相应地去改变操纵变量变操纵变量q(t)q(t)。系统中控制器以外的各部分组合在一起，即

28、系统中控制器以外的各部分组合在一起，即过程、执过程、执行器、检测元件与变送器行器、检测元件与变送器的组合称为的组合称为广义对象广义对象。 控制装置执行器过程检测元件、变送器r(t)比较机构-e(t)u(t)q(t)y(t)f(t)c(t)扰动广义对象被控变量测量值控制器设定值 LT LC 蒸蒸汽汽汽汽包包省省煤煤器器给给水水 控制装置执行器过程检测元件、变送器r(t)比较机构-e(t)u(t)q(t)y(t)f(t)c(t)扰动广义对象被控变量测量值控制器设定值闭环闭环控制控制系统系统组成组成在分析控制系统的工作过程时，有几个很重要的概念：在分析控制系统的工作过程时，有几个很重要的概念：（1

29、1）信息：）信息：图中的图中的r(t)r(t)、y(t)y(t)、e(te(t) )等尽管是实际等尽管是实际的物理量，但它们是作为信息来转换和作用的。图中的物理量，但它们是作为信息来转换和作用的。图中的每一部分称为一个环节，作用于它的信息称为该环的每一部分称为一个环节，作用于它的信息称为该环节的输入信号，它送出的信息称为输出信号。前一环节的输入信号，它送出的信息称为输出信号。前一环节的输出就是后一环节的输入信号。每一环节的输出节的输出就是后一环节的输入信号。每一环节的输出信号与输入信号之间的关系仅仅取决于该环节的特性。信号与输入信号之间的关系仅仅取决于该环节的特性。动画从整个系统来看，输入信号

30、：设定值和扰动从整个系统来看，输入信号：设定值和扰动 输出信号：被控变量或其测量值输出信号：被控变量或其测量值（2 2）闭环：）闭环：按信息的流向来说按信息的流向来说（3 3）动态：）动态：物理量是时间的函数、是不断变化的。物理量是时间的函数、是不断变化的。扰动作用使被控变量偏离设定值，控制作用又使它回扰动作用使被控变量偏离设定值，控制作用又使它回到设定值。到设定值。 控制装置执行器过程检测元件、变送器r(t)比较机构-e(t)u(t)q(t)y(t)f(t)c(t)扰动广义对象被控变量测量值控制器设定值闭环闭环控制控制系统系统组成组成动画绘制方框图注意事项绘制方框图注意事项通过测量变送装置将

31、被控变量的测量值送回到系统的输入端方框图采用符号说明：方框图采用符号说明：r(t) 设定值设定值y(t) 测量值测量值e(t) 偏差偏差，e(t)=r(t)-y(t)u(t) 控制作用（控制器输出）控制作用（控制器输出）c(t) 被控变量被控变量q(t) 操纵变量操纵变量f(t) 扰动扰动脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例左图是乙烯生产过左图是乙烯生产过程中脱乙烷塔的工程中脱乙烷塔的工艺管道及控制流程艺管道及控制流程图图 举例举例1.2.4 1.2.4 自动控制系统的表示形式自动控制系统的表示形式( (工艺管道流程图工艺管道流程图) )（1 1）图形符号）图形

32、符号 测量点（包括检出元件、取样点）测量点（包括检出元件、取样点） 检试点是由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪检试点是由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪表圆圈的连接线的起点，一般无特定的图形符号，表圆圈的连接线的起点，一般无特定的图形符号，如下图所示。必要时，检测元件也可以用象形或图如下图所示。必要时，检测元件也可以用象形或图形符号表示。形符号表示。测试点的一般表示方法测试点的一般表示方法连接线连接线 通用的仪表信号线和能源线的符号是细实线。连接线表示通用的仪表信号线和能源线的符号是细实线。连接线表示相连及交叉时，可采用图（相连及交叉时，可采用图（a a）（）（b b）形式。在复杂系统中，形式。在

33、复杂系统中，当有必要表明信息流动方向时，应在信号线符号上加箭头当有必要表明信息流动方向时，应在信号线符号上加箭头, ,如如图图(c)(c)所示。所示。 (a) (b) (c)仪表（包括检测、显示、控制）的图形符号仪表（包括检测、显示、控制）的图形符号 仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约10mm10mm，对于不同的仪表安装位置的图形符号如下表所示。对于不同的仪表安装位置的图形符号如下表所示。 37序序号号安装位安装位置置图形符号图形符号备注备注序序号号安装位置安装位置图形符图形符号号备注备注1 1就地安就地安装仪表装仪表嵌在管道嵌在管道中中4 4集中仪表

34、集中仪表盘后安装盘后安装仪表仪表2 2集中仪集中仪表盘面表盘面安装仪安装仪表表 5 5就地仪表就地仪表盘面安装盘面安装仪表仪表3 3就地仪就地仪表盘面表盘面安装仪安装仪表表仪表安装位置的图形符号表示仪表安装位置的图形符号表示（2 2）字母代号）字母代号 在控制流程图中，用来表示仪表的小圆圈的上在控制流程图中，用来表示仪表的小圆圈的上半圆内，一般写有两位（或两位以上）字母，第一半圆内，一般写有两位（或两位以上）字母，第一位字母表示被测变量，后继字母表示仪表的功能，位字母表示被测变量，后继字母表示仪表的功能，常用字母代号见下表。常用字母代号见下表。字母字母第一位字母第一位字母后继字母后继字母被测变

35、量被测变量修饰词修饰词功能功能A AC CD DE EF FI IKKL LMMP PQQR RS ST TV VWWY YZ Z分析分析电导率电导率密度密度电压电压流量流量电流电流时间或时间程序时间或时间程序物位物位水分或湿度水分或湿度压力或真空压力或真空数量或件数数量或件数放射性放射性速度或频率速度或频率温度温度黏度黏度力力供选用供选用位置位置差差比（分数）比（分数）积分、累积积分、累积安全安全报警报警控制（调节）控制（调节）检测元件检测元件指示指示自动自动- -手动操作器手动操作器积分、累积积分、累积记录或打印记录或打印开关、联锁开关、联锁传送传送阀、挡板、百叶窗阀、挡板、百叶窗套管套管

36、继动器或计算器继动器或计算器驱动、执行或未分类的终端执行机构驱动、执行或未分类的终端执行机构被测变量和仪表功能的字母代号被测变量和仪表功能的字母代号举例举例以脱乙烷塔控制流程图，以脱乙烷塔控制流程图，来说明如何以字母代号来说明如何以字母代号的组合来表示被测变量的组合来表示被测变量和仪表功能。和仪表功能。 塔顶的压力控制系统塔顶的压力控制系统中的中的PIC-207PIC-207，其中第一位字其中第一位字母母P P表示被测变量为压力，第二位字母表示被测变量为压力，第二位字母I I表示具有指示功表示具有指示功能，第三位字母能，第三位字母C C表示具有控制功能，因此，表示具有控制功能，因此，PICPI

37、C的组合的组合就表示一台具有指示功能的压力控制器。该控制系统是就表示一台具有指示功能的压力控制器。该控制系统是通过改变气相采出量来维持塔压稳定的。通过改变气相采出量来维持塔压稳定的。 回流罐液位控制系统回流罐液位控制系统中的中的LIC-201是一台具有指示功能是一台具有指示功能的液位控制器，它是通过改变的液位控制器，它是通过改变进入冷凝器的冷剂量来维持回进入冷凝器的冷剂量来维持回流罐中液位稳定的。流罐中液位稳定的。 塔底的液位控制系统塔底的液位控制系统中的中的LICA-202代表一台具有代表一台具有指示、报警功能的液位控制器，它是通过改变塔底采出指示、报警功能的液位控制器，它是通过改变塔底采出

38、量来维持塔釜液位稳定的。量来维持塔釜液位稳定的。 塔下部的温度控制系统塔下部的温度控制系统中的中的TRC-210表示一台具有表示一台具有记录功能的温度控制器，它是通过改变进入再沸器的加记录功能的温度控制器，它是通过改变进入再沸器的加热蒸汽量来维持塔底温度恒定的。热蒸汽量来维持塔底温度恒定的。 （3 3）仪表位号）仪表位号 仪表位号仪表位号是由字母代号组合和阿拉伯数字编号两部分组成。阿拉伯数字编号写在圆圈的下半部，其第一位数字表示工段号，后续数字（二位或三位数字）表示仪表序号。 举例举例脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图中脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图中PI-206表示测表示测量点在加热蒸汽管线上的

39、蒸汽压力指示仪表，该仪量点在加热蒸汽管线上的蒸汽压力指示仪表，该仪表为就地安装，工段号为表为就地安装，工段号为2，仪表序号为，仪表序号为06。 1.2.1.2.5 5 自动控制系统的分类自动控制系统的分类 根据设定值分为定值控制系统，随动控制系统和程序控制系统。定值控制系统 特点：设定值是固定不变的闭环控制（反馈）系统 称为定值控制系统。 作用：克服扰动的影响，使被控变量保持在工艺要 求的数值上随动控制系统随动控制系统 特点：设定值是变化的，并且事先不知道的闭 环控制系统，并要求系统的输出（被控 变量）随之而变化。 放大器被测电压ut可逆电机指示记录仪滑线电阻Eup作用：以一定的精度跟随设定值

40、的变化而变化自动平衡电位差计的方框图 程序控制系统程序控制系统特点：设定值也是变化的，但它是一个已知的时间 函数，即根据需要按一定时间程序变化 程序控制系统可以看成是随动控制系统的特殊情况，其分析研究方法与随动控制系统相同。作用：以一定的精度跟随设定值的变化而变化1.31.3自动控制系统的过渡过程及品质指标自动控制系统的过渡过程及品质指标1.3.11.3.1静态与动态静态与动态控制系统的输入控制系统的输入：有设定作用和扰动作用。有设定作用和扰动作用。 输出：被控变量输出：被控变量静态（定态）静态（定态）：当输入恒定不变时，整个系统若能建：当输入恒定不变时，整个系统若能建立平衡，系统中各个环节将

41、暂不动作，它们的输出都立平衡，系统中各个环节将暂不动作，它们的输出都处于相对静止状态。此时输入与输出之间的关系称为处于相对静止状态。此时输入与输出之间的关系称为系统的静态。系统的静态。环节环节的静态特性的静态特性动态：动态：由于输入的变化，输出随时间变化，其间的关由于输入的变化，输出随时间变化，其间的关系称为系统的动态特性。也就是说，从输入开始，经系称为系统的动态特性。也就是说，从输入开始，经过控制直到再建立静态，在这段时间中，整个系统的过控制直到再建立静态，在这段时间中，整个系统的各个环节和变量都处于变化的过程之中，这种状态称各个环节和变量都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。为动态。环节

42、环节的动态特性的动态特性1.3.21.3.2自动控制系统的过渡过程自动控制系统的过渡过程 当自动控制系统的输入发生变化后，被控变量当自动控制系统的输入发生变化后，被控变量（即输出）随时间不断变化，它随时间而变化的过（即输出）随时间不断变化，它随时间而变化的过程程称为系统的过渡过程。称为系统的过渡过程。也就是系统从一个平衡状也就是系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。态过渡到另一个平衡状态的过程。 对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系统都是稳定系统）要分析其统都是稳定系统）要分析其稳定性、准确性和快速稳定性、准确性和快速性性，常以阶跃作用，常以

43、阶跃作用( (阶跃信号阶跃信号) )为输入时的被控变量为输入时的被控变量的过渡过程为例，因为阶跃作用很典型，实际上也的过渡过程为例，因为阶跃作用很典型，实际上也经常遇到，且这类输入变化对系统来讲是比较严重经常遇到，且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。的情况。 常见典型信号常见典型信号 阶跃信号、斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号等。 阶跃信号阶跃信号A 0 t0 t1:n1:衰减振荡。衰减振荡。n n越大，则控制系统的稳定越大，则控制系统的稳定度也越高，当度也越高，当n n趋于无穷大时，控制系统的趋于无穷大时，控制系统的过渡过程接近于非振荡过程。过渡过程接近于非振荡过程。 n=1:

44、n=1:等幅振荡等幅振荡。 n1:n1:发散振荡发散振荡。n n越小，意味着控制系统越小，意味着控制系统的振荡过程越剧烈，稳定度也越低。的振荡过程越剧烈，稳定度也越低。根据实际操作经验，根据实际操作经验，为保持足够的稳定程度，为保持足够的稳定程度，一般希望过渡过程有两个波左右一般希望过渡过程有两个波左右，与此对应，与此对应的的衰减比在衰减比在4:14:1到到10:110:1的的范围内。范围内。BBB衰减比衰减比4:14:1衰减率衰减率0.750.75衰减比衰减比10:110:1衰减率衰减率0.900.90稳态特性稳态特性CtyBBA0动画衰减率衰减率（3 3）余差）余差e定义：控制系统过渡过程

45、终了时设定值与定义：控制系统过渡过程终了时设定值与 被控制变量稳态值之差。被控制变量稳态值之差。( )ery 余差是反映控制余差是反映控制准确性准确性的一个重要稳的一个重要稳 态指标，一般希望其为零，或不超过预定态指标，一般希望其为零，或不超过预定 的范围。的范围。上图中，上图中，( )eryC 在控制系统中，在控制系统中，对余差的要求取决于对余差的要求取决于生产过程的要求，并不是越小越好生产过程的要求，并不是越小越好。例如。例如储槽液位，余差可大一些；化学反应器的储槽液位，余差可大一些；化学反应器的温度控制要求高，余差就要小一些。温度控制要求高，余差就要小一些。稳态特性稳态特性CtyBBA0

46、动画（4 4）回复时间（过渡时间）回复时间（过渡时间）回复时间表示控制系统过渡过程的长短。回复时间表示控制系统过渡过程的长短。定义：控制系统在受到阶跃外作用后，被控变量从原定义：控制系统在受到阶跃外作用后，被控变量从原有稳态值达到新的稳态值所需要的时间。有稳态值达到新的稳态值所需要的时间。理论上讲，控制系统要完全达到新的平衡状态需要无理论上讲，控制系统要完全达到新的平衡状态需要无限长的时间。限长的时间。ST稳态特性稳态特性CtyBBA0动画实际上，实际上，被控变量接近于新稳态值的被控变量接近于新稳态值的 或或 或或 的范围内且不再越出时的范围内且不再越出时为止所经历的时间，可计为过渡时间。一般

47、为止所经历的时间，可计为过渡时间。一般希望过渡时间短一些。希望过渡时间短一些。5%3%2%ytBB5%A0Ts（5 5）振荡频率（或振荡周期）振荡频率（或振荡周期） 在衰减比相同条件下，周期与过渡时在衰减比相同条件下，周期与过渡时间成正比；振荡频率与回复时间成反比。间成正比；振荡频率与回复时间成反比。定义：过渡过程同向两波峰之间的时间间隔定义：过渡过程同向两波峰之间的时间间隔 称为振荡周期或工作周期。其倒数称称为振荡周期或工作周期。其倒数称 为振荡频率。为振荡频率。其它一些次要指标：其它一些次要指标：振荡次数：振荡次数：是指在过渡过程内被控变量振荡是指在过渡过程内被控变量振荡的次数。的次数。“理想过渡过程两个波理想过渡过程两个波”：是指过渡过程振是指过渡过程振荡两次就能稳定下来。荡两次就能稳定下来。上升时间：上升时间：是指干扰开始作用起到第一个波是指干扰开始作用起到第一个波峰所需要的时间。峰所需要的时间。稳态特性稳态特性CtyBBA0总结：总结：单项控制指标单项控制指标主要有：主要有：最大偏差、衰减比、最大偏差、衰减比、余差、过渡时间。余差、过渡时间。在实际的系统中如何确定在实际的系统中如何确定这些指标，要根据实际情况来定。这些指标，要根据实际情况来定。原则：原则：对生产过程有决定性意义的主要品质对生