化工自动化基础ppt课件

1、第一章 化工自动化根底.1、化工消费过程 化工消费过程是工艺变量温度T、压力P、流量F、液位L、浓度等在工艺所规定的条件下进展平安、高效消费的过程。 化工消费常用的设备：机泵、热交换器、锅炉、加热炉、分馏塔、紧缩机、反响器等。 第一节 化工自动化的根本概念.1.1 消费过程自动化 以锅炉水位控制为例： 看如何由人工控制 自动控制第一节 化工自动化的根本概念.第一节 化工自动化的根本概念.第一节 化工自动化的根本概念.第一节 化工自动化的根本概念.第一节 化工自动化的根本概念. 用自动控制安装来替代人工控制，使消费过程在不需求人干涉的情况下自动平安、高效地进展。这就是消费过程自动化。2. 自动控

2、制系统常用术语2.1 被控过程：也称为被控对象。自动控制系统中，工艺变量需求控制的消费过程、设备或机械。如上例中锅炉的汽包。2.2 被控变量：被控过程内要求坚持设定数值的工艺变量。如锅炉汽包的水位。 第一节 化工自动化的根本概念.2.3 支配变量：通常指受控于调理阀用于抑制扰动的影响，使被控变量坚持在设定值附近的物料量或能量。如锅炉的给水量。2.4 扰动：也称为干扰。除支配变量外，引起被控变量变化的要素。如锅炉负荷的变化。2.5 设定值：被控变量的预定值。如锅炉汽包水位的预先设定值。2.6 偏向：被控变量的设定值与实践值丈量值之差。第一节 化工自动化的根本概念.3、自动控制系统的组成 自动控制

3、系统主要由两大部分组成，一部分是起控制造用的全套自动化安装，它主要包括检测元件及变送器、调理器和执行器；另一部分是自动化安装控制下的被控过程。3.1、被控过程：自动控制系统中，工艺变量需求控制的消费过程、设备或机器称被控过程。化工消费中的各类塔器、反响器、泵、紧缩机以及各种容器、储槽罐，甚至一段保送流体的管道都可以是被控过程。 第一节 化工自动化的根本概念. 3.2、检测元件及变送器：它将需求监测的工艺变量的变化转换成特定信号电信号，为自动控制系统提供控制的根据。3.3、调理器：它把检测元件与变送器送来的信号与工艺上需求坚持的设定值信号进展比较得出偏向，根据偏向的正负、大小及变化趋势，按预先设

4、计好的控制规律进展运算后，输出相应的控制造用给执行机构。 第一节 化工自动化的根本概念.3.4、执行器：它接受调理器送来的信号，相应地改动支配变量，抑制扰动的影响，实现控制要求。在化工消费中最常用的执行机构是气动薄膜调理器。第一节 化工自动化的根本概念. 调理器是自动控制系统的重要组成部分。它将消费过程被控变量的丈量值与设定值进展比较，得出偏向，根据偏向的正负、大小和变化趋势，按照一定的运算规律输出控制信号，送往执行器，实现对消费过程的自动控制。第二节 调理器及根本调理规律 1、常用的根本调理规律有： 比例P)、积分I、微分D。.1.1 比例控制P 它的控制规律是：调理器的输出变化量与输入变化

5、量成比例。起数学表达式为： 从该表达式看出：比例控制抑制偏向及时、有力。要使调理器有输出就必需求有偏向存在，因此比例控制一直是有偏向存在的。 第二节 调理器及根本调理规律.1.2 积分控制I 它的控制规律是：调理器的输出变化量与输入偏向随时间的积分成正比，数学表达式为： 或 从该表达式看出：其输出信号的大小，不仅与偏向的大小有关，还与偏向存在的时间长短有关。所以，积分控制是一种没有偏向的控制理想情况下。 第二节 调理器及根本调理规律.1.3 微分控制D 它的控制规律是：调理器的输出变化量与输入偏向随时间的微分成正比，数学表达式为： 从该表达式看出：其输出信号的大小，只与偏向变化的速度有关，而与

6、偏向的大小无关。当偏向再大而无变化时，该调理器的输出也为零。第二节 调理器及根本调理规律.1.4 几种根本控制规律的组合PID 根据实践情况，把三种根本控制规律进展适当组合，可以得到更好的控制效果。 这种组合控制规律称为比例积分微分控制PID)。这里有三个可以调整的参数：放大倍数KP、积分时间TI、微分时间TD 。第二节 调理器及根本调理规律.1.5 PID调理器的运用 PID调理器综合了各种控制规律的优点，具有较好的控制性能，运用范围广。 各种化工过程常用的控制规律如下： 液位：普通控制要求不高，用P或PI控制造用。 流量：普通用PI控制造用。 压力：用P或PI控制造用。 温度：用PID控制

7、造用。第二节 调理器及根本调理规律.2、 调理器的类型 按构造和组成的方式分有基地式调理器、单元组合式调理器、组合式电子控制安装、可编程调理器和集中分散型控制安装五种。我厂如今主要运用的是可编程调理器和集中分散型控制安装。 第二节 调理器及根本调理规律. 2.1 集中分散型控制安装集散型控制系统DCS 集中分散型控制是把整个控制系统分成假设干级，最基层的是直接数字控制，上一级是优化控制，这样既能发扬计算机多功能控制的特点，满足现代化工消费集中操作、显示和报警的要求，又能防止危险过分集中，整个控制系统平安可靠。 第二节 调理器及根本调理规律. 集散型控制系统在构造上是由下位机操作站和上位监控计算

8、机组成。每个操作站可以控制十几个到几十个回路，有公用微处置机进展有效地控制，各操作站与上位机之间，用数字通讯电缆衔接起来，构成各种各样的、能顺应不同过程的、积木式的分级控制构造，并经过屏幕和操作台，对整个消费过程进展集中监视、集中操作和集中管理，分散控制。它适用于大中型企业的大型消费安装。 第二节 调理器及根本调理规律. 执行器在自动控制系统中的作用是接受调理器的控制信号，改动支配变量，使消费过程按预定要求正常进展。执行器普通安装在消费现场，直接与工艺介质接触，经常在高温、高压、深冷、易漏、易堵、强腐蚀等恶劣环境下任务。1、气动薄膜调理阀 在化工消费过程中运用的最多的执行器是气动薄膜调理阀。第

9、三节 执行器气动薄膜调理阀.第三节 执行器气动薄膜调理阀.第三节 执行器气动薄膜调理阀. 气动薄膜调理阀的执行机构由波纹膜片、上下膜盖、 平衡弹簧等部件组成。它接纳20100KP的规范气压信号，并转换成推力。其动作的方式有正作用和反作用两种。 1.1 执行机构的正反作用 当信号压力添加，推杆向下挪动的叫正作用；信号压力添加，推杆向上挪动的叫反作用。第三节 执行器气动薄膜调理阀.第三节 执行器气动薄膜调理阀.1.2 调理阀的气开、气关方式的选择。 气动薄膜调理阀有气开和气关两种方式。选择气开或气关，主要是从工艺消费的平安要求出发，其选择的根据是：当输入的控制信号中断时，调理阀的自然位置应该保证设

10、备和人员的平安。第三节 执行器气动薄膜调理阀. 例如：控制加热炉燃料气的调理阀，如何选择？控制锅炉给水流量的调理阀应该如何选择？第三节 执行器气动薄膜调理阀. 控制进入加热炉燃料气流量的调理阀，应该选用气开式，当气压信号中断时，应该切断进炉的燃料，以防止炉温过高而出事故；而控制锅炉给水流量的调理阀应该选用气关式，当气压信号中断时，阀门处于全开形状，给水继续流入锅炉，以保证锅炉不致烧干。第三节 执行器气动薄膜调理阀.1、单回路控制系统 只需一个被控过程、一个检测变送器、一个调理器和一个执行器所组成的单闭环系统称为单回路控制系统。 第四节 单回路控制系统. 第四节 单回路控制系统.第四节 单回路控

11、制系统.第四节 单回路控制系统.第四节 单回路控制系统. 所谓“复杂是相对于“简单而言。通常指由两个或两个以上的检测变送器、调理器和执行器所组成的多回路的，或控制要求特殊的；或控制规律不同于PID的控制系统。复杂控制系统的种类较多，常运用的有串级、均匀、比值、前馈、分程、选择性控制系统等。 第五节 复杂控制系统. 1、串级控制系统 第五节 复杂控制系统.影响加热炉出口温度的干扰要素： 1、原料油的流量和温度f1)； 2、燃料油或燃气的压力和成分f2)； 3、燃料油的雾化程度及烟囱的抽力(f3)； 采用单回路控制系统的控制造用不及时，致使最大偏向大，过渡时间长，抗扰动才干差，控制精度低，难以满足

12、工艺要求，需求寻求别的控制方案。 第五节 复杂控制系统. 经过分析可以看出，f1 和f2的影响可以经过炉膛温度较快的反响出来，而稳定炉膛温度可以有效地减小f1和f2对炉出口温度影响。第五节 复杂控制系统. 所以选定炉膛温度为副变量，由副变送器、副调理器、副过程炉膛、执行机构调理阀构成副回路；以炉出口温度为主变量，由主变送器、主调理器、主过程炉出口管构成主回路，主调理器的输出作为副调理器的设定值，由副调理器的输出控制调理阀，这就是加热炉出口温度串级控制系统。 第五节 复杂控制系统.第五节 复杂控制系统.串级控制系统的构成及方块图： 串级控制系统是由两个检测变送器、两个调理器、一个调理阀组成。两个

13、调理器是串联任务的，其中主调理器的输出作为副调理器的设定值，副调理器输出控制调理阀。 第五节 复杂控制系统. 串级控制系统方块图： 第五节 复杂控制系统.第五节 复杂控制系统.第五节 复杂控制系统.第五节 复杂控制系统. 2、均匀控制系统 第五节 复杂控制系统. 为理处理前后工序的供求矛盾，做到统筹兼顾，协调操作，使两个变量在规定的范围内缓慢变化的系统，称为均匀控制系统。 特点： 1、表征前后两个供求矛盾的两个变量，在控制过程中应该是缓慢变化的。 2、前后相互联络又相互矛盾的两个变量应该在工艺所允许的范围内变化。 第五节 复杂控制系统.第五节 复杂控制系统.第五节 复杂控制系统.第五节 复杂控

14、制系统3、比值控制系统 使两个或两个以上物料量坚持一定比值关系以到达某种控制要求的控制系统，称为比值控制系统。 .第五节 复杂控制系统.第五节 复杂控制系统4、前馈控制系统 前馈控制是改善和抑制反响控制不及时的另一种控制方法。它是利用补偿原理，采用开环构造，按扰动作用的大小进展控制。 前馈控制相对于反响控制来说，控制造用及时，对扰动的影响实际上可以完全补偿，运用恰当可大大提高控制质量。 .第五节 复杂控制系统.第五节 复杂控制系统前馈控制与反响控制的几点不同： 1、系统检测信号的不同:反响控制检测的是被控变量；前馈控制检测的是扰动量。 2、系统控制的根据不同：反响控制根据是偏向大小；前馈控制的

15、根据是扰动量的大小。 3、控制方式不同：反响控制采用常规的PID控制调理器；前馈控制采用的是引入补偿安装对扰动量进展补偿校正。补偿效果不经过反响进展检验。 .第五节 复杂控制系统.第五节 复杂控制系统5、选择性控制系统 凡是在自动控制系统中引入了选择器并按照工艺过程限制条件的逻辑关系任务的系统，都称为选择性控制系统。其任务情况是：当消费过程趋向限制条件时，选择器自动选择一个取代调理器取代正常任务情况下的调理器，经过取代调理器的控制造用，使消费过程脱离危险形状，消费操作重新回到平安范围后，取代调理器自动退出，转为备用形状，正常调理器恢复任务。 .第五节 复杂控制系统.第五节 复杂控制系统 锅炉蒸

16、汽压力选择性控制系统的任务过程： 上图中的LS为低值选择器，正常情况下ba，LS连通b，由蒸汽压力调理器控制燃料调理阀的开度，控制蒸汽管网的压力在工艺规定的范围。 燃料调理阀的阀后压力过大会发生“脱火事故；而阀后压力过低会发生“回火事故。 .第五节 复杂控制系统 当蒸汽压力大幅降低，调理阀开度过大，阀后压力接近“脱火压力时，此时ab，LS选中a，即由调理器P2C去取代P1C控制调理阀，使调理阀关小，起到自动维护作用。当蒸汽压力恢复正常后，到达ba时，调理阀P1C被选中，恢复正常工况控制。 .第五节 复杂控制系统.第五节 复杂控制系统 上图为反响器热点极值选择性控制系统。在固定床反响器中，为了防

17、止温度过高烧坏触媒，在反响器的四个不同部位设置了温度检测点。各温度变送器的输出端引入高值选择器，选出其中最高的信号值作为调理器控制冷却剂调理阀的根据。这样，系统将按反响器的最高温度控制冷却剂流量，从而保证了反响器触媒层的平安。.第五节 复杂控制系统6、分程控制系统 一个调理器的输出同时送往两个或更多个调理阀，每个调理阀在调理其输出信号的某段范围内做全行程动作，以满足工艺消费的特殊要求，这样的控制系统称为分程控制系统。 .第五节 复杂控制系统.第五节 复杂控制系统分程控制系统运用的场所： 1、顺应消费中需用多种物料或多种手段控制的场所。 2、扩展调理阀的可调范围，满足不同负荷下的控制要求。 .第五节 复杂控制系统.第五节 复杂控制系统3、用于满足工艺操作的特殊要求，保证消费平安。 .第五节 复杂控制系统.第五节 复杂控制系统