第一章 自动控制系统基本概念化工工艺

热工仪表课时：18教材：厉玉鸣主编，《化工仪表及自动化》（第三版），化学工业出版社绪论主要内容：生产过程自动化的含义实现生产过程自动化的意义生产过程自动化的发展状况现代自动化技术特点学习本课程的重要性一、生产过程自动化的含义在生产设备上配备一些自动化的装置,代替操作人员的部分直接劳动,使生产在不同程度上自动地进行的过程称生产过程自动化。二、实现生产过程自动化的意义加快生产速度,降低生产成本,提高产品产量和质量；减轻劳动强度,改善劳动条件；能够保证生产安全,防止事故发生或扩大,延长设备使用寿命,提高设备利用率；能根本改变劳动方式,提高工人文化水平,逐步消除脑力劳动和体力劳动之间的差别。三、生产过程自动化的发展状况20世纪40年代以前,主要是人工调节,凭经验指导生产,生产效率低。20世纪50~60年代,应用简单自动化技术,如基地式仪表。20世纪70年代开始,控制理论和控制技术及计算机技术的应用推动了生产过程自动化,出现了各种新型控制系统,如集散控制系统、二级优化控制等。近年来,现代自动化技术已不只局限于对生产过程中重要参数的自动控制,已发展为综合自动化。四、现代自动化技术特点已发展为综合自动化,其应用的领域和规模越来越大,控制与管理一体化的系统已提到日程,因此,其社会、经济效益也越来越大。显示了知识密集化、高技术集成化的特点,它是信息技术、自动化技术、管理科学等相结合的现代高技术。自动化过程中的智能化程度日益增加,各种智能仪表不断出现,控制的精度越来越高,控制的方式日益多样化,它不仅减轻和代替了人们的体力劳动,而且也在很大程度上代替了人们的脑力劳动。五、学习本课程的重要性本门课是一门综合性的技术学科,通过学习自动化、仪表及计算机方面的知识,对于管理与开发现代化生产过程是十分重要的。第一章自动控制系统基本概念主要内容：生产自动化的主要内容自动控制系统的组成工艺管道及控制流程图自动控制系统方框图自动控制系统的分类自动控制系统的过渡过程和品质指标第一节生产自动化的主要内容

生产自动化,一般包括自动检测、自动保护、自动操纵、自动控制系统。自动检测系统

׃利用各种检测仪表对生产过程的主要工艺参数(如温度、流量等)进行测量、指示或记录的。

自动信号和联锁保护系统(自动保护)当生产过程出现危险时,自动信号系统发出声、光等报警信号,自动联锁保护系统立即作出反应,通过改变阀门的开启度或切断某些通路,或进行紧急停车,以防止事故的发生或扩大。它是生产过程中的一种安全装置。自动操纵及自动开停车系统(自动操纵)自动操纵系统:按照预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性的操作。可减轻工人的重复性体力劳动。自动开停车系统:按照预先规定的步骤自动地将生产过程投入运行或自动停车。自动鸽控制晃系统:它是鞋对生笼产中担某些党关键今性的青参数喝进行自芳动调叮节,使它锅们在伐受到毁外界卡干扰沫的影退响而趁偏离正常络状态款时,能自车动地掉调回务到规蛋定的链数值纺范围蜘内,是生偿产过书程自秤动化记的核吴心部劣分。第二役节齐自侄动控肢制系孝统的仿组成生活牧环境倾中的贤自动只控制灵系统空调;电饭减煲;电冰颜箱;洗衣加机等攀。工业爷生产锣中的盈自动拉控制投系统液位贴控制:人工→自皆动;温度谢控制坏等。眼看脑想手动QoQi人工川操作涉进行项工作他的三舱个方芬面:(1谈).检测:用眼筑睛看侦液位目的高汗低。(2勇).运算浴、命驴令:大脑停根据绸眼睛蚁看到挽液位恋的高晒低,加以太思考钟和比奋较得锣出偏锹差,发出藏命令傻。(3叫).执行:根据望大脑投发出马命令,改变似阀门惕开度,以改柱变出霜口流喜量Qo,保持称液位隔的高令低在川规定图位置换。自动偿控制悲系统装的组雕成1.被控泥对象:对其工艺为参数进行醉控制盯的机器后或设乳备。它端可以泰是一闭段管兵道、带一台安设备序或设底备的疯某一伍部分,如各订种反怕应器总、换锡热器栋等。自动废控制总系统笨的组直成2.自动朋化装香置：测量挨元件画及变号送器:检测差参数(液位)并将讽检测腐结果变成敬标准须统一朱信号左进行玻输出,如液涌位的斩测量碌及变帽送。自动他控制闹器:接受彩变送副器送桂来的肉信号,与工能艺需绢要保持的愉参数训值(液位)进行岩比较澡得出员偏差,并按岂某种勤运算规律叛算出转结果,然后石将此宅结果婶以特刊定信谷号(如电计压、电流)发送敏出去追。执行匙器:通常桥指控功制阀,它自岂动地度根据驱控制恳器发拍出的信号柔值改新变阀谜门的拦开启浩度,从而间改变宵操纵植变量,给对享象施寻加调涂节作依用。第三息节与工艺粮管道召及控告制流宇程图在工太艺流界程确略定后,工艺问人员贞和自小控设套计人帽员应造共同研坏究确播定控歪制方著案。纱控制某方案职的确锤定包猫括流挑程中各淹测量塞点的宏选择风、控神制系劈燕统的访确定扁及有滚关自便动信号晨、联嚷锁保哲护系毛统的傅设计霞等。恰在控斗制方进案确芳定后,根据充工艺霜设计落给出蜡的流醋程图渴。一、工鞭艺管湾道及纲控制哗流程娱图根据光工艺锻设计育给出椒的流绍程图非按其胸流程诉顺序习标注润出相应沫的测量套点、控制阶点、控制组系统及自动莫信号衰与联锁假保护遇系统等,便成虎了工艺伞管道狸及控剃制流露程图。二、禽控制穿流程光图中杀图例劳符号触的规辫定本书喘的规液定按膏化工亏部设帖计标基准HG柳J7缝-8避7《化工退过程检哑测控废制系池统设雅计符禁号统划一规砖定》1.图形普符号(1务).测量里点(包括茅检测喇元件剃、取霞样点):由工倒艺设反备轮廓线佳或工绸艺管程线引凝到仪报表圆振圈的龄连接饼线的贞起点,一般无更特定津的图恢形符仓号。(2辅).连接茂线:通用板的仪氏表信均号线灵均以应细实环线表条示。连接始线表湿示交讨叉、绕相接莫及信父号传娃递方逢向,如下东图。(3宿).仪表(包括伤检测、显示、控制)的图煌形符扬号仪表暴的图旋形符充号是拘一个旨细实怜线圆万圈,直径欠约10忠mm。仪表顽安装艰位置翁不同飞的符收号如摩下图崖。2.字母多代号表示策仪表忧的小高圆圈歉的上半分圆内,一般仗写有两位晃或两究位以壮上字练母,第一跪位字陶母表偶示被测变量,后继定字母表示主仪表的貌功能。常拢用被抖测变量鬼和仪具表功检能的锤字母代华号见辩右表朝。字母第一字母后续字母被测变量功能A分析报警C电导率控制F流量I电流指示L物位P压力或真空R放射性记录或打印T温度传送3.仪表煎位号仪表布位号挥是由刷字母辟代号社组合收和阿状拉伯勇数字现编号奸两部分叶组成数。阿枯拉伯煌数字剪编号律写在誉圆圈润的下眼半部,其第一叠位数桥字表透示工段殿号,后续牲数字(二位紧或三斯位数字)表示仪表伸序号。总之,通过控制观流程臂图,可看计到每筐台仪滥表的测量点位峰置、被测傲变量、仪表工功能、工段禁号、仪表甲序号、安装笑位置等。第四减节环自哥动控礼制系虾统方裹框图方框愧图的些作用:用箭复头表催示自虫动控越制系掉统各钉个组驾成环节访之间丸的相搞互影胸响和屑信号谦联系赌。图1-款3液位疑自动控制息系统谜方框视图如朝下。图1-8自动控制系统方框图xez-控制器控制阀对象测量元件变送器干扰作用

被控变量y测量值给定值pq偏差操纵变量f自动控制系统方框图xez-控制器控制阀对象测量元件变送器干扰作用

被控变量y测量值给定值pq偏差操纵变量f方框枯图中行所涉侦及的征概念被控唯对象:在生卫产过饭程中蛋需保孕持其板工艺背参数惠稳定贪的设备找或装觉置。物如冶胜金炉,加热挖炉等,也可带是一硬台具越体的设盯备或爽设备剩的某勺一部男分,如一耳段管倡道(贮槽)。被控早变量y:生产先过程鸭中需避保持龟恒定联的变别量(液位)。干扰讽作用f:在生兼产过驳程中拴引起闪被控咏变量腹偏离糠给定劣值的外颤来因搏素,它是挤输入画信号(进料尘流量臭的改图变)。控制字作用:用来泊克服痰外界草干扰,使被阀控变爹量恢缓复到箭给定值径的操舌作。操纵届变量q:具体旅实现庄控制再作用孟的变裳量(出料杆流量)。操纵异介质:用来良实现贿控制奋作用邪的物总料(流过骂阀门额流体)。方框手图中因所涉偶及的抢概念给定陕值:工艺搞过程需中被选控变茂量的用期望嚷值,可以谢固定也可衫按程派序变屈化。偏差:给定调值与慰测量狂值之牌间的泼差值首。输入:自动垄控制顷系统态方框桌图中,指向痛该环驶节的翼信息称该犬环节壶的输管入。输出:自动贵控制促系统誉方框贵图中,背离丈该环宇节的领信息称该颗环节看的输培出。xez-控制器控制阀对象测量元件变送器干扰作用

被控变量y测量值给定值pq偏差操纵变量f同一至方框猛图可神代表衬不同轿的控求制系盟统,如上箱图的东蒸汽加热驰温度肺控制岛系统氏也可刑用图1-摄8的方疤框图其表示叔。自动羊控制愚系统河方框绳图与障控制浓流程秆图的烫区别自动浑控制毫系统葬方框扭图:方块疮与方乱块之民间的腿连接央线,只是辫代表肥方块伞之间惧的信金号联每系,并不娘代表距方块掏之间的侨物料员联系源。方螺块之棚间的莲连接会线的兔箭头悬也只独是代表饼信号平作用率的方霉向。控制也流程屿图:工艺作流程呈图上沟的物讽料线型是代辫表物妇料从一逗个设样备进哗入另久一个劈燕设备蔑。方怜块与陡方块悄之间维的连接鉴线,代表鞭方块湖之间粘的物傅料联篇系。自动喉控制讲系统臭是一惠个具扶有负稳反馈躲的闭仇环系茎统。反馈:把系仓统的浊输出遥信号灭直接解或经葡过一孕些环销节后边送回到盖系统顺的输笑入端,并加肯入到赶输入夹信号顶中的弹作法德。负反丸馈:反馈存的信带号使站原来努的输列入信挡号减弱。正反姑馈:反馈涨的信口号使孟原来中的输庸入信障号增强。负反愧馈系缺统以液汽位控夫制为朱例分杂析其腾控制似过程:当液稀位y由于缴某种干旦扰而芒上升素时,其测寻量值z升高,偏差(e甩=x-裂z)降低,这时,控制盼器应您发出屑控制员信号倾使控咽制阀澡的开遵度发穷生变化,变化师的方斥向为秆负,使被巨控变揭量y下降,回到土给定值,抑制东了干爆扰的族影响,达到额了控牙制目获的。自动控制系统方框图xez-控制器控制阀对象测量元件变送器干扰作用

被控变量y测量值给定值pq偏差操纵变量f正反氧馈系物统当偏差e=x+性z时,控制损系统河称正欣反馈侵系统歇。当溜液位y由于毒某种病干扰浸而上矩升时,其测倦量值z升高,偏差e=x+状z增大,这时,控制赖器应科发出船控制佩信号带使e变大,从而y进一冤步上歪升,征z进一别步增港大,增强刻了受莲干扰续后的腥变化趋势,导致刮系统却崩溃维或达浸到极刘限值,从而议使系疑统不辩稳定。例如餐炸弹王的爆腐炸、缠电子踏振荡河器中息振荡效过程抢的产生等难都是捕正反臣馈系事统。可见,自动辅控制普系统尸是具沉有被签控变叶量负反挽馈的识闭环术系统。由思于具需有负熟反馈尺的闭腰环系腾统,它可丘随时根了解穗被控权对象小的情茂况,有针蚕对性艇地根扫据被覆控变帅量的窝变化阿情况希而改旁变控愿制作衫用的召大小湖和方舍向,从而针使系觉统的千工作拳状态祖始终司等于待或接畅近所抹希望断的状握态这剑是闭秒环系些统的惊优点图。自动茫检测阔、自清动操棋纵等开环痛系统由于渠没有全负反击馈不受能随鉴时了深解被倾控对乎象的更情况启而改碎变自省己的从操作哲状态,这是碧开环配系统素的缺番点。自动操纵装置对象工艺参数操纵指令操纵作用图1-10自动操纵系统方框图第五触节活自牙动控灵制系逮统的塑分类各种交分类刮方法按被控菌量分:如温舟度、斩压力叉、液贪位等爸控制舰系统珍。按控制茫器的佛控制盆规律分:比例地控制非、积装分控虏制、微分逢控制粒、比记例积走分控因制、朴比例保微分摊控制子、比例积障分微斤分控衰制等靠。按系统辨功能仁与结旺构分:单回俘路简秒单控虎制系萄统;串级、舌比值混、选幼择性孩、分村程、立前馈莲和均骂匀等诱常规复杂背控制宿系统陵；解听耦、宝预测缺、推帽断等西先进蚕控制系统锻和程季序控昼制系族统。按被控廊变量夏的给产定值蹄的变艰化情恨况分：定值奸控制姐系统:要求业被控蛮变量鲜的给规定值该不变啄。(如温仇度、扩液位)。随动占控制坊系统:给定鲜值是烦随机昨变化君的。卖随机论系统沈的目的盼就是柏使所串控制舱的工仍艺参上数准雄确而抢快速皇地跟亡随给定滥值的桌变化耐而变甩化。(如导收航雷潮达系欺统、描火炮烂系统、怜生物抗反应胆、金纹属热倘处理疮炉)程序还控制墨系统:给定臭值是温变化攻的,但它正是一速个已晚知的时间嚷函数,即生袭产技竟术指妨标须南按一祥定的敢时间出程序澡变化。滚一些刊定型申或非客定型喊的程既控装衔置越旋来越棚多地模被应用锄到生坏产中花。第六医节甲自雨动控耗制系味统的气过渡酱过程骡和牵品质亏指标一.控制迅系统誓的静余态与颈动态静态:被控听变量对不随静时间霜变化热、自此动化耕装置环保持正原状赴的平衡状态给。当一垃个自谣控系丢统的弄输入(给定寨和干持扰)和输写出均朋衡不变时,整个泥系统惩就处卵于一狱种相脚对稳晋定的汤平衡谊状态,即指系劲统中幅各信泥号的变化糕率为怨零,信号书保持懂在某跟一常数不探变化,而不羡是指物料庸不流贝动或能量龟不交命换。因为自汪动控液制系比统在抚静态威时,生产舟还在次进行,物料蓬和能量仍都有进再有出,只是希平稳易进行笼没有下改变核。一.控制君系统谋的静毙态与以动态动态:被控猪变量巨随时挑间变语化、朱自动余化装姿置改术变原犬状的不平片衡状态铁。若一萄个系励统原耍先处件于相登对平状衡状咸态即故静态,由于乏干扰的罩作用女而破前坏了逼这种注平衡逗时,被控垒变量杆就会调发生变化,从而庸使控霉制器汪、控应制阀做等自梳动化期装置教改变岔原来平贪衡时凳所处透的状扇态,产生加一定担的控钢制作项用来熊克服毙干扰欧的影扭响,并力染图使怜系统桑恢复倘平衡石。从妨干扰习发生开始,经过恨控制,直到某系统着重新桨建立哑平衡,在这驱一段吐时间中,整个尚系统撤的各纵个环欲节和惜信号骨都处护于变险动状全态之中,所以杨这种效状态钟叫做奥动态招。二、浑控制尾系统肃的过享渡过纯程过渡版过程:系统坝受输沟入(干扰)信号亏的作缴用从闷一个哨平衡状态炕过渡鸽到另飞一个止平衡代状态部的过钳程称扩为过渡蚊过程征。是被跨控量毛在干著扰信迟号或撇控制枣信号能的作品用下剩随时恶间不断变远化的允过程,其变量化规粮律与网干扰烫信号饮的形划式有瓦关。阶跃嚷干扰蹄作用:在某配一瞬间t0,干扰迈突然没地阶挪跃式地埋加到投系统雨上并振保持该幅启度。欧它比核较突刊然,比较时危险,对被场控量散影响最唐大。系统灿的稳增定性:如果凑系统稍在受些到干轿扰信枪号作环用后,输出变雹量最音终能返回龄到原触平衡思状态或其著附近,称系绸统为稳烛定的;否则,称系肠统不犁稳定猫。在阶竞跃干伞扰作笔用下暗自动氏控制萄系统支的过感渡过护程形译式：(a两)非周各期衰迟减过吉程;卖(b梦)衰减慨振荡愤过程;敢(c姿)等幅内振荡受过程;帽(d鸭)发散肢振荡禁过程;(李e)非振轧荡发惭散过弄程。三、梨阶跃隙干扰胃作用利下衰麻减振桂荡过席程的宪品质演指标横坐辩标t为时纤间,纵坐忘标y为被槐控变般量离休给定距值的见变化量婚。t=面0时,系统爹稳定,y侧(0双)=语0;模t→∞时,系统堵也达恭到新的樱稳态,y恳(∞)抽=C。最大如偏差(A脚):在过秘渡过丸程中,被控亮量偏符离给林定值溉的最大谅量。但最大宰偏差象越小领越好拦。超调纷量(B选):在过杏渡过颂程中,第一悟个峰反值A与新宣稳态值C之差,即B=榴A-您C。三、悠阶跃糖干扰到作用循下衰脚减振崭荡过饲程的想品质假指标衰减控比(n爬):前后在相邻鲜两个温峰值河的比多。是锋反映霜衰减埋程度的没指标,n说=B拾:B育’,实践嫌表明:n处于4~注10之间掉较合遮适。余差(C鄙):新的绪稳态晓值与蜻之差群。余四差越僻小越荡好。过渡型时间(ts):从干咽扰开蜘始起,直到嫁被控善变量踪蝶进入轨到距新稳映态值川的±5%拳(或±2%逆)的范迹围内穗且不赠再越怖出时为嚷止所搂经历袍的时闸间。败过渡深时间营越短,系统港控制收质量高症。三、尘阶跃济干扰你作用物下衰涉减振献荡过呆程的撑品质子指标振荡戒周期酱和频炊率:两个脏同向左波峰(或波旱谷)之间锄的时间间秆隔,为振看荡周苹期;周期肾越短趁越好监。频或率为舒周期棒的倒数约。这些创指标痛在不肌同的肉系统没中各胜有其霉重要租性,且互衫相间即蚂有矛棕盾,又有圆联系胆。要垫分清他主次,首先市保证歼对生产过蓬程有虑决定拨性意少义的夕主要璃品质碍指标芝。四、厕影响纱控制巧系统泳过渡肝过程积品质愧的主祝要因柏素工艺训过程杨部分(被控斜对象)和自断动化浑装置绸部分(测量与变第送器碑、控谈制器塔、执际行器)。主凭要是怒对象恨的性扣质,但自阶动化块装置稿应按图对象粒的性赔质加因以选腊择和蹲调整偶。例:某换板热器贯的温娱度调前节系惰统在柴单位搁阶跃锐干扰苹作用巩下的励过渡斤过程遍曲线示如右捐图。拜试求直最大拣偏差住、余搁差、医衰减匙比、阳振荡境周期剧和过接渡时薪间(给定出值为20翻0℃吼)。解：最大蚂偏差:A稼=2舅30隆-2极00日=3情0旋℃余差:C拢=2狭05枪-2球00充=5幕℃衰减牙比:B句:B΄