化工过程自动控制系统概述

《化工过程自动化技术》生工09—1、2班总课时：4×9实验：0讲课教师：司徒莹化工过程自动控制系统概述第1页课程介绍《化工仪表自动化》是利用自动控制学科、仪器仪表科学及计算机学科理论与技术服务于化学工程学科一门综合课程。经过本课程学习，能了解和掌握化工过程控制与仪表基本知识，领会自动控制系统组成及原理化工过程自动控制系统概述第2页概述：生产过程自动化是工业企业当代化水平一个主要标志。生产过程自动化：用自动化装置来管理生产过程方法就是生产过程自动化。自动调整系统是自动化生产关键部分，只有自动调整系统才能自动地排除各种干扰原因对工艺参数（主要四大参数p、h、q、t）影响，使它们一直保持在预先要求数值上，确保生产维持在正常或最正确工艺操作状态。化工过程自动控制系统概述第3页§1.1生产过程自动化主要内容:生产过程自动化，普通要包含四个方面内容。自动检测系统:信号联锁系统：自动操纵系统：自动控制系统：利用各种检测仪器对主要工艺参数进行指示或统计，“了解”生产任务。对某此关键性参数设有自动信号联锁装置。当工艺参超出了允许范围，系统自动地发出声光报警信号，以提醒及时采取办法。依据预先要求步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。对生产中一些关键性参数进行自动调整，使它们在受到干扰影响而偏离正常状态时，能自动地调回到要求数值范围内。化工过程自动控制系统概述第4页§1.2自动控制系统组成及方块图人工控制自动控制图1-2人工操作图图1-3液位自动控制系统图化工过程自动控制系统概述第5页一、自动控制系统组成a、被控对象（对象）b、检测变送器c、控制器d、执行器(自动化装置)辅助装置图1-3液位自动控制系统图化工过程自动控制系统概述第6页二、自动控制系统方框图方框：表示一个组成部分，称步骤。步骤箭头连线：表示信号传递关系。圆圈：比较步骤，表示信号相加减。+-1、简单控制系统方框图：被控对象执行器控制器检测元件及变送器＋－被控对象执行器控制器检测元件及变送器＋－被控变量y给定值xz测量值操纵变量q控制信号p偏差e干扰

ƒ控制器化工过程自动控制系统概述第7页图1-5蒸汽加热器温度控制系统

当进料流量或温度改变等原因引发出口物料温度改变时，能够将该温度改变测量后送至温度控制器TC。温度控制器输出送至控制阀，以改变加热蒸汽量来维持出口物料温度不变。化工过程自动控制系统概述第8页被控变量：需要控制工艺参数给定值（或设定值）：对应于生产过程中被控变量期望值测量值：由检测元件到被控变量实际值。操纵变量（或控制变量）：受控于调整阀，用以克服干扰影响，详细实现控制作用变量成为操作变量，它调整阀输出信号。干扰（或外界扰动）：引发被控变量偏离给定值，除操作变量以外各种原因。偏差信号：给定值与测量值差，在反馈系统中，调整器是依据偏差信号大小来控制操作变量。控制信号：控制器将偏差按一定规律计算得到量。2、控制系统惯用术语：化工过程自动控制系统概述第9页§1.3自动控制系统分类分类方法很多，最经常使用是按给定值特点（是否改变？怎样改变？）来划分。定值控制系统随动控制系统程序控制系统化工过程自动控制系统概述第10页按信号传递路径来划分闭环控制系统开环控制系统化工过程自动控制系统概述第11页一、控制系统过渡过程自动控制系统静态与动态：静态1（e=0)干扰作用e

0控制作用静态2（e=0)动态（过渡过程）§1.4控制系统过渡过程及其性能指标阶跃干扰：ƒt发散振荡过程等幅振荡过程衰减振荡过程非振荡单调过程0不稳定稳定化工过程自动控制系统概述第12页二、控制系统性能指标：余差e最大偏差

A(或超调量σ):衰减比

n回复时间

ts(过渡过程时间、调整时间)振荡周期T质量指标主要有五项：(衰减振荡过程)化工过程自动控制系统概述第13页举例图1-11温度控制系统过渡过程曲线某换热器温度控制系统在单位阶跃干扰作用下过渡过程曲线以下列图所表示。试分别求出最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间（给定值为200℃）。化工过程自动控制系统概述第14页解

最大偏差A＝230-200＝30℃余差C＝205-200＝５℃由图上能够看出，第一个波峰值B＝230-205＝25℃，第二个波峰值B′＝210－205＝5℃，故衰减比应为B:B′＝25:5＝5:1。振荡周期为同向两波峰之间时间间隔，故周期T＝20-5＝15（min）过渡时间为22min。(过渡时间与要求被控变量限制范围大小相关，假定被控变量进入额定值±2％，就能够认为过渡过程已经结束，那么限制范围为200×（±2％）＝±4℃，这时，可在新稳态值（205℃）两侧以宽度为±４℃画一区域，上图中以画有阴影线区域表示，只要被控变量进入这一区域且不再越出，过滤过程就能够认为已经结束。)化工过程自动控制系统概述第15页三、影响控制系统过渡过程品质主要原因一个自动控制系统能够概括成两大部分，即工艺过程部分（被控对象）和自动化装置部分。前者指与该自动控制系统相关部分。后者指为实现自动控制所必需自动化仪表设备，通常包含测量与变送装置、控制器和执行器等三部分。对于一个自动控制系统，过渡过程品质好坏，在很大程度上决定于对象性质。比如在前所述温度控制系统中，属于对象性质主要原因有：换热器负荷大小，换热器结构、尺寸、材质等，换热器内换热情况、散热情况及结垢程度等。不一样自动化系统要详细分析。化工过程自动控制系统概述第16页§1.5工艺管道及控制流程图

工艺流程和控制方案确实定后，依据工艺设计给出流程图，按其流程次序标注出对应测量点、控制点、控制系统及自动信号与联锁保护系统等，便成了工艺管道及控制流程图

。化工过程自动控制系统概述第17页图1-12脱乙烷塔工艺管道及控制流程图举例左图是乙烯生产过程中脱乙烷塔工艺管道及控制流程图举例化工过程自动控制系统概述第18页一、图形符号1.检测点（包含检测元件、取样点）

检测点是由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪表圆圈连接线起点，普通无特定图形符号，以下列图所表示。必要时，检测元件也能够用象形或图形符号表示。图1-13测试点普通表示方法化工过程自动控制系统概述第19页2.连接线

通用仪表信号线均以细实线表示。连接线表示交叉及相接时，采取下列图形式。加箭头方式表示信号方向。图1-14联络线表示法化工过程自动控制系统概述第20页3.仪表（包含检测、显示、控制）图形符号

仪表图形符号是一个细实线圆圈，直径约10mm，对于不一样仪表安装位置图形符号以下表所表示。序号安装位置图形符号备注序号安装位置图形符号备注1就地安装仪表嵌在管道中4集中仪表盘后安装仪表2集中仪表盘面安装仪表5就地仪表盘面安装仪表3就地仪表盘面安装仪表表1-1仪表安装位置图形符号表示化工过程自动控制系统概述第21页二、字母代号

在控制流程图中，用来表示仪表小圆圈上半圆内，普通写有两位（或两位以上）字母，第一位字母表示被测变量，后继字母表示仪表功效，惯用字母代号见下表。三、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。

化工过程自动控制系统概述第22页以脱乙烷塔控制流程图为例塔顶压力控制系统中PIC-207：其中第一位字母P表示被测变量为压力，第二位字母I表示含有指示功效，第三位字母C表示含有控制功效，所以，PIC组合就表示一台含有指示功效压力控制器。该控制系统是经过改变气相采出量来维持塔压稳定。工段号为2，仪表序号为07化工过程自动控制系统概述第23页本章小结与作业小结：1、自动化系统四种类型；2、自动控制系统组成及其基本工作原理；3、简单控制系统方框图；4、自动控制系统惯用术语；5、控制系统五项.性能指标；6、工艺管道及控制流程图。作业：一、P16.：4二、P16.：11三、P16.：21、22化工过程自动控制系统概述第24页自动检测系统热交换器自动检测系统化工过程自动控制系统概述第25页信号联锁系统液体储槽自动连锁保护系统化工过程自动控制系统概述第26页自动操纵系统加料自动操纵系统化工过程自动控制系统概述第27页自动控制系统液位自动控制系统化工过程自动控制系统概述第28页人工控制演练眼看脑想手动化工过程自动控制系统概述第29页自动控制演练检测器（眼看）控制器（脑想）执行器（手动）化工过程自动控制系统概述第30页阶跃干扰：ƒt0发散振荡过程等幅振荡过程被调参数在给定值附近往返波动，且波动振幅保持不变。被调参数往返波动，且波动振幅逐步变大，即离给定值越来越远。化工过程自动控制系统概述第31页衰减振荡过程非振荡单调过程阶跃干扰：ƒt0被调参数上下波动，但振幅逐步降低，最终稳定在某一数值上被调参数在给定值某一侧作迟缓改变，没有往返波动，最终稳定在某一数值上。化工过程自动控制系统概述第32页

当过分过程终了时，被调参数所到达新稳态值与给定值之间偏差叫做余差（C），或者说余差就是过分过程终了时残余偏差。

有余差调整过程称为有差调整，对应系统称为有差系统。没有余差调整过程称为无差调整，对应系统称为无差系统。

（余差越小越好）化工过程自动控制系统概述第33页

最大偏差是指被调参数偏离给定值最大数值(最大偏差表示系统瞬时偏离给定