1控制系統(tǒng)基本概念(化工)

1、化工過程自動化技術(shù)化工過程自動化技術(shù)生工生工0909 1 1、2 2班班總課時：49實 驗：0授課教師：司徒瑩第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)課程介紹課程介紹 化工儀表自動化是利用自動控制學(xué)科、儀器儀表科學(xué)及計算機學(xué)科的理論與技術(shù)服務(wù)于化學(xué)工程學(xué)科的一門綜合課程。 通過本課程的學(xué)習(xí)，能了解和掌握化工過程控制與儀表的基本知識，領(lǐng)會自動控制系統(tǒng)的組成及原理 第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)概述：概述： 生產(chǎn)過程自動化是工業(yè)企業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重生產(chǎn)過程自動化是工業(yè)企業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。要標(biāo)志。生產(chǎn)過程自動化：用自動化裝置來管理生產(chǎn)過程的方法就是生生產(chǎn)過程自動化：

2、用自動化裝置來管理生產(chǎn)過程的方法就是生產(chǎn)過程自動化。產(chǎn)過程自動化。 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)是自動化生產(chǎn)的核心部分，只自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)是自動化生產(chǎn)的核心部分，只有自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)才能自動地排除各種干擾因素對有自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)才能自動地排除各種干擾因素對工藝參數(shù)（主要四大參數(shù)工藝參數(shù)（主要四大參數(shù)p p、h h、q q、t t）的影響，）的影響，使它們始終保持在預(yù)先規(guī)定的數(shù)值上，保證生產(chǎn)使它們始終保持在預(yù)先規(guī)定的數(shù)值上，保證生產(chǎn)維持在正常或最佳的工藝操作狀態(tài)。維持在正常或最佳的工藝操作狀態(tài)。第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù) 1.1 生產(chǎn)過程自動化的主要內(nèi)容生產(chǎn)過程自動化的主要內(nèi)容:生產(chǎn)過程自動化，一般要包

3、括四個方面的內(nèi)容。生產(chǎn)過程自動化，一般要包括四個方面的內(nèi)容。自動檢測系統(tǒng)自動檢測系統(tǒng): :信號聯(lián)鎖系統(tǒng)：信號聯(lián)鎖系統(tǒng)：自動操縱系統(tǒng)：自動操縱系統(tǒng)：自動控制系統(tǒng)：自動控制系統(tǒng)：利用各種檢測儀器對主要工藝參數(shù)進(jìn)行指示或記錄，利用各種檢測儀器對主要工藝參數(shù)進(jìn)行指示或記錄，“了解了解”生產(chǎn)的任務(wù)。生產(chǎn)的任務(wù)。對某此關(guān)鍵性參數(shù)設(shè)有自動信號聯(lián)鎖裝置。當(dāng)工藝對某此關(guān)鍵性參數(shù)設(shè)有自動信號聯(lián)鎖裝置。當(dāng)工藝參超過了允許范圍，系統(tǒng)自動地發(fā)出聲光報警信號，參超過了允許范圍，系統(tǒng)自動地發(fā)出聲光報警信號，以提示及時采取措施。以提示及時采取措施。根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動地對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動地對生產(chǎn)設(shè)備

4、進(jìn)行某種周期性的操作。期性的操作。對生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使它們在對生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使它們在受到干擾的影響而偏離正常狀態(tài)時，能自動地調(diào)回受到干擾的影響而偏離正常狀態(tài)時，能自動地調(diào)回到規(guī)定的的數(shù)值范圍內(nèi)。到規(guī)定的的數(shù)值范圍內(nèi)。第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)1.21.2自動控制系統(tǒng)的組成及方塊圖自動控制系統(tǒng)的組成及方塊圖人工控制自動控制圖1-2 人工操作圖圖1-3 液位自動控制系統(tǒng)圖第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)一、自動控制系統(tǒng)的組成一、自動控制系統(tǒng)的組成a a、被控對象被控對象 （對象）（對象）b b、檢測變送器檢測變送器c c、控控

5、 制制 器器d d、執(zhí)執(zhí) 行行 器器( (自動化裝置自動化裝置) )輔助裝置輔助裝置圖1-3 液位自動控制系統(tǒng)圖第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)二、二、自動控制系統(tǒng)的方框圖自動控制系統(tǒng)的方框圖方框：表示一個方框：表示一個 組成部分，稱環(huán)節(jié)。組成部分，稱環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)箭頭連線：表示信號傳遞關(guān)系。箭頭連線：表示信號傳遞關(guān)系。圓圈：比較環(huán)節(jié)，表示信號相加減。圓圈：比較環(huán)節(jié)，表示信號相加減。+-1、簡單控制系統(tǒng)方框圖：、簡單控制系統(tǒng)方框圖：被控對象執(zhí)行器控制器檢測元件及變送器被控對象執(zhí)行器控制器檢測元件及變送器被控變量y給定值xz測量值操縱變量q控制信號p偏差 e干擾 控制器第一章 自動

6、控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)圖1-5 蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng) 當(dāng)進(jìn)料流量或溫度變化等因素引起出口物料溫度變化時，可以將該溫度變化測量后送至溫度控制器TC。溫度控制器的輸出送至控制閥，以改變加熱蒸汽量來維持出口物料的溫度不變。 第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)被控變量：需要控制被控變量：需要控制 的工藝參數(shù)的工藝參數(shù)給定值（或設(shè)定值）：對應(yīng)于生產(chǎn)過程中被控變量的期望值給定值（或設(shè)定值）：對應(yīng)于生產(chǎn)過程中被控變量的期望值測量值：由檢測元件的到的被控變量的實際值。測量值：由檢測元件的到的被控變量的實際值。操縱變量（或控制變量）：受控于調(diào)節(jié)閥，用以克服操縱變量（或控制變量）：受控于

7、調(diào)節(jié)閥，用以克服 干擾影響，干擾影響，具體實現(xiàn)控制作用的變量成為操作變量，它調(diào)節(jié)閥的輸出信號。具體實現(xiàn)控制作用的變量成為操作變量，它調(diào)節(jié)閥的輸出信號。干擾（或外界擾動）：引起被控變量偏離給定值的，除操作變干擾（或外界擾動）：引起被控變量偏離給定值的，除操作變量以外的各種因素。量以外的各種因素。偏差信號：給定值與測量值的差，在反饋系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器是根偏差信號：給定值與測量值的差，在反饋系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器是根據(jù)偏差信號的大小來控制操作變量的。據(jù)偏差信號的大小來控制操作變量的。控制信號：控制器將偏差按一定規(guī)律計算得到的量。控制信號：控制器將偏差按一定規(guī)律計算得到的量。2、控制系統(tǒng)常用術(shù)語：控制系統(tǒng)常用術(shù)語

8、：第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)1.1.3 3自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類 分類方法很多，最經(jīng)常使用的是按給定值的特點（是否變分類方法很多，最經(jīng)常使用的是按給定值的特點（是否變化？如何變化？）來劃分。化？如何變化？）來劃分。定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)按信號傳遞的路徑來劃分按信號傳遞的路徑來劃分閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)一、控制系統(tǒng)的過渡過程一、控制系統(tǒng)的過渡過程自動控制系統(tǒng)靜態(tài)與動態(tài)自動控制系統(tǒng)靜態(tài)與動態(tài)：靜態(tài)1

9、（e=0)干擾作用e0控制作用靜態(tài)2（e=0)動態(tài)（過渡過程過渡過程）1.1.4 4 控制系統(tǒng)的過渡過程及其性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的過渡過程及其性能指標(biāo)階躍干擾：t發(fā)散振蕩過程發(fā)散振蕩過程等幅振蕩過程等幅振蕩過程衰減振蕩過程衰減振蕩過程非振蕩的單調(diào)過程非振蕩的單調(diào)過程0不穩(wěn)定穩(wěn)定第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)二、二、 控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)性能指標(biāo)：余差 e最大偏差 A(或超調(diào)量 ):衰減比 n回復(fù)時間 ts(過渡過程時間、調(diào)整時間)振蕩周期 T質(zhì)量指標(biāo)主要有五項質(zhì)量指標(biāo)主要有五項：(衰減振蕩過程)第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)舉例舉例圖1-11 溫度控制系統(tǒng)過

10、渡過程曲線 某換熱器的溫度控制系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過渡過程曲線如下圖所示。試分別求出最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過渡時間（給定值為200）。第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)解解 最大偏差最大偏差A(yù) A230-200230-2003030余差余差C C205-200205-200由圖上可以看出，第一個波峰值由圖上可以看出，第一個波峰值B B230-205230-2052525，第二個波峰值第二個波峰值B B21021020520555，故衰減比應(yīng)為故衰減比應(yīng)為B:BB:B25:525:55:15:1。振蕩周期為同向兩波峰之間的時間間隔，振蕩周期為同向兩波峰之間的時間間隔

11、，故周期故周期T T20-520-51515（minmin）過渡時間為過渡時間為22min22min。(過渡時間與規(guī)定的被控變量限制范圍大小有關(guān)，假定被控變量進(jìn)入額定值的2，就可以認(rèn)為過渡過程已經(jīng)結(jié)束，那么限制范圍為200（2）4，這時，可在新穩(wěn)態(tài)值（205）兩側(cè)以寬度為畫一區(qū)域，上圖中以畫有陰影線的區(qū)域表示，只要被控變量進(jìn)入這一區(qū)域且不再越出，過濾過程就可以認(rèn)為已經(jīng)結(jié)束。)第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)三、影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的主要因素三、影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的主要因素 一個自動控制系統(tǒng)可以概括成兩大部分，即一個自動控制系統(tǒng)可以概括成兩大部分，即工藝過程部工藝過程部分

12、（被控對象）分（被控對象）和和自動化裝置部分自動化裝置部分。前者指與該自動控制系。前者指與該自動控制系統(tǒng)有關(guān)的部分。后者指為實現(xiàn)自動控制所必需的自動化儀表統(tǒng)有關(guān)的部分。后者指為實現(xiàn)自動控制所必需的自動化儀表設(shè)備，通常包括測量與變送裝置、控制器和執(zhí)行器等三部分。設(shè)備，通常包括測量與變送裝置、控制器和執(zhí)行器等三部分。 對于一個自動控制系統(tǒng)，過渡過程品質(zhì)的對于一個自動控制系統(tǒng)，過渡過程品質(zhì)的好壞好壞，在，在很大程度上很大程度上決定于對象的性質(zhì)決定于對象的性質(zhì)。例如在前所述的溫度控。例如在前所述的溫度控制系統(tǒng)中，屬于對象性質(zhì)的主要因素有：換熱器的負(fù)荷制系統(tǒng)中，屬于對象性質(zhì)的主要因素有：換熱器的負(fù)荷大小

13、，換熱器的結(jié)構(gòu)、尺寸、材質(zhì)等，換熱器內(nèi)的換熱大小，換熱器的結(jié)構(gòu)、尺寸、材質(zhì)等，換熱器內(nèi)的換熱情況、散熱情況及結(jié)垢程度等。不同自動化系統(tǒng)要具體情況、散熱情況及結(jié)垢程度等。不同自動化系統(tǒng)要具體分析。分析。第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)1.1.5 5工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖 工藝流程和控制方案的確定后， 根據(jù)工藝設(shè)計給出的流程圖， 按其流程順序標(biāo)注出相應(yīng)的測量點、控制點、控制系統(tǒng)及自動信號與聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)等， 便成了工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖 。第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)圖1-12脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖舉例左圖是乙烯左圖是乙烯生

14、產(chǎn)過程中生產(chǎn)過程中脫乙烷塔的脫乙烷塔的工藝管道及工藝管道及控制流程圖控制流程圖 舉例舉例第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)一、圖形符號一、圖形符號1. 1. 檢測點（包括檢測元件、取樣點）檢測點（包括檢測元件、取樣點） 檢測點是由工藝設(shè)備輪廓線或工藝管線引到儀表圓圈的連接線的起點，一般無特定的圖形符號，如下圖所示。必要時，檢測元件也可以用象形或圖形符號表示。圖1-13 測試點的一般表示方法第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)2. 2. 連接線連接線 通用的儀表信號線均以細(xì)實線表示。連接線表示交叉及相接時，采用下圖的形式。加箭頭的方式表示信號的方向。圖1-14 聯(lián)系線的表示

15、法第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)3. 3. 儀表（包括檢測、顯示、控制）的圖形符號儀表（包括檢測、顯示、控制）的圖形符號 儀表的圖形符號是一個細(xì)實線圓圈，直徑約10mm，對于不同的儀表安裝位置的圖形符號如下表所示。 序序號號安裝位安裝位置置圖形符號圖形符號備注備注序序號號安裝位置安裝位置圖形符圖形符號號備注備注1就地安就地安裝儀表裝儀表嵌在管道嵌在管道中中4集中儀表集中儀表盤后安裝盤后安裝儀表儀表2集中儀集中儀表盤面表盤面安裝儀安裝儀表表 5就地儀表就地儀表盤面安裝盤面安裝儀表儀表3就地儀就地儀表盤面表盤面安裝儀安裝儀表表表1-1 儀表安裝位置的圖形符號表示第一章 自動控制系統(tǒng)

16、基本概念化工過程自動化技術(shù)二、字母代號二、字母代號 在控制流程圖中，用來表示儀表的小圓圈的上半圓內(nèi)，一般寫有兩位（或兩位以上）字母，第一位字母表示被測變量，后繼字母表示儀表的功能，常用字母代號見下表。三、儀表位號三、儀表位號 儀表位號儀表位號是由字母代號組合和阿拉伯?dāng)?shù)字編號兩部分組成。阿拉伯?dāng)?shù)字編號寫在圓圈的下半部，其第一位數(shù)字表示工段號，后續(xù)數(shù)字（二位或三位數(shù)字）表示儀表序號。 第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)以脫乙烷塔控制流以脫乙烷塔控制流程圖為例程圖為例塔頂?shù)膲毫刂葡到y(tǒng)塔頂?shù)膲毫刂葡到y(tǒng)中PIC-207： 其中第一位字母P表示被測變量為壓力，第二位字母I表示具有指示功能，

17、第三位字母C表示具有控制功能，因此，PIC的組合就表示一臺具有指示功能的壓力控制器。該控制系統(tǒng)是通過改變氣相采出量來維持塔壓穩(wěn)定的。 工段號為2，儀表序號為07第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)本章小結(jié)與作業(yè)本章小結(jié)與作業(yè)小結(jié)：1、自動化系統(tǒng)的四種類型；2、自動控制系統(tǒng)的組成及其基本工作原理；3、簡單控制系統(tǒng)的方框圖；4、自動控制系統(tǒng)的常用術(shù)語；5、控制系統(tǒng)的五項.性能指標(biāo)；6、工藝管道及控制流程圖。作業(yè)：一、P16.： 4二、P16.： 11三、P16.：21、22第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)自動檢測系統(tǒng)自動檢測系統(tǒng)熱交換器自動檢測系統(tǒng)第一章 自動控制系統(tǒng)基本概

18、念化工過程自動化技術(shù)信號聯(lián)鎖系統(tǒng)信號聯(lián)鎖系統(tǒng)液體儲槽的自動連鎖保護(hù)系統(tǒng)第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)自動操縱系統(tǒng)自動操縱系統(tǒng)加料自動操縱系統(tǒng)第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)液位自動控制系統(tǒng)人工控制演習(xí)人工控制演習(xí)眼看眼看腦想腦想手動手動自動控制演習(xí)自動控制演習(xí)檢測器（眼看）檢測器（眼看）控制器（腦想）控制器（腦想）執(zhí)行器（手動）執(zhí)行器（手動）第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念化工過程自動化技術(shù)階躍干擾：t0發(fā)散振蕩過程發(fā)散振蕩過程等幅振蕩過程等幅振蕩過程被調(diào)參數(shù)在給定值附近來回波動，且波動振幅保持不變。 被調(diào)參數(shù)來回波動，且波動振幅逐漸變大，即離給定值越來越遠(yuǎn)。 第一