自動(dòng)檢測(cè)與過程控制第一章 緒論

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院2013.22013.2教材教材: 馬修水馬修水. .過程儀表及自動(dòng)化過程儀表及自動(dòng)化. .機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社主要參考書：主要參考書： 劉玉長劉玉長. .自動(dòng)檢測(cè)和過程控制自動(dòng)檢測(cè)和過程控制( (第第4 4版版).).冶金工業(yè)出版社冶金工業(yè)出版社 厲玉鳴厲玉鳴. .化工儀表及自動(dòng)化（第化工儀表及自動(dòng)化（第5 5版）版）. .化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社l 工業(yè)過程控制的基本概念工業(yè)過程控制的基本概念 l 過程特性過程特性第一章第一章 緒緒 論論一、工業(yè)過程控制的基本概念一、工業(yè)過程控制的基本概念 l1.1 過程自動(dòng)化儀表的發(fā)展概述l1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

2、及框圖l1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)分類l1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程及品質(zhì)指標(biāo)l1.5 工藝管道及控制流程圖1.1、過程自動(dòng)化儀表的發(fā)展概述、過程自動(dòng)化儀表的發(fā)展概述l20世紀(jì)40年代以前絕大多數(shù)化工生產(chǎn)處于手工操作狀況，操作工人根據(jù)反映主要參數(shù)的儀表指示情況，用人工來改變操作條件，生產(chǎn)過程單憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。低效率，花費(fèi)龐大。l20世紀(jì)50年代到60年代人們對(duì)化工生產(chǎn)各種單元操作進(jìn)行了大量的開發(fā)工作，使得化工生產(chǎn)過程朝著大規(guī)模、高效率、連續(xù)生產(chǎn)、綜合利用方向迅速發(fā)展。1.1、過程自動(dòng)化儀表的發(fā)展概述、過程自動(dòng)化儀表的發(fā)展概述l20世紀(jì)70年代以來，化工自動(dòng)化技術(shù)水平得到了很大的提高。計(jì)算機(jī)開始用于控制

3、生產(chǎn)過程，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)l20世紀(jì)80年代以后，出現(xiàn)二級(jí)優(yōu)化控制，現(xiàn)場(chǎng)總線和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及框圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及框圖 圖圖1-1 人工操作圖人工操作圖圖圖1-2液位自動(dòng)控制系統(tǒng)圖液位自動(dòng)控制系統(tǒng)圖n人工操作與自動(dòng)控制比較圖人工操作與自動(dòng)控制比較圖控制速度和精度不能滿足大型現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要控制速度和精度不能滿足大型現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成l自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成組組成成自動(dòng)化裝置自動(dòng)化裝置被控對(duì)象被控對(duì)象測(cè)量元件與變送器測(cè)量元件與變送器自動(dòng)控制器自動(dòng)控制器執(zhí)行器執(zhí)行器圖圖1-3

4、 蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng) 當(dāng)進(jìn)料流量或溫度變化當(dāng)進(jìn)料流量或溫度變化等因素引起出口物料溫度變等因素引起出口物料溫度變化時(shí)，可以將該溫度變化測(cè)化時(shí)，可以將該溫度變化測(cè)量后送至溫度控制器量后送至溫度控制器TCTC。溫。溫度控制器的輸出送至控制閥，度控制器的輸出送至控制閥，以改變加熱蒸汽量來維持出以改變加熱蒸汽量來維持出口物料的溫度不變?？谖锪系臏囟炔蛔?。 1、自動(dòng)控制的方塊圖、自動(dòng)控制的方塊圖l在研究自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，為了便于對(duì)系統(tǒng)分析研究，一在研究自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，為了便于對(duì)系統(tǒng)分析研究，一般都用方塊圖來表示控制系統(tǒng)的組成。般都用方塊圖來表示控制系統(tǒng)的組成。l下頁圖為液位自動(dòng)控制

5、系統(tǒng)地方塊圖，每個(gè)環(huán)節(jié)表示組下頁圖為液位自動(dòng)控制系統(tǒng)地方塊圖，每個(gè)環(huán)節(jié)表示組成系統(tǒng)的一個(gè)部分，稱為成系統(tǒng)的一個(gè)部分，稱為“環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)”。兩個(gè)方塊之間用一。兩個(gè)方塊之間用一條帶有箭頭的線條表示其信號(hào)的相互關(guān)系，箭頭指向方條帶有箭頭的線條表示其信號(hào)的相互關(guān)系，箭頭指向方塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸入，箭頭離開方塊表示為這個(gè)環(huán)塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸入，箭頭離開方塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸出。線旁的字母表示相互間的作用信號(hào)。節(jié)的輸出。線旁的字母表示相互間的作用信號(hào)。二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的表示形式二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的表示形式l注意！注意！方塊圖中的每一個(gè)方塊都代表一個(gè)具體的裝置。方塊圖中的每一個(gè)方塊都代表一個(gè)具體的裝置。n方塊

6、與方塊之間的連接線，只是代表方塊之間的信號(hào)聯(lián)系，方塊與方塊之間的連接線，只是代表方塊之間的信號(hào)聯(lián)系，并不代表方塊之間的物料聯(lián)系。方塊之間連接線的箭頭也只是并不代表方塊之間的物料聯(lián)系。方塊之間連接線的箭頭也只是代表信號(hào)作用的方向，與工藝流程圖上的物料線是不同的。代表信號(hào)作用的方向，與工藝流程圖上的物料線是不同的。n工藝流程圖上的物料線是代表物料從一個(gè)設(shè)備進(jìn)入另一個(gè)設(shè)工藝流程圖上的物料線是代表物料從一個(gè)設(shè)備進(jìn)入另一個(gè)設(shè)備，而方塊圖上的線條及箭頭方向有時(shí)并不與流體流向相一致。備，而方塊圖上的線條及箭頭方向有時(shí)并不與流體流向相一致。n自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。帶有輸入輸出

7、信號(hào)的方框帶有輸入輸出信號(hào)的方框比較點(diǎn)比較點(diǎn)分支點(diǎn)分支點(diǎn)圖圖1.4 方框的組成單元示意圖方框的組成單元示意圖l小結(jié)小結(jié)l自動(dòng)控制系統(tǒng)是具有被控變量負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)是具有被控變量負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。 l與自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)操縱等開環(huán)系統(tǒng)比較，最本質(zhì)的區(qū)別，與自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)操縱等開環(huán)系統(tǒng)比較，最本質(zhì)的區(qū)別，就在于自動(dòng)控制系統(tǒng)有負(fù)反饋，開環(huán)系統(tǒng)中，被控（工藝）就在于自動(dòng)控制系統(tǒng)有負(fù)反饋，開環(huán)系統(tǒng)中，被控（工藝）變量是不反饋到輸入端的。變量是不反饋到輸入端的。舉例舉例化肥廠的造氣自動(dòng)機(jī)就是典型的開環(huán)系統(tǒng)的例子化肥廠的造氣自動(dòng)機(jī)就是典型的開環(huán)系統(tǒng)的例子自動(dòng)操縱裝置自動(dòng)操縱裝置對(duì)象對(duì)象操縱作用操縱

8、作用工藝參數(shù)工藝參數(shù)操縱指令操縱指令開環(huán)系統(tǒng)：開環(huán)系統(tǒng)：自動(dòng)機(jī)在操作時(shí)，自動(dòng)機(jī)在操作時(shí)，一旦開機(jī)，就只能是按照預(yù)一旦開機(jī)，就只能是按照預(yù)先規(guī)定好的程序周而復(fù)始地先規(guī)定好的程序周而復(fù)始地運(yùn)轉(zhuǎn)。這時(shí)被控變量如果發(fā)運(yùn)轉(zhuǎn)。這時(shí)被控變量如果發(fā)生了變化，自動(dòng)機(jī)不會(huì)自動(dòng)生了變化，自動(dòng)機(jī)不會(huì)自動(dòng)地根據(jù)被控變量的實(shí)際工況地根據(jù)被控變量的實(shí)際工況來改變自己的操作。來改變自己的操作。比較比較閉環(huán)系統(tǒng)：閉環(huán)系統(tǒng)：有針對(duì)性地有針對(duì)性地根據(jù)被控變量的變化情根據(jù)被控變量的變化情況而改變控制作用的大況而改變控制作用的大小和方向，從而使系統(tǒng)小和方向，從而使系統(tǒng)的工作狀態(tài)始終等于或的工作狀態(tài)始終等于或接近于所希望的狀態(tài)。接近于所

9、希望的狀態(tài)。三、過程控制術(shù)語三、過程控制術(shù)語l被控變量（受控變量、過程變量） 被控對(duì)象需要維持在其理想值的工藝變量。l設(shè)定值（給定值） 被控變量要求達(dá)到的期望值。l操作變量（操縱變量）通常是由執(zhí)行器控制的某一工藝介質(zhì)流量。l擾動(dòng)變量（干擾變量、擾動(dòng)） 任何導(dǎo)致被控變量偏離其給定值的輸入變量。1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類l幾種分類方法幾種分類方法l按被控變量來分類，如溫度、壓力等控制系統(tǒng)；按被控變量來分類，如溫度、壓力等控制系統(tǒng)；l按控制器具有的控制規(guī)律來分類，如比例、比例積按控制器具有的控制規(guī)律來分類，如比例、比例積分、比例微分、比例積分微分等控制系統(tǒng)；分、比例微分、比例積分微

10、分等控制系統(tǒng)；l將控制系統(tǒng)按照工藝過程需要控制的被控變量的給將控制系統(tǒng)按照工藝過程需要控制的被控變量的給定值是否變化和如何變化來分類，這樣可將自動(dòng)控定值是否變化和如何變化來分類，這樣可將自動(dòng)控制系統(tǒng)分為三類，即定值控制系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)制系統(tǒng)分為三類，即定值控制系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。和程序控制系統(tǒng)。其中第三種分類方法最普遍其中第三種分類方法最普遍 “定值定值” 是恒定給定值的簡(jiǎn)稱。工藝生產(chǎn)中，若要求控是恒定給定值的簡(jiǎn)稱。工藝生產(chǎn)中，若要求控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)保持在一個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)上制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)保持在一個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)上不變，或者說要求被控變量的給定值不變，就

11、需要采用定值不變，或者說要求被控變量的給定值不變，就需要采用定值控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。 給定值隨機(jī)變化，該系統(tǒng)的目的就是使所控制的工藝參給定值隨機(jī)變化，該系統(tǒng)的目的就是使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而變化。數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而變化。 給定值變化，但它是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)給定值變化，但它是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時(shí)間程序變化。這類系統(tǒng)在間歇生產(chǎn)過程中指標(biāo)需按一定的時(shí)間程序變化。這類系統(tǒng)在間歇生產(chǎn)過程中應(yīng)用比較普通。應(yīng)用比較普通。1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo) l一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)一、控制系統(tǒng)

12、的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)自動(dòng)控制目的：自動(dòng)控制目的：希望將被控變量保持在一個(gè)不變的給定值希望將被控變量保持在一個(gè)不變的給定值上，這只有當(dāng)進(jìn)入被控對(duì)象的物料量（或能量）和流出對(duì)上，這只有當(dāng)進(jìn)入被控對(duì)象的物料量（或能量）和流出對(duì)象的物料量（或能量）相等時(shí)才有可能。象的物料量（或能量）相等時(shí)才有可能。 靜態(tài)靜態(tài)被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)（變化率被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)（變化率 為為0，不是靜止）。，不是靜止）。 當(dāng)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入（給定和干擾）和輸出均當(dāng)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入（給定和干擾）和輸出均恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀

13、態(tài)，系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)如變送器、控制器、控制閥都不改變系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)如變送器、控制器、控制閥都不改變其原先的狀態(tài)，它們的輸出信號(hào)也都處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，其原先的狀態(tài)，它們的輸出信號(hào)也都處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)就是這種狀態(tài)就是靜態(tài)靜態(tài)。動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài) 。 從干擾作用破壞靜態(tài)平衡，經(jīng)過控制，直到系統(tǒng)重新建從干擾作用破壞靜態(tài)平衡，經(jīng)過控制，直到系統(tǒng)重新建立平衡，在這一段時(shí)間中，整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和信號(hào)都處立平衡，在這一段時(shí)間中，整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和信號(hào)都處于變動(dòng)狀態(tài)之中，這種狀態(tài)叫做于變動(dòng)狀態(tài)之中，這種狀態(tài)叫做動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)。結(jié)論：結(jié)論：在自動(dòng)化工

14、作中，了解系統(tǒng)的靜態(tài)是必要的，但是了在自動(dòng)化工作中，了解系統(tǒng)的靜態(tài)是必要的，但是了解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)更為重要。因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中，干擾是客觀存解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)更為重要。因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中，干擾是客觀存在的，是不可避免的，就需要通過自動(dòng)化裝置不斷地施加控在的，是不可避免的，就需要通過自動(dòng)化裝置不斷地施加控制作用去對(duì)抗或抵消干擾作用的影響，從而使被控變量保持制作用去對(duì)抗或抵消干擾作用的影響，從而使被控變量保持在工藝生產(chǎn)所要求控制的技術(shù)指標(biāo)上。在工藝生產(chǎn)所要求控制的技術(shù)指標(biāo)上。l二、控制系統(tǒng)的過渡過程二、控制系統(tǒng)的過渡過程l系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)過渡到另一個(gè)平衡狀態(tài)的過程。系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)過渡到另一個(gè)平衡狀態(tài)的過程

15、。 當(dāng)干擾作用于對(duì)象，系統(tǒng)輸出當(dāng)干擾作用于對(duì)象，系統(tǒng)輸出y y發(fā)生變化，在系統(tǒng)負(fù)反發(fā)生變化，在系統(tǒng)負(fù)反饋?zhàn)饔孟?，?jīng)過一段時(shí)間，系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡。饋?zhàn)饔孟拢?jīng)過一段時(shí)間，系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡。舉例舉例圖圖1-5 1-5 控制系統(tǒng)方塊圖控制系統(tǒng)方塊圖采用階躍干擾的優(yōu)點(diǎn)：采用階躍干擾的優(yōu)點(diǎn)： 這種形式的干擾比較突然、這種形式的干擾比較突然、危險(xiǎn)，且對(duì)被控變量的影響危險(xiǎn)，且對(duì)被控變量的影響也最大。如果一個(gè)控制系統(tǒng)也最大。如果一個(gè)控制系統(tǒng)能夠有效地克服這種類型的能夠有效地克服這種類型的干擾，那么一定能很好地克干擾，那么一定能很好地克服比較緩和的干擾。服比較緩和的干擾。 這種干擾的形式簡(jiǎn)單，容易這種干擾的形式

16、簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)實(shí)現(xiàn)，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。算。圖圖1-6 階躍干擾作用階躍干擾作用n在生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾是沒有固定形式的，且多半屬于在生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾是沒有固定形式的，且多半屬于隨機(jī)性質(zhì)。在分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，為了安全和方便，隨機(jī)性質(zhì)。在分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，為了安全和方便，常選擇一些定型的干擾形式，其中常用的是階躍干擾。常選擇一些定型的干擾形式，其中常用的是階躍干擾。 l自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過渡過程的四種形式自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過渡過程的四種形式X X非周期衰減過非周期衰減過程程衰減震蕩過程衰減震蕩過程等 幅 震 蕩 過等 幅 震 蕩 過程程 發(fā)散震蕩

17、過程發(fā)散震蕩過程？對(duì)于控制質(zhì)量要求不對(duì)于控制質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合，如果被控高的場(chǎng)合，如果被控變量允許在工藝許可變量允許在工藝許可的范圍內(nèi)振蕩（主要的范圍內(nèi)振蕩（主要指在位式控制時(shí)），指在位式控制時(shí)），才可采用。才可采用。 圖圖1-7 1-7 過渡過程的四種形式過渡過程的四種形式l三、控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)三、控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)l控制系統(tǒng)的過渡過程是衡量品質(zhì)的依據(jù)?？刂葡到y(tǒng)的過渡過程是衡量品質(zhì)的依據(jù)。圖圖1-8 1-8 過渡過程品質(zhì)指標(biāo)示意圖過渡過程品質(zhì)指標(biāo)示意圖 假定自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍輸入作用下，被控變量的假定自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍輸入作用下，被控變量的變化曲線如上圖所示，這是屬于衰減振蕩的過渡過程。變

18、化曲線如上圖所示，這是屬于衰減振蕩的過渡過程。 多數(shù)情況下，希望得到衰減振蕩過程，在此取這種多數(shù)情況下，希望得到衰減振蕩過程，在此取這種過程形式討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。過程形式討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。五種重要品質(zhì)指標(biāo)：五種重要品質(zhì)指標(biāo)：1. 最大偏差或超調(diào)量最大偏差或超調(diào)量 最大偏差最大偏差是指在過渡過程中，被控變量偏離給定值的是指在過渡過程中，被控變量偏離給定值的最大數(shù)值最大數(shù)值,A,A。在衰減振蕩過程中，最大偏差就是第一個(gè)波。在衰減振蕩過程中，最大偏差就是第一個(gè)波的峰值。特別是對(duì)于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學(xué)反應(yīng)的峰值。特別是對(duì)于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學(xué)反應(yīng)器的化合物爆炸極限、觸媒燒結(jié)

19、溫度極限等，都會(huì)對(duì)最大器的化合物爆炸極限、觸媒燒結(jié)溫度極限等，都會(huì)對(duì)最大偏差的允許值有所限制。偏差的允許值有所限制。 超調(diào)量也可以用來表征被控變量偏離給定值的程度超調(diào)量也可以用來表征被控變量偏離給定值的程度,B,B。2. 2. 衰減比衰減比 衰減比是衰減程度的指標(biāo)，它是前后相鄰兩個(gè)峰值的衰減比是衰減程度的指標(biāo)，它是前后相鄰兩個(gè)峰值的比比,B:B。習(xí)慣表示為。習(xí)慣表示為 n:1，一般，一般 n 取為取為410之間為宜。之間為宜。3. 余差余差 當(dāng)過渡過程終了時(shí)，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與給當(dāng)過渡過程終了時(shí)，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差叫做定值之間的偏差叫做余差余差，或者說余差就

20、是過渡過程終了時(shí)，或者說余差就是過渡過程終了時(shí)的殘余偏差，的殘余偏差，C。有余差的控制過程稱為有差調(diào)節(jié)，相應(yīng)的。有余差的控制過程稱為有差調(diào)節(jié)，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng)。反之就為無差調(diào)節(jié)和無差系統(tǒng)。系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng)。反之就為無差調(diào)節(jié)和無差系統(tǒng)。 4. 調(diào)節(jié)時(shí)間和振蕩頻率調(diào)節(jié)時(shí)間和振蕩頻率 從干擾作用發(fā)生的時(shí)刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時(shí)止，過渡從干擾作用發(fā)生的時(shí)刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時(shí)止，過渡過程所經(jīng)歷的時(shí)間叫過程所經(jīng)歷的時(shí)間叫調(diào)節(jié)時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間tS。一般在穩(wěn)態(tài)值的上下規(guī)定一個(gè)小范圍，。一般在穩(wěn)態(tài)值的上下規(guī)定一個(gè)小范圍，當(dāng)被控變量進(jìn)入該范圍并不再越出時(shí)，就認(rèn)為被控變量已經(jīng)達(dá)到新的穩(wěn)當(dāng)被控變

21、量進(jìn)入該范圍并不再越出時(shí)，就認(rèn)為被控變量已經(jīng)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值，或者說過渡過程已經(jīng)結(jié)束這個(gè)范圍一般定為穩(wěn)態(tài)值的態(tài)值，或者說過渡過程已經(jīng)結(jié)束這個(gè)范圍一般定為穩(wěn)態(tài)值的（也（也有的規(guī)定為有的規(guī)定為）。）。 過渡過程同向兩波峰（或波谷）之間的間隔時(shí)間叫過渡過程同向兩波峰（或波谷）之間的間隔時(shí)間叫振蕩周期振蕩周期或工作或工作周期，其倒數(shù)稱為周期，其倒數(shù)稱為振蕩頻率振蕩頻率。5.5.峰值時(shí)間和上升時(shí)間峰值時(shí)間和上升時(shí)間 被控變量達(dá)到最大值的時(shí)間叫做被控變量達(dá)到最大值的時(shí)間叫做峰值時(shí)峰值時(shí)間間tp 。從過渡過程開始到被控變量第一次達(dá)到。從過渡過程開始到被控變量第一次達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)間稱為穩(wěn)定值的時(shí)間稱為上升時(shí)間上

22、升時(shí)間tr。 某換熱器的溫度控制系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過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(shí)間（給定值為減比、振蕩周期和過渡時(shí)間（給定值為200200）。）。舉例舉例圖圖1-9 1-9 溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線解：解：最大偏差最大偏差A(yù) A230-200230-2003030 余差余差C C205-200205-200 第一個(gè)波峰值第一個(gè)波峰值B B230-205230-2052525，第二個(gè)波峰值，第二個(gè)波峰值BB2102102052

23、0555，故，故衰減比衰減比應(yīng)為應(yīng)為B:BB:B25:525:55:15:1 振蕩周期為同向兩波峰之間的時(shí)間間隔，故振蕩周期為同向兩波峰之間的時(shí)間間隔，故周期周期T T20-520-51515（minmin） 過渡時(shí)間過渡時(shí)間為為22min22min（ 2 2 ）。）。四、影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的主要因素四、影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的主要因素 一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)可以概括成兩大部分，即一個(gè)自動(dòng)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（被控對(duì)象）分（被控對(duì)象）和和自動(dòng)化裝置部分自動(dòng)化裝置部分。前者指與該自動(dòng)控制系。前者指與該自動(dòng)控制系統(tǒng)有關(guān)的部分。后者指為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制所必需的自動(dòng)化儀表

24、統(tǒng)有關(guān)的部分。后者指為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制所必需的自動(dòng)化儀表設(shè)備，通常包括測(cè)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(cè)量與變送裝置、控制器和執(zhí)行器等三部分。 對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，過渡過程品質(zhì)的對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，過渡過程品質(zhì)的好壞好壞，在很大，在很大程度上程度上決定于對(duì)象的性質(zhì)決定于對(duì)象的性質(zhì)。例如在前所述的溫度控制系統(tǒng)中，。例如在前所述的溫度控制系統(tǒng)中，屬于對(duì)象性質(zhì)的主要因素有：換熱器的負(fù)荷大小，換熱器的結(jié)屬于對(duì)象性質(zhì)的主要因素有：換熱器的負(fù)荷大小，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(dòng)化系

25、統(tǒng)要具體分析。度等。不同自動(dòng)化系統(tǒng)要具體分析。1.5 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)工藝流程和控制方案的確定后，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)給出的流程圖，按其流程順序標(biāo)工藝設(shè)計(jì)給出的流程圖，按其流程順序標(biāo)注出相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)、控制點(diǎn)、控制系統(tǒng)及注出相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)、控制點(diǎn)、控制系統(tǒng)及自動(dòng)信號(hào)與聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)等，便成了自動(dòng)信號(hào)與聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)等，便成了工藝工藝管道及控制流程圖管道及控制流程圖 。乙烯生產(chǎn)過程中脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖乙烯生產(chǎn)過程中脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖 舉例舉例圖圖1-10 1-10 脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖l 圖

26、形符號(hào)圖形符號(hào)l 測(cè)試點(diǎn)（包括檢出元件、取樣點(diǎn)）測(cè)試點(diǎn)（包括檢出元件、取樣點(diǎn)） 測(cè)試點(diǎn)測(cè)試點(diǎn)是由工藝設(shè)備輪廓線或工藝管線引到儀表圓圈是由工藝設(shè)備輪廓線或工藝管線引到儀表圓圈的連接線的起點(diǎn)，一般無特定的圖形符號(hào)，如下圖所示。的連接線的起點(diǎn)，一般無特定的圖形符號(hào)，如下圖所示。必要時(shí)，檢測(cè)元件也可以用象形或圖形符號(hào)表示。必要時(shí)，檢測(cè)元件也可以用象形或圖形符號(hào)表示。圖圖1-11 測(cè)試點(diǎn)的一般表示方法測(cè)試點(diǎn)的一般表示方法 連接線連接線 通用的儀表信號(hào)線均以細(xì)實(shí)線表示。連接線表示交叉通用的儀表信號(hào)線均以細(xì)實(shí)線表示。連接線表示交叉及相接時(shí)，采用下圖的形式。必要時(shí)也可用加箭頭的方式及相接時(shí)，采用下圖的形式。必

27、要時(shí)也可用加箭頭的方式表示信號(hào)的方向。在需要時(shí)，信號(hào)線也可按氣信號(hào)、電信表示信號(hào)的方向。在需要時(shí)，信號(hào)線也可按氣信號(hào)、電信號(hào)、導(dǎo)壓毛細(xì)管等采用不同的表示方式以示區(qū)別。號(hào)、導(dǎo)壓毛細(xì)管等采用不同的表示方式以示區(qū)別。圖圖1-12 1-12 聯(lián)系線的表示法聯(lián)系線的表示法 儀表（包括檢測(cè)、顯示、控制）的圖形符號(hào)儀表（包括檢測(cè)、顯示、控制）的圖形符號(hào) 儀表的圖形符號(hào)是一個(gè)細(xì)實(shí)線圓圈，直徑約儀表的圖形符號(hào)是一個(gè)細(xì)實(shí)線圓圈，直徑約10mm10mm，對(duì)于不同的儀表安裝位置的圖形符號(hào)如下表所示。對(duì)于不同的儀表安裝位置的圖形符號(hào)如下表所示。序序號(hào)號(hào)安裝位安裝位置置圖形符號(hào)圖形符號(hào)備注備注序號(hào)序號(hào)安裝位置安裝位置圖形

28、符圖形符號(hào)號(hào)備注備注1就地安就地安裝儀表裝儀表嵌在管嵌在管道中道中4集中儀集中儀表盤后表盤后安裝儀安裝儀表表2集中儀集中儀表盤面表盤面安裝儀安裝儀表表 5就地儀就地儀表盤面表盤面安裝儀安裝儀表表3就地儀就地儀表盤面表盤面安裝儀安裝儀表表表表1-1 1-1 儀表安裝位置的圖形符號(hào)表示儀表安裝位置的圖形符號(hào)表示 對(duì)于處理兩個(gè)或兩個(gè)以上被測(cè)變量，具有相同或不同對(duì)于處理兩個(gè)或兩個(gè)以上被測(cè)變量，具有相同或不同功能的復(fù)式儀表時(shí)，可用兩個(gè)相切的圓或分別用細(xì)實(shí)線圓功能的復(fù)式儀表時(shí)，可用兩個(gè)相切的圓或分別用細(xì)實(shí)線圓與細(xì)虛線圓相切表示（測(cè)量點(diǎn)在圖紙上距離較遠(yuǎn)或不在同與細(xì)虛線圓相切表示（測(cè)量點(diǎn)在圖紙上距離較遠(yuǎn)或不在

29、同一圖紙上），如下圖所示。一圖紙上），如下圖所示。圖圖1-13 復(fù)式儀表的表示法復(fù)式儀表的表示法l 字母代號(hào)字母代號(hào) 在控制流程圖中，用來表示儀表的小圓圈的上半圓內(nèi)，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(cè)變一般寫有兩位（或兩位以上）字母，第一位字母表示被測(cè)變量，后繼字母表示儀表的功能，常用字母代號(hào)見下表。量，后繼字母表示儀表的功能，常用字母代號(hào)見下表。字母字母第一位字母第一位字母后繼字母后繼字母被測(cè)變量被測(cè)變量修飾詞修飾詞功能功能ACDEFIKLMPQRSTVWYZ分析分析電導(dǎo)率電導(dǎo)率密度密度電壓電壓流量流量電流電流時(shí)間或時(shí)間程序時(shí)間

30、或時(shí)間程序物位物位水分或濕度水分或濕度壓力或真空壓力或真空數(shù)量或件數(shù)數(shù)量或件數(shù)放射性放射性速度或頻率速度或頻率溫度溫度黏度黏度力力供選用供選用位置位置差差比（分?jǐn)?shù)）比（分?jǐn)?shù)）積分、累積積分、累積安全安全報(bào)警報(bào)警控制（調(diào)節(jié)）控制（調(diào)節(jié)）檢測(cè)元件檢測(cè)元件指示指示自動(dòng)自動(dòng)-手動(dòng)操作器手動(dòng)操作器積分、累積積分、累積記錄或打印記錄或打印開關(guān)、聯(lián)鎖開關(guān)、聯(lián)鎖傳送傳送閥、擋板、百葉窗閥、擋板、百葉窗套管套管繼動(dòng)器或計(jì)算器繼動(dòng)器或計(jì)算器驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行或未分類的終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行或未分類的終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)表表1-2 1-2 被測(cè)變量和儀表功能的字母代號(hào)被測(cè)變量和儀表功能的字母代號(hào)舉例舉例 以脫乙烷塔控制流程圖，來說

31、明如何以字母代號(hào)的組合來表以脫乙烷塔控制流程圖，來說明如何以字母代號(hào)的組合來表示被測(cè)變量和儀表功能。示被測(cè)變量和儀表功能。 塔頂?shù)膲毫刂葡邓數(shù)膲毫刂葡到y(tǒng)統(tǒng)中的中的PIC-207PIC-207，其中第，其中第一位字母一位字母P P表示被測(cè)變量表示被測(cè)變量為壓力，第二位字母為壓力，第二位字母I I表表示具有指示功能，第三示具有指示功能，第三位字母位字母C C表示具有控制功表示具有控制功能，因此，能，因此，PICPIC的組合就的組合就表示一臺(tái)具有指示功能表示一臺(tái)具有指示功能的壓力控制器。該控制的壓力控制器。該控制系統(tǒng)是通過改變氣相采系統(tǒng)是通過改變氣相采出量來維持塔壓穩(wěn)定的。出量來維持塔壓穩(wěn)定的

32、。 圖圖1-14 1-14 脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖 回流罐液位控制系統(tǒng)回流罐液位控制系統(tǒng)中的中的LIC-201LIC-201是一臺(tái)具有指示功是一臺(tái)具有指示功能的液位控制器，它是通過改變進(jìn)入冷凝器的冷劑量來維能的液位控制器，它是通過改變進(jìn)入冷凝器的冷劑量來維持回流罐中液位穩(wěn)定的。持回流罐中液位穩(wěn)定的。 塔下部的溫度控制系統(tǒng)塔下部的溫度控制系統(tǒng)中的中的TRC-210TRC-210表示一臺(tái)具有記表示一臺(tái)具有記錄功能的溫度控制器，它是通過改變進(jìn)入再沸器的加熱蒸錄功能的溫度控制器，它是通過改變進(jìn)入再沸器的加熱蒸汽量來維持塔底溫度恒定的。汽量來維持塔底溫度恒定的。 塔

33、底的液位控制系統(tǒng)塔底的液位控制系統(tǒng)中的中的LICA-202LICA-202代表一臺(tái)具有指示、代表一臺(tái)具有指示、報(bào)警功能的液位控制器，它是通過改變塔底采出量來維持報(bào)警功能的液位控制器，它是通過改變塔底采出量來維持塔釜液位穩(wěn)定的。塔釜液位穩(wěn)定的。 l 儀表位號(hào)儀表位號(hào) 儀表位號(hào)儀表位號(hào)是由字母代號(hào)組合和阿拉伯?dāng)?shù)字編號(hào)兩部是由字母代號(hào)組合和阿拉伯?dāng)?shù)字編號(hào)兩部分組成。阿拉伯?dāng)?shù)字編號(hào)寫在圓圈的下半部，其第一位分組成。阿拉伯?dāng)?shù)字編號(hào)寫在圓圈的下半部，其第一位數(shù)字表示工段號(hào)，后續(xù)數(shù)字（二位或三位數(shù)字）表示儀數(shù)字表示工段號(hào)，后續(xù)數(shù)字（二位或三位數(shù)字）表示儀表序號(hào)。表序號(hào)。 舉例舉例脫乙烷塔的工藝管道及控制流程

34、圖中脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖中PIC-206表示表示測(cè)量點(diǎn)在加熱蒸汽管線上的蒸汽壓力指示儀表，該測(cè)量點(diǎn)在加熱蒸汽管線上的蒸汽壓力指示儀表，該儀表為就地安裝，工段號(hào)為儀表為就地安裝，工段號(hào)為2，儀表序號(hào)為，儀表序號(hào)為06。 1.2、過程特性、過程特性1.2.1 過程特性的類型1.2.2 過程的數(shù)學(xué)描述1.2.3 過程對(duì)象特性的參數(shù)1.2.1 過程特性的類型過程特性的類型l所謂過程特性是指當(dāng)被控過程的輸入變量發(fā)生變化時(shí)，其輸出變量隨時(shí)間的變化規(guī)律。l響應(yīng)曲線的類型：1.自衡的非振蕩過程2.無自衡的非振蕩過程3.自衡振蕩過程4.具有反向特性的過程1.2.2 過程的數(shù)學(xué)描述過程的數(shù)學(xué)描述對(duì)象的數(shù)學(xué)模型分為靜態(tài)數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型對(duì)象的數(shù)學(xué)模型分為靜態(tài)數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型靜態(tài)數(shù)學(xué)模型靜態(tài)數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)基礎(chǔ)特例特例一般是在工藝一般是在工藝流程和設(shè)備尺流程和設(shè)備尺寸等都確定的寸等都確定的情況，研究對(duì)情況，研究對(duì)象的輸入變量象的輸入變量是如何影響輸是如何影響輸出變量的。出變量的。研究的目研究的目的是為了的是為了使所設(shè)計(jì)使所設(shè)計(jì)的控制系的控制系統(tǒng)達(dá)到更統(tǒng)達(dá)到更好的控制好的控制效果。效果。 在產(chǎn)品規(guī)格和產(chǎn)在產(chǎn)品規(guī)格和產(chǎn)量已確定的情況量已確定的情況下，通過模型計(jì)下，通