化工自動(dòng)化的大體概念

1、好累呀!J儀出料口圖1人工對貯罐液位進(jìn)行操縱圖2自動(dòng)扮裝置對貯罐液位進(jìn)行操縱概述化工自動(dòng)化的大體概念一、化工自動(dòng)化概述所謂化工自動(dòng)化確實(shí)是用自動(dòng)扮裝置（自動(dòng)化儀表、自動(dòng)裝置、運(yùn)算機(jī)等）來代替人，對化工生產(chǎn)進(jìn)程進(jìn)行操縱和治理的方法（方法）。如圖1、圖2所示。聲、光、圖像等圖3化工自動(dòng)化的大體內(nèi)容化工自動(dòng)化的大體內(nèi)容歸納起來大致有以下幾個(gè)方面：1、自動(dòng)檢測系統(tǒng)在化工生產(chǎn)進(jìn)程中，人們要想明白生產(chǎn)進(jìn)程狀況進(jìn)行的如何，是通過了解反映生產(chǎn)進(jìn)程狀況的某些物理量的大小來實(shí)現(xiàn)的。通常把這些物理量稱為進(jìn)程變量?；どa(chǎn)中常常通過溫度、壓力、流量、液位、物料、成份等進(jìn)程變量的大小來反映生產(chǎn)進(jìn)程狀況的好壞。自動(dòng)檢測系

2、統(tǒng)確實(shí)是對各類生產(chǎn)進(jìn)程變量自動(dòng)地進(jìn)行檢測，而且把檢測的結(jié)果隨時(shí)指示或記錄下來的自動(dòng)化系統(tǒng)。2、自動(dòng)操縱系統(tǒng)在化工生產(chǎn)進(jìn)程中，往往會(huì)有一些周期循環(huán)重復(fù)的操作。這種操作單調(diào)乏味容易令人疲勞。例如：用煤造氣的生產(chǎn)進(jìn)程中，有吹風(fēng)、上吹、下吹、回收這四個(gè)步驟組成一組單調(diào)的、周期重復(fù)的操作。為了擺脫這種單調(diào)的重復(fù)操作，人們設(shè)置了由自動(dòng)機(jī)（順序操縱器）和執(zhí)行器組成的自動(dòng)操縱系統(tǒng)去自動(dòng)地完成這組操作。這種能夠依照人們事前規(guī)定好的操作順序，自動(dòng)地進(jìn)行單調(diào)、周期性重復(fù)操作的自動(dòng)化系統(tǒng)稱為自動(dòng)操縱系統(tǒng)（也稱順序操縱系統(tǒng)。）3、自動(dòng)操縱系統(tǒng)化工生產(chǎn)進(jìn)程是持續(xù)的生產(chǎn)進(jìn)程，各類進(jìn)程變量都是持續(xù)轉(zhuǎn)變的模擬量。在化工生產(chǎn)中，

3、常常要求通過操作使得某些表征化工生產(chǎn)進(jìn)程狀況的、重要的進(jìn)程變量，相對地穩(wěn)固在生產(chǎn)工藝要求的數(shù)值上。例如：在精餾塔的操作中，提餾段的溫度是不是穩(wěn)固在某個(gè)量值上，將直接阻礙到精餾塔工作狀況的好壞和產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，通常設(shè)置一個(gè)自動(dòng)操縱系統(tǒng)對提餾段溫度進(jìn)行自動(dòng)操作。這種操縱某種物料量或能量的大小，使得某個(gè)進(jìn)程變量維持在生產(chǎn)工藝要求的給定值上的自動(dòng)化系統(tǒng)，叫自動(dòng)操縱系統(tǒng)。4、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)聯(lián)鎖愛惜系統(tǒng)在化工生產(chǎn)進(jìn)程中常常會(huì)碰到如此的情形，當(dāng)某個(gè)進(jìn)程變量的數(shù)值超過或低于必然的限制時(shí)，就會(huì)阻礙生產(chǎn)的正常進(jìn)行，乃至?xí)斐筛黝愂鹿省＠纾河靡胰补娘L(fēng)機(jī)輸送乙炔氣時(shí)，若是鼓風(fēng)機(jī)的入口壓力低于某個(gè)量值時(shí)，入口管道

4、內(nèi)就有可能被抽成負(fù)壓，漏進(jìn)空氣而引發(fā)爆炸。這就要設(shè)置一個(gè)壓力報(bào)警及自動(dòng)愛惜系統(tǒng)，對鼓風(fēng)機(jī)的入口壓力進(jìn)行測量。當(dāng)入口壓力低于下限值時(shí)，自動(dòng)發(fā)出警報(bào)或自動(dòng)切斷電源，使鼓風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)等愛惜性方法，幸免事故發(fā)生。這種當(dāng)某個(gè)進(jìn)程變量的數(shù)值接近報(bào)警值時(shí)，能以聲、光、語音、圖像等形式發(fā)出報(bào)警信號提示操作人員注意的自動(dòng)化系統(tǒng)稱為自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)；當(dāng)進(jìn)程變量的數(shù)值接近事故值時(shí)，能自動(dòng)采取愛惜方法開啟或關(guān)停某些生產(chǎn)設(shè)備，以保證人身和設(shè)備平安，避免事故發(fā)生的自動(dòng)化系統(tǒng)叫自動(dòng)聯(lián)鎖愛惜系統(tǒng)。二、化工自動(dòng)化儀表及分類用來實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)進(jìn)程自動(dòng)化的儀器、儀表、自動(dòng)裝置和運(yùn)算機(jī)等設(shè)備統(tǒng)稱為化工自動(dòng)化儀表。由于化工自動(dòng)化儀表種類繁多

5、，分類方式也較多，現(xiàn)別離從化工自動(dòng)化儀表的利用功能、化工自動(dòng)化儀表利用能源和化工自動(dòng)化儀表組成形式三個(gè)角度對其進(jìn)行分類：1、按化工自動(dòng)化儀表的利用功能分類檢測儀表充當(dāng)人的感覺器官功能，獲取化工生產(chǎn)進(jìn)程變量的自動(dòng)化儀表。按進(jìn)程變量的類型分為：壓力測量儀表、流量測量儀表、液位測量儀表和溫度測量儀表等。顯示、記錄儀表充當(dāng)人腦的經(jīng)歷功能，實(shí)時(shí)記錄或顯示化工生產(chǎn)進(jìn)程變量的自動(dòng)化儀表。按顯示方式中分為：指示儀、記錄儀、信號報(bào)警器；按顯示類別可分為：模擬式顯示、數(shù)字式顯示和字符圖形顯示三大類。操縱器充當(dāng)人腦的操縱決策功能，對生產(chǎn)進(jìn)程變量進(jìn)行分析處置，并做出操縱決策的自動(dòng)化儀表。目前，在化工生產(chǎn)中利用的主流操

6、縱器有：單回路數(shù)字調(diào)劑器、可編程操縱器（PLC）、集散型操縱系統(tǒng)（DCS）等。執(zhí)行器充當(dāng)人的手腳功能，直接改變化工生產(chǎn)進(jìn)程變量的自動(dòng)化儀表。執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)劑機(jī)構(gòu)兩大部份組成，執(zhí)行機(jī)構(gòu)同意操縱信號，并將信號轉(zhuǎn)換成位移以驅(qū)動(dòng)調(diào)劑機(jī)構(gòu)，按工作原理可分為氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大類。2、按化工自動(dòng)化儀表利用能源分類氣動(dòng)儀表以緊縮空氣為能源。關(guān)于國產(chǎn)氣動(dòng)儀表，輸入氣源壓力為140Kpa,統(tǒng)一信號壓力為20-100Kpa。電動(dòng)儀表以電能為能源。關(guān)于國產(chǎn)電動(dòng)儀表，DDZ-I、DDZ-II型電源為交流220V,50Hz，統(tǒng)一信號為010mADC；DDZ-III型電源為直流24V,統(tǒng)一信

7、號為420mADC,15VDC。液動(dòng)儀表以高壓液體為能源。關(guān)于國產(chǎn)液動(dòng)儀表，高壓液體為800Kpa,工作液體一樣為變壓器油和綻子油。3、按工業(yè)自動(dòng)化儀表組成形式劃分基地式儀表集檢測、操縱、顯示和執(zhí)行等功能于一體的當(dāng)場安裝儀表。單元組合式儀表儀表的變送、操縱、顯示和執(zhí)行等部份都可獨(dú)立存在，自成一個(gè)獨(dú)立單元。然后依照檢測或操縱系統(tǒng)的需要，能夠?qū)⑦@些獨(dú)立的單元組合起來，構(gòu)成一個(gè)整體，一起完成檢測或操縱任務(wù)。集散型操縱系統(tǒng)集運(yùn)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、顯示技術(shù)和操縱技術(shù)于一體，對化工生產(chǎn)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視治理和分散操縱的運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)。三、化工自動(dòng)化儀表及系統(tǒng)的進(jìn)展隨著化工生產(chǎn)的進(jìn)展化工儀表及系統(tǒng)也取得了進(jìn)展，大

8、體經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期：第一時(shí)期20世紀(jì)40年代到50年代，以基地式儀表為典型設(shè)備實(shí)現(xiàn)當(dāng)場單體安裝的局部自動(dòng)化，主若是維持溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)必然，以保證產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量的穩(wěn)固。第二時(shí)期20世紀(jì)50年代到60年代，接踵采納了氣動(dòng)單元組合儀表，電動(dòng)單元組合儀表級巡回檢測裝置，實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)視，集中操作、集中操縱，強(qiáng)化生產(chǎn)，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。第三時(shí)期20世紀(jì)70年代至今，專門是近十幾年來，微電子技術(shù)的迅猛進(jìn)展把自動(dòng)化技術(shù)及自動(dòng)化儀表推向了一個(gè)新時(shí)期，即化工操縱運(yùn)算機(jī)時(shí)期。它不僅要檢測操縱多參數(shù)的物流信息，還要經(jīng)營治理各類生產(chǎn)產(chǎn)品信息，已從車間、分廠操縱進(jìn)展到全廠自動(dòng)化CIMS),即國際ISO標(biāo)準(zhǔn)化

9、分的基礎(chǔ)自動(dòng)化、進(jìn)程自動(dòng)化、治理自動(dòng)化系統(tǒng)。四、自動(dòng)操縱系統(tǒng)的組成圖4所示，為一個(gè)貯氣罐壓力自動(dòng)操縱系統(tǒng)實(shí)例，通過操縱進(jìn)氣量，操縱貯罐內(nèi)壓力為定值。圖5為離心泵的出口流量自動(dòng)操縱系統(tǒng)實(shí)例，通過對回流量的操縱，操縱泵的出口流量為定值。圖4壓力操縱系統(tǒng)圖5流量操縱系統(tǒng)由上述兩個(gè)不同的自動(dòng)操縱系統(tǒng)實(shí)例能夠看到，自動(dòng)操縱系統(tǒng)在組成上有一起的特點(diǎn)。即它們都由被控對象、變送器（或測量元件）、操縱器和執(zhí)行器等四個(gè)部份組成。若是咱們用方框表示自動(dòng)操縱系統(tǒng)的四個(gè)組成部份，用細(xì)實(shí)線表示信號傳遞途徑，用箭頭表示信號傳遞方向。那么，依照信號傳遞進(jìn)程能夠把圖4和圖5所示的自動(dòng)操縱系統(tǒng)抽象表示成圖6所示。給定值圖6自動(dòng)操

10、縱系統(tǒng)組成方框圖圖6表示的是簡單自動(dòng)操縱系統(tǒng)的大體組成，更復(fù)雜的自動(dòng)操縱系統(tǒng)能夠用一樣的方式作出類似的方框圖來進(jìn)行分析和研究。圖中的每一個(gè)方框也稱為一個(gè)環(huán)節(jié)。指向方框的箭頭表示環(huán)節(jié)的輸入信號，背離方框的箭頭表示環(huán)節(jié)的輸出信號。每一個(gè)環(huán)節(jié)都有一個(gè)輸出信號，至少有一個(gè)輸入信號。如：被控對象有一個(gè)輸出信號被控變量，有兩種輸入信號操縱作用和干擾作用。操縱作用只有一個(gè)，而干擾作用能夠不止一個(gè)。常常把環(huán)節(jié)的輸出信號隨著輸入信號轉(zhuǎn)變的規(guī)律稱為那個(gè)環(huán)節(jié)的特性。在討論和研究自動(dòng)操縱系統(tǒng)中的問題時(shí)會(huì)常常碰到一些專用的名詞術(shù)語，下面結(jié)合貯水罐水位操縱的例子，對這些經(jīng)常使用的名詞和術(shù)語作一介紹。圖7是貯水罐水位自動(dòng)操

11、縱系統(tǒng)示用意。被控變量干擾作用Q圖7水位自動(dòng)操縱、被控對象：自動(dòng)操縱系統(tǒng)中被操縱的工藝管道、設(shè)備或機(jī)械等都稱為被控對象。在貯水罐操縱系統(tǒng)中，貯水罐確實(shí)是被控對象。、被控變量：能反映生產(chǎn)進(jìn)程運(yùn)行特點(diǎn)的，而且需要進(jìn)行操縱的進(jìn)程變量。在貯水罐水位操縱系統(tǒng)中的貯水罐水位即是被控變量。、給定值：生產(chǎn)進(jìn)程中，生產(chǎn)工藝要求被控變量達(dá)到的指標(biāo)值稱為給定值。、測量值：與被控變量相對應(yīng)的，測量元件、變送器的輸出值稱為測量值。、偏差：測量值與給定值之差稱為誤差。它有大小、方向和轉(zhuǎn)變速度三個(gè)大體要素。、干擾作用：在生產(chǎn)進(jìn)程中，破壞生產(chǎn)進(jìn)程平穩(wěn)狀態(tài)，引發(fā)被控變量偏離給定值的各類因素，都可視為干擾作用。在貯水罐水位操縱系

12、統(tǒng)中，進(jìn)水量的轉(zhuǎn)變、進(jìn)水閥前壓力的轉(zhuǎn)變或出水閥后壓力的轉(zhuǎn)變，都會(huì)破壞生產(chǎn)的平穩(wěn)狀態(tài)，引發(fā)貯水罐內(nèi)水位的轉(zhuǎn)變。因此它們都是干擾作用。、操縱作用：被控對象受到干擾作用阻礙以后，被控變量偏離給定值，自動(dòng)操縱系統(tǒng)就對被控對象施加阻礙，使被控變量回到給定值上來。自動(dòng)操縱系統(tǒng)使被控變量回到給定值而對被控對象施加的阻礙作用叫操縱作用。被自動(dòng)操縱系統(tǒng)用來施加操縱作用的變量叫操縱變量。被自動(dòng)操縱系統(tǒng)用來施加操縱作用的介質(zhì)稱為操縱介質(zhì)。在化工生產(chǎn)中，流過操縱閥的物料或能量即為操縱變量。在貯水罐水位操縱系統(tǒng)中，出水確實(shí)是操縱介質(zhì)，出水流量確實(shí)是操縱變量，出水流量的改變對貯水罐水位的阻礙作用確實(shí)是操縱作用。、變送器：

13、把必然轉(zhuǎn)變范圍的被控變量線性地轉(zhuǎn)換成4（或其它數(shù)字通信協(xié)議）的自動(dòng)化儀表。、操縱器：依照誤差的方向、大小和轉(zhuǎn)變速度進(jìn)行比例、積分和微分操縱運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成4（或其它數(shù)字通信協(xié)議）的自動(dòng)化儀表。、執(zhí)行器：把操縱器輸出的4（或其它數(shù)字通信協(xié)議）對應(yīng)轉(zhuǎn)換成在必然范圍轉(zhuǎn)變的機(jī)械位移或轉(zhuǎn)角的自動(dòng)扮裝置。五、自動(dòng)操縱系統(tǒng)的分類對自動(dòng)操縱系統(tǒng)，從不同的利用角度，能夠有不同的分類方式。從生產(chǎn)工藝的角度看，常把自動(dòng)操縱系統(tǒng)按被控變量的種類分為壓力操縱系統(tǒng)、流量操縱系統(tǒng)、液位操縱系統(tǒng)、溫度操縱系統(tǒng)等。從化工生產(chǎn)進(jìn)程自動(dòng)操縱的角度看，常把自動(dòng)操縱系統(tǒng)按其結(jié)構(gòu)分為閉環(huán)操縱系統(tǒng)和開環(huán)操縱系統(tǒng)，或簡單操縱系統(tǒng)和復(fù)

14、雜操縱系統(tǒng)。把自動(dòng)操縱系統(tǒng)按其設(shè)定信號的形式又可分為定值操縱系統(tǒng)、隨動(dòng)操縱系統(tǒng)和程序操縱系統(tǒng)。一、閉環(huán)操縱系統(tǒng)在圖7所示的貯水罐水位操縱系統(tǒng)中，輸出信號是被控變量貯水罐水位信號，經(jīng)測量元件、變送器的測量和變送后，又送回到自動(dòng)操縱系統(tǒng)的輸入端和給定信號進(jìn)行比較，后經(jīng)執(zhí)行器把操縱作用施加給被控對象，阻礙被控變量轉(zhuǎn)變。信號傳遞途徑形成了一個(gè)閉合的回路。這種具有被控變量信號負(fù)反饋，使信號傳遞途徑形成閉合回路的自動(dòng)操縱系統(tǒng)稱為閉環(huán)操縱系統(tǒng)。二、開環(huán)操縱系統(tǒng)圖8所示的貯水罐水位操縱系統(tǒng)，它通過采納操縱物料流入量，使之等于流出量的方法，維持物料平穩(wěn),來維持水位穩(wěn)固。自動(dòng)操縱系統(tǒng)并非對水位進(jìn)行測量，水位的轉(zhuǎn)變

15、也不對自動(dòng)操縱系統(tǒng)直接產(chǎn)生阻礙，信號傳遞途徑不能形成閉合的回路。這種沒有被控變量信號負(fù)反饋，信號傳遞途徑不能形成閉合回路的自動(dòng)操縱系統(tǒng)叫做開環(huán)操縱系統(tǒng)。LIIFIC液位FIT輸出流量對象控制器執(zhí)行器變送器a)開環(huán)操縱系統(tǒng)組成原理(b)開環(huán)操縱系統(tǒng)組成方框圖圖8開環(huán)操縱系統(tǒng)3、定值操縱系統(tǒng)自動(dòng)操縱系統(tǒng)的給定信號是一個(gè)恒定不變的信號。也確實(shí)是說生產(chǎn)工藝要求被控變量維持在一個(gè)恒定值的自動(dòng)操縱系統(tǒng)稱為定值操縱系統(tǒng)。例如圖7所示的貯水罐水位操縱系統(tǒng)?；どa(chǎn)進(jìn)程的自動(dòng)操縱系統(tǒng)絕大多數(shù)是定值操縱系統(tǒng)。定值操縱系統(tǒng)的給定信號通常都是由操縱器內(nèi)部設(shè)定的。4、隨動(dòng)操縱系統(tǒng)給定信號是一個(gè)事前不能確信的，隨著另外一

16、個(gè)有關(guān)變量的轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變的自動(dòng)操縱系統(tǒng)稱為隨動(dòng)操縱系統(tǒng)。例如圖9所示的合成氨生產(chǎn)中合成塔進(jìn)料N和H的比值操縱系統(tǒng)，它操縱N的流量以近似1:3的比例222隨h流量值轉(zhuǎn)變。即操縱器的給定信號是隨著h2流量的轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變的。顯然，隨動(dòng)操縱系統(tǒng)的給定信號，是由外部的專用裝置，把另一有關(guān)變量的信號轉(zhuǎn)換而來的。圖9隨動(dòng)操縱系統(tǒng)圖10程序操縱系統(tǒng)的設(shè)定值與測量值五、程序操縱系統(tǒng)自動(dòng)操縱系統(tǒng)的給定信號按著事前設(shè)置好的規(guī)律轉(zhuǎn)變的自動(dòng)操縱系統(tǒng)稱為程序操縱系統(tǒng)。如錦綸生產(chǎn)中長絲定形鍋熟化罐溫度操縱系統(tǒng)確實(shí)是一個(gè)程序操縱系統(tǒng)，它操縱被控變量熟化罐內(nèi)溫度按事前設(shè)定好的規(guī)律轉(zhuǎn)變。如圖10所示。程序操縱系統(tǒng)的設(shè)定信號是由操縱器

17、外部的專用裝置發(fā)生的。六、自動(dòng)操縱系統(tǒng)的工作進(jìn)程自動(dòng)操縱系統(tǒng)的工作進(jìn)程能夠用圖11來形象描述。在自動(dòng)操縱系統(tǒng)中，干擾作用與操縱作用是一對矛盾，干擾作用使被控變量偏離給定值，而操縱作用使被控變量回到給定值。干擾作用是操縱作用的起因，操縱作用是干擾作用的補(bǔ)償，其目的確實(shí)是要使被控變量與給定值維持一致。操縱作用對干擾作用的補(bǔ)償越好，自動(dòng)操縱系統(tǒng)的操縱質(zhì)量就越高。在自動(dòng)操縱系統(tǒng)的整個(gè)工作進(jìn)程中，可顯現(xiàn)兩種工作狀態(tài)：一種是靜態(tài)；另一種是動(dòng)態(tài)。、靜態(tài)：被控變量與給定值相一致的工作狀態(tài)。此狀態(tài)下，操縱作用與干擾作用對被控變量的引響彼此抵消，被控對象的物料或能量處于平穩(wěn)狀態(tài)。、動(dòng)態(tài)：被控變量與給定值不一致的工

18、作狀態(tài)。此狀態(tài)下，操縱作用與干擾作用對被控變量的引響不對稱，被控對象的物料或能量平穩(wěn)還沒成立起來。自動(dòng)操縱系統(tǒng)處于靜態(tài)時(shí)，被控變量與給定值已相等、操縱任務(wù)已完成。因此，靜態(tài)對自動(dòng)操縱系統(tǒng)的操縱質(zhì)量沒有阻礙。那么，阻礙自動(dòng)操縱系統(tǒng)操縱質(zhì)量的要緊因素就取決于自動(dòng)操縱系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。調(diào)節(jié)作用干擾作用給定值圖11自動(dòng)操縱系統(tǒng)工作進(jìn)程示用意在階躍干擾的作用下，自動(dòng)操縱系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)（也稱過渡進(jìn)程）有如圖12所示的五種大體形式：、非周期發(fā)散進(jìn)程，自動(dòng)操縱系統(tǒng)受到干擾作用以后，被控變量愈來愈偏離給定值。、非周器衰減進(jìn)程自動(dòng)操縱系統(tǒng)受到干擾作用以后，被控變量在偏離給定值以后，又慢慢趨向新的穩(wěn)固值，但不必然等于原先的給

19、定值。、衰減振蕩進(jìn)程自動(dòng)操縱系統(tǒng)受到干擾作用以后，被控變量在給定值上下來回波動(dòng)（即振蕩）但振蕩幅度慢慢減小，最后穩(wěn)固在新的穩(wěn)態(tài)值上（那個(gè)穩(wěn)態(tài)值不必然等于給定值）。、等幅振蕩進(jìn)程被控變量在給定值上下來回等幅波動(dòng)的進(jìn)程。、發(fā)散振蕩進(jìn)程被控變量在給定值上下來回波動(dòng)，且波動(dòng)的幅度愈來愈大。在上述五種過渡進(jìn)程形式中，只有非周期衰減和衰減振蕩進(jìn)程的被控變量，最終能夠穩(wěn)固在某一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)值上，因此稱其為穩(wěn)固的過渡進(jìn)程。其它三種過渡進(jìn)程都是不穩(wěn)固的過渡進(jìn)程。不穩(wěn)固的過渡進(jìn)程關(guān)于化工生產(chǎn)是不利的。由于非周期衰減進(jìn)程的過渡進(jìn)程相當(dāng)緩慢，只有生產(chǎn)工藝不許諾被控變量發(fā)生振蕩的情形下，不得已而采納。通常都希望自動(dòng)操縱系

20、統(tǒng)具有衰減程度適當(dāng)?shù)乃p振蕩進(jìn)程。3.衰減振蕩；圖12過渡進(jìn)程大體形式七、自動(dòng)操縱系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)自動(dòng)操縱系統(tǒng)操縱質(zhì)量的好壞，并無一個(gè)絕對的標(biāo)準(zhǔn)。要緊依照生產(chǎn)工藝的具體要求而定。通常在知足穩(wěn)固性要求的前提下，兼顧準(zhǔn)確性和快速性。即在受到干擾作用以后，被控變量偏離給定值的幅度要小一些波動(dòng)次數(shù)要少一些，達(dá)到新的穩(wěn)固狀態(tài)所花費(fèi)的時(shí)刻要短一些。關(guān)于最普遍希望的衰減振蕩進(jìn)程的操縱質(zhì)量指標(biāo)有最大誤差、衰減比、余差、過度時(shí)刻和振蕩周期等幾項(xiàng)。一、最大誤差A(yù)是指過渡進(jìn)程第一個(gè)波的峰值與給定值之間差。即A=B-SP。它是衡量自動(dòng)操縱系統(tǒng)準(zhǔn)確性的質(zhì)量指標(biāo)。如圖13所示。最大誤差越大，過渡進(jìn)程偏離給定值的幅度也就越遠(yuǎn)。

21、過大的最大誤差可能會(huì)阻礙化工生產(chǎn)進(jìn)程的穩(wěn)固性，嚴(yán)峻的乃至?xí)^工藝指標(biāo)的要求引發(fā)生產(chǎn)事故。因此常常要限制最大誤差的值。圖13過渡進(jìn)程的操縱質(zhì)量指標(biāo)示用意二、衰減比n衰減比n是指過度進(jìn)程的第一個(gè)波的振幅b與第二個(gè)波的振幅b比值，即n=B/B。如圖13所示。顯然，衰減比是一個(gè)衡量自動(dòng)操縱系統(tǒng)穩(wěn)固性的質(zhì)量指標(biāo)。當(dāng)n=1時(shí)，b=b過渡進(jìn)程是一個(gè)等幅振蕩進(jìn)程。當(dāng)ni時(shí)，bb過渡進(jìn)程是一個(gè)衰減振蕩進(jìn)程。當(dāng)n趨于無窮大時(shí)，過渡進(jìn)程為一個(gè)非周期衰減進(jìn)程。當(dāng)nQ-偏差-數(shù)據(jù)運(yùn)算處理再制決策*控制閥機(jī)械動(dòng)作給定值控制器圖21操縱器在自動(dòng)操縱系統(tǒng)中的位置所謂操縱器的特性具體是指操縱器的輸出信號u(t)與輸入信號e(

22、t)之間的關(guān)系。即u(t)=fe(t)式中：u(t)_操縱器的輸出，即操縱決策。通常以4的形式顯現(xiàn)，它與操縱閥的動(dòng)作有一一對應(yīng)的關(guān)系。e(t)操縱器的輸入，即誤差。在實(shí)際應(yīng)用中，咱們可以把操縱器的特性視為：誤差與操縱閥輸出(機(jī)械動(dòng)作)之間的關(guān)系。在化工生產(chǎn)進(jìn)程常規(guī)操縱系統(tǒng)中，應(yīng)用的大體操縱特性要緊有雙位操縱、比例操縱、積分操縱和微分操縱及其組合。1、雙位操縱特性雙位操縱特性能夠用以下數(shù)學(xué)式表示：u(t)=V、0e(t)0或e(t)vOe(t)0雙位操縱特性是一種使操縱閥全開或全關(guān)的操作。即：正誤差時(shí)，操縱閥全開(或全，關(guān)那)么負(fù)誤差時(shí)，操縱閥全關(guān)(或全開。)這是一種最簡單的操縱規(guī)律。圖21(a

23、)所示，是一個(gè)雙位操縱系統(tǒng)的實(shí)例，要求貯槽液位維持在必然高度(給定值)L給、周圍。為給定實(shí)現(xiàn)這一要求，在液面上放置一個(gè)浮球，浮球桿頂端裝置一對觸點(diǎn)，利用這對觸點(diǎn)的開關(guān)信號，通過雙位操縱器操縱電磁閥，打開或關(guān)閉進(jìn)料閥，當(dāng)貯槽液位低于給定值L給、，動(dòng)觸頭離開定觸頭，發(fā)出“打開”信號，給定雙位操縱器操縱電磁閥，打開進(jìn)料閥進(jìn)料，進(jìn)料量大于出料量使液位升高。隨著液位升高，浮球上升，帶動(dòng)浮球頂端動(dòng)觸頭靠近定觸頭。當(dāng)液位達(dá)到給定值L給、以后，動(dòng)觸頭與定觸頭閉合，發(fā)出“關(guān)閉”信號。雙位給定操縱器操縱電磁閥關(guān)閉進(jìn)料閥，停止進(jìn)料，出料大于進(jìn)料，使液位下降。當(dāng)液位低于給定值L給、后，浮球隨給定著液位下降，帶著動(dòng)觸頭

24、離開靜觸頭，又發(fā)出“打開”的信號打開進(jìn)料使液位上升。如此周而復(fù)始，交替不斷地進(jìn)行著進(jìn)料與停止進(jìn)料的操作，使被操縱變量（貯槽液位）在給定值L給、上下的必然范圍內(nèi)周期性地波給定動(dòng)。這種雙位操縱特性如圖21（b）所示。當(dāng)被控變量低于給定值L給定時(shí)（LL給）操縱器輸出為Pmin（或Pmax），給定給定當(dāng)被控變量LL給、，操縱器的輸出為Pmax（或Pmin）用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示如下：給定e二L-L、0P=Pmax（或Pmin）給定e二L-L_、0P=Pmin（或Pmax）給定（a）雙位式操縱原理圖（b）雙位式操縱的特性圖21雙位操縱上述雙位操縱器的開關(guān)交替動(dòng)作很頻繁，尤其是關(guān)于時(shí)刻常數(shù)較小的被控對象來講。這

25、將使執(zhí)行器操作過于頻繁而易損壞，為此可作適當(dāng)改良。如圖22所示，開始液位較低，進(jìn)料量大于出料量，液位慢慢上升，浮球隨之上升，帶動(dòng)其上端的動(dòng)觸頭接近上限靜觸頭。當(dāng)液位達(dá)到上限給定值L上時(shí)，動(dòng)觸頭與上限靜觸頭接上觸發(fā)出“關(guān)”的信號，通過操縱器操縱電磁閥關(guān)閉進(jìn)料。這時(shí)進(jìn)料小于出料，液位下降。在液位低丑上但高上于L下時(shí)，進(jìn)料閥仍被關(guān)閉。直到液位L下降至下限給定值L下時(shí)，浮球帶著動(dòng)觸頭與下限靜觸頭接觸，發(fā)出下下“開”的信號，操縱操縱電磁閥，打開進(jìn)料，這時(shí)進(jìn)料量大于出料量，液位隨之升高。如此動(dòng)觸頭與上限靜觸頭和下限靜觸頭交替接觸，進(jìn)料閥重復(fù)地關(guān)閉和打開，被控變量老是在上限給定值L上和下限給定值L下之上下間

26、周期性的等幅振蕩。上、下限給定值之間的范圍就叫作中間區(qū)。這種操縱特性稱為有中間區(qū)的雙位操縱特性。雙位操縱系統(tǒng)的應(yīng)用是很普遍的，它常在被控變量許諾在必然范圍內(nèi)波動(dòng)的、操縱要求不高場合操縱系統(tǒng)中利用。如恒溫箱、電冰箱、電烘箱、管式爐等。a）有中間區(qū)的雙位操縱系統(tǒng)原理（b）有中間區(qū)的雙位操縱系統(tǒng)特性圖22有中間區(qū)的雙位操縱2、比例操縱特性（P）具有比例操縱特性的操縱器，其輸出與誤差e的關(guān)系可用下式表示：Au二K-eP式中kp_操縱器的比例增益或比例放大系數(shù)。由上式得知，比例操縱器的輸出轉(zhuǎn)變量與輸入誤差成正比。比例操縱作用的輸入-輸出特性能夠用如圖23來描述。a.階躍輸入b.恒定輸入U(xiǎn)JLIIIIAA

27、7iiiiLiiiie八iiiizzi/c.正弦輸入圖23比例操縱作用的特性從圖23能夠看出：、比例操縱器事實(shí)上是一個(gè)放大系數(shù)可調(diào)的放大器。KP愈大，在一樣的誤差輸入時(shí)，操縱器的輸出愈大，因此比例操縱作用愈強(qiáng)；反之，KP值愈小，表示比例操縱作用愈弱。、比例操縱器的輸出與輸入是同步的，在時(shí)刻上是沒有延滯，如圖（c）所示。圖24所示是一個(gè)簡單的比例操縱系統(tǒng)的實(shí)例。初始狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)是平穩(wěn)的,進(jìn)料閥有一初始開度（一樣為中間開度）。這時(shí)進(jìn)料量Q入等于出料量Q出，液位穩(wěn)固在設(shè)定值L給、上。當(dāng)某種干擾產(chǎn)生后（如進(jìn)料壓入0出0給定力改變或出料量改變等），液位發(fā)生轉(zhuǎn)變。假設(shè)出料量減小引發(fā)液位L升高，浮球位置也隨

28、液位的升高而上升。通過杠桿系統(tǒng)的作用，使進(jìn)料閥關(guān)小，進(jìn)料量減小，制止液面上升。若是進(jìn)料的減小恰好等于出料的減小（AQx=AQ出）,那么液位就穩(wěn)固在新的位置上。比例操縱系統(tǒng)的工作進(jìn)程如下：入出干擾作用（岀料量Q出30液位L個(gè)。浮球上升。正偏差增俎閥門關(guān)小口進(jìn)料量Q出入液位LC利用杠桿作用原理能夠得出比例操縱器的作用原理，如圖24所示，液位的轉(zhuǎn)變是操縱器的輸入信號（誤差）e,閥桿的位移是操縱器的輸出信號（閥門動(dòng)作）Au。AubeabAuxekxeap圖24簡單比例控制系統(tǒng)KP即為比例操縱器的放大系數(shù)，其大小可通過移動(dòng)杠桿的支點(diǎn)0位置來調(diào)整。支點(diǎn)0向浮球一端移動(dòng)，Kp的值增大。這時(shí)微小的液位轉(zhuǎn)變將較

29、大地改變進(jìn)料閥的開度，即操縱作用增強(qiáng)。支點(diǎn)0向進(jìn)料閥一端移動(dòng)，那么一樣的液位轉(zhuǎn)變將較小地改變進(jìn)料閥開度，即操縱作用減弱。值得指出的是，工程把比例操縱器的輸入信號的相對轉(zhuǎn)變量與輸出信號相對轉(zhuǎn)變量的比值百分?jǐn)?shù)概念為比例度5p,并用比例度8p的大小來表示比例操縱作用的強(qiáng)弱。比例度5p用公式表示為:z-zP-pemaxmin-maxminXX100%二kxApZ-ZApmaxmin1X100%pP-Pmaxmin式中：e操縱器的輸入轉(zhuǎn)變量（即誤差）；AP對應(yīng)于誤差e的操縱器的輸出轉(zhuǎn)變量（閥門開度）;ZmaxZmin操縱器的輸入轉(zhuǎn)變范圍；PmaxPmin操縱器的輸出轉(zhuǎn)變范圍。關(guān)于一個(gè)具體的操縱器，輸出信

30、號與輸入信號的轉(zhuǎn)變范圍即PminPmax和ZminZmax都是確信的。關(guān)于單元組合儀表Pmin=Zmin,Pmax=Zmax即K=l。因此18二x100%pkp說明，比例度是放大系數(shù)的倒數(shù)Kp。比例度小操縱作用強(qiáng)，比例度大操縱作用弱。另外,值得注意的是：在圖24所示的比例操縱系統(tǒng)中,在干擾未顯現(xiàn)前,進(jìn)料閥有必然的開度,進(jìn)料量與出料量是相等的，液位穩(wěn)固在給定值上。當(dāng)某種干擾作用產(chǎn)生，如出料量有一個(gè)階躍減小后，進(jìn)料量也相應(yīng)地減小到與出料量相等時(shí)，系統(tǒng)才能從頭達(dá)到平穩(wěn)，液位才能穩(wěn)固下來。要使進(jìn)料量減小，進(jìn)料閥必需關(guān)小一個(gè)幅度，閥桿必需下移，即液位必然要上升。因此要達(dá)到新的平穩(wěn)，實(shí)際液位顯然比原先的給

31、定值高，貯槽液位新的穩(wěn)固值與原先的穩(wěn)固值之間必然存在不同，那個(gè)不同稱為余差。綜上所述：比例操縱特性事實(shí)上是一種使操縱閥當(dāng)即開大（或關(guān)?。┮粋€(gè)幅度的操作。其特點(diǎn)是：操縱及時(shí)，但有余差。說明：、操縱閥動(dòng)作方向（即“開大”或“關(guān)小”由誤差的方向決定。若是正誤差使操縱閥開大，那么負(fù)誤差就使操縱閥關(guān)小。反之，正誤差使操縱閥關(guān)小，那么負(fù)誤差就使操縱閥開大。、操縱閥開大（或關(guān)?。┑姆扔烧`差的大小和比例度決定。誤差大，操縱閥開大（或關(guān)?。┑姆染痛?；誤差小操縱閥開大（或關(guān)?。┑姆染托?；誤差為零操縱閥維持原開度不變，通過操縱閥的物料或能量的轉(zhuǎn)變量為零，比例操縱作用為零。比例度是用來描述比例操縱作用強(qiáng)弱的一個(gè)

32、操縱參數(shù)，用符號“鋒”表示。在誤差大小必然的前提下，比例度大，操縱閥開大（或關(guān)?。┑姆染托?在此操作期間通過操縱閥的物料或能量的轉(zhuǎn)變量就小，比例操縱作用弱。比例度小，操縱閥開大（或關(guān)?。┑姆却螅诖瞬僮髌陂g通過操縱閥的物料或能量的轉(zhuǎn)變量大，比例操縱作用強(qiáng)。、若是誤差為零，操縱閥打大（或關(guān)?。┑姆染蜑榱?，就沒有比例操縱作用輸出。即不能補(bǔ)償干擾作用對系統(tǒng)的阻礙。換句話說，由比例操縱器組成的自動(dòng)操縱系統(tǒng)是有差操縱系統(tǒng)。即存在余差。3、積分操縱特性（I）具有積分操縱特性的操縱器，其輸出與誤差e的關(guān)系可用下式表示:Au=tJtedtT0I式中TI積分時(shí)刻。由上式得知，積分操縱器的輸出轉(zhuǎn)變量與輸入誤

33、差隨時(shí)刻的積存量成正比。積分操縱作用的輸入輸出特性能夠用如圖25來描述。圖25積分操縱作用的特性從圖25還能夠看出：、只要誤差存在，積分操縱器的輸出就會(huì)隨著時(shí)刻不斷增大或減?。倏v閥就要不斷動(dòng)作，系統(tǒng)就不可能穩(wěn)固。只有當(dāng)誤差排除（即e=o）時(shí)，輸出信號再也不轉(zhuǎn)變，操縱閥停止動(dòng)作，系統(tǒng)才可能穩(wěn)固下來。因此積分操縱器組成的積分操縱系統(tǒng)是一個(gè)無差系統(tǒng)。、當(dāng)積分操縱器的輸入為一幅值等于A的階躍信號時(shí)，輸出是一條斜率為A/TI的直線，如圖（a）所示。TI確實(shí)是積分時(shí)刻，其大小是可調(diào)的。積分時(shí)刻TI大，輸出直線的斜率小，積分操縱器輸出轉(zhuǎn)變速度慢，積分操縱作用弱；反之，積分時(shí)刻TI小，輸出直線的斜率大，積

34、分操縱器輸出轉(zhuǎn)變速度快，積分操縱作用強(qiáng)。、積分操縱器輸出轉(zhuǎn)變老是掉隊(duì)于輸入（誤差）轉(zhuǎn)變，如圖（c）所示。它是一種依照誤差的積存程度采取方法的操縱系統(tǒng)，即隨著誤差積存量的增加，操縱作用才會(huì)慢慢增強(qiáng)。由于積分操縱特性在操縱上的滯后，可能會(huì)使系統(tǒng)的最大誤差增大、過渡時(shí)刻延長，乃至引發(fā)系統(tǒng)振蕩。因此，積分操縱特性一般是與比例操縱特性聯(lián)合組成比例積分操縱器利用。綜上所述：積分操縱特性事實(shí)上是一種使操縱閥緩慢“打開”或“關(guān)閉”的操作。其特點(diǎn)是：能排除余差，但操縱滯后。說明：、操縱閥的動(dòng)作方向（打開或關(guān)閉）由誤差的方向決定。即正誤差使操縱閥打開，那么負(fù)誤差就使操縱閥關(guān)閉。反之，正誤差使操縱閥關(guān)閉，那么負(fù)誤差

35、就使操縱閥打開。、操縱閥打開（或關(guān)閉）的速度快與慢由誤差的大小和積分時(shí)刻決定。誤差大操縱閥打開（或關(guān)閉）的速度快；誤差小操縱閥打開（或關(guān)閉）的速度慢。積分時(shí)刻是用來描述積分操縱作用強(qiáng)弱的操縱參數(shù)，用符號“T”表示。在誤差大小必然的前提下，積分時(shí)刻大，操縱閥打開（或關(guān)閉）的速度慢，在此操作期間流過操縱閥的物料或能量的轉(zhuǎn)變量小，積分操縱作用弱；積分時(shí)刻小，操縱閥打開（或關(guān)閉）的速度快，在此操作期間流過操縱閥的物料或能量的轉(zhuǎn)變量的大，積分操縱作用強(qiáng)；、操縱閥打開（或關(guān)閉）的幅度由誤差存在的時(shí)刻決定。即誤差存在時(shí)刻長，操縱閥打開（或關(guān)閉）的幅度就大；誤差存在時(shí)刻短，操縱閥打開（或關(guān)閉）的幅度就小。換句

36、話說，只要有誤差存在，操縱閥就要不斷動(dòng)作（打開或關(guān)閉）。因此，積分操縱作用能夠排除余差。4、微分操縱特性（D）具有微分操縱特性的操縱器，其輸出與誤差e的關(guān)系可用下式表示：Au二T-deDdt式中TD微分時(shí)刻。由上式得知，微分操縱器的輸出轉(zhuǎn)變量與誤差轉(zhuǎn)變的速度成正比。微分操縱作用的輸入輸出特性能夠用如圖26來描述。a.階躍輸入t圖26微分操縱作用的特性ttt由圖26能夠看出，、微分操縱器的輸出與輸入（誤差）的轉(zhuǎn)變速度有關(guān)系，誤差的轉(zhuǎn)變速度越快，操縱器的輸出就越大,如圖（b）所示；若是誤差恒定不變，那么微分操縱器就沒有輸出。因此，微分操縱器不能用來排除靜態(tài)誤差。而且當(dāng)誤差的轉(zhuǎn)變速度很慢時(shí)，誤差即便通過時(shí)刻的積存達(dá)到專門大的值，微分操縱器的操縱作用也不明顯。因此微分操縱作用一樣不能單獨(dú)利用。、當(dāng)微分操縱器的輸入為一幅值等于a的階躍信號時(shí)，輸