化工儀表及自動(dòng)化第一章

章化工控制系統(tǒng)基本概念節(jié)化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容為了實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程自動(dòng)化,一般要包括自動(dòng)檢測(cè),自動(dòng)保護(hù),自動(dòng)操縱和自動(dòng)控制等方面的內(nèi)容,現(xiàn)分別予以介紹。1.自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)利用各種檢測(cè)儀表對(duì)主要工藝參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,指示或記錄的,稱為自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng),它代替了操作人員對(duì)工藝參數(shù)的不斷觀察與記錄,因此起到人的眼鏡的作用化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!圖1-1的熱交換器是利用蒸汽來加熱冷液的,冷液經(jīng)4加熱后的溫度是否達(dá)到要求,可用測(cè)溫元件配上平衡電橋來進(jìn)行測(cè)量,指示和記錄:冷液的流量可以用孔板流量計(jì)來進(jìn)行檢測(cè)：蒸汽壓力可以用壓力表來指示,這就是自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)?；x表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!

2.自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)

生產(chǎn)過程中，有時(shí)由于一些偶然因素的影響，導(dǎo)致工藝參數(shù)超出允許的變化范圍而出現(xiàn)不正常情況時(shí)，就有引起事故的可能。為此，常對(duì)某些關(guān)鍵性參數(shù)設(shè)有自動(dòng)信號(hào)聯(lián)鎖裝置，當(dāng)工藝參數(shù)超過了允許范圍。危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，聯(lián)鎖系統(tǒng)就自動(dòng)采取緊急措施，打開安全閥或切斷某些通路，并及時(shí)緊急停車，以防止事故的發(fā)生和擴(kuò)大?；x表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!它是生產(chǎn)過程中的一種安全裝置。例如某反應(yīng)器的反應(yīng)溫度超出允許極限值，自動(dòng)信號(hào)系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出聲光信號(hào)，報(bào)警給工藝操作人員以及時(shí)處理事故.由于生產(chǎn)過程的強(qiáng)化，往往靠操作人員處理事故已成為不可能，因?yàn)樵谝粋€(gè)強(qiáng)化的生產(chǎn)過程中，事故常常會(huì)在幾秒鐘內(nèi)發(fā)生，如當(dāng)反應(yīng)器的溫度或壓力進(jìn)入危險(xiǎn)限時(shí)，聯(lián)鎖系統(tǒng)可立即采取應(yīng)急措施，加大冷卻劑量或關(guān)閉進(jìn)料閥門，減緩或停止反應(yīng)，從而可避免引起爆炸等生產(chǎn)事故。3.自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng)自動(dòng)操縱系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某些周期性操作，例如合成氨造氣車地煤氣發(fā)生爐，化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!一些自動(dòng)控制裝置,對(duì)生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，使它們?cè)谑艿酵饨绺蓴_(擾動(dòng))的影響而偏離正常狀態(tài)時(shí)，能自動(dòng)地控制而回到規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)，為此目的而設(shè)置的系統(tǒng)就是自動(dòng)控制系統(tǒng)。

由以上所述可以看出，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)只能完成“了解”生產(chǎn)過程進(jìn)行情況的任務(wù)：信號(hào)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)只能在工藝條件進(jìn)入某種極限狀態(tài)時(shí)，采取安全措施，以避免生產(chǎn)事故的發(fā)生。自動(dòng)操縱系統(tǒng)只能按照預(yù)先規(guī)定好的步驟進(jìn)行某種周期性操縱：化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!第二節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

自動(dòng)控制系統(tǒng)是在人工控制的基礎(chǔ)上生產(chǎn)和發(fā)展起來的。所以，在開始介紹自動(dòng)控制的時(shí)候，先分析人工操作并與自動(dòng)控制加以比較，對(duì)分析和了解自動(dòng)控制系統(tǒng)是有裨益的。

圖1－2所示是一個(gè)液體貯槽，在生產(chǎn)中常用來作為一般的中間容器或成品罐。從前一個(gè)工序來的物料連續(xù)不斷地流入槽中，而槽中的液體又送至下一工序進(jìn)行加工或包裝，但流量Q1(或

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檢測(cè)用眼睛觀察玻璃管液位計(jì)（測(cè)量元件)中液位的高低，并通過神經(jīng)系統(tǒng)告訴大腦。（2）運(yùn)算（思考）、命令大腦根據(jù)眼睛看到的液位高度，加以思考并與要求的液位值進(jìn)行比較，得出偏差的大小和正負(fù)，然后根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)思考、決策后發(fā)出命令。（3）執(zhí)行根據(jù)大腦發(fā)出的命令,通過手去改變閥門的開度,以改變出口流量Q0,從而使液位保持在所需高度上。而發(fā)生事故的現(xiàn)象。歸納起來，操作人員所進(jìn)行的工作有三方面（如圖1－2（b）所示）。化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!圖1－3液位自動(dòng)控制變送器控制器給定值自動(dòng)化裝置h化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!（3）執(zhí)行器通常指控制閥，它與普通的閥門一樣，只不過自動(dòng)地根據(jù)控制器送來的信號(hào)值來改變閥門的開啟度。

顯然，這套自動(dòng)化裝置具有人工控制中操作人員的眼、腦、手的部分功能，因此，它能完成自動(dòng)控制貯槽中液位高低的任務(wù)。

在自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成中，除了必須具有前述的自動(dòng)化裝置外，還必須具有控制裝置所控制的生產(chǎn)設(shè)備?；x表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!底相應(yīng)部分才是某一個(gè)控制系統(tǒng)底被控對(duì)象。例如，在討論進(jìn)料流量的控制系統(tǒng)時(shí)，被控對(duì)象指的是進(jìn)料管道及閥門等，而不是整個(gè)精餾塔本身。化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!

圖1-4是乙烯生產(chǎn)過程中脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖。為了說明問題方便，對(duì)實(shí)際的工藝過程及控制方案都作出了部分修改。從脫甲烷塔出來的釜液進(jìn)入脫乙烷塔脫除乙烷。從脫乙烷塔塔頂出來的碳二餾分經(jīng)塔頂冷凝器冷凝后，部分作為回流，其余則去乙烷加氫反應(yīng)器進(jìn)行加氫反應(yīng)。從脫乙烷塔底出來的釜液部分經(jīng)再沸器后返回塔底，其余則去脫丙烷塔脫除丙烷。再繪制控制流程圖是，圖中所采用的圖例符號(hào)要按有關(guān)的技術(shù)規(guī)定進(jìn)行，可參見化工不設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)HGJ7-87《化工過程檢測(cè)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)符號(hào)統(tǒng)一規(guī)定》。下面結(jié)合圖1－4對(duì)其中一些常見的統(tǒng)一規(guī)定做一簡(jiǎn)要介紹。

化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!一、圖形符號(hào)1、測(cè)量點(diǎn)（包括檢出元件、取樣點(diǎn)）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)，如圖1-5所示。圖1-4中的塔頂取壓點(diǎn)和加熱蒸汽管線上的取壓點(diǎn)都屬于這種情形。必要時(shí)，檢測(cè)元件液可以用象形或圖形符號(hào)表示。例如流量檢測(cè)采用孔板時(shí)，檢測(cè)點(diǎn)也可用圖1-4中脫乙烷塔的進(jìn)料管線上的符號(hào)表示?；x表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!

圖1-5測(cè)量點(diǎn)的一般表示方法圖1-6連接線的表示方法測(cè)量點(diǎn)交叉相接方向.

.化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!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)或不在同一圖紙上），如圖1－7所示。圖1-7復(fù)式儀表的表示方法二、字母代號(hào)在控制流程圖上，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，個(gè)字母表示被測(cè)變量，后繼字母表示儀表的功能，常用被測(cè)變量和儀表功能的字母代號(hào)見表1-2?；x表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!注，“供選用的字母（例如表中Y），指的是在個(gè)別設(shè)計(jì)中反復(fù)使用，而本表內(nèi)未列入含義的字母。使用時(shí)字母含義需在具體工程的設(shè)計(jì)圖例中作出規(guī)定，位字母是一種含義，而作為后繼字母，則為另一種含義?！?/p>

以圖1-4的乙烷塔控制流程圖、來說明如何以字母代號(hào)的組合來表示被測(cè)變量和儀表功能的。塔頂?shù)膲毫刂葡到y(tǒng)中的PIC－207，其中個(gè)字母P表示被測(cè)變量為壓力，第二位字母I表示具有指示功能，第三個(gè)字母C表示具有控制功能，因此PIC的組合就表示一臺(tái)具有指示功能底壓力控制器。該控制系統(tǒng)是通過改變氣相采用量來維持塔壓穩(wěn)定的。同樣，回流罐液位控制系統(tǒng)中的LIC-201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持回流罐中液位穩(wěn)定的?；x表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!在檢測(cè)、控制系統(tǒng)中，構(gòu)成一個(gè)回路的每個(gè)儀表（或元件）都應(yīng)有自己的儀表位號(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)兩部分組成。字母代號(hào)的意義前面已經(jīng)解釋過。阿拉伯?dāng)?shù)字編號(hào)寫在圓圈的下半部，其位數(shù)字表示工段號(hào)，后續(xù)數(shù)字（二位或三位數(shù)字）表示儀表序號(hào)。圖1-4中儀表的數(shù)字編號(hào)位都是2，表示脫乙烷塔在乙烯生產(chǎn)中屬于第二工段。通過控制流程圖，可以看出其上每臺(tái)儀表的測(cè)量點(diǎn)位置、被測(cè)變量、儀表功能、工段號(hào)、儀表序號(hào)、安裝位置等。例圖1-4中的PI-206表示測(cè)量點(diǎn)在加熱蒸汽管線上的蒸汽壓力指示儀表，該儀表為就地安裝，工段號(hào)為2，儀表號(hào)為06。而TRC－210表示同一工段的一臺(tái)溫度紀(jì)錄控制儀，其溫度的測(cè)量的在塔的下部，儀表安裝在集中儀表盤面上?；x表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!給定值測(cè)量元件變送器控制器控制閥對(duì)象被控變量干擾作用控制器輸出操縱變量xz－epqy圖1-8自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖f化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!貯槽液位信號(hào)是測(cè)量元件及變送器的輸入信號(hào)，而變送器的輸出信號(hào)z進(jìn)入比較機(jī)構(gòu)，與工藝上需要保持的被控變量數(shù)值，即給定值（設(shè)定值）x進(jìn)行比較，得出偏差信號(hào)e（e＝x－z），并送往控制器。比較機(jī)構(gòu)實(shí)際上只是控制器的一個(gè)組成部分，而不是一個(gè)獨(dú)立的儀表，在圖中把它單獨(dú)地畫出來（一般方塊圖中是以〇或表示），為的是能更清楚地說明其比較作用?？刂破鞲鶕?jù)偏差信號(hào)的大小，按一定的規(guī)律運(yùn)算后，發(fā)出信號(hào)p送至控制閥，使控制閥的開度發(fā)生變化，從而改變出料流量以克服干擾對(duì)被控變量（液位）的影響?？刂崎y的開度化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!工藝流程圖上的物料線是不同的。在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。例如對(duì)于控制閥來說，它控制著操縱介質(zhì)的流量（即操縱變量），從而把控制作用施加與被控對(duì)象去克服干擾的影響，以維持被控變量在給定值上。所以控制閥的輸出信號(hào)q，任何情況下都是指向被控對(duì)象的。然而控制閥所控制的操縱介質(zhì)卻可以是流入對(duì)象的（例圖1-9中的加熱蒸汽），也可以是由對(duì)象流出的（例圖1-3中的出口流量）。這說明方塊圖上控制閥的引起線只是代表施加到對(duì)象的控制作用，并不是具體流入或流出對(duì)象的流體。如果這個(gè)物料確實(shí)是流入對(duì)象的，那么信號(hào)與流體的方向才是一致的?；x表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!以x作為正值，以z作為負(fù)值，也就是到控制器的偏差信號(hào)e＝x－z。因?yàn)閳D1-8中的反饋信號(hào)z取負(fù)值，所以叫負(fù)反饋，負(fù)反饋的信號(hào)能夠使原來的信號(hào)減弱。如果反饋信號(hào)取正值：反饋信號(hào)使原來的信號(hào)加強(qiáng)，那么就是叫做正反饋。在這種情況下，方塊圖中的反饋信號(hào)z旁則要用正號(hào)“＋”，此時(shí)偏差e＝x＋z。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中都采用負(fù)反饋。因?yàn)楫?dāng)被控變量y受到干擾的影響而升高時(shí)，只有負(fù)反饋才能使反饋信號(hào)z升高，經(jīng)過比較到控制器去的偏差信號(hào)e將降低，此時(shí)控制器將發(fā)出信號(hào)而使控制閥的開度發(fā)生變化，變化的方向?yàn)樨?fù),從而使被控變量下降回到給定值，這樣就達(dá)到了控制的目的。如果采用正化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!開機(jī)，就只能是按照預(yù)先規(guī)定好的程序周而復(fù)始地運(yùn)轉(zhuǎn)。這時(shí)煤氣爐地工況如果發(fā)生了變化，自動(dòng)機(jī)是不會(huì)自動(dòng)地根據(jù)爐子的實(shí)際工況來改變自己的操作的。自動(dòng)機(jī)不能隨時(shí)“了解”爐子的情況并依此改變自己的操作狀態(tài)，這是開環(huán)系統(tǒng)的缺點(diǎn)。反過來說，自動(dòng)控制系統(tǒng)由于是具有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，它可以隨時(shí)了解被控對(duì)象的情況，有針對(duì)性地根據(jù)被控變量的變化情況而改變控制作用的大小和方向，從而使系統(tǒng)的工作狀態(tài)始終等于或接近于所希望的狀態(tài)，這是閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。

化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!第五節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類

自動(dòng)控制系統(tǒng)有多種分類方法，可以按被控變量來分類，如溫度、壓力、流量、液位等控制系統(tǒng)。也可以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)。在分析自動(dòng)控制系統(tǒng)特性時(shí)，最經(jīng)常遇到的是將控制系統(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)控制系統(tǒng)分為三類，即定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!2.隨機(jī)控制系統(tǒng)(自動(dòng)跟蹤系統(tǒng))

這類系統(tǒng)的特點(diǎn)是給定值不斷變化,而且這種變化不是預(yù)先規(guī)定好了的,也就是說給定值是隨機(jī)變化的.隨機(jī)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。.例如航空上的導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)、電視臺(tái)的天線接收系統(tǒng)，都是隨動(dòng)系統(tǒng)的一些例子。在化工生產(chǎn)中，有些比值控制系統(tǒng)就屬于隨動(dòng)控制系統(tǒng)。例如要求甲流體與乙流體的流量保持一定的比值，當(dāng)乙流體的流量變化時(shí)，要求甲流體的流量能快速而準(zhǔn)確地隨之變化。由于乙流體地流量變化在生產(chǎn)中可能是隨機(jī)地，所以相當(dāng)于甲流體地流量給定值也是隨機(jī)的，故屬于隨動(dòng)控制系統(tǒng)。

化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!第六章自動(dòng)控制系統(tǒng)地過渡過程和品質(zhì)指標(biāo)

制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)在自動(dòng)化領(lǐng)域中，把被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，而把被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。當(dāng)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入（給定或干擾）和輸出均恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就處于一種想對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)如變送器、控制器、控制閥都不改變其原先的狀態(tài)，它們的輸出信號(hào)也都處于想對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)就是上述的靜態(tài)。值得注意的是這里所指的靜態(tài)化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!的溫度控制系統(tǒng)，只有當(dāng)進(jìn)入換熱器的熱量和由換熱器出來的熱量相等時(shí)，溫度才能恒定，此時(shí)系統(tǒng)就達(dá)到平衡狀態(tài)，亦即處于靜態(tài)。假若一個(gè)系統(tǒng)原先處于相對(duì)平衡狀態(tài)即靜態(tài)，由于干擾作用而破壞這種平衡時(shí)，被控變量就會(huì)發(fā)生變化，從而使控制器、控制閥等自動(dòng)化裝置改變?cè)瓉砥胶鈺r(shí)所處于的狀態(tài)，產(chǎn)生一定的控制作用來克服干擾的影響，并力圖使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。從干擾發(fā)生開始，經(jīng)過控制，知道系統(tǒng)重新建立平衡，在這段時(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，所以這種狀態(tài)叫做動(dòng)態(tài)?；x表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!二、控制系統(tǒng)的過渡過程圖1-11是簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方塊圖。假定系統(tǒng)原先處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)中各信號(hào)不隨時(shí)間而變化。在某一時(shí)刻t0，有一干擾作用于對(duì)象，于是系統(tǒng)輸出y就要變化，系統(tǒng)進(jìn)入動(dòng)態(tài)過程。由于自動(dòng)控制系統(tǒng)的負(fù)反饋?zhàn)饔?，?jīng)過一段時(shí)間以后，系統(tǒng)應(yīng)該重新恢復(fù)平衡。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，稱為系統(tǒng)過渡過程。系統(tǒng)在過渡過程中，被控變量是隨時(shí)間變化的。了解過渡過程中被控變量的變化規(guī)律對(duì)于研究自動(dòng)控制系統(tǒng)是十分重要的。顯然，被控變量隨時(shí)間的變化規(guī)律首先取決于作用于系統(tǒng)的干擾形式。在生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾是沒有化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!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，常選擇一些定型的干擾形式，其中常用的是階躍干擾，如圖1－12所示。由圖可以看出，所謂階躍干擾就是在某一瞬間t0，干擾（即輸入量）突然地階躍式地加到系統(tǒng)上，并繼續(xù)保持在這個(gè)幅度。采取階躍干擾的形式來研究自動(dòng)控制系統(tǒng)是因?yàn)榭紤]到這種形式的干擾比較突然，比較危險(xiǎn)，它對(duì)于被控變量的影響也最大。如果一個(gè)控制系統(tǒng)能夠有效地克服這種類型地干擾，那么對(duì)于其他比較緩和的干擾也一定能很好地克服，同時(shí)，這種干擾的形式簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!一般來說，自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下的過渡過程有圖1-13所示的幾種基本形式。1.非周期衰減過程被控變量在給定值的某一側(cè)作緩慢變化，沒有來回波動(dòng)，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上，這種過程形式為非周期衰減過程，如圖1-13（a）所示。2.衰減振蕩過程被控變量上下波動(dòng)，但幅度逐漸減少，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上，這種過渡過程形式為衰減振蕩過程，如圖1-13（b）所示。化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!3.等幅振蕩過程被控變量在給定值附近來回波動(dòng)，且波動(dòng)幅度保持不變，這種情況稱為等幅振蕩過程，如圖1-13（c）所示。4.發(fā)散振蕩過程被控變量來回波動(dòng)，且波動(dòng)幅度逐漸變大，即偏離給定值越來越遠(yuǎn)，這種情況稱為發(fā)散振蕩過程，如圖1-13（d）所示。以上過渡過程的四種形式歸納為三類。（1）過渡過程（d）是發(fā)散的，稱為不穩(wěn)定過渡過程，其被控變量在控制過程中，不但不能達(dá)到平衡狀態(tài)，而且逐漸化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!（d）（c）yytt圖1-13過渡過程的幾種基本形式化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!多數(shù)情況下，都希望得到衰減振蕩過程，所以取衰減振蕩的過渡過程形式來討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。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圖1－14所示。這是屬于衰減振蕩的過渡過程。圖上橫坐標(biāo)t為時(shí)間，縱坐標(biāo)y為被控變量離開給定值的變化量。假定在時(shí)間t＝0之間，系統(tǒng)穩(wěn)定，且被控變量等于給定值，即y＝0；在t＝0瞬間，外加階躍干擾作用，系統(tǒng)的被控變量開始按衰減振蕩的規(guī)律變化，經(jīng)過相當(dāng)長時(shí)間后，y逐漸穩(wěn)定在C值上，即y（∞）＝C對(duì)于如圖1-14所示，如何根據(jù)這個(gè)過渡過程來評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的質(zhì)量呢？習(xí)慣上采用下列幾個(gè)品質(zhì)指標(biāo)。化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!出現(xiàn)了，偏差有可能是疊加的，這就更需要限制最大偏差的允許值。所以，在決定最大偏差允許值時(shí)，要根據(jù)工藝情況慎重選擇。有時(shí)也可以用超調(diào)量來表征被控變量偏離給定值的程度。在圖1-14中超調(diào)量以B表示。從圖中可以看出，超調(diào)量B是個(gè)峰值A(chǔ)與新穩(wěn)定值C之差，即B=A－C。如果系統(tǒng)的新穩(wěn)定值等于給定值，那么最大偏差A(yù)也就與超調(diào)量B相等了。2.衰減比雖然前面以提及一般希望得到衰減振蕩的過渡過程，但是化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!踏實(shí)，因?yàn)樗辣豢刈兞吭僬袷帞?shù)次后就會(huì)很快穩(wěn)定下來，并且最終的穩(wěn)定值必須在兩峰值之間，覺不會(huì)出現(xiàn)太高或太低的現(xiàn)象，更不會(huì)遠(yuǎn)離給定值以至造成事故。尤其在反應(yīng)比較緩慢的情況下，衰減振蕩過程的這一特點(diǎn)尤為重要。對(duì)于這種系統(tǒng)，如果過渡過程是或接近于非振蕩的衰減過程，操作人員很可能在較長時(shí)間內(nèi)，都只看到被控變量一直上升（或下降），似乎很自然地懷疑被控變量會(huì)繼續(xù)上升（或下降）為止，由于這種焦急的心情，很可能會(huì)導(dǎo)致去撥動(dòng)給定值指針或儀表上的其他旋紐。假若一旦出現(xiàn)這種情況，那么就等于對(duì)系統(tǒng)施加了人為的干擾，有可能使被控變量離開給定值更遠(yuǎn)，使系統(tǒng)處于難于控制的狀態(tài)。所以，選擇衰減化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!當(dāng)被控變量接近穩(wěn)定值時(shí)，指示值就基本上不再改變了。因此，一般是在穩(wěn)定值的上下規(guī)定一個(gè)小的范圍，當(dāng)被控變量進(jìn)入這一范圍并不再越出時(shí)，就認(rèn)為被控變量已經(jīng)達(dá)到新的穩(wěn)定值，或者說過渡過程已經(jīng)結(jié)束。這個(gè)范圍一般定為穩(wěn)定值的±5%(也有的規(guī)定為±2％)。按照這個(gè)規(guī)定，過渡時(shí)間就是從干擾開始作用之時(shí)起，直至被控變量進(jìn)入新穩(wěn)定值±5％（或±2%）的范圍內(nèi)且不再越出時(shí)為止所經(jīng)歷的時(shí)間。過渡時(shí)間短，表示過渡過程進(jìn)行得比較迅速，這是即使干擾頻繁出現(xiàn)，系統(tǒng)也能適應(yīng)，系統(tǒng)控制質(zhì)量越高，反之，過渡時(shí)間太長，個(gè)干擾引起得過渡過程尚未結(jié)束，第二個(gè)干擾就已經(jīng)出現(xiàn)，這樣，幾個(gè)干擾得影響

化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!1-14所示的就是接近于4:1的過渡過程曲線。上升時(shí)間也是一個(gè)品質(zhì)指標(biāo)，它是指干擾開始作用起至個(gè)波峰時(shí)所需的時(shí)間，顯然，上升時(shí)間以短一些為宜。綜上所述，過渡過程的品質(zhì)指標(biāo)主要有：最大偏差、衰減比、余差、過渡時(shí)間等。這些指標(biāo)在不同的系統(tǒng)中各有其重要性，且相互之間既有矛盾，又有聯(lián)系。因此，應(yīng)根據(jù)具體情況分清主次，區(qū)別輕重，對(duì)那些對(duì)生產(chǎn)過程有決定性意義的主要品質(zhì)指標(biāo)應(yīng)優(yōu)先予以保證，另外，對(duì)一個(gè)系統(tǒng)提出的品質(zhì)要求和評(píng)價(jià)一個(gè)控制系統(tǒng)的質(zhì)量，都應(yīng)該從實(shí)際需要出發(fā)，不應(yīng)過分偏高偏嚴(yán)，否則就會(huì)造成人力物力的巨大浪費(fèi)，甚至無法實(shí)現(xiàn)。化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!例某換熱器的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過渡過程曲線如圖1-15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200℃）。解最大偏差：A=230-200=30℃

余差C＝205-200＝5℃由圖上可以看出，個(gè)波峰值B＝230-205＝25℃，第二個(gè)波峰值B’=210-205=5℃,故衰減比應(yīng)為B:B’=25:5=5:1振蕩周期為同向兩波峰之間的時(shí)間間隔，故周期T＝20－5＝15（min）化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!示的熱交換器溫度控制系統(tǒng)為例，其工藝過程部分指的是與被控變量溫度T有關(guān)的工藝參數(shù)和設(shè)備結(jié)構(gòu)。材質(zhì)等因素，也就是前面將的被控對(duì)象。自動(dòng)化裝置部分指的是為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制所需的自動(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)行器等一部分。對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，過渡過程品質(zhì)的好壞，在很大程度上決定于對(duì)象的性質(zhì)。例如在前所述的溫度控制系統(tǒng)中，屬于對(duì)象性質(zhì)的主要因素有；熱交換器的負(fù)荷大小，熱交換器的結(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。自動(dòng)化裝置應(yīng)按對(duì)象性質(zhì)加以選擇和調(diào)整，兩者要較好地結(jié)合。自動(dòng)化裝置地選擇和調(diào)整不當(dāng)，也會(huì)直接影響控制質(zhì)量。此外，在控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，自動(dòng)化裝置地性能一旦發(fā)生變化，如閥門失化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!要求按照吹風(fēng)，上吹，下吹制氣，吹凈等步驟周期性地接通空氣和水蒸氣。利用自動(dòng)操縱機(jī)可以代替人工自動(dòng)地按照一定的時(shí)間程序扳動(dòng)空氣和水蒸汽的閥門，使它們交替地接通煤氣發(fā)生爐，從而極大地減輕了操作工人的重復(fù)性體力勞動(dòng)。自動(dòng)開停車系統(tǒng)可以按照預(yù)先規(guī)定好的步驟，將生產(chǎn)過程自動(dòng)地投入運(yùn)行或自動(dòng)停車。

4.自動(dòng)控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程中各種工藝條件不可能是一成不變的。特別是化工生產(chǎn)，大多數(shù)是連續(xù)性生產(chǎn)，各設(shè)備相互關(guān)聯(lián)著，當(dāng)其中某一設(shè)備的工藝條件發(fā)生變化時(shí)，都可能引起其他設(shè)備中某些參數(shù)或多或少地波動(dòng)偏離了正常的工藝條件，為此,就需要用化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!只有自動(dòng)控制系統(tǒng)才能自動(dòng)地排除各種干擾因素對(duì)工藝參數(shù)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)維持在正常或最佳的工藝操作狀態(tài)。因此，自動(dòng)控制系統(tǒng)是自動(dòng)化生產(chǎn)中的核心部分，也是本課程了解和學(xué)習(xí)的重點(diǎn)?；x表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!圖1-2流出量Q0)波動(dòng)時(shí)會(huì)引起槽內(nèi)液體的波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)溢出或抽空解決這個(gè)問題的最簡(jiǎn)單方法，是以貯槽液位位操作治標(biāo)，以改變出口閥門開度為控制手段，如圖1－2（a）所示。當(dāng)液位上升越多，閥門開得越大，反之，當(dāng)液位下降越多，閥門關(guān)得越小。為了使液位上升和下降都有足夠得余地，選擇玻璃管液位劑指示值中間的某一點(diǎn)為正常工作時(shí)的液位高度，通過改變出口閥門開度而使液位保持在這一高度上，這樣就不會(huì)出現(xiàn)貯槽中液位過高而溢至槽外，或使貯槽內(nèi)液體抽空化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!眼、腦、手三個(gè)器官，分別擔(dān)負(fù)了檢測(cè)、運(yùn)算和執(zhí)行三個(gè)作用，來完成測(cè)量、求偏差、操縱閥門以糾正偏差的全過程.由于人工控制受到人的生理上的限制，因此在控制速度和精度上都滿足不了大型現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。為了提高控制精度和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，可用一套自動(dòng)化裝置來代替上樹人工操作，這樣就由人工控制變?yōu)樽詣?dòng)控制了。液體貯槽和自動(dòng)化裝置一起構(gòu)成了一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖1-3所示?；x表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!為了完成人的眼、腦、手三個(gè)器官的任務(wù),自動(dòng)化裝置一般至少也應(yīng)包括三個(gè)部分,分別用來模擬人的眼、腦和手的功能.如圖1-3所示,自動(dòng)化裝置的三個(gè)部分分別是:（1）

測(cè)量元件與變送器它的功能是測(cè)量液位,并將液位的高低轉(zhuǎn)化為一種特定的、統(tǒng)一的輸出信號(hào)(如氣壓信號(hào)或電壓、電流信號(hào)等)：（2）自動(dòng)控制器它接受變送器送來的信號(hào)，與工藝需要保持的液位高度相比較得出偏差，并按某種運(yùn)算結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信號(hào)（氣壓或電流）發(fā)送出去：化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，將需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)械叫做被控對(duì)象，簡(jiǎn)稱對(duì)象。圖1-3所示的液體貯槽就是這個(gè)液位控制系統(tǒng)的被控對(duì)象?；どa(chǎn)中的各種塔器、反應(yīng)器、換熱器、泵和壓縮機(jī)以及各種容器、貯槽都是常見的被控對(duì)象，甚至一段輸氣管道也可以是一個(gè)被控對(duì)象。在復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備中，如精餾塔、吸收塔等，在一個(gè)設(shè)備上可能有好幾個(gè)控制系統(tǒng)。這時(shí)在確定被控對(duì)象時(shí)，就不一定是生產(chǎn)設(shè)備的整個(gè)裝置。譬如說，一個(gè)精餾塔，往往塔頂需要控制溫度、壓力等，塔底又需要控制溫度、塔釜液位等，有時(shí)中部還需要控制進(jìn)料流量，在這種情況下，就只有塔底某一與控制有關(guān)化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!第三節(jié)工藝管道及控制流程圖

在工藝流程確定以后，工藝人員和自控設(shè)計(jì)人員應(yīng)共同研究確定控制方案，控制方案地確定包括流程中各測(cè)量點(diǎn)地選擇、控制系統(tǒng)地確定及有關(guān)自動(dòng)信號(hào)、聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。在控制方案確定以后，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)給出的流程圖，按其流程順序標(biāo)注出響應(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，便成了工藝管道及控制流程圖（PID）。化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!2.連接線通用的儀表信號(hào)線均以細(xì)實(shí)線表示。連接線表示交叉及相接時(shí)，采用圖1-6的形式。必要時(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)線也可接氣信號(hào)、電信號(hào)、導(dǎo)壓毛細(xì)管等等采用不同的表示方式以示區(qū)別。3.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10mm，對(duì)于不同的儀表安裝位置的圖形符號(hào)如圖1－1所示?；x表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!表1-1儀表安裝位置的圖形符號(hào)序號(hào)123安裝位置就地安裝儀表集中儀表盤面安裝儀表就地儀表盤面安裝儀表圖形符號(hào)備注嵌在管道中集中儀表盤后安裝儀表就地儀表盤后安裝儀表化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!表1-2被測(cè)變量和儀表功能的字母代號(hào)

化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!在塔的下部的溫度控制系統(tǒng)中的TRC－210表示一臺(tái)具有記錄功能的溫度控制器，它是表示通過改變進(jìn)入再沸器的加熱蒸汽量來維持塔底溫度恒定的。當(dāng)一臺(tái)儀表同時(shí)具有指示、記錄功能時(shí)，只需標(biāo)注字母代號(hào)“R”,不標(biāo)“I”,所以TRC-210可以同時(shí)具有指示、記錄功能，同樣，在進(jìn)料管線上的FR-212可以表示同時(shí)具有指示、記錄功能的流量?jī)x表。

在塔底液位控制系統(tǒng)中的LICA－202表示一臺(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塔釜液位穩(wěn)定的。儀表圓圈外標(biāo)有“H”、“L”字母，表示該儀表同時(shí)具有高、低限報(bào)警，在塔釜液位過高或過低時(shí)，會(huì)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)。三、儀表位號(hào)化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁!第四節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖

在研究自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，為了能更清楚地表示出一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中各個(gè)組分環(huán)節(jié)之間的相互影響和信號(hào)聯(lián)系，便于對(duì)系統(tǒng)分析研究，一般用方塊圖來表示控制系統(tǒng)的組成。例如圖1-3的液位自動(dòng)控制系統(tǒng)可以用圖1-8的方塊圖表示其信號(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)。圖1-3的貯槽在圖1-8中用一個(gè)“對(duì)象”方塊來表示，其液位就是生產(chǎn)過程中所要保持恒定的變量，在自動(dòng)控制系統(tǒng)化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁!中稱為被控變量，用y來表示。在方塊圖中，被控變量y就是對(duì)象的輸出。影響被控變量y的因素來自進(jìn)料流量的改變，這種引起被控變量波動(dòng)的外來因素，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中稱為干擾作用（擾動(dòng)作用），用f表示。干擾作用是作用于對(duì)象的輸入信號(hào)。與此同時(shí)，出料流量的改變是由于控制閥動(dòng)作所致，如果用一方塊表示控制閥，那么，出料流量即為“控制閥”方塊的輸出信號(hào)，出料流量的變化也是影響液位變化的因素，所以也是作用對(duì)象的輸入信號(hào)。出料流量信號(hào)q在方塊圖中把控制閥和對(duì)象連接在一起?；x表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁!變化起著控制作用。具體實(shí)現(xiàn)控制作用的變量叫做操縱變量，如圖1－3中流過控制閥的出料流量就是操縱變量。用來實(shí)現(xiàn)控制作用的物料一般稱為操縱介質(zhì)或操縱劑，如上述中的流出控制閥的流體就是操縱介質(zhì)。用同一種形式的方塊圖可以代表不同的控制系統(tǒng)。例如圖1－9所示的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(shí)，可以將該溫度變化測(cè)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

化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁!料的溫度不變。這個(gè)控制系統(tǒng)同樣可以用圖1－8的方塊圖來表示。這時(shí)被控對(duì)象是加熱器，被控變量y是出口物料的溫度。干擾作用可能是進(jìn)料流量、進(jìn)料溫度的變化、加熱蒸汽壓力的變化、加熱器內(nèi)部傳熱系數(shù)或環(huán)境溫度的變化等。而控制閥的輸出信號(hào)即操縱變量q是加熱蒸汽量的變化，在這里，加熱蒸汽是操縱介質(zhì)或操縱劑。必須指出，方塊圖中的每一個(gè)方塊都代表一個(gè)具體的裝置。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代表信號(hào)作用的方向，與化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁!對(duì)于任何以一個(gè)簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制系統(tǒng)，只要按照上面的原則去作它們的方塊圖時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，不論它們?cè)诒砻嫔嫌卸啻蟛钭儯母鱾€(gè)組成部分在信號(hào)傳遞關(guān)系上都形成一個(gè)閉合的環(huán)路。其中任何一個(gè)信號(hào)，只要沿著箭頭方向前進(jìn)，通過若干個(gè)環(huán)節(jié)后，最終又會(huì)回到原來的起點(diǎn)。所以，自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。再看圖1-8中，系統(tǒng)輸出變量是被控變量，但是它經(jīng)過測(cè)量元件和變送器后，又反悔到系統(tǒng)的輸入端，與給定值進(jìn)行比較。這種把系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的輸出信號(hào)直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)重新返回到輸入端的做法叫做反饋。從圖1-8還可以看出，在反饋信號(hào)直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)而在給定值x旁有一個(gè)正號(hào)“+”（正號(hào)可以省略）。這里正和負(fù)的意思是在比較時(shí)，化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁!反饋，那么控制作用不僅不能克服干擾作用的影響，反而是推波助瀾，即當(dāng)被控變量y受到干擾升高時(shí)，z亦升高，控制閥的動(dòng)作方向是使被控變量進(jìn)一步升高，而且只要有一點(diǎn)微小的偏差，控制作用就會(huì)使偏差越來越大，直至被控變量超出了安全范圍而破壞生產(chǎn)。所以控制系統(tǒng)絕對(duì)不能單獨(dú)采用正反饋。綜上所述，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)。它與自動(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，就在與自動(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，如化肥廠的造氣自動(dòng)機(jī)就是典型的開環(huán)系統(tǒng)的例子。圖1-10是這種自動(dòng)操縱系統(tǒng)的方塊圖。自動(dòng)機(jī)在操作時(shí)，一旦化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁!對(duì)象自動(dòng)操縱裝置操縱指令操縱作用工藝參數(shù)圖1-10自動(dòng)操縱系統(tǒng)方塊圖化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁!1、定值控制系統(tǒng)所謂“定值”就是恒定給定值的簡(jiǎn)稱。工藝生產(chǎn)中，如果要求控制系統(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)上不變，或者說要求被控變量的給定值不變，那么就需要采用定值控制系統(tǒng)。圖1-3所討論的液位控制系統(tǒng)就是定值控制系統(tǒng)的一個(gè)例子，這個(gè)控制系統(tǒng)的目的是使貯槽內(nèi)液位保持在定值不變。同樣，圖1-9所示的溫度控制系統(tǒng)也屬于定值控制系統(tǒng)，它的目的是為了使出口物料的溫度保持恒定?；どa(chǎn)中要求的大都是這種類型的控制系統(tǒng)，因此后面所討論的，如果未加特別說明，都是指定值控制系統(tǒng)。化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁!3.程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)）這類系統(tǒng)的給定值也是變化的，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)在間隙生產(chǎn)過程中應(yīng)用比較普通。例如合成纖維錦綸生產(chǎn)中的熟化罐溫度控制和機(jī)械工業(yè)中金屬熱處理的溫度控制都是這類系統(tǒng)的例子。近年來，程序控制系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛，一些定型的或菲定型的程序裝置越來越多地被應(yīng)用到生產(chǎn)中，微機(jī)計(jì)算機(jī)地廣泛應(yīng)用也為程序控制提供了良好地技術(shù)工具與有利條件?；x表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁!與習(xí)慣上所講的靜止是不同的。習(xí)慣上所說的靜止都是指靜止不動(dòng)（當(dāng)然指的仍然是相對(duì)靜止）。而在自動(dòng)化領(lǐng)域中的靜態(tài)是指系統(tǒng)中個(gè)信號(hào)的變化率為零，即信號(hào)保持在某一常數(shù)不變化，而不是指物料不流動(dòng)或能量不交換。因?yàn)樽詣?dòng)控制系統(tǒng)在靜態(tài)時(shí)，生產(chǎn)還在進(jìn)行，物料和能量仍然有進(jìn)有出，只是平穩(wěn)進(jìn)行沒有改變就是了。自動(dòng)控制系統(tǒng)的目的就是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)象的物料量（或能量）相等時(shí)才有可能。例如圖1-3所示的液位控制系統(tǒng)，只有當(dāng)流入貯槽的流量和流出貯槽的流量相等時(shí)，液位才能恒定，系統(tǒng)才處于靜態(tài)。圖1-9所示化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁!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。這是因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中，干擾是客觀存在的，是不可避免的，例如生產(chǎn)過程中前后工序的相互影響；負(fù)荷的改變；電壓、氣壓的波動(dòng)；氣候的影響等等。這些干擾是破壞系統(tǒng)平衡狀態(tài)引起被控變量發(fā)生變化的外界因素。在一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)投入運(yùn)作時(shí)，時(shí)時(shí)刻刻都有干擾作用于控制系統(tǒng)，從而破壞了正常的工藝生產(chǎn)狀態(tài)。因此，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在工藝生產(chǎn)所要求控制的技術(shù)指標(biāo)上。所以，一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)在正常工作時(shí)，總是處于一波未平，一波又起，波動(dòng)不止，往復(fù)不息的動(dòng)態(tài)過程中。顯然，研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的重點(diǎn)是研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)?；x表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁!對(duì)象執(zhí)行器控制器測(cè)量變送器xez-bqyf圖1-11控制系統(tǒng)方塊圖化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁!時(shí)間t0輸入量圖1-12階躍干擾作用化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁!（b）（a）yytt化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁!遠(yuǎn)離給定值，它將導(dǎo)致被控變量超越工藝允許范圍，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起事故，這是工業(yè)上所不允許的，應(yīng)竭力避免。(2)

過渡過程（a）和（b）都是衰減的，稱為穩(wěn)定過程。被控變量經(jīng)過一段時(shí)間后，逐漸趨向原來的或新的平衡狀態(tài)，這是所希望的。對(duì)于非周期性的衰減過程，由于這種過渡過程變化較慢，被控變量在控制過程中長時(shí)間地偏離給定值，而不是很快恢復(fù)平衡狀態(tài)，所以一般不采用，只是在生產(chǎn)上不允許被控變量有波動(dòng)的情況下才采用?；x表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第66頁!對(duì)于衰減振蕩過程,由于能夠較快地使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),所以在多數(shù)情況下,都希望自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍輸入作用下，能夠得到如圖1-13（b）所示地過渡過程。（3）過渡過程形式（c）介于不穩(wěn)定和穩(wěn)定之間，一般也認(rèn)為是不穩(wěn)定過程，生產(chǎn)上不能采用。只是對(duì)于某些控制質(zhì)量要求不高地場(chǎng)合，如果被控變量允許在工藝許可的范圍那振蕩（主要指在位式控制時(shí)），那么這種過渡過程的形式時(shí)可以采用的。三、控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)控制系統(tǒng)的過渡過程時(shí)衡量控制系統(tǒng)品質(zhì)的依據(jù)。由于在化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第67頁!1.最大偏差或超調(diào)量最大偏差時(shí)指在過渡過程中，被控變量偏離給定值的最大數(shù)值。在衰減振蕩過程中，最大偏差就是個(gè)波的峰值，在圖1-14中以A表示。最大偏差表示系統(tǒng)瞬間偏離給定值的最大程度。若偏差越大，偏離的時(shí)間越長，即表明系統(tǒng)離開規(guī)定的工藝參數(shù)指標(biāo)就越遠(yuǎn)，這對(duì)穩(wěn)定正常生產(chǎn)是不利的。因此最大偏差可以作為衡量系統(tǒng)質(zhì)量的一個(gè)品質(zhì)指標(biāo)。一般來說，最大偏差當(dāng)然是小一些為好，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)溫度極限等，都會(huì)對(duì)最大偏差的允許值有所限制。同時(shí)考慮到干擾會(huì)不斷出現(xiàn)，當(dāng)個(gè)干擾還未清除時(shí)，第二個(gè)干擾可能又化工儀表及自動(dòng)化章共75頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第68頁!衰減快慢的程度多少為適當(dāng)?shù)哪?？表示衰減程度的指標(biāo)是衰