化工儀表及其自動化控制第一章自動控制系統(tǒng)基本概念課件

化工儀表及自動化你目的和意義在化工等連續(xù)性生產(chǎn)設(shè)備上，配備一些自動化裝置，代替操作人員的部分直接勞動，使生產(chǎn)在不同程度上自動地進行，稱為化工自動化。實現(xiàn)化工自動化的目的是：加快生產(chǎn)速度，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量。降低勞動強度，改善勞動成本。確保生產(chǎn)安全學(xué)習(xí)本課程的意義在于：擴大知識面，適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)代化需要；擴大就業(yè)途徑。先為不可勝，而后為可勝！化工自動化的發(fā)展歷程1950s~1960s

基地式氣動單元儀表，基地式電動單元儀表，膜片式儀表。為化工單元操作的發(fā)展提供了技術(shù)支撐。1970s~1980s

單元組合Ⅱ型儀表：QDZⅡ，DDZⅡ1990s~

單元組合Ⅲ型儀表：QDZⅢ，DDZⅢ本課程主要內(nèi)容

基本概念控制系統(tǒng)控制對象儀器儀表測量顯示調(diào)節(jié)執(zhí)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)（簡單系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)）計算機控制系統(tǒng)（系統(tǒng)構(gòu)成、接口與轉(zhuǎn)換）第一章自動控制系統(tǒng)基本概念化工自動化的主要內(nèi)容自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成及方塊圖自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分類自動調(diào)節(jié)的過度過程和系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)工藝管道及控制流程圖第一節(jié)化工自動化的主要內(nèi)容自動檢測系統(tǒng)利用各種檢測儀表對主要工藝參數(shù)進行測量、指示和記錄的。自動信號和連鎖保護系統(tǒng)生產(chǎn)過程中的一種安全裝置自動操縱與自動開停車系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動地對生產(chǎn)設(shè)備進行某種周期性操作可以按照預(yù)先規(guī)定好的步驟，將生產(chǎn)過程自動投入運行或自動特車自動控制系統(tǒng)使得某些關(guān)鍵性的控制參數(shù)在受到外界干擾的影響而偏離正常狀態(tài)時，能自動地控制而回到規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)。

第二節(jié)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的4個基本環(huán)節(jié)：

被控對象、檢測儀表(測量變送環(huán)節(jié))、控制器、執(zhí)行器幾個常用術(shù)語：（1）被控對象需要實現(xiàn)控制的設(shè)備、機械或生產(chǎn)過程稱為被控對象，簡稱對象。（2）被控變量對象內(nèi)要求保持一定數(shù)值（或按某一規(guī)律變化）的物理量稱為被控變量。（3）控制變量（操縱變量）受執(zhí)行器控制，用以使被控變量保持一定數(shù)值的物料或能量稱為控制變量或操縱變量。（4）干擾（擾動）除控制變量（操縱變量）以外，作用于對象并引起被控變量變化的一切因素稱為干擾。（5）設(shè)（給）定值工藝規(guī)定被控變量所要保持的數(shù)值。（6）偏差偏差本應(yīng)是設(shè)定值與被控變量的實際值之差。但能獲取的信息是被控變量的測量值而非實際值，因此，在控制系統(tǒng)中通常把設(shè)定值與測量值之差定義為偏差。自動控制系統(tǒng)方塊圖反饋是控制系統(tǒng)的輸出（即被控變量）通過測量變送返回到控制系統(tǒng)的輸入端，并與設(shè)定值比較的過程。負反饋:反饋的結(jié)果使系統(tǒng)的輸出減小的反饋類型正反饋:反饋的結(jié)果使系統(tǒng)的輸出增加的反饋類型工業(yè)控制系統(tǒng)一般情況下都應(yīng)為負反饋。第三節(jié)自動控制系統(tǒng)的分類

（一）按設(shè)定值的特點區(qū)分（即將控制系統(tǒng)按照工藝過程需要控制的被控變量數(shù)值是否變化和如何變化來分類）：1、定值控制系統(tǒng)：設(shè)定值是由工藝要求給出的不變常數(shù)

通常要求被控變量盡量與設(shè)定值保持一致。2、隨動控制系統(tǒng)：設(shè)定值隨時間不斷發(fā)生變化（自動跟蹤系統(tǒng)）通常要求被控變量盡可能地與設(shè)定值一起變化。

3、程序控制系統(tǒng)：可以理解為隨動控制設(shè)定值是一個已知時間函數(shù)（順序控制系統(tǒng)）即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)按一定時間程序變化（二）按補償干擾的方法分反饋調(diào)節(jié)器執(zhí)行器對象傳感器、變送器+－SPxzeuqyf干擾f（t）被控變量調(diào)節(jié)器操作變量補償干擾

前饋前饋補償器執(zhí)行器對象傳感器、變送器pqy干擾f干擾f（t）變送器補償器操作變量補償干擾前饋+反饋調(diào)節(jié)器執(zhí)行器對象傳感器、變送器+－SPxzey干擾f變送器前饋補償器++（三）按控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度區(qū)分簡單控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)（四）按控制變量的名稱區(qū)分溫度控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng)……（五）按調(diào)節(jié)規(guī)律區(qū)分P、PI、PD、PID、預(yù)估控制……（六）按被控變量對操作變量的影響分

閉環(huán)控制系統(tǒng)——如：反饋控制

開環(huán)控制系統(tǒng)——如：前饋控制動態(tài)：被控變量隨時間變化的不平衡狀態(tài)。如果系統(tǒng)原來處于相對平衡狀態(tài)（靜態(tài)），當(dāng)出現(xiàn)干擾使被控變量發(fā)生變化，此時控制系統(tǒng)發(fā)生作用，調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差及其偏差的變化情況，改變調(diào)節(jié)器輸出，再經(jīng)執(zhí)行器改變操縱變量，使被控變量重新回到設(shè)定值來，這么一個從干擾發(fā)生、系統(tǒng)控制、直到重新建立平衡的過程稱為“動態(tài)”過程。工藝設(shè)計主要圍繞系統(tǒng)“靜態(tài)”特性開展工作，自動控制是在“靜態(tài)”特性基礎(chǔ)上研究其“動態(tài)”特性――當(dāng)系統(tǒng)失去平衡以后，如何使系統(tǒng)重新回到平衡狀態(tài)。如何來評價自控系統(tǒng)的質(zhì)量？必須分析“系統(tǒng)失穩(wěn)以后能否重新回到平衡狀態(tài)”、“從系統(tǒng)失穩(wěn)到重新回到平衡狀態(tài)”這個過程的各種指標(biāo)。過渡過程：受到干擾作用后系統(tǒng)失穩(wěn)，在控制系統(tǒng)的作用下，被控變量回復(fù)到新的平衡狀態(tài)的過程。在分析和設(shè)計控制系統(tǒng)時，往往選定階躍信號作為輸入。階躍干擾：在某一瞬間t0干擾突然階躍式地加入系統(tǒng)，并保持在這個幅值。階躍干擾比較突然、比較危險、對控制系統(tǒng)的影響也最大、設(shè)計過程容易產(chǎn)生階躍干擾。對于一個控制系統(tǒng)，如果能有效克服階躍干擾，肯定能很好地克服其它變化比較緩和的各種干擾。幾種典型的過渡過程：二、控制系統(tǒng)的過渡過程幾種典型的過渡過程：非周期衰減過程

衰減振蕩過程等幅振蕩過程發(fā)散振蕩過程單調(diào)發(fā)散過程

√√？XX一般是不允許的除開關(guān)量控制回路以階躍響應(yīng)曲線的形式表示的品質(zhì)指標(biāo)（和初值有關(guān)，這里只分析變化量）

分兩種情況：0階躍干擾作用下的過渡過程（設(shè)定值固定，加一階躍干擾）——定值系統(tǒng)

0階躍給定作用下的過渡過程（設(shè)定值變化）——隨動系統(tǒng)

階躍干擾作用下的過渡過程（設(shè)定值固定，加一階躍干擾）——定值系統(tǒng)

0最大偏差emax：衰減比n：余差e(∞)：過渡時間tp：振蕩周期：固定因素：對象特性測量儀表特性執(zhí)行器特性補償因素：控制器特性——這是自動控制的主要研究內(nèi)容四、影響控制指標(biāo)的主要內(nèi)容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。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)。

解：1、最大偏差：A＝230—200＝30℃2、余差C＝205—200＝5℃3、第一個波峰值B＝230—205＝25℃第二個波峰值B’＝210—205＝5℃衰減比n＝25：5＝5：l。4、振蕩周期為同向兩波峰之間的時間間隔，故周期T＝20—5＝15(min)5、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±4℃畫一區(qū)域，圖中以畫有陰影線的區(qū)域表示，只要被控變量進入這一區(qū)域且不再越出，過渡過程就可以認(rèn)為已經(jīng)結(jié)束。因此，從圖上可以看出，過渡時間為22min。

第五節(jié)工藝管道、儀表流程圖（P&ID）

(1)圖形符號——檢測點

一般是由工藝設(shè)備輪廓線或工藝管線引到儀表圓圈的連接線的起點

必要時也可以用象形或圖形符號表示(2)圖形符號——連線

通用的儀表信號線均以細實線表示(3)圖形符號——儀表符號

儀表的圖形符號是一個細實線圓圈，直徑約10mm就地安裝儀表就地安裝儀表嵌在管道中

集中儀表盤面安裝儀表就地儀表盤面安裝儀表集中儀表盤后安裝儀表就地儀表盤后安裝儀表同一個檢測點，有兩個或多個測量，可用兩個或多個相切的圓表示ATTENTION

管道、儀表流程圖的圖形符號不是完全標(biāo)準(zhǔn)一致的，國內(nèi)與國外、不同設(shè)計單位之間、甚至不同設(shè)計人員之間，有些方面會有不同的標(biāo)注習(xí)慣，一般來說P&ID圖會有圖例給出。例如，國內(nèi)設(shè)計院一般較少用多個圓相切的形式來表示復(fù)合儀表，而國外則更常見。儀表符號除了圖形之外，圓圈之中還應(yīng)有一串有字母和數(shù)字組成的代號稱為“儀表位號”。例