化工仪表与自动化 第一章
化工仪表及自动化第四版答案(终极版)
工仪表及自动化 (自制课后答案终极版)1.什么是化工仪表与自动化？它有什么重要意义？答： 化工自动化是化工、 炼油、 食品、 轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上， 配备上一些自动化装置， 代替操作人员的部份直接劳动， 使生产在不同程度上自动地进行， 这 种用自动化装置来管理化工生产过程的方法，称为化工自动化。
它的重要意义如下加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。
减轻劳动强度、改善劳动条件。
能够保证生产安全，防止事故发生或者扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用率、保障人 身安全的目的。
生产过程自动化的实现， 能根本改变劳动方式， 提高工人文化技术水平， 以适应当代信息技术 革命和信息产业革命的需要。
2.化工自动化主要包括哪些内容？答： ①自动检测系统， 利用各种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、 指示或者记录的部份 ②自动信号和联锁保护系统， 对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置， 是生产过程中的 一种安全装置③自动控制及自动开停车系统 自动控制系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行 某种周期性操作。
自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤,将生产过程自动地投入运行或者 自动停车。
④自动控制系统 对生产中某些关键性参数进行自动控制 ,使它们在受到外界干扰的影响而偏 离正常状态时,能自动地调回到规定的数值范围内。
3.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答；开环控制系统不能自动地觉察被控变量的变化情况， 也不能判断控制变量的校正作用是否 适合实际需要。
也就是最本质的区别是闭环控制系统有负反馈。
开环系统中， 被控变量是不反 馈到输入端的。
闭环控制系统可以及时了解被控对象的情况， 有针对性的根据被控变量的变化 情况而改变控制作用的大小和方向，从而使系统的工作状态始终等于或者接近与所希翼的状态。
4. 自动控制系统主要由哪些环节组成？ 答：主要由测量与变送器 、自动控制器、执行器、被控对象组成。
化工仪表及自动化第一章演示文稿.
在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设 备或机械叫做被控对象，简称对象。图1-3所示的液体贮 槽就是这个液位控制系统的被控对象。化工生产中的各 种塔器、反应器、换热器、泵和压缩机以及各种容器、 贮槽都是常见的被控对象，甚至一段输气管道也可以是 一个被控对象。在复杂的生产设备中，如精馏塔、吸收 塔等，在一个设备上可能有好几个控制系统。这时在确 定被控对象时，就不一定是生产设备的整个装置。譬如 说，一个精馏塔，往往塔顶需要控制温度、压力等，塔 底又需要控制温度、塔釜液位等，有时中部还需要控制 进料流量，在这种情况下，就只有塔底某一与控制有关
在塔的下部的温度控制系统中的TRC－210表示一台具 有记录功能的温度控制器，它是表示通过改变进入再沸 器的加热蒸汽量来维持塔底温度恒定的。当一台仪表同 时具有指示、记录功能时，只需标注字母代号“R”,不 标“I”,所以TRC-210可以同时具有指示、记录功能，同 样，在进料管线上的FR-212可以表示同时具有指示、记 录功能的流量仪表。
（2）自动控制器 它接受变送器送来的信号，与工艺需要保 持的液位高度相比较得出偏差，并按某种运算结果，然后将 此结果用特定信号（气压或电流）发送出去：
（3）执行器 通常指控制阀，它与普通的阀门一样，只 不过自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启 度。
显然，这套自动化装置具有人工控制中操作人员的 眼、脑、手的部分功能，因此，它能完成自动控制贮槽 中液位高低的任务。
二、字母代号
图1-7 复式仪表的表示方法
在控制流程图上，用来表示仪表的小圆圈的上半圆内，一
般写有两位（或两位以上），字母，第一个字母表示被测变 量，后继字母表示仪表的功能，常用被测变量和仪表功能的 字母代号见表1-2。
化工仪表及自动化(第一章)
第二节 自动控制系统的基本组成及方块图 • 注意！方块图中的每一个方块 都代表一个具体的装置。
方块与方块之间的连接线，只是代表方块之间的信号 联系，并不代表方块之间的物料联系。方块之间连接线 的箭头也只是代表信号作用的方向，与工艺流程图上的 物料线是不同的。 工艺流程图上的物料线是代表物料从一个设备进入另 一个设备，而方块图上的线条及箭头方向有时并不与流 体流向相一致。
举例
化肥厂的造气自动机就是典型的开环系统的例子
操纵指令
自动操纵装置
操纵作用
对象
工艺参数
第二节 自动控制系统的基本组成及方块图 • 小结
开环系统：自动机在操作时， 一旦开机，就只能是按照预 比较 先规定好的程序周而复始地 运转。这时被控变量如果发 生了变化，自动机不会自动 地根据被控变量的实际工况 来改变自己的操作。 闭环系统： 有针对性 地根据被控变量的变 化情况而改变控制作 用的大小和方向 ，从 而使系统的工作状态 始终等于或接近于所 希望的状态。
自动控制系统是一个闭环系统
概念
把系统（或环节）的输出信号直接或经过 一些环节重新返回到输入端的做法叫反馈
反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏 差信号为两者之差，为负反馈。反之，为正反馈。
第二节 自动控制系统的基本组成及方块图 • 小结
– 自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系 统。 – 与自动检测、自动操纵等开环系统比较，最本 质的区别，就在于自动控制系统有负反馈，开 环系统中，被控（工艺）变量是不反馈到输入 端的。
给定值随机变化，该系统的目的就是使所控制 的工艺参数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。
第三节 自动控制系统的分类
3.程序控制系统（顺序控制系统）
给定值变化，但它是一个已知的时间函数， 即生产技术指标需按一定的时间程序变化。这 类系统在间歇生产过程中应用比较普通。
最新化工仪表及自动化第1章自动控制系统概述ppt课件
偏 差：被控变量的设定 值与实际值之差
负反馈：将被控变量送回 输入端并与输入变量相减
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
加热炉的温度控制系统
TT
TC
被加热原料
T 出口温度
燃料油
被控对象：加热炉 被控变量：物料出口温度 操纵变量：燃料油流量 扰动： 原料温度、燃料油热值等
修饰词
差 比（分数）
低 中间 积分、累积
R=R+I
安全
高
后继字母 功能
报警 Alarm 控制（调节）Control
检测元件
指示 Indicate 自动-手动操作器
灯 Lamp
积分、累积 记录或打印 Record 开关、联锁 传送 Transfer 阀、挡板、百叶窗 套管 继动器或计算器 驱动、执行或未分类的终端执行机构
人工操作与自动控制比较图
图1-2 人工操作图
控制速度和精度不能满足大型 现代化生产的需要
图1-3 液位自动控制系统图
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
自动控制系统的组成
测被量元控件对与象变送器
自动化装置 组 成 控制器
被控对象
自动控制器 执行器执行检器测变送
自动化装置
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
表1-2 被测变量和仪表功能的字母代号
第一位字母
被测变量
分析 Analyze
电导率Conductivity 密度 电压 流量 Flow 电流 Current Intensity 时间或时间程序 物位 Level 水分或湿度 压力或真空 Press 数量或件数 放射性 Radioactivity 速度或频率 温度 Temperature 黏度 力 供选用 位置
化工仪表及其自动化PPT第一章PPT
02
化工仪表的基本原理
化工仪表的测量原理
总结词
测量原理是化工仪表的核心，它决定了仪表的准确性和可靠 性。
详细描述
化工仪表的测量原理基于物理或化学原理，通过传感器将待 测参数（如温度、压力、流量、液位等）转换成电信号或气 信号，以便后续处理和显示。常见的测量原理包括热电效应 、压电效应、光电效应等。
03
化工仪表的自动化技术
化工仪表的自动化概述
化工仪表自动化是现代工业生产中的重要技术，通过自动化技术实现化工仪表的数 据采集、处理、控制等功能，提高生产效率和产品质量。
化工仪表自动化技术涉及多个领域，包括控制理论、电子技术、计算机技术等，需 要综合运用多种技术手段来实现。
化工仪表自动化技术的应用范围广泛，涵盖了化工、石油、制药等多个行业，对工 业生产的发展具有重要意义。
化工仪表及其自动化ppt 第一章
• 化工仪表概述 • 化工仪表的基本原理 • 化工仪表的自动化技术 • 化工仪表的选型与使用
01
化工仪表概述
化工仪表的定义与分类
总结词
化工仪表是用于化工生产过程中各种参数检测、显示和控制的工具，根据用途可分为温度仪表、压力仪表、流量 仪表等。
详细描述
化工仪表是化工生产过程中不可或缺的设备之一，主要用于检测、显示和控制温度、压力、流量、液位等参数。 根据不同的用途和功能，化工仪表可以分为多种类型，如温度仪表、压力仪表、流量仪表、液位仪表等。这些仪 表在化工生产中发挥着重要的作用，能够确保生产过程的稳定性和安全性。
化工仪表的信号传输原理
总结词
信号传输是化工仪表实现远程监控和自动控制的关键环节。
详细描述
化工仪表的信号传输原理通常采用模拟信号或数字信号，通过电缆、光纤等传输 介质将传感器采集的信号传输到控制器、显示器或执行器等设备。信号传输过程 中需要进行抗干扰处理，的发展历程
化工仪表与自动化基础教材
化工仪表与自动化基础教材第一章绪论第二章化工自动化的基本概念第一节化工自动化的主要内容第二节自动控制系统的基本组成第三节识读管道仪表流程图（P&ID）第三章检测仪表第一节检测仪表的基本性能和分类第二节压力检测仪表第三节温度检测仪表第四节流量检测仪表第五节物为检测仪表第六节分析仪表（红外分析仪表,CEMS,COD）第七节传动设备检测仪第四章显示仪表第一节数字显示仪表第二节无纸记录仪第五章执行器第一节概述第二节气动薄膜调节阀第六章集散控制系统第一节集散控制系统的组成第二节集散控制系统的功能第三节集散控制系统的操作方法第七章联锁保护系统第一章绪论伴随着科学技术的迅猛发展，自动化技术已成为当代举世瞩目的高技术之一。
由于生产过程连续化、大型化、复杂化，使得广大工艺、维修、管理人员需要学习和掌握必要的监测技术和自动化知识，这是现代化工业生产实现高效、优质、安全、低耗的基本条件和重要保证，也是提高企业综合竞争实力、提升企业管理水平的前提。
本章的重点：对自动化、化工自动化的概念；实现化工自动化的目的；化工自动化发展的过程。
自动化技术的进步推动了工业生产的飞速发展，在促进产业革命中起着十分重要的作用。
特别是在石油、化工、冶金、轻工等部门，由于采用了自动化仪表和集中控制装置，促进了连续生产过程自动化的发展，大大地提高了劳动生产率，获得了巨大的社会效益和经济效益。
化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配置上一些自动化装置，代替操作人员的部分或全部直接劳动，是生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
自动化是提高社会生产力的有力工具之一，实现化工生产自动化的目的如下。
1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
在生产过程由于人的五官对事物量的测量精度较差，而且许多量值无法用感官进行测量，所以产品质量难以有效控制；同时由于人的手和脚的速度和力量有限，无法长时间，高效率、大规模生产。
化工仪表及自动化 第01章 自动控制系统基本概念5
n＝1等幅振荡 n＜1发散振荡 n＞1衰减振荡 n>>1非振荡
Ø 为了保持有足够的稳定程度，衰减比一般取为4：1至10：1；这种过渡过程 不是最优的结果，但操作人员容易掌握，一般也是操作人员所希望的过程
Ø 非振荡：不便于操作人员掌握。
•余差？ •过渡时间？ •振荡周期？
•答：越小越好 •答：越短越好 •答：越短越好
规定值（正常或最佳工艺条件） 6
进
料
口
控
制
器 变
送
器
进 料 口
变 送 器
控 制 站
ââ
执
执
行
行
器
器
8
2
自动控制系统的 4 个基本组成环节：
测量元件与变送器（测量变送装置)：
测量被控工艺参数（被控变量），并将其转换成一种特定的、统一的信号（ 如电压、电流信号、气压信号等）
控制器：
接受变送器送来的信号，与工艺参数的给定值相比较，得出偏差，并按某种 控制规律运算出结果，然后将此结果用特定信号（电流或气压）发送给执行器
自动控制
测量元件与变送器 控制器 执行器 7
q 自动操纵及自动开停车系统
自动操纵系统：根据预先规定的步骤自动 地对生产设备进行某种周期性操作（代替 人工进行重复性劳动）
自动开停车系统：按照预先规定好的步骤 ，将生产过程自动地投入运行或自动停车
如：合成氨造气车间的煤 气发生炉，需按吹风、上吹 、下吹制气、吹净等步骤周 期性地接通空气和水蒸气
自动控制系统都采用负反馈控制！ 如何保证系统是负反馈？
13
例 如图所示为一反应器温度控制系统。A、B两种物料进入反应器进 行反应，通过改变进入夹套内冷却水流量来控制反应器内的温度 不变。 （1） 试画出该温度控制系统的方块图，并指出被控对象、被控 变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么? （2）如果由于进料温度升高使反应器内的温度超过给定值，试 说明此时该控制系统的工作情况，此时系统是如何通过控制作用 来克服干扰作用对被控变量影响的？
化工仪表第一、二章讲解
扰动：除操纵变量外，作用于被控过程并引起被控变量 变化的因素
设定值：工艺参数所要求保持的数值
偏差：被控变量设定值与实际值之差
负反馈：将被控变量送回输入端并与输入变量相减
1.4. 闭环控制与开环控制
闭环控制：
在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设 定值进行比较，根据偏差进行控制，控制被控变量， 这样，整个系统构成了一个闭环。
二、字母
在控制流程图中，用来表示仪表的小圆圈的上半园 内，一般写有两位字母，第一位字母表示被测变量， 后继字母表示仪表的功能，常用被测变量和仪表功能 能的字母代号见表1-2
1.4 自动控制系统的组成及方框图
在研究自动控制系统时，为了更清楚的表示控制 系统各环节的组成、特性和相互间的信号联系，一般 都采用方框图。每个方框表示组成系统的一个环节， 两个方框之间用带箭头的线段表示信号联系；进入方 框的信号为环节输入，离开方框的为环节输出。
t 些；化学反应器的温度控
制要求高，余差就要小一
些。
（4）过渡时间(回复时间) TS
过度时间表示控制系统过渡过程的长短。
定义：控制系统在受到阶跃外作用后，被控变量从原有稳态 值达到新的稳态值所需要的时间。
y
B
B’
A
0
C t
（1）最大动态偏差（emax）或超调量（ ）
y
B
B’
A
0
控制系统的品 质指标示意图
C
动画链
t 接按钮
最大动态偏差或超调量是描述被控变量偏离设定值最大程度的 物理量，也是衡量过渡过程稳定性的一个动态指标。
对于定值控制系统，过渡过程的最大动态偏差是指被控变 量第一个波的峰值与设定值之差。在上图中，最大偏差就是第 一个波的峰值，为A。
化工仪表及自动化第一章课件
• 五．测量仪表与测量方法分类
• 1．测量仪表的分类 • （1）依据所测参数的不同：压力测量仪表、流量测量仪
表、物位测量仪表、温度测量仪表、物质成分分析仪表及 物性检测仪表等。
• （2）表达示数的方式不同：指示型、记录型、讯号型、 远传指示型、累计型等。
max 标尺上限值 标尺下限值
100%
允许的相对误差的最大值 仪表允许的最大绝对误差值
允 标尺上限值 标尺下限值 100%
例: 某台测温仪表的测温范围为200~700℃，仪表的最大
绝对误差为 4℃，试确定该仪表的相对百分误差与准确度等级
解:仪表的相对百分误差为
4 100% 0.8%
化工检测仪表
第一章 检测仪表基本知识
一、测量过程与测量误差
Q=qV Q—被测值； q—测量值，即被测量与所选测量单位的比值； V—测量单位。 上述为直接测量法，此外还有间接测量法
➢ 测量误差： • 在测量过程中，由于所使用的测量工具本身不够准确、测观者的主观
性和周围环境的影响等等，使得测量的结果不可能绝对准确。由仪表 读得的被测值与被测参数的真实值之间，总存在一定的误差。 测量误差按其产生原因的不同可以分为三类： • 系统误差（规律误差） • 疏忽误差 • 偶然误差 测量误差的表示方法： • （1）绝对表示法； • （2）相对表示法
100%
f —线性度（又称非线性误差）；
fmax —标准曲线对于理论拟合直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。
6．重复性
z
zmax 仪表量程
100%
z —重复性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ差
zmax —同方向多次重复测量时仪表示值的最大偏差值。
化工仪表与自动化基础教材
化工仪表与自动化基础教材化工仪表与自动化基础教材第一章绪论第二章化工自动化地基本概念第一节化工自动化地主要内容第二节自动控制系统地基本组成第三节识读管道仪表流程图<P&ID）第三章检测仪表第一节检测仪表地基本性能和分类第二节压力检测仪表第三节温度检测仪表第四节流量检测仪表第五节物为检测仪表第六节分析仪表<红外分析仪表,CEMS,COD）第七节传动设备检测仪第四章显示仪表第一节数字显示仪表第二节无纸记录仪第五章执行器第一节概述第二节气动薄膜调节阀第六章集散控制系统第一节集散控制系统地组成第二节集散控制系统地功能第三节集散控制系统地操作方法第七章联锁保护系统第一章绪论伴随着科学技术地迅猛发展,自动化技术已成为当代举世瞩目地高技术之一.由于生产过程连续化、大型化、复杂化,使得广大工艺、维修、管理人员需要学习和掌握必要地监测技术和自动化知识,这是现代化工业生产实现高效、优质、安全、低耗地基本条件和重要保证,也是提高企业综合竞争实力、提升企业管理水平地前提.本章地重点：对自动化、化工自动化地概念；实现化工自动化地目地；化工自动化发展地过程.自动化技术地进步推动了工业生产地飞速发展,在促进产业革命中起着十分重要地作用.特别是在石油、化工、冶金、轻工等部门,由于采用了自动化仪表和集中控制装置,促进了连续生产过程自动化地发展,大大地提高了劳动生产率,获得了巨大地社会效益和经济效益.化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类生产过程自动化地简称.在化工设备上,配置上一些自动化装置,代替操作人员地部分或全部直接劳动,是生产在不同程度上自动地进行,这种用自动化装置来管理化工生产过程地办法,称为化工自动化.自动化是提高社会生产力地有力工具之一,实现化工生产自动化地目地如下.加快生产速度,降低生产成本,提高产品产量和质量.在生产过程由于人地五官对事物量地测量精度较差,而且许多量值无法用感官进行测量,所以产品质量难以有效控制；同时由于人地手和脚地速度和力量有限,无法长时间,高效率、大规模生产.所以只有利用利用自动化装置,才能使生产过程在最佳条件下进行,从而大大加快生产地速度,降低能耗,实现优质高产.减轻劳动强度,改善劳动条件.作为化肥企业,我公司地生产过程大部分高温高压状态,生产系统中地产品和半产品大多具有易燃、易爆、易中毒、有腐蚀性等特点,只有实现自动化控制,才能减少操作人员对生产过程地直接控制,远离危险环境,改善劳动条件.能够保证工艺生产和设备运行地安全,防止事故地发生或扩大.生产过程中经常出现各种不正常地因素如各种压缩机,由于设备问题引起地轴承温度升高；程控系统中地阀门动作不到位；压力容器由于操作调整不当过引起设备超压等现象,如果能够实现有效地连锁保护,就可以防止或减少事故地发生.4）生产过程自动化地实现,能够改变劳动方式,提高工人地文化和技术水平.化工自动化地发展大致经历了五个阶段：20世纪30、40年代,主要采用是基地式仪表和部分气动单元组合仪表,被控量主要集中在温度、压力、流量等过程参数.20世纪40、50年代,采用仪表仍以基地式为主,气动单元仪表开始大量应用,控制方案主要单回路地定值控制和随动控制.20世纪50、60年代,气动和电动单元仪表成为当时控制仪表地主流,控制方案主要是常用地复杂控制系统如：串级、均匀、前馈等.20世纪70年代开始,直接数字控制<DDC）实现集中控制,并在后期出现集散控制系统<DCS）,控制方案仍以PID 控制为主,再加上一些复杂控制算法,并没有充分发挥计算机地功能和控制水平.20世纪80以后,在DCS系统上实现了先进控制和优化控制.同时随着计算机及网络技术地发展,现场总线开始出现,以此为标准,实现以微处理器为基础地现场仪表与控制系统之间进行全数字、双向和多站通讯地现场总线网络控制系统<FCS）.它将对控制系统结构带来革命性变革,开辟自动控制系统地新纪元.要有结束语第二章化工自动化地基本概念第一节化工自动化地主要内容本节地重点：自动检测系统、联锁保护系统、自动操作系统、自动控制系统地基本功能.为了实现化工生产过程自动化,一般要包括自动检测、联锁保护、自动操作和自动控制等内容,现分别给予介绍.1，自动检测系统自动检测系统就是利用各种检测仪表和电器设备实现对生产过程中地主要参数进行测量、指示、记录等功能总和.它代替了操作人员对工艺参数地不断观察与记录,起到了人地眼睛地作用.对于我公司地自动检测系统主要对温度、压力、液位、流量、气体成份、水质等参数进行自动测量.2，联锁保护系统生产过程中,有时由于一些偶然性因素地影响,可能导致工艺参数超出允许地变化范围而出现不正常情况,使生产处于危险和事故状态.如果不立即采取紧急措施,就有可能造成生产和设备事故,此时由联锁系统立即自动采取紧急措施,如关闭或打开阀门、停机、停电等.公司内地水煤气压缩机、N/H气压缩机、汽轮机等都有相应地联锁保护系统.ESD(emergency shutdown system >紧急停车系统、ETS汽机跳闸保护功能等都属于联锁保护系统地范围.3，自动操纵及自动开停车系统自动操纵系统可以根据预先设计地时序自动地对生产设备进行周期性地操作.如变压吸附脱碳工艺<PSA-CO2）,固定床间歇式造气工艺、热电地浓相气力自动输灰系统等生产环节利用控制系统地强大功能,使生产自动进行,大大地减轻了操作工人地劳动强度,有些系统已经达到无人值守.自动开停车系统可以按照预先设定好地步骤,自动将生产过程自动地投入运行,减少人为失误,如汽轮机在不同状态下地自动升温开车过程、如冷态、温态、热态、极热态地自动暖机过程,以及过临界升速率自动控制过程.4，自动控制过程生产过程中地各种工艺条件不可能是一成不变地.尤其像我们这样工艺复杂、干扰因素多地化工企业,在连续生产地过程中各项参数都或多或少会偏离正常地工艺条件,为此,就需要利用一些自动控制装置,对生产中某些关键性参数进行自动控制,使他们在受到外界干扰地影响而偏离正常状态时,能自动地控制而回到规定地范围内,为此目地而设置地系统就是自动控制系统.综上所述,自动检测系统只能完成了解生产过程所处地状态；联锁保护系统只能在工艺条件进入某种极限状态时,采取安全措施,以避免生产事故地发生；自动操作系统只能按照预先规定地步骤进行周期性操作；只有拥有了自动控制系统才能自动地排除各种干扰因素地影响,使工艺参数始终保持在预先设定地数值上.第二节自动控制系统地组成自动控制系统是在人工控制地基础上产生和发展起来地.所以,在开始介绍自动控制地时候,先分析人工操作,并与自动控制加以比较,这种分析方法对了解自动控制系统是有裨益地.图1-2所示是一个液体储槽,在生产中常用来作为一般地中间容器.从前一个工序来地物料连续不断地流入槽中,而槽中地液体又送至下一个工序进行加工或储存.当流入量Qi(或流出量Qo>波动时就会引起槽内液位地波动,严重时会溢出或抽空,解决这个问题地最简单办法是以储槽液位为操作指标,以改变出口阀门开度为控制手段,如图1-2a所示.当液位上升时,将出口阀门开大,液位上升越多,阀门开地越大；反之,当液位下降时,则关小出口阀门,液位下降越多,阀门关地越小.为了使液位上升和下降都有足够地余地,选择玻璃管液位计指示中间地某一点为正常工作时地液位高度,通过改变出口阀门开度而使液位保持在这一高度上,这样就不会出现储槽内液位过高而溢出槽外,或使储槽内液体抽空而发生事故地现象.归纳起来,操作人员所进行地工作有三个方面,如图1-2b所示.（1）检测：用眼睛观察玻璃管液位计中地液位高低,并通过神经系统告诉大脑.运算<思考）、命令：大脑根据眼睛看到地液位高度,加以思考并与要求地液位值进行比较,得出偏差地大小和正负,然后根据经验,经思考、决策后发出命令.（3）执行：根据大脑发出地命令,通过手去改变阀门开度,以改变出口流量Qo,从而使液位保持在所需高度上.眼、脑、手三个器官,分别担负了监测、运算和执行三个作用,来完成测量、求偏差、操纵阀门以纠正偏差地全过程.由于人工控制受到人地生理上地限制,因此在控制速度和精度上都满足不了大型现代化生产地需要.为了提高控制精度和减轻劳动强度,可以用一套自动化装置来代替上述人工操作,这样就由人工控制变为自动控制了.液体储槽和自动化装置一起构成了一个自动化控制系统,如图1-3所示.为了完成人地眼、脑、手三个器官地任务,自动化装置一般至少包括三个部分,分别来模拟人地眼、脑和手地功能.如图1-3所示,自动化装置地三个部分分别是：测量元件与变送器它地功能是测量液位并将液位地高低转化为一种特定地、统一地输出信号<如电压、电流信号等）；自动控制器它接受变送器送来地信号,与工艺需要保持地液位高度相比较得出偏差,并按某种运算规律算出结果,然后将此结果用特定信号值来改变阀门地开启度.执行器通常指控制阀,它与普通阀门地功能一样,只不过它能自动地根据控制器送来地信号值来改变阀门地开启度.由上可知,自动化装置具有人工控制中操作人员地眼睛、大脑、手脚地部分功能,因此它自动地完成储槽液位地控制.图<）第三节识读管道仪表流程图任何一个产品地工业生产,都经历了将原材料逐次加工到半产品乃至成品地过程.整个生产过程地表述方法是多样地,但管道仪表流程图<P&ID：Piping and Instrument Diagram）在表达部分或整个生产工艺无疑是最为直观和简捷地途径.管道仪表流程图是工艺、设备、管理人员学习掌握生产过程地首选教材,也是其设计施工地重要依据.管道仪表流程图就是过去所说地带控点地工艺流程图,是借助统一规定地图形符号和文字代号,用图示地方法把建立化工工艺装置所需地全部设备、仪表、管道、阀门及主要管件,按其各自功能以及工艺要求组合起来,以起到描述工艺装置地结构和功能地作用.因此,管道仪表流程图不仅表达了部分或整个生产过程地工艺、设备、仪表等地设置状况,更重要地是体现了对该工艺过程相互联系、及所实施地控制方案,是编制试压、吹除、联动试车等操作方案地基础.一、仪表位号仪表位号由仪表功能标志和仪表回路编号两部分组成,如TIR-1106,PT-1203等,常用地仪表功能字母代号如下表：字母代号被测变量后继字母A分析<Analytical）报警(Alarm>C控制<Control）D差<Differential）F流量(Flow>L物位(Level>灯<Light）I指示(Indicating>P压力、真空(PressVacuum>Q累计<Totalize）R记录(Recorder>T温度(Temperature>传送(Trans mit>V阀、风门(ValveDamper>例：ＦＩＲＱ－１１０６ 表示具有记录和累计功能地流量仪表,编号为１１０６；ＰＩ－１２０３ 表示压力指示仪表,编号为１２０３ＬＶ－１００１ 表示用于液位控制地调节阀,编号为１００１二、工艺流程图设备及管件代号常用设备字母代号如下表：序号设备符号设备名称序号设备符号设备名称１Ｃ压缩机６Ｔ塔２Ｅ换热器７Ｖ容器３Ｆ加热器８Ｚ其他设备４Ｐ泵９Ｓ分离器５Ｒ反应１０Ｍ计量罐器管道编号一般由１原料代号,２主项编号,３管道顺序好,４管道公称通径,５管道压力等级,６隔热－隔音代号；ＸＸ ＸＸ ＸＸ－ＸＸ ＸＸＸＸ－Ｘ １ ２ ３ ４ ５ ６管道等级ＸＸＸＸ 分别由管道Ａ材质类别,Ｂ管道工程压力,Ｃ管道主要地密封形式,Ｄ管道垫片形式1,材质类别分别用英文字母代表如下：Ａ－铸铁和硅铁管；Ｂ－碳钢管；Ｃ－普通低合金管；Ｄ－合金钢管；Ｅ－不锈钢管；Ｆ－有色金属管2,管道压力用阿拉伯数字表示公称压力0.005MPa0.6MPa1.0MPa1.6Mpa2.5MPa4.0MPa6.3Mpa10MPa压力代号000123456 3,用英文字母表示该管道主要地一种密封形式Ｆ－光滑面 Ｒ－梯形槽 Ｍ－凸凹面 Ｔ－管螺纹连接 Ｇ－榫槽面 Ｓ－承插连接4,用阿拉伯表示管道垫片形式１－钢制法兰用石棉橡胶板垫片２－钢制法兰用柔性石墨复合垫片３－钢制法兰用聚四氟乙烯包覆垫片４－钢制法兰用缠绕式垫片５－钢制法兰用齿形组合垫片５,隔热及隔音代号用英文字母Ｈ－保温 Ｃ－保冷 Ｐ－人身防护 Ｎ－隔音例如：ＬＳ１０１－２５ Ｂ３Ｆ１－Ｈ 碳钢蒸汽管线,公称直径２５ｍｍ,公称压力2.5MPa,主要采用平面法兰,垫片用石棉橡胶板垫片,做保温处理.三、管道仪表流程图读图步骤１，从左到右依次识读各类设备,分清东设备和静设备,理解各设备地功能,如换热器、分离器、泵、压缩机等.２，在熟悉工艺设备地基础上,根据管道中所标注地介质名称、特性、流向等分析工工艺流程.３，了解各工艺介质间地能量转换关系,各介质所处地相态.４，根据仪表设置情况了解控制方案和调节过程.第三章检测仪表在化工生产过程中,为了正确地指导生产操作、保证生产安全、提高产品质量和实现生产过程地自动化,一项不可少地工作是准确而及时地检测出生产过程中地各个有关参数,例如压力、流量、液位、温度等.用来监测这些参数地技术工具称为检测仪表.本章将对这些仪表地基本特性进行简要介绍.第一节 检测仪表地基本性能和分类一、仪表地性能指标 我们通常所说地仪表“准”与“不准”,反映“灵敏”与“滞后”等都是仪表性能指标地一个通俗说法,但不够准确也不全面,下面我们具体说明仪表一些基本性能.１，精确度<简称精度）任何测量过程都存在一定地误差,因此“准”与“不准”都是相对地,要正确地估计测量结果与真实值地差距,就必须知道仪表地精确程度.某种仪表地最大绝对误差 △max＝测量值－真实值其允许地最大相对误差为 δ＝△max／<测量范围上限值－测量范围下限值）×100%根据仪表地使用要求,规定在一个正常情况下允许地最大误差,这个允许地最大误差就就叫允许误差.允许误差一般用相对百分比误差来表示,即一台仪表地允许误差是指在规定地正常情况下允许地相对百分比误差地最大值,即δ允＝±△max／<测量范围上限值－测量范围下限值）×100%仪表地δ允越大,表示它地精确度越低；反之,仪表地δ允越小,表示仪表地精确度越高.将仪表地允许地最大相对百分误差去掉“±”及“％”号,便是仪表地精确等级.国家规定地仪表等级有0.005,0.5,0.2,0.5,1.0,1.6,2.5,4.0等,我们现场使用地仪表一般为0.2级到2.5级之间.例 某台测温仪表地测温范围为０－２５０℃,其精度等级为2.5级,其允许误差为多少？解：由δ允＝±△max／<测量范围上限值－测量范围下限值）×100%得Δmax＝±250×2.5%=±6.25℃另外还有一些指标如变差、分辨力、线性度、反应时间等指标,因为这些指标现场使用不多,这里就不做介绍了.二、仪表地分类工业仪表种类繁多,结构形式各异,根据不同地原则,可以进行相应地分类.１，按仪器使用地能源分类可分为气动仪表、电动仪表和液动仪表.按信息地获得、传递、反映、处理地过程可分为：检测仪表、显示仪表、集中控制装置、控制仪表、执行器等.<1）,检测仪表地主要作用是获取信息,并进行适当地转换.在生产过程中,检测仪表主要主要用来测量某些工艺参数,如温度、压力、流量、物位以及物料地成分、物性等,并将被测参数地大小成比例地转换成电地信号<电压、电流、频率等）或气压信号.<2）,显示仪表地作用是将由检测仪表获得地信息显示出来,包括各种模拟量、数字量地指示仪、记录仪和计算器,以及工业电视、图像显示器等.<3）,集中控制装置如可编程控制器、集散控制器等,它能够完成除检测仪表、执行仪表以外所有功能.<4）控制仪表可以根据需要对输入信号进行各种运算和转换,例如放大、积分、微分等运算,电气转换、电液转换.控制仪表包括各种电动、气动地控制器以及用来代替模拟控制仪表地微处理器等.<5）执行器执行器可以接受控制仪表地输出信号或直接来自操作人员地指令,对生产过程进行操作或控制.执行器包括各种气动、电动、液动执行器和控制阀.他们之间地关系可用下图来表示：集中控显示生产检测执行控制第三章检测仪表第一节压力检测仪表压力检测是化工生产过程中监控地最为重要地参数之一.合成氨生产过程中要将只有24Kpa地版半水煤气逐步加压升高到20MPa以上,压力相差1000倍,如果不进行对压力进行准确测量将无法组织生产,也无法保证产品质量,同时准确地压力生产还是保证设备安全地前提.此外,压力测量地意义还不局限于它自身,有许多种类地流量、液位、密度等测量仪表也是通过对压力地直接测量来间接地反应其参数地大小.所以掌握压力测量仪表地运行原理非常重要.一、压力地单位工业中常用地压力国际单位有Pa、Mpa、Kpa等,另外还有一些非标准单位如大气压、公斤/厘M2等,各单位之间地换算关系如下表：另外在压力测量中,常有表压、绝对压力、负压或真空度之分,其关系可以见下图工程上所用地压力指示值,大多数为表压.表压是绝对压力和大气压力之差,即P表压=P绝对压力-P大气压力当被测压力低于大气压力时,一般采用负压或真空度来表示,它是大气压与绝对压力之差,即P真空度=P大气压力-P绝对压力因为各种工艺设备和测量仪表通常是处于大气之中,本来就承受着大气压力,所以除特别说明外,提到地压力均指表压或真空度.。
化工仪表及自动化教案第1-6章
《化工仪表及自动化》绪论内容提要:1.化工自动化的含义2.化工生产过程自动化的目的3.化工自动化的发展情况4.化工仪表及自动化系统的分类5.本学科的作用★2学时★1.化工自动化的含义是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
2.化工生产过程自动化的目的加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
减轻劳动强度，改善劳动条件。
能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。
生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
3.化工自动化的发展情况20世纪40年代以前绝大多数化工生产处于手工操作状况，操作工人根据反映主要参数的仪表指示情况，用人工来改变操作条件，生产过程单凭经验进行。
低效率，花费庞大，见图。
20世纪50年代到60年代人们对化工生产各种单元操作进行了大量的开发工作，使得化工生产过程朝着大规模、高效率、连续生产、综合利用方向迅速发展。
20世纪70年代以来，化工自动化技术又有了新的发展已发展为综合自动化，应用的领域和规模越来越大；显示了知识密集化、高技术集成化的特点；智能化程度日益增加 。
20世纪末，计算机、信息技术的飞速发展，引发了自动化系统结构的变革。
4. 化工仪表及自动化系统的分类需要测量和控制的参数是多种多样的，主要有热工量（压力、流量、液位、温度）和成分（或物性）量。
化工自动化仪表按其功能分为：检测、显示、控制仪表和执行器。
由上述各类仪表，可以构成自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制四种自动化系统。
5.本学科的作用化工生产过程自动化是一门综合性的技术学科。
它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科。
化工仪表及其自动化讲义控制课件第一章自动控制系统基本概念
3. 化工过程控制工程（第二版）
王骥程 祝和云 主编，化学工业出版社
4. 化工过程控制基础
化学工业出版社
第一章 自动控制 系统基本概念
化工自动化的主要内容 自动调节系统的组成及方块图 自动调节系统的分类 自动调节的过度过程和系统品 质指标 工艺管道及控制流程图
第一节 化工自动化的主要内容
❖ 自动检测系统 利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量、指示和记录的。
简称对象。 ❖ （2）被控变量 对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的物
理量称为被控变量。 ❖ （3）控制变量（操纵变量） 受执行器控制，用以使被控变量保持一定
数值的物料或能量称为控制变量或操纵变量。 ❖ （4）干扰（扰动） 除控制变量（操纵变量）以外，作用于对象并引起
被控变量变化的一切因素称为干扰。 ❖ （5）设（给）定值 工艺规定被控变量所要保持的数值。 ❖ （6）偏差 偏差本应是设定值与被控变量的实际值之差。但能获取的信
❖ 自动信号和连锁保护系统 生产过程中的一种安全装置
❖ 自动操纵与自动开停车系统 可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作 可以按照预先规定好的步骤，将生产过程自动投入运行或自动特车
❖ 自动控制系统 使得某些关键性的控制参数在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时， 能自动地控制而回到规定的数值范围内。
被控对象
测量变送装置
开环——系统的输出没有被反馈回输入端，执行器仅只根 据输入信号进行控制的系统称为开环系统，此时 系统的输出与设定值与测量值之间的偏差无关。
要实现自动控制，系统必须闭环。 闭环控制系统稳定运行的必要条件是负反馈。
第三节 自动控制系统的分类
（一）按设定值的特点区分 （即将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变量数值是否变化和
最新化工仪表及自动化第一章演示文稿
图1-1的热交换器是利用蒸汽来加热冷液的,冷液经4加热后 的温度是否达到要求,可用测温元件配上平衡电桥来进行测 量,指示和记录:冷液的流量可以用孔板流量计来进行检测： 蒸汽压力可以用压力表来指示,这就是自动检测系统。
Hale Waihona Puke 流出量Q0 )波动时会引起槽内液体的波动，严重时会溢出 或抽空解决这个问题的最简单方法，是以贮槽液位位操作 治标，以改变出口阀门开度为控制手段，如图1－2（a） 所示。 当液位上升越多，阀门开得 越大，反之，当液位下降越 多，阀门关得越小。为了使 液位上升和下降都有足够得 余地，选择玻璃管液位剂指 示值中间的某一点为正常工 作时的液位高度，通过改变 出口阀门开度而使液位保持 在这一高度上，这样就不会 出现贮槽中液位过高而溢至 槽外，或使贮槽内液体抽空
其中一些 常见的统一规定做一简要介绍。
一、图形符号
1、测量点 （包括检出元件、取样点）
是由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪表圆圈的连接线的起 点，一般无特定的图形符号，如图1-5所示。图1-4中的塔顶取 压点和加热蒸汽管线上的取压点都属于这种情形。
必要时，检测元件液可以用象形或图形符号表示。例如流量 检测采用孔板时，检测点也可用图1-4中脱乙烷塔的进料管线上 的符号表示。
（3）执行 根据大脑发出的命令,通过手去改变阀门的开度, 以改变出口流量Q0 ,从而使液 位保持在所需高度上。
眼、脑、手三个器官，分别担负了检测、运算和执行三 个作用，来完成测量、求偏差、操纵阀门以纠正偏差的 全过程.由于人工控制受到人的生理上的限制，因此在控 制速度和精度上都满足不了大型现代化生产的需要。为 了提高控制精度和减轻劳动强度，可用一套自动化装置 来代替上树人工操作，这样就由人工控制变为自动控制 了。液体贮槽和自动化装置一起构成了一个自动控制系
化工仪表及自动化(第一章+3、4节)
积分、累积 安全
积分、累积 记录或打印 开关、联锁 传送 阀、挡板、百叶窗 套管 继动器或计算器 驱动、执行或未分类的终端执行机构
Huaqiao Universityຫໍສະໝຸດ 第五节 工艺管道及控制流程图
举例
以脱乙烷塔控制流程图，来说明如何以字母代号 的组合来表示被测变量和仪表功能。
塔顶的压力控制系统中的PIC-207，其中第一 位字母P表示被测变量为压力，第二位字母I表示 具有指示功能，第三位字母C表示具有控制功能， 因此，PIC的组合就表示一台具有指示功能的压力 控制器。该控制系统是通过改变气相采出量来维 持塔压稳定的。
❖振荡次数： 过渡过程内被控变量振荡的次数。
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总结：
主要指标有：最大偏差、衰减比、余差、过 渡时间、振荡周期。在实际的系统中如何确 定这些指标，要根据实际情况来定。 原则：对生产过程有决定性意义的主要品质 指标应该优先保证。
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小结
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第五节 工艺管道及控制流程图
工艺流程和控制方案的确定后， 根据工艺设计给出的流程图， 按其流程顺序标注出相应的测量点、控制点、控制系统及 自动信号与联锁保护系统等， 便成了工艺管道及控制流程图 （PID图）。
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第五节 工艺管道及控制流程图
温度 ℃
230
210 205 200
5
20 22
t/min
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四、影响控制系统过渡过程品质的主要因数 ❖被控对象： 过渡过程的品质好坏 很大程度上取
01 化工仪表及自动化-第一章
塔顶的压力控制系统中的PIC-207，其中第一位字母 P表示被测变量为压力，第二位字母I表示具有指示功能， 第三位字母C表示具有控制功能，因此，PIC的组合就表 示一台具有指示功能的压力控制器。该控制系统是通过 改变气相采出量来维持塔压稳定的。
自动控制系统的分类
➢ 程序控制系统（顺序控制系统）
给定值变化，但它是一个已知的时间函数，即生产技术指标需按一 定的时间程序变化。这类系统在间歇生产过程中应用比较普通。
例如合成纤维锦纶的生产中的熟化罐温度和机械工业中金属热处理 的温度控制等。
程序控温生产碳材料等
控制系统的静态与动态
在自动化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状 态称为系统的静态；把被控变量随时间变化的不平衡状态称 为系统的动态。
当进料流量或温度变化 等因素引起出口物料温度变 化时，可以将该温度变化测 量后送至温度控制器 TC。 温度控制器的输出送至控制 阀，以改变加热蒸汽量来维 持出口物料的温度不变。
自动控制系统的表示形式
方框图注意事项 ➢ 方框图中的每一个方框都代表一个具体的装置。 ➢ 方框与方框之间的连接线，只是代表方框之间的信号联
其中第三种分类方法最普遍
自动控制系统的分类
➢ 定值控制系统
“定值” 是恒定给定值的简称。工艺生产中，若要求控制系统的作 用是使被控制的工艺参数保持在一个生产指标上不变，或者说要求被控 变量的给定值不变，就需要采用定值控制系统。
例如前面讨论的液位控制系统， 目的是使槽内的液位保持在给定值 不变；上述的温度控制系统，目的 是为了使出口物料的温度保持恒定。 化工生产中大都是这类控制系统， 因此未加特备说明，都是指定值控 制系统。
化工仪表及自动化作业参考答案
化工仪表及自动化作业参考答案第一章自动控制系统基本概念1.什么是化学自动化？它的意义是什么？答:在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部份直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
实现化工自动化可以加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量，降低劳动强度，保证生产安全，为逐步消除体力劳动和脑力劳动的差异创造条件。
2.化工自动化主要包括哪些内容？答：化工生产过程自动化普通包括自动检测、自动操作、自动保护和自动控制。
3. 自动控制系统怎样构成？各组成环节起什么作用？答：自动控制系统主要由两部份组成。
其中一部份是一套完整的控制自动化装置。
对于常规仪器，它包括检测元件、变送器、控制器、执行器等；另一部份是由自动化装置控制的被控对象。
在自动控制系统中，检测元件及变送器用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号(如气压信号或者电压、电流信号等)。
控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号(如气压信号或者电流信号)发送给执行器,执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流人(或者流出)被控变量的物料量或者能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。
什么是控制变量？受控制器控制的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或者能量。
(或者：具体实现控制作用的变量叫做控制变量)4.闭环控制系统和开环控制系统的区别是什么？答自动控制系统按其基本结构形式可分为闭环自动控制系统和开环自动控制系统。
闭环自动控制是指控制器与被控对象之间具有正向控制和反向连接的自动控制。
如图1-1 (a)所示，它是一个闭环自动控制。
在图中，控制器接收检测元件和变送器发送的测量信号，将其与设定值进行比较，得到偏差信号，然后根据偏差的大小和方向调整蒸汽阀的开度，改变蒸汽流量，使热料出口温度回到设定值。
化工仪表及自动化总复习及答案(吉珠专用)
化工仪表及自动化总复习第一章自动控制系统基本概念一、基本要求1. 掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系；2. 掌握自动控制系统中常用术语，了解方块图的意义及画法；3. 掌握管道及控制流程图上常用符号的意义；4. 了解控制系统的分类形式，掌握系统的动态特性和静态特性的意义；5. 掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。
二、常用概念1. 化工自动化的主要内容:自动检测，自动保护，自动操纵，自动控制系统2. 自动控制系统的基本组成: 被控对象和自动化装置（测量元件与变送器、控制器、执行器）。
3. 被控对象：对其工艺参数进行控制的机器或设备4. 被控变量：生产过程需保持恒定的变量5. 操纵变量：具体实现控制作用的变量6. 干扰作用：在生产过程中引起被控变量偏离给定值的外来因素7. 设定值：被控变量的期望值，可固定也可以按程序变化8. 偏差：给定值与测量值之间的差值9. 闭环系统：系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较的系统10.开环系统：系统的输出被反馈到输入端，执行器只根据输入信号进行控制的系统11. 控制系统的过渡过程:系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程12. 反馈:把系统的输出直接或经过一些环节后送到输入端，并加入到输入信号中的方法13. 负反馈：反馈信号的作用方向与给定信号相反，即偏差信号为两者之差（e=x—z）14. 正反馈：反馈信号的作用方向与原来的信号相同，使信号增强（e=x+z）三、问答题1. 控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类？简述每种形式的基本含义。
答：定值控制系统：给定值为常数随动控制系统：给定值随机变化程序控制系统：给定值按一定时间程序变化2.在阶跃扰动作用下，控制系统的过渡过程有哪几种形式? 其中哪些形式能基本满足控制要求？答：1.非周期衰减过程2.衰减振荡过程3.等幅振荡过程4.分散振荡过程1,2能基本满足控制要求，但1进程缓慢，只用于系统不允许震振荡时3. 试述控制系统衰减振荡过程的品质指标及其含义。
化工仪表及自动化总复习及答案（吉珠专用）
化⼯仪表及⾃动化总复习及答案（吉珠专⽤）化⼯仪表及⾃动化总复习第⼀章⾃动控制系统基本概念⼀、基本要求1. 掌握⾃动控制系统的组成，了解各组成部分的作⽤以及相互影响和联系；2. 掌握⾃动控制系统中常⽤术语，了解⽅块图的意义及画法；3. 掌握管道及控制流程图上常⽤符号的意义；4. 了解控制系统的分类形式，掌握系统的动态特性和静态特性的意义；5. 掌握闭环控制系统在阶跃⼲扰作⽤下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。
⼆、常⽤概念1. 化⼯⾃动化的主要内容:⾃动检测，⾃动保护，⾃动操纵，⾃动控制系统2. ⾃动控制系统的基本组成: 被控对象和⾃动化装置（测量元件与变送器、控制器、执⾏器）。
3. 被控对象：对其⼯艺参数进⾏控制的机器或设备4. 被控变量：⽣产过程需保持恒定的变量5. 操纵变量：具体实现控制作⽤的变量6. ⼲扰作⽤：在⽣产过程中引起被控变量偏离给定值的外来因素7. 设定值：被控变量的期望值，可固定也可以按程序变化8. 偏差：给定值与测量值之间的差值9. 闭环系统：系统的输出被反馈到输⼊端并与设定值进⾏⽐较的系统10.开环系统：系统的输出被反馈到输⼊端，执⾏器只根据输⼊信号进⾏控制的系统11. 控制系统的过渡过程:系统由⼀个平衡状态过渡到另⼀个平衡状态的过程12. 反馈:把系统的输出直接或经过⼀些环节后送到输⼊端，并加⼊到输⼊信号中的⽅法13. 负反馈：反馈信号的作⽤⽅向与给定信号相反，即偏差信号为两者之差（e=x—z）14. 正反馈：反馈信号的作⽤⽅向与原来的信号相同，使信号增强（e=x+z）三、问答题1. 控制系统按被调参数的变化规律可分为哪⼏类？简述每种形式的基本含义。
答：定值控制系统：给定值为常数随动控制系统：给定值随机变化程序控制系统：给定值按⼀定时间程序变化2.在阶跃扰动作⽤下，控制系统的过渡过程有哪⼏种形式? 其中哪些形式能基本满⾜控制要求？答：1.⾮周期衰减过程2.衰减振荡过程3.等幅振荡过程4.分散振荡过程1,2能基本满⾜控制要求，但1进程缓慢，只⽤于系统不允许震振荡时3. 试述控制系统衰减振荡过程的品质指标及其含义。
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开环控制举例
闭环
蒸汽
开环
蒸汽
FT
汽包
LT LC
LT
汽包 省煤器 给水
1 Fd C F f
省煤器 给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
按扰动控制，又称前馈控制） 开环的液位控制系统 （按扰动控制，又称前馈控制）
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1.2.3自动控制系统的组成及方框图 自动控制系统的组成及方框图
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定值控制系统过渡过程的几种形式
•发散振荡 发散振荡 •单调发散 单调发散 •等幅振荡 •等幅振荡 •衰减振荡 衰减振荡 •单调衰减 单调衰减
c(t) t (e)单调衰减 c(t) t (c)等幅振荡 (d)衰减振荡 c(t) t c(t) t (a)发散振荡 (b)单调发散 c(t) t
控制系统结构及仪表的发展
基地式：20世纪50年代， 基地式：20世纪50年代，适用于单回路 世纪50年代 单元组合式（按功能）： DDZ, QDZ 20世纪60年 单元组合式（按功能）： 20世纪60年 世纪60 之间用标准统一 标准统一信号联系 代，之间用标准统一信号联系 计算机： DDC, DCS 20世纪70年代 计算机： 20世纪70年代 世纪70 先进控制和优化控制： 20世纪80年代 世纪80 先进控制和优化控制：CIPS, FCS 20世纪80年代 以后 自动化仪表的发展经历了如下过程： 自动化仪表的发展经历了如下过程： 智能仪表。 模拟仪表 数字仪表 智能仪表。
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现代控制理论: 现代控制理论
大系统理论:20世纪70年代开始 大系统理论 20世纪70年代开始 20世纪70 将现代控制理论与系统理论相结合 核心思想： 核心思想： 系统的分解与协调 适用范围： 适用范围： 高维线性系统 智能控制理论 人工智能
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现代控制理论: 现代控制理论
20世纪60年代获得迅猛发展 20世纪60年代获得迅猛发展 世纪60 其主要内容为： 其主要内容为： （基础）线性系统理论，最优控制理 最佳估计理论，系统辨识等。 论，最佳估计理论，系统辨识等。 特点： 从输入-状态-输出的关系全面地分析 与研究系统。 与研究系统。 适用范围： 不限于线性定常系统， 适用范围 ： 不限于线性定常系统 ， 也适用于线 形 时 变 ， 非 线 性 及 离 散 系 统 ， 多 输 多输出的情况。 入、多输出的情况。
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1.3.2自动控制系统的过渡过程 自动控制系统的过渡过程
当自动控制系统的输入发生变化后，被控变量（ 当自动控制系统的输入发生变化后，被控变量（即 输出）随时间不断变化， 输出）随时间不断变化，它随时间而变化的过程称 为系统的过渡过程。 为系统的过渡过程。也就是系统从一个平衡状态过 渡到另一个平衡状态的过程。 渡到另一个平衡状态的过程。 对于一个稳定的系统（ 对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系 稳定性、 统都是稳定系统）要分析其稳定性 统都是稳定系统）要分析其稳定性、准确性和快速 性，常以阶跃作用为输入时的被控变量的过渡过程 为例，因为阶跃作用很典型，实际上也经常遇到， 为例，因为阶跃作用很典型，实际上也经常遇到， 且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。 且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。
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1.2.4 自动控制系统的分类
按设定值的不同情况，将自动控制系统分为三类: 按设定值的不同情况，将自动控制系统分为三类: 定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 定值控制系统 设定值保持不变（为一恒定值） 设定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统 称为定值控制系统。 称为定值控制系统。 随动控制系统 设定值不断变化，且事先是不知道的， 设定值不断变化，且事先是不知道的，并要求系 统的输出（被控变量）随之而变化。 统的输出（被控变量）随之而变化。 程序控制系统 设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数， 设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数， 即根据需要按一定时间程序变化
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操纵变量： 操纵变量：水的流量 扰动：水压力、 扰动：水压力、蒸汽压力
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设定值： 设定值：
蒸汽
工艺参数所要求 保持锅炉汽包自动控制系统示意图
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偏差： 偏差：被控变量 设定值与实际值 之差 负反馈： 负反馈：将被控 变量送回输入端 并与输入变量相 减
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1.3自动控制系统的过渡过程及品质指标 自动控制系统的过渡过程及品质指标
1.3.1静态与动态 1.3.1静态与动态 控制系统的输入有设定作用和扰动作用。 控制系统的输入有设定作用和扰动作用。 静态（定态）：当输入恒定不变时，整个系统若能建 静态（定态） 当输入恒定不变时， 立平衡，系统中各个环节将暂不动作， 立平衡，系统中各个环节将暂不动作，它们的输出都 处于相对静止状态。 处于相对静止状态。此时输入与输出之间的关系称为 系统的静态特性。 系统的静态特性。 环节的静态特性 环节的静态特性 动态：由于输入的变化，输出随时间变化，其间的关 动态：由于输入的变化，输出随时间变化， 系称为系统的动态特性。也就是说，从输入开始， 系称为系统的动态特性。也就是说，从输入开始，经 过控制直到再建立静态，在这段时间中， 过控制直到再建立静态，在这段时间中，整个系统的 各个环节和变量都处于变化的过程之中， 各个环节和变量都处于变化的过程之中，这种状态称 为动态。 为动态。
1 自动控制系统概述
本章的主要内容： 本章的主要内容：
1.1 自动化及仪表发展概述 1.2 自动控制系统 1.3 控制系统过渡过程及品质指标
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1.1 自动化及仪表发展概述
控制理论的发展 经典控制理论:20世纪40年～20世纪50年代 经典控制理论 20世纪40年 20世纪50年代 20世纪40 世纪50 Nyquist(1932)频域分析技术 Bode(1945)图 频域分析技术 图 根轨迹分析方法(1948) 根轨迹分析方法 特点：主要从输出 输入量的关系方面分析与研究 输出与 特点：主要从输出与输入量的关系方面分析与研究 问题。 问题。 适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。 适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。 以传递函数为基础， 以传递函数为基础 ， 在频率域对单输入单输出控制 系统进行分析与设计 PID（（比例 积分 微分）控制器）控制规律是古 （（比例 积分-微分 （（比例-积分 微分）控制器） 典控制理论最辉煌的成果之一
被控过程： 被控过程：汽包 被控变量： 被控变量： 汽包液位
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蒸汽
LT
LC
汽包 省煤器 给水 锅炉汽包自动控制系统示意图
操纵变量： 操纵变量：受控 制器操纵的用以 克服干扰的影响， 克服干扰的影响， 使被控变量保持 设定值的物料量 或能量 扰动： 扰动：除操纵变 量外， 量外，作用于被 控过程并引起被 控变量变化的因 素
化工仪表及自动化
化工仪表 及自动化
Chemical Instrument and Automation
化工仪表及自动化
第一章
绪论
Chemical Instrument and Automation
自动控制
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学习这门课的重要性： 学习这门课的重要性：
控制系统在化工领域的应用很普遍， 控制系统在化工领域的应用很普遍，比 炼油厂、化肥厂、 如：炼油厂、化肥厂、纯碱生产过程在涤纶 短纤维生产过程、制浆、造纸过程、 短纤维生产过程、制浆、造纸过程、制药等 等。 工艺人员也应该充分了解所用的控制系 统，以及控制系统的特性。这样才能设计出 以及控制系统的特性。 合理、高效的生产工艺。 合理、高效的生产工艺。
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1.2.2闭环控制与开环控制 闭环控制与开环控制
开环控制： 开环控制： 开环控制的特点（优点）：不需要对被控变量进 开环控制的特点（优点）：不需要对被控变量进 ）： 行测量，只根据输入信号进行控制，控制很及时。 行测量，只根据输入信号进行控制，控制很及时。
开环控制的缺点：由于不测量被控变量， 开环控制的缺点：由于不测量被控变量，也不与 设定值相比较，所以系统受到扰动作用后， 设定值相比较，所以系统受到扰动作用后，被控变 量偏离设定值，并无法消除偏差， 量偏离设定值，并无法消除偏差，这是开环控制的 缺点。 缺点。
每个方框表示组成系统的一个环节， 每个方框表示组成系统的一个环节，两个方框之间用 环节 带箭头的线段表示信号联系；进入方框的信号为环节 信号联系 带箭头的线段表示信号联系；进入方框的信号为环节 输入，离开方框的为环节输出 环节输出。 输入，离开方框的为环节输出。
控制器 扰动 比较 设定值 r(t) 机构 e(t) f(t) 广义对象 被控变量
•综合控制指标 综合控制指标
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（1）衰减比n 衰减比n
y(t)
衰减比n
B n= ' B
稳态特性
0
A
B
B’ C t
衰减比是衡量过渡过程稳定性的动态指标。 衰减比是衡量过渡过程稳定性的动态指标。 定义： 定义：第一个波的振幅与同方向第二个波的振幅之比
n>1 n=1 n<1 n>1:衰减振荡 n=1:等幅振荡 n<1:发散振荡 衰减比在4 10: 的范围内。 衰减比在4:1到10:1的范围内。 B − B' 衰减率： 衰减率： η=
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使用常规仪表的中央控制室