化工仪表及自动化第1章自动控制系统概述ppt课件
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化工仪表自动化全PPT课件
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化工自动化的发展历程
1. 20世纪40年代 • 手工操作状态，只有少量的检测仪表用于生产过程。
2. 20世纪40年代末～50年代 • 自动化仪表：采用基地式仪表和部分单元组合仪表（气动Ⅰ型和电动Ⅰ型） • 控制理论：以反馈为中心的经典控制理论 • 控制系统：多为单输入、单输出简单控制系统
• 环节
环节
•
环 节 在 方 框 图 中 ， 每 个 组 成 部 分 用 一 个 方 框 表 示 并 标 上 该 组 成 部 分 的 名 称 ， 称 之 为
。
• 一个方框可以对应于一个元件、一个设备或几个设备的组合，或一个局部的生产过程。
35
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1.2 自控系统的基本组成及方块图
• 输入和输出
能结构上的重大变革。现场仪表的数字化和智能化，形成了真正意义上的全数字过程控制系统。出现各 种智能仪表、变送器、无纸纪录仪。 • 控制理论：人工智能、神经网络控制。 • 控制系统：管控一体化现场，综合自动化是当今生产过程控制的发展方向。
18
第18页/共76页
早期的DCS控制系统
19
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25
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1.1 化工自动化的主要内容程中，有时由于一些偶然因素的影响，导致工艺参数超出允许的变化范围而出现不正常情况
时，就有引起事故的可能。为此，常对某些关键性参数设有自动信号联锁装置。
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规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。
劳动之间的差别创造条件。
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实现化工自动化的目的（续）
• 高岭土在不同温度下煅烧时，其化学反应式如下：
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化工自动化的发展历程
1. 20世纪40年代 • 手工操作状态，只有少量的检测仪表用于生产过程。
2. 20世纪40年代末～50年代 • 自动化仪表：采用基地式仪表和部分单元组合仪表（气动Ⅰ型和电动Ⅰ型） • 控制理论：以反馈为中心的经典控制理论 • 控制系统：多为单输入、单输出简单控制系统
• 环节
环节
•
环 节 在 方 框 图 中 ， 每 个 组 成 部 分 用 一 个 方 框 表 示 并 标 上 该 组 成 部 分 的 名 称 ， 称 之 为
。
• 一个方框可以对应于一个元件、一个设备或几个设备的组合，或一个局部的生产过程。
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1.2 自控系统的基本组成及方块图
• 输入和输出
能结构上的重大变革。现场仪表的数字化和智能化，形成了真正意义上的全数字过程控制系统。出现各 种智能仪表、变送器、无纸纪录仪。 • 控制理论：人工智能、神经网络控制。 • 控制系统：管控一体化现场，综合自动化是当今生产过程控制的发展方向。
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早期的DCS控制系统
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1.1 化工自动化的主要内容程中，有时由于一些偶然因素的影响，导致工艺参数超出允许的变化范围而出现不正常情况
时，就有引起事故的可能。为此，常对某些关键性参数设有自动信号联锁装置。
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规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。
劳动之间的差别创造条件。
8
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实现化工自动化的目的（续）
• 高岭土在不同温度下煅烧时，其化学反应式如下：
化工仪表及自动化第一章演示文稿.
在自动控制系统的组成中，除了必须具有前述的自动 化装置外，还必须具有控制装置所控制的生产设备。
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。
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。
化工仪表与自动控制系统(化工仪表与自动控制课件)
其它？
一
情景导入
课
程
二
课程内容
安
排
三
课程总结
一
静态动态
课
程
二
过渡过程
内
容
三
品质指标
1.静态与动态
H
H
动态——被控变量随时间变化的 不平衡状态 。
静态——被控变量不随时间而变化的 平衡状态（变化率为0，不是静止）。
一
静态动态
课
程
二
过渡过程
内
容
三
品质指标
2.过渡过程
给定值 控制器
-
执行器
测量、变送
内
容
三
工作过程
3.工作过程
当受到外界干扰引 起槽内液位的波动， 经过自动化装置测 量、运算和执行， 使液位回到规定的 数值范围内。
一
情景导入
课
程
二
课程内容
内
容
三
课程总结
3.课程总结
1.手动控制液位的过程。 2.自动控制的组成和工作过程。
这么 神奇？
一
情景导入
课
程
二
课程内容
安
排
三
课程总结
一
干扰
被控变量 对象
图1 控制系统方块图
当干扰作用于对象，系 统输出y发生变化，在 系统负反馈作用下，经 过一段时间，系统重新
恢复平衡
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。
图2 阶跃干扰作用
采用阶跃干扰的优点：
➢这种形式的干扰比较突然、危险， 且对被控变量的影响也最大。如 果一个控制系统能够有效地克服 这种类型的干扰，那么一定能很 好地克服比较缓和的干扰。
最新化工仪表及自动化第1章自动控制系统概述ppt课件
设定值：工艺参数所要求 保持的数值
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
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
化工仪表及自动化第1章 第二节 自动控制系统的基本组成及方块图
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第二节 自动控制系统的基本组成及方块图
液位自动控制的方块图
方块图中， x 指设定值；z 指输出信号；e 指偏差信 号；p 指发出信号；q 指出料流量信号；y 指被控变量； f 指扰动作用。当x 取正值，z取负值，e= x- z，负反 馈；x 取正值，z取正值， e= x+ z，正反馈。
图1-4 液位自动控制系统方块图
图形符号 字母代号 仪表位号
2
第二节 自动控制系统的基本组成及方块图
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
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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方块图
自动控制系统的组成
测量元件与变送器
自动化装置 组 成
被控对象
自动控制器 执行器
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。 自动控制系统是一个闭环系统
9
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。
7
第二节 自动控制系统的基本组成及方块图
其他控制系统
用同一种形式地方块图可以代表不同的控制系统
图1-5 蒸汽加热器温度控制系统
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。
举例 化肥厂的造气自动机就是典型的开环系统的例子
第二节 自动控制系统的基本组成及方块图
液位自动控制的方块图
方块图中， x 指设定值；z 指输出信号；e 指偏差信 号；p 指发出信号；q 指出料流量信号；y 指被控变量； f 指扰动作用。当x 取正值，z取负值，e= x- z，负反 馈；x 取正值，z取正值， e= x+ z，正反馈。
图1-4 液位自动控制系统方块图
图形符号 字母代号 仪表位号
2
第二节 自动控制系统的基本组成及方块图
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
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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方块图
自动控制系统的组成
测量元件与变送器
自动化装置 组 成
被控对象
自动控制器 执行器
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。 自动控制系统是一个闭环系统
9
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。
7
第二节 自动控制系统的基本组成及方块图
其他控制系统
用同一种形式地方块图可以代表不同的控制系统
图1-5 蒸汽加热器温度控制系统
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。
举例 化肥厂的造气自动机就是典型的开环系统的例子
化工仪表及自动化全套课件
作状态。
定期保养
按照厂家推荐的保养周期和方法， 对仪表进行全面的检查、调整和
维修，确保其性能稳定可靠。
故障处理
在仪表出现故障时，应及时进行 排查和维修，避免影响生产安全 和质量。同时，要做好故障记录 和原因分析，总结经验教训，提
高维护水平。
04
自动化控制系统的设计与实施
自动控制系统的设计原则与方法
故障诊断与预测
通过自动化技术对化工生产过程中的故障进行实时监测和诊 断，预测可能发生的故障并采取相应的措施，提高设备的运 行可靠性和维护效率。
03
化工仪表的选型与安装
化工仪表的选型原则与方法
选型原则
根据工艺要求、测量范围、测量精度、使用环境等条件，选择合适的仪表类型、规 格和型号。
选型方法
了解各种仪表的性能特点、使用范围、价格等因素，进行综合比较和评估，选择性 价比高的产品。
仪表的分类
根据测量原理、被测参数类型、使 用场合等，仪表可分为温度仪表、 压力仪表、流量仪表、物位仪表、 分析仪表等。
化工仪表的特点与要求
化工仪表的特点
高精度、高稳定性、高可靠性、防爆 防腐等。
化工仪Байду номын сангаас的要求
测量准确、显示清晰、操作简便、维护 方便等。
仪表的测量原理及误差分析
测量原理
根据物理、化学等原理，将被测参数转换为可测量的物理量，如温度、压力、流量等。
石油化工行业
在石油化工生产过程中，原料、产品和中间 体的流量都需要精确控制。通过流量测量仪 表和自动控制系统，可以实现流量的精确测
量和控制，提高生产效率和产品质量。
物位测量与控制技术应用案例
要点一
仓储行业
要点二
定期保养
按照厂家推荐的保养周期和方法， 对仪表进行全面的检查、调整和
维修，确保其性能稳定可靠。
故障处理
在仪表出现故障时，应及时进行 排查和维修，避免影响生产安全 和质量。同时，要做好故障记录 和原因分析，总结经验教训，提
高维护水平。
04
自动化控制系统的设计与实施
自动控制系统的设计原则与方法
故障诊断与预测
通过自动化技术对化工生产过程中的故障进行实时监测和诊 断，预测可能发生的故障并采取相应的措施，提高设备的运 行可靠性和维护效率。
03
化工仪表的选型与安装
化工仪表的选型原则与方法
选型原则
根据工艺要求、测量范围、测量精度、使用环境等条件，选择合适的仪表类型、规 格和型号。
选型方法
了解各种仪表的性能特点、使用范围、价格等因素，进行综合比较和评估，选择性 价比高的产品。
仪表的分类
根据测量原理、被测参数类型、使 用场合等，仪表可分为温度仪表、 压力仪表、流量仪表、物位仪表、 分析仪表等。
化工仪表的特点与要求
化工仪表的特点
高精度、高稳定性、高可靠性、防爆 防腐等。
化工仪Байду номын сангаас的要求
测量准确、显示清晰、操作简便、维护 方便等。
仪表的测量原理及误差分析
测量原理
根据物理、化学等原理，将被测参数转换为可测量的物理量，如温度、压力、流量等。
石油化工行业
在石油化工生产过程中，原料、产品和中间 体的流量都需要精确控制。通过流量测量仪 表和自动控制系统，可以实现流量的精确测
量和控制，提高生产效率和产品质量。
物位测量与控制技术应用案例
要点一
仓储行业
要点二
化工仪表及自动化第1章
图1-11 温度控制系统过渡过程曲线
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第六节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
解 最大偏差A＝230-200＝30℃ 余差C＝205-200＝５℃
由图上可以看出，第一个波峰值B＝230-205＝25℃， 第二个波峰值B′＝210－205＝5℃， 故衰减比应为B:B′＝25:5＝5:1。 振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔，
图1-15 复式仪表的表示法
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第七节 工艺管道及控制流程图
二、字母代号
在控制流程图中，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，第一位字母表示被测变 量，后继字母表示仪表的功能，常用字母代号见下表。
40
表1-2 被测变量和仪表功能的字母代号
字母
A C D E F I K L M P Q R S T V W Y Z
42
第七节 工艺管道及控制流程图
回流罐液位控制系统中的 LIC-201 是一台具有指示功 能的液位控制器，它是通过改变进入冷凝器的冷剂量来维 持回流罐中液位稳定的。
塔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。
塔底的液位控制系统中的LICA-202代表一台具有指示、 报警功能的液位控制器，它是通过改变塔底采出量来维持 塔釜液位稳定的。
30
第六节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素
一个自动控制系统可以概括成两大部分，即工艺过程部 分（被控对象）和自动化装置部分。前者指与该自动控制系 统有关的部分。后者指为实现自动控制所必需的自动化仪表 设备，通常包括测量与变送装置、控制器和执行器等三部分。
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
化工仪表及自动化课件
化工仪表及自动化课件一、引言随着我国经济的快速发展，化工行业在国民经济中的地位日益突出。
化工生产过程具有高温、高压、易燃易爆等特点，因此，对化工仪表及自动化技术的要求越来越高。
本课件旨在介绍化工仪表及自动化技术的基本原理、类型及其在化工生产过程中的应用，以帮助大家更好地了解和掌握这一领域的技术。
二、化工仪表概述1.化工仪表的定义化工仪表是指用于测量、显示、控制化工生产过程中各种物理量、化学量的设备。
它包括传感器、变送器、控制器、执行器等部分。
2.化工仪表的分类根据测量原理和用途，化工仪表可分为温度仪表、压力仪表、流量仪表、液位仪表、成分分析仪表等。
3.化工仪表的精度等级和防爆等级精度等级：化工仪表的精度等级表示其测量准确度，通常分为0.1级、0.2级、0.35级、0.5级等。
防爆等级：化工生产过程中存在易燃易爆气体，化工仪表需要具备相应的防爆等级，以确保生产安全。
三、自动化控制系统1.自动化控制系统的概念自动化控制系统是指利用自动化装置、仪表和计算机等技术，对化工生产过程进行自动监测、调节和控制，以实现生产过程的优化和安全稳定运行。
2.自动化控制系统的组成自动化控制系统通常由检测仪表、控制仪表、执行器、计算机等组成。
3.自动化控制系统的类型（1）手动控制系统：由操作人员手动调节控制仪表，实现对生产过程的控制。
（2）自动控制系统：根据预设的程序和参数，自动调节控制仪表，实现对生产过程的控制。
（3）综合控制系统：将手动控制和自动控制相结合，实现更高效、更灵活的生产过程控制。
四、化工仪表及自动化技术在化工生产过程中的应用1.温度控制在化工生产过程中，温度是一个重要的参数。
通过安装温度仪表，可以实时监测反应釜、换热器等设备的温度，并通过自动控制系统调节加热或冷却装置，使温度保持在合适的范围内。
2.压力控制化工生产过程中，压力过高或过低都会影响产品质量和设备安全。
通过安装压力仪表，可以实时监测反应釜、压缩机等设备的压力，并通过自动控制系统调节阀门、泵等设备，保持压力稳定。
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图1-9 复式仪表的表示法
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
二、字母代号
在控制流程图中，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，第一位字母表示被测变 量，后继字母表示仪表的功能，常用字母代号见下表。
字母
A C D E F I K L M P Q R S T V W Y Z
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
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
二、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。
蒸汽
举例
汽包 省煤器
LT
LC
给水
当干扰作用于对象，系统被 控变量发生变化，在系统负 反馈作用下，经过一段时间， 系统重新恢复平衡。
锅炉汽包自动控制系统示意图
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
根据给定值的不同情况，将自动控制系统分为三类
1.定值控制系统 2.随动控制系统（自动跟踪系统）
3.程序控制系统（顺序控制系统）
第三节 自动控制系统的分类
1. 定值控制系统 --- 给定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为 定值控制系统。 ---克服干扰的影响
电阻丝加热恒温箱温度控制系统
第三节 自动控制系统的分类
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
扰 动：除操纵变量外， 作用于被控对象并引起被 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
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
3. 仪表（包括检测、显示、控制）的图形符号
仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约10mm，对于 不同的仪表安装位置的图形符号如下表所示。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
表1-1 仪表安装位置的图形符号表示 P9
序 安装位 图形符号 备注 号置
序 安装位置 图形符 备注
即：带显示的手动控制器（手操器） 集中仪表盘面安装,第一工段，第01个 ……
F — 流量；I — 指示；C — 控制器；Q — 累积；
即：具有累积、显示功能的流量控制回路
CO 集中仪表盘面安装，2第一工段，第二个。。。
就地安装压力指示仪表 第一工段，第01个 ……
L — 液位；I — 指示；C — 控制器； 即：具显示功能的液位控制回路 集中仪表盘面安装，第一工段，第01个
开环控制 ---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。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
举例
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
汽包 省煤器
控制器
执行器
FT
LT
Fd1FCf
蒸汽
给水 被控对象
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
方框图
控制器
广义对象
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
被控对象：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过 程、设备或机器等。 被控变量：被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。 操纵变量：受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被 控变量保持设定值的物料量或能量。
课程概况
化工仪表及自动化
授课学时： 32学时 配套课程： 化工仪表及自动化实验（16学时） 所用教材：《化工仪表及自动化》 厉玉鸣 化学工业出版社 第五版 参考教材：《过程自动化及仪表》俞金寿 化学工业出版社 第二版 等 考核方式： 闭卷考试成绩（70%）+平时成绩（30%） 基础知识： 电路、电工、计算机
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
在生产中，出现的干扰是没有固定形式的，且多半属于 随机性质。在分析和设计控制系统时，为了安全和方便， 常选择一些定型的干扰形式，其中常用的是阶跃干扰。
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式
非周期衰减过程 √
衰减震荡过程
√
对于控制质量要求不 高的场合，如果被控
号
号
1 就地安 装仪表
2 集中仪 表盘面 安装仪 表
3 就地仪 表盘面 安装仪 表
4
嵌在管道 中
集中仪表 盘后安装 仪表
5 就地仪表 盘后安装 仪表
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
对于处理两个或两个以上被测变量，具有相同或不同 功能的复式仪表时，可用两个相切的圆或分别用细实线圆 与细虚线圆相切表示（测量点在图纸上距离较远或不在同 一图纸上），如下图所示。
执行器
液位自动控制系统方框图
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。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
注意！
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 系，与工艺流程图上的物料线有区别。 “环节”的输入会引起输出的变化，而输出不会反过来 直接引起输入的变化。环节的这一特性称为“单向性” 。 自动控制系统是一个闭环系统
2. 随动控制系统（自动跟踪控制） --- 给定值不断地变化，而且这种变化不是已知的、预先规 定好的，而是随机的。并要求系统的输出（被控变量）随之 变化。
3. 程序控制系统（顺序控制系统）
--- 给定值按一定的时间程序变化。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 ,f(t)
如马弗炉程序升温系统
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
用同一种形式的方框图可以代表不同的控制系统
蒸汽加热器温度控制系统
给定值x
偏差e
控制器输出p
控制器
干扰作用f
操纵变量q 执行器
对 象 被控变量y
测量值 z
测量元件 变送器
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
管道及仪表流程图（PID图）
工艺人员确定工艺流程
工艺人员和自控设计人员应共同研究确定控制方 案。控制方案包括流程中各测量点的选择、控制系统 的确定及有关自动信号、联锁保护系统的设计等
根据工艺流程图，按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
工艺管道及控制流程图（PID图）
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
举例
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
一、控制系统的静态与动态
蒸汽
汽包 省煤器
LT
LC
给水
自动控制目的：希望将被控 变量保持在一个不变的给定 值上，这只有当进入被控对 象的物料量（或能量）和流 出对象的物料量（或能量） 相等时才有可能。
锅炉汽包自动控制系统示意图
静态——被控变量不随时间而变化的平衡状态（变化率 为0，不是静止）。
课程概况
仪表？
课程概况
课程概况
化工厂中央控制室
课程概况
自
动 化 系 统
过程特性 检测变送 控制器
概 执行器
述
简 单 控 制 系 统
复杂控制系统 先进控制系统 典型控制系统
概念 控制系统组成 系统设计及参数设定 趋势
第一章 自动控制系统基本概念
化工自动化的主要内容 自动控制系统的基本组成及表示形式 自动控制系统的分类 自动控制系统的过渡过程和品质指标
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
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
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，整个系统构成了一个闭环。 ---优点：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，达到被控变量与设定值始终保持一致。 ---缺点：控制不及时；如果系统内部各个环节配合不当，系 统会引起剧烈震荡，甚至失去控制。
对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系统都是稳定系统 ）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，且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
信号常见形式 斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号、阶跃信号等。
PT-202A，PT-202B；
PV-201A，PV-201B
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
二、字母代号
在控制流程图中，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，第一位字母表示被测变 量，后继字母表示仪表的功能，常用字母代号见下表。
字母
A C D E F I K L M P Q R S T V W Y Z
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
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
二、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。
蒸汽
举例
汽包 省煤器
LT
LC
给水
当干扰作用于对象，系统被 控变量发生变化，在系统负 反馈作用下，经过一段时间， 系统重新恢复平衡。
锅炉汽包自动控制系统示意图
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
根据给定值的不同情况，将自动控制系统分为三类
1.定值控制系统 2.随动控制系统（自动跟踪系统）
3.程序控制系统（顺序控制系统）
第三节 自动控制系统的分类
1. 定值控制系统 --- 给定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为 定值控制系统。 ---克服干扰的影响
电阻丝加热恒温箱温度控制系统
第三节 自动控制系统的分类
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
扰 动：除操纵变量外， 作用于被控对象并引起被 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
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
3. 仪表（包括检测、显示、控制）的图形符号
仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约10mm，对于 不同的仪表安装位置的图形符号如下表所示。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
表1-1 仪表安装位置的图形符号表示 P9
序 安装位 图形符号 备注 号置
序 安装位置 图形符 备注
即：带显示的手动控制器（手操器） 集中仪表盘面安装,第一工段，第01个 ……
F — 流量；I — 指示；C — 控制器；Q — 累积；
即：具有累积、显示功能的流量控制回路
CO 集中仪表盘面安装，2第一工段，第二个。。。
就地安装压力指示仪表 第一工段，第01个 ……
L — 液位；I — 指示；C — 控制器； 即：具显示功能的液位控制回路 集中仪表盘面安装，第一工段，第01个
开环控制 ---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。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
举例
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
汽包 省煤器
控制器
执行器
FT
LT
Fd1FCf
蒸汽
给水 被控对象
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
方框图
控制器
广义对象
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
被控对象：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过 程、设备或机器等。 被控变量：被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。 操纵变量：受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被 控变量保持设定值的物料量或能量。
课程概况
化工仪表及自动化
授课学时： 32学时 配套课程： 化工仪表及自动化实验（16学时） 所用教材：《化工仪表及自动化》 厉玉鸣 化学工业出版社 第五版 参考教材：《过程自动化及仪表》俞金寿 化学工业出版社 第二版 等 考核方式： 闭卷考试成绩（70%）+平时成绩（30%） 基础知识： 电路、电工、计算机
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
在生产中，出现的干扰是没有固定形式的，且多半属于 随机性质。在分析和设计控制系统时，为了安全和方便， 常选择一些定型的干扰形式，其中常用的是阶跃干扰。
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式
非周期衰减过程 √
衰减震荡过程
√
对于控制质量要求不 高的场合，如果被控
号
号
1 就地安 装仪表
2 集中仪 表盘面 安装仪 表
3 就地仪 表盘面 安装仪 表
4
嵌在管道 中
集中仪表 盘后安装 仪表
5 就地仪表 盘后安装 仪表
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
对于处理两个或两个以上被测变量，具有相同或不同 功能的复式仪表时，可用两个相切的圆或分别用细实线圆 与细虚线圆相切表示（测量点在图纸上距离较远或不在同 一图纸上），如下图所示。
执行器
液位自动控制系统方框图
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。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
注意！
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 系，与工艺流程图上的物料线有区别。 “环节”的输入会引起输出的变化，而输出不会反过来 直接引起输入的变化。环节的这一特性称为“单向性” 。 自动控制系统是一个闭环系统
2. 随动控制系统（自动跟踪控制） --- 给定值不断地变化，而且这种变化不是已知的、预先规 定好的，而是随机的。并要求系统的输出（被控变量）随之 变化。
3. 程序控制系统（顺序控制系统）
--- 给定值按一定的时间程序变化。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 ,f(t)
如马弗炉程序升温系统
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
用同一种形式的方框图可以代表不同的控制系统
蒸汽加热器温度控制系统
给定值x
偏差e
控制器输出p
控制器
干扰作用f
操纵变量q 执行器
对 象 被控变量y
测量值 z
测量元件 变送器
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
管道及仪表流程图（PID图）
工艺人员确定工艺流程
工艺人员和自控设计人员应共同研究确定控制方 案。控制方案包括流程中各测量点的选择、控制系统 的确定及有关自动信号、联锁保护系统的设计等
根据工艺流程图，按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
工艺管道及控制流程图（PID图）
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
举例
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
一、控制系统的静态与动态
蒸汽
汽包 省煤器
LT
LC
给水
自动控制目的：希望将被控 变量保持在一个不变的给定 值上，这只有当进入被控对 象的物料量（或能量）和流 出对象的物料量（或能量） 相等时才有可能。
锅炉汽包自动控制系统示意图
静态——被控变量不随时间而变化的平衡状态（变化率 为0，不是静止）。
课程概况
仪表？
课程概况
课程概况
化工厂中央控制室
课程概况
自
动 化 系 统
过程特性 检测变送 控制器
概 执行器
述
简 单 控 制 系 统
复杂控制系统 先进控制系统 典型控制系统
概念 控制系统组成 系统设计及参数设定 趋势
第一章 自动控制系统基本概念
化工自动化的主要内容 自动控制系统的基本组成及表示形式 自动控制系统的分类 自动控制系统的过渡过程和品质指标
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
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
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，整个系统构成了一个闭环。 ---优点：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，达到被控变量与设定值始终保持一致。 ---缺点：控制不及时；如果系统内部各个环节配合不当，系 统会引起剧烈震荡，甚至失去控制。
对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系统都是稳定系统 ）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，且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
信号常见形式 斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号、阶跃信号等。
PT-202A，PT-202B；
PV-201A，PV-201B