化工仪表及自动化(第一章)
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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
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
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
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。
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
• 四．测量系统中信号的传递形式 • 1．模拟信号；2. 数字信号；3.开关信号
• 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。
• 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。
化工仪表及自动化复习
第一章自动控制系统基本概念第一节自动控制系统的基本组成及表示形式液位自动控制的方框图方框图中， x 指给定值；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（主要是进料量的变化，注意：此为对液位控制而言）。
当x 取正值，z取负值，e= x- z，负反馈。
其他控制系统用同一种形式的方框图可以代表不同的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。
小结:自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。
举例：乙烯生产过程中脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图第二节自动控制系统的基本组成及表示形式T 温度，P 压力（真空度），L 物位，F 流量I 指示，R 记录，A 报警，C 控制（调节）塔顶的压力控制系统中的PIC-207，PIC的组合就表示一台具有指示功能的压力控制器。
LIC-201是一台具有指示功能的液位控制器。
FRC-210表示一台具有记录功能的温度控制器。
PIC-207表示压力指示调节仪表，该仪表为就地安装，工段号为2，仪表序号为07。
第三节自动控制系统的分类1.定值控制系统：被控变量的给定值不变2.随动控制系统（自动跟踪系统）：给定值随机变化第四节自动控制系统的过渡过程和品质指标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。
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。
常用的是阶跃干扰。
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。
这种干扰的形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。
举例：某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示。
化工仪表及自动化(厉玉鸣)(第三版)第1章
18
检测仪表与测量方法的分类
2.测量方法的分类
按照测量结果的获得过程
直接测量
间接测量
19
检测仪表与测量方法的分类
（1）直接测量 利用经过标定的仪表对被测参数进行测量，直接 从显示结果获得被测参数的具体数值的测量方法。 根据被测参数获得方式的不同，直接测量又有偏 差法与平衡法（零位法）之分。
除此之外,还有一种将平衡 法与偏差法结合起来的微差 法
输出信号 正行程读数x正 4 8 12.01 16.01 20 /mA 正行程读数x反 4.02 8.10 12.10 16.09 20.01 试根据以上校验数据确定该仪表的变差、准确度等级与线性 度。
23
解:该题的解题步骤如下。 (1)根据仪表的输出范围确定在各温度测试点的输出标 准值x标。任一温度值的标准输出信号(mA)为
变
变 max 20 4 100 % 0 . 625 %
由于该变差数值在1.0级表允许的误差范围内, 故不影响表的准确度等级。注意若变差数值Δ变max 超过了绝对误差Δmax ,则应以Δ变max来确定仪表的 准确度等级。
27
(5)由计算结果可知,非线性误差的最大值Δfmax = 0.10 , 故线性度δf为
16
检测系统中信号的传递形式
1. 模拟信号
在时间上是连续变化的, 即在任何瞬时都可以确 定其数值的信号。
2. 数字信号
数字信号是一种以离散形式出现的不连续信号, 通常用二进制数“0”和“1”组合的代码序列来表示。
3. 开关信号
用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。
17
检测仪表与测量方法的分类
间接测量 测量实质：是将被测参数与其相应的测量单位进行比 较的过程。
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
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
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
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。
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。
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。
化工仪表及自动化第1章第五节 工艺管道及控制流程图
Байду номын сангаас
图1-12脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例
34
第五节 工艺管道及控制流程图
一、图形符号
1. 测试点（包括检出元件、取样点）
检试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，如下图 所示。必要时，检测元件也可以用象形或图形符号表 示。
图1-13 测试点的一般表示方法
图1-15 复式仪表的表示法
39
第五节 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
字母
A C D E F I K L M P Q R S T V W Y Z
43
第五节 工艺管道及控制流程图
三、仪表位号
仪表位号是由字母代号组合和阿拉伯数字编号两部分 组成。阿拉伯数字编号写在圆圈的下半部，其第一位数 字表示工段号，后续数字（二位或三位数字）表示仪表 序号。
举例
脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图中PIC-206表示 测量点在加热蒸汽管线上的蒸汽压力指示仪表，该 仪表为就地安装，工段号为2，仪表序号为06。
化工仪表及自动化
第一章 自动控制系统基本概念
内容提要
化工自动化的主要内容
自动控制系统的基本组成及方块图
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
控制系统的静态与动态 控制系统的过渡过程 控制系统的品质指标 影响控制系统过渡过程品质的主要因素
1
内容提要
工艺管道及控制流程图
图形符号 字母代号 仪表位号
2
图1-12脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例
34
第五节 工艺管道及控制流程图
一、图形符号
1. 测试点（包括检出元件、取样点）
检试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，如下图 所示。必要时，检测元件也可以用象形或图形符号表 示。
图1-13 测试点的一般表示方法
图1-15 复式仪表的表示法
39
第五节 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
字母
A C D E F I K L M P Q R S T V W Y Z
43
第五节 工艺管道及控制流程图
三、仪表位号
仪表位号是由字母代号组合和阿拉伯数字编号两部分 组成。阿拉伯数字编号写在圆圈的下半部，其第一位数 字表示工段号，后续数字（二位或三位数字）表示仪表 序号。
举例
脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图中PIC-206表示 测量点在加热蒸汽管线上的蒸汽压力指示仪表，该 仪表为就地安装，工段号为2，仪表序号为06。
化工仪表及自动化
第一章 自动控制系统基本概念
内容提要
化工自动化的主要内容
自动控制系统的基本组成及方块图
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
控制系统的静态与动态 控制系统的过渡过程 控制系统的品质指标 影响控制系统过渡过程品质的主要因素
1
内容提要
工艺管道及控制流程图
图形符号 字母代号 仪表位号
2
化工仪表及自动化第1章(1)
图1-3 液位自动控制系统图 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
13
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
自动控制器
组 成
执行器
被控对象
14
Hale Waihona Puke 第二节 自动控制系统的基本组成 及方块图
一、自动控制系统组成 ★ 测量与变送装置：直接测量被控参数，并将信号
对于熟悉化学工程学科的人员，如能再学 习和掌握一些检测技术和控制系统方面的 知识，必能在推进中国的化工自动化事业 中，起到事半功倍的作用。
8
化工仪表及自动化
第一章 自动控制系统 基本概念
内容提要
化工自动化的主要内容
自动控制系统的基本组成及方块图
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
这个控制系统同样可 以用上页中的方块图
表示
19
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。
一、控制系统的静态与动态
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。
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）。
26
第四节 自动控制系统的过渡过程 和品质指标
当一个自动控制系统的输入（给定和干扰）和输出均恒定 不变时，整个系统就处于一种相对稳定的平衡状态，系统 的各个组成环节如变送器、控制器、控制阀都不改变其原 先的状态，它们的输出信号也都处于相对静止状态，这种
现代化生产的需要
13
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
自动控制器
组 成
执行器
被控对象
14
Hale Waihona Puke 第二节 自动控制系统的基本组成 及方块图
一、自动控制系统组成 ★ 测量与变送装置：直接测量被控参数，并将信号
对于熟悉化学工程学科的人员，如能再学 习和掌握一些检测技术和控制系统方面的 知识，必能在推进中国的化工自动化事业 中，起到事半功倍的作用。
8
化工仪表及自动化
第一章 自动控制系统 基本概念
内容提要
化工自动化的主要内容
自动控制系统的基本组成及方块图
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
这个控制系统同样可 以用上页中的方块图
表示
19
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。
一、控制系统的静态与动态
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。
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）。
26
第四节 自动控制系统的过渡过程 和品质指标
当一个自动控制系统的输入（给定和干扰）和输出均恒定 不变时，整个系统就处于一种相对稳定的平衡状态，系统 的各个组成环节如变送器、控制器、控制阀都不改变其原 先的状态，它们的输出信号也都处于相对静止状态，这种
化工仪表及自动化
第一章自动控制系统基本概念9、试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、控制变量？被控对象：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或者机器叫做被控对象。
被控变量：被控对象内要求保持给定值的工艺参数。
给定值：被控变量的预定值。
控制变量：受控制阀控制的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持给定值的物料量或者能量。
12、什么是负反馈？负反馈在自动控制系统中有什么重要意义？答： (1)系统的输出变量是被控变量，但是它经过测量元件和变送器后，又返回到系统的输入端，能够使原来的信号减弱的做法叫做负反馈。
(2)负反馈在自动控制系统中的重要意义是当被控变量， y 受到干扰的影响而升高时，惟独负反馈才干使反馈信号升高，经过比较到控制器去的偏差信号将降低，此时控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化，变化的方向为负，从而使被控变量下降回到给定值，这样就达到了控制的目的。
16、什么是控制系统的静态与动态？为什么说研究控制系统的动态比研究其静态更为重要？答： (1)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，把被控变量随时间而变化的不平衡状态称为系统的动态。
(2)因为干扰是客观存在的，是不可避免的。
一个自动控制系统投入运行时，时时刻刻都受到干扰作用，破坏正常的工艺生产状态。
这就需要通过自动化装置不断施加控制作用去对抗或者抵消干扰作用的影响，使被控变量保持在工艺所要求的技术指标上。
一个正常工作的自动控制系统，总受到频繁的干扰作用，总处在频繁的动态过程中。
所以了解系统动态更为重要。
第二章过程特性及其数学模型9、为什么说放大系数 K 是对象的静态特性？而时间常数 T 和滞后时间τ 是对象的动态特征？答：在稳定状态时，对象一定的输入就对应着一定的输出。
这种特性称为对象的静态特征，而K 在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比，所以放大系数是对象静态特性。
时间常数 T 和滞后时间τ 都描述的是达到稳态值前的过程，故是对象的动态特性。
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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。
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。
自动控制系环节）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。
其他控制系统 用同一种形式的方块图可以代表不同的 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。
图1-5 蒸汽加热器温度控制系统 这个控制系统同样可 以用上页中的方块图 表示
自动检测
信号连锁保护
了解
保护
自动化
自动控制
排除干扰 保证正常运行
自动操纵 执行动作
核心
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
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
显示 记录仪 记录 显示器 要求 变换 检测 仪表
• 按信号种类分类：
气动调节系统，电动调节系统
其中第三种分类方法最普遍
第三节 自动控制系统的分类
1.定值控制方法
“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。
2.随动控制系统（自动跟踪系统）
观察
思考 调节 执行 机构
给定值
调节 调节器
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
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
在研究自动控制系统时，为了便于对系统分 析研究，一般都用方块图来表示控制系统的组成。 下页图为液位自动控制系统的方块图。每个 环节表示组成系统的一个部分，称为“环节”。 两个方块之间用一条带有箭头的线条表示其信号 的相互关系，箭头指向方块表示为这个环节的输 入，箭头离开方块表示为这个环节的输出。线旁 的字母表示相互间的作用信号。
第一章 自动控制系统的基本概念
工艺管道及 控制流程图 过渡过程和 品质指标 分类 基本组成
内容提要
• 化工自动化的主要内容 • 自动控制系统的基本组成及方块图
• 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 –控制系统的静态与动态 –控制系统的过渡过程 –控制系统的品质指标 –影响控制系统过渡过程品质的主要因素
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。
练习
1、简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰） 量、设定（给定值）和偏差的含义？
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1-3 液位自动控制系统图
图1-4 液位自动控制系统方块图
自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自 动地对生产设备进某周期性操作。 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自动停车。
• 自动控制系统 生产过程中，对生产中某些关键参数 进行控制，使其在受到外界干扰（扰动） 的影响而偏离正常状态时，能自动地回 到规定的数值范围内，此类系统称为自 动控制系统。
练习
2、自动控制系统按其基本结构形式可以分为几类？其 中闭环控制系统中按设定值的不同形式又可以分为几种？ 简述每种形式的基本含义。 3、自动控制系统主要由哪些环节组成？各部分的作用 是什么？
4、什么是反馈？什么是正反馈和负反馈？负反馈在自 动控制中有什么意义？
当工艺参数超过了允许范围，在事故即将发生 以前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作 人员注意，并及时采取措施。如工况已到达危险状 态时，联锁系统立即自动采取紧急措施，打开安全 阀或切断某些通路，必要时紧急停车，以防止事故 的发生和扩大。它是生产过程中的一种安全装置。
• 自动操纵及自动开停车系统
第三节 自动控制系统的分类
• 按被控变量分类：
流量调节、温度调节、压力调节、物位调节等；
• 按调节规律分类：
比例调节、比例微分调节、比例积分调节、比例微分 积分调节
• 按被调参数的变化规律分类：
定值调节系统：给定值为常数； 随动调节系统：给定值为变数，要求跟随变化； 程序控制调节系统：按预定时间顺序控制参数。
• ☆工艺管道及控制流程图
– 图形符号 – 字母代号 – 仪表位号
第一节 化工自动化的主要内容
• 自动检测
利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量、 指示或记录的，称为自动测系统。它代替了操 作人员对工艺参数的不断观察与记录，起到人 的眼睛的作用。
图1-1 热交换器自动检测系统示意图
• 自动信号和联锁保护系统
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。
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。
自动控制系环节）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。
其他控制系统 用同一种形式的方块图可以代表不同的 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。
图1-5 蒸汽加热器温度控制系统 这个控制系统同样可 以用上页中的方块图 表示
自动检测
信号连锁保护
了解
保护
自动化
自动控制
排除干扰 保证正常运行
自动操纵 执行动作
核心
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
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
显示 记录仪 记录 显示器 要求 变换 检测 仪表
• 按信号种类分类：
气动调节系统，电动调节系统
其中第三种分类方法最普遍
第三节 自动控制系统的分类
1.定值控制方法
“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。
2.随动控制系统（自动跟踪系统）
观察
思考 调节 执行 机构
给定值
调节 调节器
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
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
在研究自动控制系统时，为了便于对系统分 析研究，一般都用方块图来表示控制系统的组成。 下页图为液位自动控制系统的方块图。每个 环节表示组成系统的一个部分，称为“环节”。 两个方块之间用一条带有箭头的线条表示其信号 的相互关系，箭头指向方块表示为这个环节的输 入，箭头离开方块表示为这个环节的输出。线旁 的字母表示相互间的作用信号。
第一章 自动控制系统的基本概念
工艺管道及 控制流程图 过渡过程和 品质指标 分类 基本组成
内容提要
• 化工自动化的主要内容 • 自动控制系统的基本组成及方块图
• 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 –控制系统的静态与动态 –控制系统的过渡过程 –控制系统的品质指标 –影响控制系统过渡过程品质的主要因素
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。
练习
1、简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰） 量、设定（给定值）和偏差的含义？
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1-3 液位自动控制系统图
图1-4 液位自动控制系统方块图
自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自 动地对生产设备进某周期性操作。 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自动停车。
• 自动控制系统 生产过程中，对生产中某些关键参数 进行控制，使其在受到外界干扰（扰动） 的影响而偏离正常状态时，能自动地回 到规定的数值范围内，此类系统称为自 动控制系统。
练习
2、自动控制系统按其基本结构形式可以分为几类？其 中闭环控制系统中按设定值的不同形式又可以分为几种？ 简述每种形式的基本含义。 3、自动控制系统主要由哪些环节组成？各部分的作用 是什么？
4、什么是反馈？什么是正反馈和负反馈？负反馈在自 动控制中有什么意义？
当工艺参数超过了允许范围，在事故即将发生 以前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作 人员注意，并及时采取措施。如工况已到达危险状 态时，联锁系统立即自动采取紧急措施，打开安全 阀或切断某些通路，必要时紧急停车，以防止事故 的发生和扩大。它是生产过程中的一种安全装置。
• 自动操纵及自动开停车系统
第三节 自动控制系统的分类
• 按被控变量分类：
流量调节、温度调节、压力调节、物位调节等；
• 按调节规律分类：
比例调节、比例微分调节、比例积分调节、比例微分 积分调节
• 按被调参数的变化规律分类：
定值调节系统：给定值为常数； 随动调节系统：给定值为变数，要求跟随变化； 程序控制调节系统：按预定时间顺序控制参数。
• ☆工艺管道及控制流程图
– 图形符号 – 字母代号 – 仪表位号
第一节 化工自动化的主要内容
• 自动检测
利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量、 指示或记录的，称为自动测系统。它代替了操 作人员对工艺参数的不断观察与记录，起到人 的眼睛的作用。
图1-1 热交换器自动检测系统示意图
• 自动信号和联锁保护系统