化工自动控制基础知识

化工自动控制基础知识

金自强

化工自动控制

反馈控制的基本原理

单回路反馈控制由四个基本环节组成，即被控对象（过程）、测量变送装置、控制器和控制阀（执行器）。

单回路反馈控制变量间的关系：

●e=x-z

●p=f(控制规律，e)

●q=f(调节规律,p)

●y=f(被控对象特性，f,q)

●z=f(变送规律，y)

简单控制系统有两个通道：控制通道（q-y）和扰动通道（f-y），由控制通道来克服扰动通道对y的影响。

简单控制系统分为两类：定值控制系统（x不变）和随动控制系统或伺服控制系统（x变化）。

自动控制系统的品质指标

余差C

最大偏差A

衰减比B:B’,(4:1)

过渡时间Ts,(5%)

被控对象特性参数

放大系数K=Δ输入/Δ输出，（应该使控制K大，干扰K小）滞后时间τ=纯滞后τo+容量滞后τn

时间常数Tc,63.2%

化工自动控制元件

传感器、变送器

控制器

执行器

基本控制规律

双位控制

PID控制

复杂控制

以下以液位控制系统为例加以说明。

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串级控制

如果系统中不止采用一个控制器，而且控制器间相互串联，主控制器的输出作为串级控制器的给定值，这样的系统称为串级控制系统。

串级控制系统的特点：

1、主回路为定值系统，副回路为随动系统

2、副回路包含了主要的干扰，具有超前作用，有效地克服了时间滞后，

改善了主控制器的被控对象特征。

3、有利于克服副回路内执行机构等的非线性

在本单元中罐V101的液位是由液位调节器LIC101（主控制器）和流量调节器FIC102（副控制器）串级控制。主控制器LIC101的输出作为副控制器FIC102的给定值。即正常工况下LIC101投自动，FIC102投串级。

具体来讲，LIC101的百分比输出OP（例如50%）对应一个流量（例如20000Kg/H），该流量随LIC101的输出而变，且作为FIC102的给定值SP，FIC102投串级时，可见该SP值不断变化，FIC102的PV值因泵的流量波动而出现较大波动，但LIC101的PV值却波动较小，可见改善了主控制器的被控对象特征。

虽然也可以将FIC102投自动并设SP=20000 Kg/H,以此来间接控制LIC101的液位，但由于SP=20000 Kg/H为定值，LIC101的液位受泵的流量波动而波动较大。

串级控制系统又例：

分程控制

通常是一台控制器的输出只控制一只控制阀。然而分程控制系统却不然，在这种控制回路中，一台控制器的输出可以同时控制两只甚至两只以上的控制阀，控制器的输出信号被分割成若干个信号的范围段，而由每一段信号去控制一只控制阀。

分程控制系统的主要特点：

由于在分程点附近有多个调节器响应，故控制及时、范围广、效果好。

本单元的分程控制回路有：PIC101分程控制充压阀PV101A和泄压阀PV101B。PIC101的OP值对应PV101A和压阀PV101B不同的开度，如下图。

比值控制

在化工、炼油及其他工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成事故。

实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之为流量比值控制系统。

比值控制系统可分为：开环比值控制系统，单闭环比值控制系统，双闭环比值控制系统，变比值控制系统，串级和比值控制组合的系统等。

对于比值调节系统，首先是要明确那种物料是主物料，而另一种物料(副物料)按主物料来配比。在本单元中，FIC103为主物料，而副物料FI103的量是随主物料的量的变化而改变。主流量控制器FIC103和副流量控制器FFIC04组成双闭环比值控制系统。

FFIC104有两个测量值：FIC103及FI103，这两个测量值的比值为FFIC104的过程值，即pv=主物料流量/FI103的副物料流量。FFIC104在AUTO时，设定值SP=2，表示FIC103的主物料流量/FI103的副物料流量=2。这样，FFIC104根据FIC103的流量，按一定的比例相适应调整FI103的流量。

双闭环比值控制系统又例：

前馈控制系统

前馈控制系统特点：

1、前馈控制比反馈控制及时、有效

2、属于开环控制系统

3、需采用专用调节器

4、一种前馈作用只能克服一种干扰

计算机过程控制系统计算机控制系统

集散控制系统〔Distributed Control System,DCS〕

带控制点的工艺流程图

带控制点的工艺流程图图例。

带控制点的工艺流程图

控制点位号标识

在自动化系统中，每一个检测控制系统回路都有一个仪表位号来标识。常用仪表位号由字母代号组合和回路编号两部分组成。仪表位号中的第一位字母表示

被测(控)变量，后续字母表示仪表的功能。回路编号可以按装置或工段(区域)进行编制，第一位数表示工序号，后续数字(二位或三位)表示顺序号。相同被测(控)变量的仪表位号连续编号，构成一个回路的每一个仪表(或元件)也都有自己的仪表位号来标识。检测控制系统在管道与仪表流程困上的标注，一般由表示检测仪表的小圆因、指引线和文字说明三部分组成。如图l—16所示。

在工艺流程图上的调节与控制系统，一般由检测仪表、调节阀、执行机构和信号线四部分构成。常见的执行机构有气动执行、电动执行、活塞执行和电磁执行四种方式，如图l—18所示。