化工自动化及仪表7简单控制系统
化工仪表及自动化答案(第五版终极版)
第一章自动控制系统基本概念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。
9。
试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量?答：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器叫被控对象。
生产过程中所要保持恒定的变量,在自动控制系统中称为被控变量.工艺上希望保持的被控变量即给定值。
具体实现控制作用的变量叫做操纵变量。
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：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。
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，只有负反馈才能使反馈信号升高，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。
11.图1-18所示试画方框图，并指出该系统的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被度。
13.结合11题，说明该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环系统.当被控变量反应温度上升后，反馈信号升高，经过比较使控制器的偏差信号e降低。
此时,控制器将发出信号而使控制阀的开度变大,加大冷却水流量，从而使被控变量下降到S.P.所以该温度控制系统是一个具有反馈的闭环系统。
14.图1—18所示的温度控制系统中，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制变量影响的？当反应器的温度超过给定值时，温度控制器将比较的偏差经过控制运算后，输出控制信号使冷却水阀门开度增大,从而增大冷却水流量，使反应器内的温度降下来.这样便可以通过控制作用克服干扰作用对被控变量的影响。
15。
按给定值形式不同，自动控制系统可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。
化工仪表及自动化(厉玉鸣)(第三版)第7章自动控制系统概述
第一位字母 被测变量
分析 电导率 密度 电压 流量 电流 时间或时间程序 物位 水分或湿度 压力或真空 数量或件数 放射性 速度或频率 温度 黏度 力 供选用 位置
后继字母 修饰词 功能
报警 控制（调节）
差 检测元件 比（分数） 指示 自动-手动操作器
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
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）。
19
第三节 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， 这种状态就是静态。
9
第二节 自动控制系统的方块图
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7-6 自动控制系统方块图
10
第二节 自动控制系统的方块图
31
第三节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之五
（5）震荡周期或频率
过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间叫振 荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。在衰减比相同 的情况下，周期与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短 一些为好。
32
第三节 过渡过程和品质指标
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。试分别求出最大偏差、余差、 衰减比、振荡周期和过渡时间（给定值为200℃）。
化工仪表及自动化第1章自动控制系统概述
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）。
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
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
化工仪表及自动化简单控制系统全解
控制器：接收液位传感 器信号，控制泵、阀门 等设备
泵：用于输送液体
阀门：用于调节液体 流量
显示器：显示液位、泵、 阀门等设备的运行状态
报警器：当液位异常 时发出报警信号
流量控制方案
流量控制原理：通过调节阀门开度，控制流体流量 流量控制设备：包括流量计、调节阀、控制器等 流量控制策略：PID控制、模糊控制、自适应控制等 流量控制应用：化工生产、供水系统、暖通空调等领域
自动化简单控制系统的日常维护
定期检查：检查控制系统的硬件和软件是否正常工作 备份数据：定期备份控制系统的数据，以防数据丢失 更新软件：定期更新控制系统的软件，以保持系统的稳定性和性能 清洁设备：定期清洁控制系统的设备，以保持设备的清洁和性能
自动化简单控制系统故障排除方法
检查电源：确保电源正常，无短路、断 路等情况
产品质量
储罐液位控制实例
储罐液位控制系统概 述
储罐液位控制原理
储罐液位控制设备及 安装
储罐液位控制操作流 程
储罐液位控制常见问 题及解决方法
储罐液位控制实例分 析
流体流量控制实例
应用领域：化工、石油、天然气等工业领域 控制目标：保持流体流量稳定，避免流量过大或过小 控制方法：采用PID控制器，根据流量传感器反馈的信号进行调节 应用效果：提高生产效率，减少能源消耗，降低生产成本
安装位置：根据工 艺要求，安装在合 适的位置
调节阀
调节阀是自动化简单控制系统的重要组成部分 调节阀的作用是控制流体的流量、压力和温度等参数 调节阀的类型包括气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀等 调节阀的选型需要考虑流体的性质、流量、压力和温度等因素
温度控制方案
温度传感器： 用于测量和控
制温度
化工自动化及仪表
化工自动化及仪表引言化工自动化及仪表是现代化工工厂中必不可少的部分。
它集成了传感器、控制系统、执行器和现场仪表等组成的自动化设备，实现了化工过程的自动化控制和监测。
本文将介绍化工自动化及仪表的概念、应用及其优势。
一、概念化工自动化及仪表是将信息技术、电子技术、自动控制技术等应用于化学工业生产过程中的自动控制和监测系统。
它通过采集过程数据、分析数据、进行决策控制，实现化工过程的自动化操作。
化工自动化及仪表系统由五个部分组成：传感器、控制系统、执行器、现场仪表和通信网络。
传感器用于采集物理量和化学量，将其转换成电信号；控制系统用于处理传感器采集到的信号，进行控制和判决；执行器用于执行控制系统的指令，控制化工过程；现场仪表用于监测和显示过程参数；通信网络用于传输数据和命令。
二、应用化工自动化及仪表广泛应用于化学工业的各个环节，包括原材料处理、反应过程、分离工艺、产品制备等。
下面分别介绍几个典型应用场景：1.原材料处理：在化学生产中，原材料的处理是一个重要的环节。
化工自动化及仪表可以通过传感器和控制系统对原材料进行精确的测量和调控，提高原材料的利用率，降低生产成本。
2.反应过程控制：化学反应过程控制是化工自动化及仪表的核心应用之一。
通过传感器对反应过程中的温度、压力、浓度等参数进行实时监测，通过控制系统对反应条件进行调控，实现反应的自动化控制。
3.分离工艺控制：在化学生产中，分离工艺是将混合物中的组分分离出来的关键环节。
化工自动化及仪表可以通过传感器对分离过程中各个组分的浓度进行监测，通过控制系统对分离条件进行调控，提高分离效率，提高产品质量。
4.产品制备：化学工业生产出来的产品通常需要经过多个步骤进行制备。
化工自动化及仪表可以对制备过程中的各个参数进行实时监测和控制，保证产品的质量和一致性。
三、优势化工自动化及仪表具有以下几个优势：1.提高生产效率：化工自动化及仪表可以实现化工过程的连续运行和高效控制，减少人为因素的干扰，提高生产效率。
化工仪表及自动化解读
控制器
控制阀
对象
测量元件变送器
2. 检测仪表与传感器
2.1概述 在工业生产中，为了正确的指导生产操作，对过程进行控制，一项必不可少的工作是准确而及时地检测出生产过程中的各个有关参数，例如压力、流量、物位、温度等。用来检测这些参数的技术工具称为检测仪表。用来将这些参数转换为一定的便于传送的信号（例如电信号或气压信号）的仪表通常称为传感器。当传感器的输出为规定的标准信号时，通常称为变送器。 2.1.1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，观测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量真值之间，总是存在一定的差距，这一差距就称为测量误差。误差的分类方法多种多样，按误差出现的规律可分为系统误差、偶然误差和疏忽误差；按仪表使用的条件分为基本误差和附加误差；按被测变量随时间变化的关系分为静态误差和动态误差；按与被测变量的关系分为定值误差、累计误差；按误差的数值表示分为绝对误差、相对误差和引用误差。 测量误差通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。 绝对误差是指仪表指示值和被测量的真值之间的差值。在实际应用中真实值指得是标准表的读数。 ∆＝X-X0 相对误差等于某一点的绝对误差∆与标准表在这一点的指示值X0之比。 Y＝ ∆/X0= (X-X0)/X0
冷液
热液
压力表
蒸汽
TT-101
流量计
冷凝水
TV-101
1. 自动控制系统基本概念
1.1.3自动信号和联锁保护系统 生产过程中，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，防止事故的发生和扩大。如下图：
温度
化工仪表及自动化
第一章自动控制系统基本概念3.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答：闭环控制系统是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制系统。
开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统，即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量。
自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统，它与自动检测、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，被控变量（工艺）是不反馈到输入端的。
4.自动控制系统主要由哪些环节组成？答：自动控制系统主要由两大部分组成。
一部分是起控制作用的全套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括测量元件与变送器、自动控制器、执行器等；另一部分是受自动化装置控制的被控对象。
8.在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？答：在自动控制系统中，测量变送装置用来测量被控变量的变化并将它转换成一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）；控制器将测量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，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（气压或电流）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入（或流出）被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。
9.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量?答：①被控对象：在自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产设备或机器等。
②被控变量：被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。
③给定值：被控变量的预定值。
④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，实现控制作用的变量。
18.什么是自动控制系统的过渡过程？它有哪几种基本形式？答：对于任何一个控制系统，扰动作用是不可避免的客观存在，系统受到扰动作用后，其平衡状态被破坏，被控变量就要发生波动，在自动控制作用下，由于自动控制系统的负反馈作用，经过一段时间，使被控变量回复到新的稳定状态。
化工仪表及自动化课后答案
第一章自动控制系统基本概念1．什么是化工自动化？它有什么重要意义？答：在化工等连续性生产设备上，配备一些自动化装置，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，称为化工自动化。
化工自动化的重要意义是：加快生产速度，降低生产成本，提高产品数量和质量；降低劳动强度，改善劳动成本，改变劳动方式；确保生产安全。
6．图1-16 为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
答：PI-307：表示测量点在蒸汽加热器的一台压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07。
仪表安装在现场。
TRC-303：表示测量点在蒸汽加热器出料管线上的一台温度记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为03。
仪表安装在集中仪表盘面上。
FRC-305：表示测量点在蒸汽加热器进料管线上的一台流量记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为05。
仪表安装在集中仪表盘面上。
8．自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用?答：在自动控制系统中，测量变送装置用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号或电压、电流信号等）；控制器将测量变送装置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入（或流出）被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。
9．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量?答：被控对象——自动控制系统中，需要实现控制的设备、机械或生产过程等。
被控变量——被控对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的工艺参数（物理量）。
设定值——工艺规定被控变量所要保持的数值。
操纵变量——受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持一定数值的物料量或能量。
化工仪表及自动化课后答案第版厉玉鸣版本
P161. 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。
实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。
（3）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。
（4）能改变劳动方式，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。
2、化工自动化主要包括哪些内容？一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。
1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
化学工程0801化工仪表与自动化7.8习题解答
(4)系统对负荷改变时有一定的自适应能力。 串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用
强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。
13、【p167图7-23 a,b】确定两个系统中执行器的正、反作用及控制器
的正、反作用。（30分）
（a）为一加热器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能太低，
否则容易结晶。
（b）为一加热器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能过高，
否则容易分解
换热器 温度控制系统a
换热器 温度控制系统b
容易分解，所以平时加热剂阀门是关的，有信号时才开加热剂阀门。
答 ： 串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量，对主变量要求 较高，一般不允许有余差，所以主控制器一般选择比例积分控制规律， 当对象滞后较大时，也可引入适当的微分作用。
串级控制系统中对副变量的要求不严。在控制过程中，副变量是不 断跟随主控制器的输出变化而变化的，所以副控制器一般采用比例控制 规律就行了，必要时引入适当的积分作用，而微分作用一般是不需要 的。 16．什么是前馈控制系统?它有什么特点?
反应器温度控制系统 答：简单控制系统的典型方块图为：
对象 控制器
执行器
测量变送装置
干扰 被控变量 给定值 偏差
所谓简单控制系统，通常是指由一个被控对象、一个检测元件及 变送器、 一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统，因此 有时也称为单回路控制系统。
被控对象：反应器 被控变量：反应器内物料的温度 操纵变量：蒸汽流量
被控对象环节：T（温度）“+” 加热剂（操纵变量）增加时，物料温度（被控变量）也增 加 控制 器 环节：控制 阀 环节----受控对象环节---控制器环 节，这三个环节构 成的开环系统各环节静态放大系数极性（符号）相乘。 ★ 相乘必须为负的原则来确定控制器的正、反作用方式。 所以控制器选定方向：“—” [ ★ 正 → 正 → 负 同理：（b） 执行器：气开“+” 被控对象：T（温度下降）为“—” 控制器：选定方向“+” 14.【p167】图7-24为液体储糟，需要对液体加以自动控制。为安全起 见，储糟内液体严格禁止溢出。试确定控制阀的气开、气关型式和控制 器的正、反作用。 （1）选择流入量Qi为操纵变量； （2）选择流出量Qo为操纵变量；
化工仪表、自动化设备及控制系统的类型分类标准
化工仪表、自动化设备及控制系统的类型分类标准工业自动化仪表种类繁多，结构形式各异，根据不同的原则，可以进行相应的分类，化工仪表、自动化设备及控制系统可以按照能源形式、信号类型和结构形式来分类。
一、按仪表使用的能源分类可分为气动、电动、液动等几类。
气动仪表的发展和应用已有数十年的历史，20世纪40年代起就已广泛应用于工业生产。
它的特点是结构简单、性能稳定、可靠性高、价格便宜，能防火、防爆，且在本质上是安全防爆的，特别适用于石油、化工等有爆炸危险的场所。
但气动仪表一般反应速度慢，反应时间较长；传送距离受到限制，不宜实现远距离大范围的集中显示与控制；与计算机联用比较困难。
电动控制仪表的出现要晚些，但由于其信号传输、放大、变换处理比气动仪表容易得多，又便于实现远距离监视和操作。
还易于与计算机等现代化技术工具联用，因而这类仪表的应用更为广泛。
电动控制仪表的防爆问题，由于采取了安全火花防爆措施，也得到了很好的解决，它同样能应用于易燃易爆的危险场所。
电动仪表以电为能源，信号之间联系比较方便适宜于远距离传送，且方便与计算机联用。
20世纪90年代以来，气动仪表也可以做到防火、防爆，更有利于气动仪表的使用安全。
但电动仪表一般结构较复杂；易受温度、湿度、电磁性等环境影响。
工业上通常使用气动控制仪表和电动控制仪表。
液动仪表是按照仪表自身的能源来进行工作的仪表。
目前使用较少。
二、按信号类型分类可分为模拟式和数字式两大类。
模拟式控制仪表的传输信号通常为连续变化的模拟量。
这类仪表线路较简单，操作方便，价格较低，在中国已经历多次升级换代，在设计、制造、使用上均有较成熟的经验。
长期以来，它广泛地应用于各工业部门。
数字式控制仪表的传输信号通常为断续变化的数字量。
近20年来，随着微电子技术、计算机技术和网络通信技术的迅速发展，数字式控制仪表和新型计算机控制装置相继问世，并越来越多地应用于生产过程自动化中。
这些仪表和装置是以微型计算机为核心，其功能完善，性能优越，它能解决模拟式仪表难以解决的问题，满足现代化生产过程的高质量控制要求。
化工仪表及自动化(简单控制系统)全解
在精馏塔操作中，压力往往需要固定。只有将塔操 作在规定的压力下，才易于保证塔的分离纯度，保证 塔的效率和经济性。
在塔压固定的情况下，精馏塔各层塔板上的压力基 本上是不变的，这样各层塔板上的温度与组分之间就 有一定的单值对应关系。
所选变量有足够的灵敏度。
7
第二节 简单控制系统的设计
选择被控变量的原则 （1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反 映工艺操作状态，一般是工艺过程中较重要的变量。 （2）被控变量在工艺操作过程中经常要受到一些干扰 影响而变化。为维持其恒定，需要较频繁的调节。
反作用方向 当环节的输入增加时 ，输出减少的称
“反作用”方向。
29
第二节 简单控制系统的设计
测量元件及变送器 作用方向一般是“正”的。
执行器
作用方向取决于是气开阀还是气关阀。
被控对象 作用方向随具体对象的不同而各不相同。
控制器 当给定值不变，被控变量测量值增加时，控制
器的输出也增加，称为“正作用”方向，或者当测 量值不变，给定值减小时，控制器的输出增加的称 为“正作用”方向。反之，如果测量值增加时，控 制器的输出减小的称为“反作用”方向。
28
第二节 简单控制系统的设计
2.控制器正、反作用的确定
控制器的正反作用是关系到控制系统能否正常运 行与安全操作的重要问题。要通过改变控制器的正、 反作用，以保证整个控制系统是一个具有负反馈的闭 环系统。
作用的方向 输入变化后，输出的变化方向。
正作用方向 当某个环节的输入增加时，其输出也增加，
则称该环节为“正作用”方向。
17
第二节 简单控制系统的设计
三、测量元件特性的影响
测量、变送装置是控制系统中获取信息的装置，也是 系统进行控制的依据。要求它能正确地、及时地反映被控 变量的状况。 1.测量元件的时间常数
化工自动化仪表及控制系统智能化分析
化工自动化仪表及控制系统智能化分析摘要：近些年，随着社会经济快速发展，信息技术的发展促进了工业自动化水平的提高，在化工生产过程中应用了诸多仪表设备，这些仪表在生产过程各方面参数的计算与控制中发挥了重大作用，不仅能够提升化工生产效率，稳定生产过程，降低生产成本，还能最大化降低化工生产安全风险。
由此可见，将仪表设备和控制系统与网络技术结合起来，提升化工生产自动化、智能化水平尤为重要。
关键词：化工自动化仪表；控制系统；智能化引言在石油化工开采环节需要涉及到数量较多的仪表自动化设备，通过充分发挥出仪表自动化设备运行功能，能够切实提升石油开采全过程管控力度，增强实际开采环节的质量与效率。
在化工行业生产制造流程中往往会用到各种各样的化工仪表，为此便需要对化工仪表实行全方位的监测，结合科学合理的处理手段，避免形成风险隐患，降低安全事故发生的概率，为化工企业平稳、健康的发展打下扎实基础。
1石油化工仪表的自动化控制系统石化企业在发展过程中，通过不断对生产系统自动化过程控制技术的升级改造，从而带动相应的仪器设备系统的升级，有利于企业在生产过程中，控制其成本费用，提高生产系统安全稳定性。
采用计算机芯片技术，通过自动控制仪表，可以有效地防止人为操作造成的各种安全隐患。
以自动化仪表为基础的控制系统，其主要内容有3部分：首先，是集散控制体系。
由于石化企业生产过程中各单元分散布置比较多，所以其应用领域非常广泛。
随着科学技术水平的提高，集散控制系统在国内石油化工行业的应用也得到了持续的创新和提高。
比如在实际生产中，通过智能化的数字化控制可以极大地提高自动化程度。
同时，它还可以利用自己的设备，利用自己的优势，将各个独立的系统通过通讯协议高效地连接起来，而不会受到系统厂家和型号的限制。
通过这种连接可以使其各个系统的分散优点得到全面的发挥，从而大大地提升了它们的生产效率。
在连接后的分布式系统中，企业能够动态地对其整个生产过程进行动态控制，并能在生产中及时发现问题，做出相应的调整，从而极大地提高生产系统稳定性。
《化工过程自动化及仪表》教学大纲
课程代码： 080642022课程英文名称： Process automation and instrumentation课程总学时： 56 讲课： 48 实验： 8 上机： 0合用专业：安全工程专业大纲编写(修订)时间： 2022 年 7 月一、大纲使用说明(一)课程地位及教学目标本课程为安全工程专业的一门专业基础课，是安全工程师在生产的组织、管理、技术改造和技术革新中提供与电气工程师、自动化专业技术人员进行技术交流、技术协作的必要知识。
本课程注重学生实践能力的培养，注重学生工程思维能力的培养，使学生形成思维有序、有据，能够针对实际问题提出解决问题的合理、有效的方法。
(二)知识、能力及技能方面的基本要求针对教学的基本任务，该课程的知识体系应该环绕化工类专业实际工程需要所涉及的技术要求和技术难点为出发点。
本课程的知识体系应该由课堂教学、习题、实验环节组成。
在技能方面，通过本课程的学习，应具有分析基本电路的能力；会使用化工生产中的常用仪表；具有基本实际操作能力。
(三)实施说明教学过程中，即注重基本理论知识的传授，更应该注重学生能力的培养，因此，在理论教学时应该深入浅出，使学生充分、深入的理解理论知识，并以此为基础，结合化工专业的具体特点，加强理论知识的应用能力的培养。
本课程主要为加强学生的理论知识、提高学生的工程实践能力，因此，在教学过程中注意理论联系实际，通过理论—实践—理论—实践这样的过程，使学生充分理解本课程的主要理论，并能学以致用。
在具体的教学方法上，采用以讲授为主，讨论为辅的教学方法，注意培养学生的学习兴趣，使学生主动的去学习。
(四)对习题课、实验环节的要求本大纲以提高工程实践能力为教育目标而制定，所以对于化工专业而言，教师应该根据专业的具体要求掌握。
实验根据课程的教学进度不同而安排，具有系统性，能使学生逐渐加深对本课程的认识。
(五)对先修课的要求无。
(六)课程考核方式1.考核方式：考查2.考核目标：考核学生对化工过程中经典“四大控制”的控制原理、控制方式、控制品质等以及仪表的种类、性能指标、作用原理等内容的掌握与理解程度。
化工仪表及自动化期末复习
绪论1.化工自动化：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，使生产的不同程度上自动的进行,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.自动化目的:（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。
（2）减轻劳动强度,改善劳动条件。
（3）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。
（4）能根本上改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步的消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
第一章1。
化工生产过程自动化包括：自动检测、自动保护、自动操作、自动控制四个方面。
2.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、记录。
3.自动控制系统:对化工生产中的某些关键性参数进行自动控制，是他们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时,能自动的控制而回到规定的数值范围内.4。
自动控制系统的基本组成:被控对象、测量变送系统、控制器、执行器。
5。
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机器叫做被控对象,简称对象。
6.自动控制系统是一个具有被控变量负反馈的闭环系统。
被控变量不是被控对象。
7.反馈：把系统(或环节)的输出信息直接或经过一些环节重新返回到输入端的做法叫做反馈。
反馈的信号取负值就叫做负反馈。
8.自动控制系统按需要控制的被控变量的给定值是否变化和如何变化分:定值控制、随动控制和程序控制系统.9。
控制系统静态：当一个自动控制系统的输入和输出据恒定不变时，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入变送器、控制器、控制阀都不改变其原先的状态,他们的输出信号也都处于相对静止状态,即静态(被控变量不随时间而变化的平衡状态）。
10.控制系统动态:从干扰发生开始,经过控制,直到系统重新建立平衡，在这一段时间中,整个系统的各个环节和信号都处于变动状态之中，即动态（被控变量随时间而变化的不平衡状态）。
11。
化工仪表及自动化课后习题答案第四
第一章，自动控制系统1、化工自动化主要包括哪些内容。
自动检测，自动保护，自动操纵和自动控制等。
2、闭环控制系统与开环控制系统的区别。
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。
3、自动控制系统主要有哪些环节组成。
自动化装置及被控对象。
4、什么是负反馈，负反馈在自动控制系统中的意义。
这种把系统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做反馈，当反馈信号取负值时叫负反馈。
5、自动控制系统分类。
定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统6、自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有及影响因素。
最大偏差，衰减比，余差，过渡时间，振荡周期对象的性质，主要包括换热器的负荷大小，换热器的结构、尺寸、材质等，换热器内的换热情况、散热情况及结垢程度等。
7、什么是静态和动态。
当进入被控对象的量和流出对象的量相等时处于静态。
从干扰发生开始，经过控制，直到系统重新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和信号都处于变动状态之中，所以这种状态叫做动态。
第二章，过程特性及其数学模型1、什么是对象特征，为什么要研究它。
1/9对象输入量与输出量之间的关系系统的控制质量与组成系统的每一个环节的特性都有密切的关系。
特别是被控对象的特性对控制质量的影响很大。
2、建立对象的数学模型有哪两类机理建模：根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关的平衡方程，从而获取对象的数学模型。
实验建模：用实验的方法来研究对象的特性，对实验得到的数据或曲线再加以必要的数据处理，使之转化为描述对象特性的数学模型。
混合建模：将机理建模和实验建模结合起来的，先由机理分析的方法提供数学模型的结构形式，然后对其中某些未知的或不确定的参数利用实测的方法给予确定。
3、反映对象特性的参数有哪些。
各有什么物理意义。
它们对自动控制系统有什么影响。
放大系数K：对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。
对象的放大系数K越大，就表示对象的输入量有一定变化时对输出量的影响越大。
化工自动化及仪表之控制器概述
化工自动化及仪表之控制器概述引言化工自动化及仪表在化工工业中具有重要地位，控制器是其中的核心组件之一。
本文将对化工自动化及仪表之控制器进行概述，介绍其基本定义、分类、功能以及在化工领域中的应用。
定义控制器是一种可以控制设备、系统或过程的装置。
在化工自动化及仪表中，控制器主要用于控制化工过程中的各种参数，如温度、压力、液位等，以达到预定的目标。
分类控制器根据控制方式的不同可以分为以下几种类型：1.开环控制：开环控制器是最简单的控制器形式，它通过设定一个固定的控制信号来控制过程。
开环控制器没有反馈环路，无法对控制过程进行实时调整。
因此，在化工领域中，开环控制器的应用较为有限。
2.闭环控制：闭环控制器基于反馈原理，通过实时监测过程变量并与设定值进行比较，从而对控制信号进行实时调整。
闭环控制器可以提供更为精确的控制效果，并能够自动校正由于外界干扰或设备变化引起的偏差。
3.模糊控制：模糊控制器是一种基于模糊逻辑的控制方法，它模拟人类思维的模糊性，对输入变量进行模糊化处理，并通过规则库进行推理，最终得出控制信号。
模糊控制器适用于一些复杂的非线性系统，在化工领域中有着广泛的应用。
4.自适应控制：自适应控制器能够根据过程的变化自动调整控制参数，以提供更好的控制效果。
它通常基于模型预测控制或神经网络控制的原理，能够适应系统动态特性的变化，对于一些非线性、强耦合的化工过程具有较好的控制效果。
功能控制器在化工自动化及仪表中具有以下几个主要功能：1.调节功能：控制器能够根据设定值和实际值之间的差异来调整控制信号，以使实际值逐渐趋近于设定值。
通过不断的调整，控制器可以控制过程参数在一定范围内稳定工作。
2.保护功能：控制器能够监测过程中的异常情况，并采取相应的措施保护设备和系统的安全。
例如，当温度超过设定范围时，控制器可以自动切断加热源，以防止设备因温度过高而受损。
3.优化功能：控制器能够通过自动调节控制参数来优化系统的运行效率。
第六章化工仪表及自动化-
目录
➢ 简单控制系统的结构与组成 ➢ 被控变量的选择 ➢ 操纵变量的选择 ➢ 测量元件特性对控制系统的影响 ➢ 控制器控制规律的选择 ➢ 控制器参数的工程整定
第一节 简单控制系统的结构与组成
•又称单回路反馈控制系统； •由一个被控对象、一个测量变送器、一个控制器 和一个执行器组成； •利用反馈闭环进行控制的系统； •其组成方框图为：
测量滞后包括测量环节的容量滞后和信号测 量过程的纯滞后。 1.测量环节容量滞后（时间常数）
测量元件，特别是测温元件，存在热阻和热 容，自身具有一定的时间常数，因而造成测量 滞后。
测量元件时间常数的影响
• 测量元件时间常数越大，上述现象越显著。 导致控制系统不能发挥正确的校正作用， 控制质量达不要求。
别组成控制系统时，则很容易产生系统间的相互关 联现象。
➢ 在精馏操作中，塔顶和塔底的产品纯度存 在关联。 ➢若以两个简单控制系统分别控制塔顶、塔 底温度，势必造成相互干扰，使两个系统都 不能正常工作。 ➢ 采用简单控制系统时，通常只能保证塔顶 或塔底一端的产品质量。 ➢ 如果工艺要求塔顶和塔底产品纯度都要保 正，则通常需要组成复杂控制系统，增加解 耦装置、解决相互关联问题。
要求：T0适当小些，使反应灵敏，控制及时、 减小稳定过渡时间，提高控制质量。
例如，对于提馏段温度的控制。
不同时间常数的影响
y
A
T1
T2
C
D
E
A、B是被控制变量在单位
阶跃干扰作用下系统无
B
校正作用时的响应曲线。
E表示控制器的校正作用
C、D分别表示被控变量
t
在干扰与校正作用同时
作用下的变化曲线。
假设控制与干扰通道时间常数相同
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例如，在精馏过程中，要求产品达到规定的纯度。
理论上讲，塔顶馏出物或塔底残液的浓度应该选作为被
控变量。但由于缺乏直接测量产品浓度的工具，而且滞
后时间较大，因此，常用塔顶、塔底或塔中某点的温度
代替浓度作为被控变量。
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(2) 必须确定表征生产过程的独立变量数目 根据物理化学中的相律关系进行判定。例如，确定
扰动通道的放大系数越小，表示在同样阶跃扰动 Δƒ作用下，扰动被大大削弱，对被控变量的影响越小； 扰动通道的时间常数越大，相当于对扰动起到了一个滤 波作用，则控制系统的品质指标越好。纯滞后对于扰动
通道，相当于使扰动隔一段时间τo后再进入被控过程， 结果只是使调节过程推迟一段时间τo后再开始，而不影
响调节过程的品质。
大，过渡过程的余差也小，控制精度可得到提高。但是
K0过大，控制作用过于灵敏，易使调节过头，引起振荡。
因此，在工艺条件允许的情况下应选择控制通道放大系
数K0较大的作为操纵变量。
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B 时间常数T0的影响 控制通道时间常数T0越大，反应速度越慢，被控
变量变化越缓和，过渡过程较稳定；但控制作用不及时， 过渡过程的最大偏差加大，过渡时间加长，使控制质量
饱和蒸汽的温度和压力是否都是独立变量，可由下式求 得：
F=C-P+2 式中，F为独立变量数目，C为组分数，P为相数。 饱和蒸汽：实际上存在着气、液两相，从而：
F＝1-2十2＝1 上式表明，只要选取蒸汽温度或蒸汽压力就可以了。 一般以选取蒸汽压力为宜，因为压力测量元件的时间常 数小。 如果不遵循这个原则，设计出既有温度又有压力作 为被控变量的控制方案，则这种控制系统将是无法投运 的。
7.2.1 被控变量的选择 通过对过程分析，找出对产品产量、质量以及安
全生产和节能等方面具有决定性作用，而且是直接可测 量或通过间接计算可得到的变量作为被控变量。
选择原则： (1) 必须选择表征生产过程的质量指标作为被变量
按质量指标进行直接控制并不多见。一般是采用温
度、压力等作为间接指标。间接指标与质量指标之间必 须具有单值对应关系和足够大小的测量信号。
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7.1 过程控制系统设计的主要内容 7.1.1 过程分析
过程控制系统包括被控过程和控制仪表两 部分。
被控过程是由工艺要求决定的，因此，要 进行过程特性分析，明确：
被控变量 操纵变量 主要扰动
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7.1.2 过程控制系统设计的主要内容 A 控制方案的设计 控制方案包括带控制点的工艺流程图、设计说明 书等。 带控制点的工艺流程图是用自控字母和图形符号 在工艺流程图上描述生产过程控制系统的图纸文件。它 反映出被控变量、测量点的位置、控制手段的实现方法， 以及各个控制系统相互之间的关系。图纸上自控字母和 图形符号都要符合一定的设计规范。
变差。相反，时间常数T0较小时，反映灵敏，调节及时， 过渡时间短。但当T0太小时，容易引起调节作用过于频 繁而造成调节过程振荡，稳定性变差。因此，在T0太大
或太小的情况下，都比较难以控制，控制系统一般希望
控制通道的时间常数T0大小适当。
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C 纯滞后τ0的影响
控制通道纯滞后的存在，使控制作用落后于被控 变量的变化，容易引起超调和振荡，使被控变量的最大 偏差增大，过渡时间拉长，控制质量变差。 D 扰动通道
这种关联会使控制系统无法运行。
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7.2.2 操纵变量的选择
扰动作用和控制作用都施加于被控过程，它们对被
控变量的影响都与过程特性有着密切的关系。因此，在 选择操纵变量时，要认真分析过程特性。
A 放大系数K0的影响
在选择操纵变量时，一般是希望控制通道的放大系
统数K0要大一些。因为K0大，表示操纵变量对被控变量 的影响大，控制作用灵敏，抑制扰动能力强；同时，K0
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过热蒸汽：由于蒸汽在过热状态下只存在一个气 相，则：
F=C（组分数）-P（相数）+2=1-1十2＝2 在这种情况下，把压力和温度都选作为被控变量则 是完全必要的。
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(3)必须注意控制系统之间的相互关联问题 当一个过程具有两个以上的独立变量，且又分别
组成控制系统，则容易产生系统间的相互关联。如， 流体输送中的流量与压力控制系统，它们之间就存在
着较严重的相互关联。若因扰动导致压力p1升高，PC 将控制阀A开大，加大回流量q1，与此同时，由于p1升 高，在阀B开度不变的情况下，将使q2增大，为此FC 将使阀B关小。但是q2的减小，进一步加剧了p1的上升。
C 工程安装和仪表调校 仪表和电气装置的安装、信号线路的连接必须
正确，这是保证控制系统正常运行的前提。系统安 装完成后，还必须对每台仪表进行单独校验，对每 个控制回路进行联动校验。
D 调节器参数工程整定 必须将调节器参数整定合适，保证系统运行在
最佳状态。
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7.2 简单控制系统的设计
化工自动化及仪表-7简 单控制系统
2020/11/12
化工自动化及仪表7简单控制系统
简单控制系统又称单回路反馈控制系统。由 一个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和 一个执行器所组成，对一个被控变量进行控制的 单回路反馈闭环控制系统。
简单控制系统是实现生产过程自动化的基本 单元，其结构简单、投资少、易于调整和投运， 能满足一般工业生产过程的控制要求。尤其适用 于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化 比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。
化工自动化及仪表7简单控制系统
讨论：假设控制系统的被控过程由三个独立的单容 量环节GP1、GP2、GP3串联组成，扰动分别从三个不同 的位置进入系统。显然从扰动Fl到被控变量C通道的时 间常数个数最多，因而对扰动Fl的滤波效果最好，即对 被控变量的影响最小，F2次之，而F3的影响最大。
初步设计说明书包括设计指导思想、工艺流程和环 境特征、自动化水平和控制方案的确定、安全技术措施 等内容。
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B 工程设计 它包括仪表选型、控制室(和仪表盘设计)、仪表
供电气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。 工程设计要提交自控设备汇总表、电气设备材
料表，以及仪表、电气设备接线图等详细资料。