化工仪表及自动化第1章(第五版)厉玉鸣

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备注
集中仪表 盘后安装 仪表
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集中仪 表盘面 安装仪 表 就地仪 表盘面 安装仪 表
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就地仪表 盘面安装 仪表
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工艺管道及控制流程图
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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。
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）。
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第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
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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。
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
图1-7 自动操纵系统方框图
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第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
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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。
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。
图1-11 复式仪表的表示法
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工艺管道及控制流程图
（2）字母代号
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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。
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表1-2 被测变量和仪表功能的字母代号
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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）
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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。
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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
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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。
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第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
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2.管道及仪表流程图
管道及仪表流程图（P＆ID Piping and Instrumention diagram）是自控设计的文字代号、图形符号在工艺流程 图上描述生产过程控制的原理图，是控制系统设计、施工 中采用的一种图示形式。管道及仪表流程图在工艺流程图 的基础上，按其流程顺序，标出相应的测量点、控制点、 控制系统及自动信号与连锁保护系统等。在控制方案确定 以后，由工艺人员和自控人员共同研究绘制。
其中第三种分类方法最普遍
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第三节 自动控制系统的分类
1.定值控制方法
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“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） 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。
图1-2 液位人工控制 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表示形式
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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
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第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
字母
A C D E F I K L M P Q R S T V W Y Z
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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
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第三节 自动控制系统的分类
几种分类方法
按被控变量来分类，如温度、压力等控制系统；
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按控制器具有的控制规律来分类，如比例、比例积分、 比例微分、比例积分微分等控制系统； 将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变量的给定 值是否变化和如何变化来分类，这样可将自动控制系 统分为三类，即定值控制系统、随动控制系统和程序 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。
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第二节 自动控制系统的基本组成及 表示形式
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第二节 自动控制系统的基本组成及 表示形式
（3）仪表位号
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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。
图1-6 蒸汽加热器温度控制系统 这个控制系统同样可 以用上页中的方框图 表示
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第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
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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， 并不代表方框之间的物料联系。方框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，而方框图上的线条及箭头方向有时并不与流体流向 相一致。
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二、自动控制的表示形式
1.方框图
在研究自动控制系统时，为了便于对系统分析研究，一 般都用方框图来表示控制系统的组成。
带有输入输出信号的方框
比较点
分支点
图1.4 方框的组成单元示意图
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第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
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自动控制系统是一个闭环系统
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第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
小结
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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。
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图1-9 测试点的一般表示方法
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第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
②连接线
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通用的仪表信号线均以细实线表示。连接线表示交叉 及相接时，采用下图的形式。必要时也可用加箭头的方 式表示信号的方向。在需要时，信号线也可按气信号、 电信号、导压毛细管等采用不同的表示方式以示区别。
投入运行或自动停车。 自动控制系统能自动地控制而回到规定的数值范围 断某些通路，必要时紧急停车，以防止事故的发生 图1-1 热交换器自动检测系统示意图 内。 和扩大。它是生产过程中的一种安全装置。
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第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
一、自动控制系统的基本组成
人工操作与自动控制比较图
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液位自动控制的方框图
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方框图中， 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1-5液位自动控制系统方框图
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
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第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
举例
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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。
图1-10 联系线的表示法
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工艺管道及控制流程图
③仪表（包括检测、显示、控制）的图形符号
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仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约10mm，对于 不同的仪表安装位臵的图形符号如下表所示。
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工艺管道及控制流程图
表1-1 仪表安装位置的图形符号表示 序 号 1 安装位 置 就地安 装仪表 嵌在管道 中 图形符号 备注 序 号 4 安装位置 图形符 号
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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表示形式
自动控制系统的基本组成 自动控制系统的表示形式
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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
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第一节 化工自动化的主要内容
1. 自动检测系统
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2. 自动信号和联锁保护系统 3. 自动操纵及自动开停车系统
利用各种检测仪表对主要工艺参 当工艺参数超过了允许范围，在事故即将发生以前， 数进行测量、指示或记录的，称 自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对 信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注 为自动检测系统。它代替了操作 4. 自动控制系统 生产设备进行某种周期性操作。自动开停车系统 人员对工艺参数的不断观察与记 意，并及时采取措施。如工况已到达危险状态时， 录，起到人的眼睛的作用。 可以按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地 在受到外界干扰（扰动）的影响而偏离正常状态时， 联锁系统立即自动采取紧急措施，打开安全阀或切
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第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
其他控制系统
用同一种形式地方框图可以代表不同的控制系统
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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。
二、自动控制的表示形式
下页图为液位自动控制系统地方框图每个环节表示组成 系统的一个部分，称为“环节”。两个方框之间用一条 带有箭头的线条表示其信号的相互关系，箭头指向方框 表示为这个环节的输入，箭头离开方框表示为这个环节 的输出。线旁的字母表示相互间的作用信号。
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第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
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举例
左图是乙烯生产过 程中脱乙烷塔的工 艺管道及控制流程 图
图1-8脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例
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第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
（1）图形符号
①测量点（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。