化工过程控制.ppt

自动控制是在人工控制的基础上发展而来的，由检测仪表、计算机
装置、自控阀门组成的自动控制系统分别代替人的眼睛观察、大脑判断 决策、手动操作。
计算机自动控制系统示意图
化工过程（或化工设备） （物理量）
一次仪表
二次仪表 （变送器）
4～20mA 0～5V
计算机控制装置
执行机构 （自控阀门）
仪表（一次和二次仪表） 计算机主机（硬件、软件）
加热蒸汽
冷流股
换热器 冷 凝 水
TI C
热流股
要求：热流股温度控制在80±1℃
加热蒸汽
冷流股
换热器
TI C
热流股
冷 凝 水
1、被控对象（被控过程、被控设备）
定义：需要实现自动控制的生产流程（过程）或设备。
上述例子中，被控对象就是换热器。 2、被控变量（被控参数）
定义：被控对象中需要保持规定数值的物理量。 上述例子中，热流股的温度。
控制要求
为了达到设计的各项要求，必基本要求：
❖ 抑止外部扰动的影响 ❖ 使过程在优化的工况下操作
控制要求
为了达到设计的各项要求，必须对生产装置进行连续的监 视和控制。控制系统应满足两项基本要求： ❖ 抑止外部扰动的影响 扰动—外界因素变化如原料和公用工程流量、温度和压力 的波动对系统的影响。
I——指示 J——记录 L——联锁
C——控制 X——信号 A——报警
Q——累积 T——调节 R——人工遥控
例如：
FIC表示将位号为101的流量信号引入计算机自控系统，显示并控制该值。
101
TI 表示在设备附近就地加装仪表显示温度101，而不引入计算机自控系统。
101
8.1 化工流程自控控制的一些基本概念 一、自动控制术语
加热蒸汽
冷流股
换热器
TI C
热流股
冷 凝 水 5、设定值与控制精度 设定值－－－被控变量的工艺规定值。 （注意：对开环控制系统，控制变量也可以有设定值。）
控制精度－－－设定值允许的波动范围。
上述例子中，热流股的温度要求控制在80±1℃。 80℃就是被控变量的设定值， ±1℃就是对热流股温度的控制精度要求。
化工流程的自动控制
仪表和计算机自动控制系统在化工过程中发挥着重要作用。强化化工流 程的自动控制，是化工生产过程的发展趋势和方向。
化工流程自动化控制的优点： ①、提高关键工艺参数的操作精度，从而提高产品质量或收率； ②、保证化工流程安全、稳定的运行； ③、对间歇过程，还可减少批间差异，保证产品质量的稳定性和重复性； ④、降低工人的劳动强度，减少人为因素对化工生产过程的影响；
“CAC”－－－Computer Aided Control “CAO”－－－Computer Aided Operation
化工流程中经常需要控制的部分工艺变量（参数）： 温度 压力 流量 液位 搅拌转速 PH值 浊度、粘度、各种组份浓度
对一个化工流程进行控制
人工控制 仪表和计算机控制（自动控制）
化工流程的控制系统类型，绝大多数为闭合控制系统。
关于化工流程控制回路的控制算法（控制器算法）
◆普通固定PID算法； ◆自校正PID算法； ◆自适应控制算法； ◆自校正控制算法； ◆模糊（FUZZY）控制算法； ◆专家控制系统算法； ◆ ……
在化工流程的实际控制中，经常遇到一些干扰变量多、大滞后等问题， 对控制回路的控制算法提出了挑战。
偏差在控制精度以内－－－控制有效（成功控制），如80.9 ℃ 偏差在控制精度以外－－－控制失控，如81.2 ℃
控制失效的原因有多种。
二、控制系统类型
开环控制系统
计算机自动控制系统 1、开环控制系统
闭环控制系统
人工预先给定蒸汽流量值 计算机控制装置
加热蒸汽
冷流股
换热器
TI
热流股
冷 凝 水
FI
冷流股
干扰不可避免
过程变量 x，如温度、压力、流量、浓度等，在受到外部 因素影响时，可能有两种变化： （1）稳定系统——在开始时受到外界的影响而波动，但 随时间的变化，x 无需外界干预就能稳定，即不需要利用 控制机构就能回复到初值。
变 量
时间
稳定系统的响应特性
过程变量 x，如温度、压力、流量、浓度等，在受到外部 因素影响时，可能有两种变化： （1）稳定系统——在开始时受到外界的影响而波动，但 随时间的变化，x 无需外界干预就能稳定，即不需要利用 控制机构就能回复到初值。 （2）不稳定系统——受到外界的影响不能随着时间的变 化恢复原状。
对连续过程，设定值是一个定值
温度（℃）
80 时间
对间歇过程，设定值也可以是一个随时间而变的曲线（时变曲线） 温度（℃）
时间
加热蒸汽
冷流股
换热器
TI C
热流股
冷 凝 水 6、控制偏差 控制偏差－－－被控变量的设定值与其实际测量值之差。
上述例子中，热流股的温度要求控制在80±1℃。 如果实际检测为80.6℃，那么 0.6 ℃就是控制偏差。
而开环控制系统是按照控制变量本身的设定值或干扰变量的大小去操纵（影 响）控制变量。
②、闭环控制系统在被控变量 的回路。
控制装置
控制变量之间形成了相互影响
即：控制变量可以改变到被控变量，反过来，被控变量的信息有可以指导控 制变量的调节。
而开环控制系统不存在此相互影响的回路。
③、闭环控制系统必须有被控变量的检测，而开环控制系统可以没有被控变量的 检测。
加热蒸汽
冷流股
换热器
TI C
热流股
冷 凝 水 3、控制变量（操纵变量）
定义：受执行装置（自控阀门）操纵，用来使被控变量保持在设定值 的某个物理量。
上述例子中，加热蒸汽的流量。
4、干扰变量（扰动变量）
定义：除控制变量以外，作用于被控对象，并可能引起被控变量发生 变化的一些物理量。
上述例子中，加热蒸汽的压力（温度）、冷流股的流量及温度。
计算机自动控制系统
计算机控制装置
A/D、D/A（模入、模出）
动作机构（自控阀门）
控制软件（平台软件及二次 开发的控制应用软件）
化工流程自控仪表的一些图形符号：
自控参量代号：
T——温度 L——物位 A——分析
F——流量 C——浓度 V——黏度
P——压力或真空度 pH——氢离子浓度 M——搅拌转速
自控功能代号：
换热器 冷 凝 水
加热蒸汽
TI
热流股
2、闭环控制系统
加热蒸汽
冷流股
换热器 冷 凝 水
TI C
热流股
闭环控制系统作用原理：
通过被控变量的检测值与其设定值的偏差（包括偏差正负方向）， 反过来通过计算机控制装置对控制变量进行操纵调节。
开环控制系统与闭环控制系统的几点显著区别：
①、闭环控制系统是按被控变量的检测值与其设定值的偏差去操纵（影响）控制 变量；