化工仪表第6章简单控制系统.ppt
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课件：化工仪表自动化第6章 自动控制系统的基本概念
置外，还必须具有控制装置所控制和操纵的对象即生产设备。 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 器叫做被控对象，简称对象。
化工工艺控制流程图
PID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）。
自动控制系统的组成
在自动控制系统的组成中,除必须具有前面所述的自动
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、
机器、一段管道或设备的一部分叫做被控对象,简称对象。
6
自动控制系统的组成
测量元件与变送器 是基于负反馈原理的，包括测
量、放大和反馈三部分。其作用是将检测元件的 输出信号转换成统一标准信号，送到显示仪表或 控制装置进行显示、记录或控制 由于变量种类多，因此，变送器的类型也较多 温度变送器 压力变送器 液位变送器 流量变送器
各系统间的相互关系
自动检测系统只能完成“了解”生产过程进行 情况的任务；
自动信号联锁保护系统只能在工艺条件进入某 种极限状态时采取安全措施以免发生生产事故；
自动操纵系统只能按照预先规定好的步骤进行 某种周期性操作；
只有自动控制系统才能自动地排除各种干扰因 素对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先 规定的数值上，保证生产维持在正常或最佳的 工艺操作状态。所以，自动控制系统是自动化 生产中的核心部分。
自动报警联锁保护系统的组成
3.自动操纵及自动开停车系统
自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产 设备进行某种周期性操作。
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。
化工工艺控制流程图
PID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）。
自动控制系统的组成
在自动控制系统的组成中,除必须具有前面所述的自动
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、
机器、一段管道或设备的一部分叫做被控对象,简称对象。
6
自动控制系统的组成
测量元件与变送器 是基于负反馈原理的，包括测
量、放大和反馈三部分。其作用是将检测元件的 输出信号转换成统一标准信号，送到显示仪表或 控制装置进行显示、记录或控制 由于变量种类多，因此，变送器的类型也较多 温度变送器 压力变送器 液位变送器 流量变送器
各系统间的相互关系
自动检测系统只能完成“了解”生产过程进行 情况的任务；
自动信号联锁保护系统只能在工艺条件进入某 种极限状态时采取安全措施以免发生生产事故；
自动操纵系统只能按照预先规定好的步骤进行 某种周期性操作；
只有自动控制系统才能自动地排除各种干扰因 素对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先 规定的数值上，保证生产维持在正常或最佳的 工艺操作状态。所以，自动控制系统是自动化 生产中的核心部分。
自动报警联锁保护系统的组成
3.自动操纵及自动开停车系统
自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产 设备进行某种周期性操作。
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。
化工仪表与自动控制系统(化工仪表与自动控制课件)
其它？
一
情景导入
课
程
二
课程内容
安
排
三
课程总结
一
静态动态
课
程
二
过渡过程
内
容
三
品质指标
1.静态与动态
H
H
动态——被控变量随时间变化的 不平衡状态 。
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）。
一
静态动态
课
程
二
过渡过程
内
容
三
品质指标
2.过渡过程
给定值 控制器
-
执行器
测量、变送
内
容
三
工作过程
3.工作过程
当受到外界干扰引 起槽内液位的波动， 经过自动化装置测 量、运算和执行， 使液位回到规定的 数值范围内。
一
情景导入
课
程
二
课程内容
内
容
三
课程总结
3.课程总结
1.手动控制液位的过程。 2.自动控制的组成和工作过程。
这么 神奇？
一
情景导入
课
程
二
课程内容
安
排
三
课程总结
一
干扰
被控变量 对象
图1 控制系统方块图
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
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。
图2 阶跃干扰作用
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。
化工仪表及自动化ppt课件
控制系统实施
选用适当的控制器和执行器，搭建液位控制系统，并进行调试和优 化。
06
化工仪表及自动化
的未来发展趋势
化工仪表及自动化的技术发展趋势
智能化
随着人工智能和机器学习技术的发展，化工仪表将实现更高程度的智 能化，包括自适应控制、智能故障诊断和预测性维护等功能。
高精度化
化工生产对仪表的测量精度要求越来越高，未来化工仪表将实现更高 精度的测量，以满足生产过程中的严苛要求。
化工仪表的选型与
安装
化工仪表的选型原则与方法
满足工艺要求
根据工艺流程、介质特性、测量范围等选择合适的仪表类型。
可靠性
选择经过长期实践验证、技术成熟、性能稳定的仪表。
化工仪表的选型原则与方法
化工仪表的选型原则与方法
01
选型方法
02
了解工艺流程和介质特性，确定测量需求 和测量范围。
03
收集各种类型仪表的性能参数、价格等信 息，进行对比分析。
压力传感器选择
01
根据测量范围和精度要求，选择合适的压力传感器，如压电传
感器、应变片等。
控制策略设计
02
根据工艺要求，设计合理的控制策略，如PID控制、自适应控制
等。
控制系统实施
03
选用适当的控制器和执行器，搭建压力控制系统，并进行调试
和优化。
案例三：流量控制系统的设计与实施
流量计选择
根据测量介质和流量范围，选择合适的流量计， 如涡街流量计、电磁流量计等。
化工仪表在工业生产中的重要性
01
02
03
04
保障生产安全
通过实时监测和报警，避免生 产过程中的危险情况。
提高生产效率
选用适当的控制器和执行器，搭建液位控制系统，并进行调试和优 化。
06
化工仪表及自动化
的未来发展趋势
化工仪表及自动化的技术发展趋势
智能化
随着人工智能和机器学习技术的发展，化工仪表将实现更高程度的智 能化，包括自适应控制、智能故障诊断和预测性维护等功能。
高精度化
化工生产对仪表的测量精度要求越来越高，未来化工仪表将实现更高 精度的测量，以满足生产过程中的严苛要求。
化工仪表的选型与
安装
化工仪表的选型原则与方法
满足工艺要求
根据工艺流程、介质特性、测量范围等选择合适的仪表类型。
可靠性
选择经过长期实践验证、技术成熟、性能稳定的仪表。
化工仪表的选型原则与方法
化工仪表的选型原则与方法
01
选型方法
02
了解工艺流程和介质特性，确定测量需求 和测量范围。
03
收集各种类型仪表的性能参数、价格等信 息，进行对比分析。
压力传感器选择
01
根据测量范围和精度要求，选择合适的压力传感器，如压电传
感器、应变片等。
控制策略设计
02
根据工艺要求，设计合理的控制策略，如PID控制、自适应控制
等。
控制系统实施
03
选用适当的控制器和执行器，搭建压力控制系统，并进行调试
和优化。
案例三：流量控制系统的设计与实施
流量计选择
根据测量介质和流量范围，选择合适的流量计， 如涡街流量计、电磁流量计等。
化工仪表在工业生产中的重要性
01
02
03
04
保障生产安全
通过实时监测和报警，避免生 产过程中的危险情况。
提高生产效率
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
化工仪表培训课程PPT(共 36张)
(2) 现场校验：安装完毕投运之前，必须对检测元件、 变送器、调节器、显示仪表和调节阀等进行现场校验。 校验仪表的零点、工作点、满刻度，校验记录调节仪 的指示值和控制点偏差等等。
(3) 检查调节器的内外设定、正反作用方向及调节阀 的气开、气关形式： 调节器的内外设定位置、正反作 用方向和调节阀的气开、气关形式是关系到控制系统 能否正常运行和安全操作的重要问题，投运前必须仔 细检查。
结论：扰动离被控变量越近，离调节阀越远，则对 被控变量的影响越大。
综上所述，设计控制系统时，操纵变量选择的原则是：
(1) 操纵变量应是控制通道放大系数K0较大者。
(2) 应使扰动通道的时间常数越大越好，而控制通 道的时间常数适当小一些。
(3) 控制通道纯滞后时间越小越好，并尽量使扰动 远离被控变量而靠近调节阀。
如控制精馏塔进料的调节阀就常采用气开式，一旦 调节阀失去能源即处于关闭状态，不再给塔进料，以免造 成浪费。
7.2.5.3 调节阀流量特性的选择
阀的工作特性应根据过程特性来选择，其
目的是使广义过程特性为线性。
通常，根据工艺配管情况确定配管系数S
（Δpv/Δp ）值后，可以从所选的工作特性出
发，确定理想特性。当S＝0.6~1时，理想特性 与工作恃性几乎相同；当S＝0.3~0.6时，无论 是线性或对数工作特性，都应选对数的理想特 性；当S<0.3时，一般不适宜控制。
的上升。这样的两个控制系统都无法运行。
7.2.2 操纵变量的选择 选定了操纵变量，实际上就确定了控制通道。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
化工仪表第6章简单控制系统
化工仪表第6章简单控制系统
目录
• 简单控制系统概述 • 控制器与执行器 • 控制阀与控制方式 • 控制系统设计与实施 • 简单控制系统的应用实例 • 简单控制系统的未来发展与挑战
01 简单控制系统概述
定义与特点
定义
简单控制系统是由一个或多个控 制回路组成的控制系统，用于保 持被控变量的稳定。
特点
定义
01
执行器是简单控制系统中接收控制信号并驱动被控对象工作的
元件。
类型
02
执行器分为气动执行器和电动执行器两类，根据被控对象的性
质和工艺要求选择合适的类型。
维护与保养
03
执行器在使用过程中需要进行定期维护和保养，以确保其正常
工作并延长使用寿命。
控制器与执行器的选择与校验
选择原则
根据工艺要求、控制精度、安全可靠性等因素选择合适的控制器 和执行器。
结构简单，易于实现，在工业生 产中应用广泛。
简单控制系统的组成
被控对象
需要控制的设备或工艺过程。
测量元件
用于检测被控变量的变化。
控制阀
用于调节进入被控对象的控制 流量或控制压力。
控制器
用于接收测量元件的信号，并根据 设定值与实际值的偏差来控制控制 阀的开度，以调节被控变量的值。
简单控制系统的基本原理
新技术与新材料的引入
引入新型传感器和执行器
随着科技的发展，新型传感器和执行器不断涌现，能够提高控制 系统的精度和可靠性。
引入新材料
新材料的应用可以提高控制系统的耐腐蚀、耐高温等性能，扩展其 应用范围。
引入新技术
如人工智能、物联网等新兴技术，可以提升简单控制系统的智能化 和远程控制能力。
智能化与自动化的发展趋势
目录
• 简单控制系统概述 • 控制器与执行器 • 控制阀与控制方式 • 控制系统设计与实施 • 简单控制系统的应用实例 • 简单控制系统的未来发展与挑战
01 简单控制系统概述
定义与特点
定义
简单控制系统是由一个或多个控 制回路组成的控制系统，用于保 持被控变量的稳定。
特点
定义
01
执行器是简单控制系统中接收控制信号并驱动被控对象工作的
元件。
类型
02
执行器分为气动执行器和电动执行器两类，根据被控对象的性
质和工艺要求选择合适的类型。
维护与保养
03
执行器在使用过程中需要进行定期维护和保养，以确保其正常
工作并延长使用寿命。
控制器与执行器的选择与校验
选择原则
根据工艺要求、控制精度、安全可靠性等因素选择合适的控制器 和执行器。
结构简单，易于实现，在工业生 产中应用广泛。
简单控制系统的组成
被控对象
需要控制的设备或工艺过程。
测量元件
用于检测被控变量的变化。
控制阀
用于调节进入被控对象的控制 流量或控制压力。
控制器
用于接收测量元件的信号，并根据 设定值与实际值的偏差来控制控制 阀的开度，以调节被控变量的值。
简单控制系统的基本原理
新技术与新材料的引入
引入新型传感器和执行器
随着科技的发展，新型传感器和执行器不断涌现，能够提高控制 系统的精度和可靠性。
引入新材料
新材料的应用可以提高控制系统的耐腐蚀、耐高温等性能，扩展其 应用范围。
引入新技术
如人工智能、物联网等新兴技术，可以提升简单控制系统的智能化 和远程控制能力。
智能化与自动化的发展趋势
化工仪表及自动化--自动控制系统基本概念 ppt课件
录，起到在联人受按锁的到照眼系外预睛统界的先立作干规即用扰定自。（好动扰的采动步取）骤紧的，急影将措响生施而产，偏过打离程开正自安常动全状地阀态投或时入切，运 自内断和动。行某扩控或些大制自通。系动路它统停，是能车必 生自。要产动时过地紧程控急中制图停的而1车一-回1，种热到以安交规防全换定器止装的自事置数动故。检值的测范发系围统生示意图
图1-11 复式仪表的表示法
39
工艺管道及控制流程图
（2）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
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
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
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。 自动控制系统是一个闭环系统
9
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
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。
5
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
二、自动控制的表示形式
图1-11 复式仪表的表示法
39
工艺管道及控制流程图
（2）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
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
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
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。 自动控制系统是一个闭环系统
9
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
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。
5
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
二、自动控制的表示形式
化工装置仪表及控制系统简介59页PPT
END
化工装置仪表及控制系统简介
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我若Βιβλιοθήκη 浮烟。9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
化工自动化及仪表 6
(u max - u min)为控制器输出信号的变化范围。 比例度δ可理解为：要使输出信号作全范围变化， 输入信号必须改变全量程的百分之几。
因为控制器的输入和输出都是标准统一信号，比
((C32))如比比果例例δ度较作小用δ，越及则比大振例，荡度过频δ渡率对过提系高程统，曲过因渡线此过越把程平被的稳控影；变响量随拉着回比到 例设定度值在δ所闭的需环减的运小时行，间下就系比短统例。的度振δ 荡对程系度统加过 渡剧过，程衰的减影比响减由 小较图大，可、一稳见时般定：滞而程较言度小，降的在低情广况。义下过当，程比调的例节放度器大δ的系继比数续例较减度小小可、到选时得某间小常一些数数， 值以提时(高1，) 系在系统扰统的动将灵及出敏设现度定；等值反幅变之振化，荡时必，有须这余适差时当存加的大在比调。例节比度器例称的控为比制例
临度系，界统以比的增例余加度差系δ是统k由，的比稳当例定比调性例节。度通器小常的于要特临求性衰界所减决比比定例在的度4。δ:1k比时~ 例1，0度:1 系的δ范统越围将小内发，。散比例振作荡用。越强，控制系统的余差也越小。
在基本控制规律中，比例作用是最基本、最主 要、也是应用最普遍的控制规律，它能较为迅速地克 服扰动的影响，使系统很快地稳定下来。
控制器的基本控制规律有比例、积分和微分三种。
基本控制规律的不同组合，适用于不同特性的生产工艺过程。若对控制器的控制规律选用不当，就不能满足生 产工艺要求，甚至造成严重的生产事故。因此，必须了解控制器的基本控制规律及其适用条件，根据生产工艺对控 制系统控制指标的各种要求，选用合适的控制器控制规律。
((3124)))由有若为6于了人正.1温消这常度除控样情过余制做 况程差器， 下的，的容发，有量基人现温滞这本温度后样控度为较做一8制大：5℃低，规把当，于阀律出门阀85现开门℃偏启，开差数就度时圈把是，后其蒸 三，数不汽 圈值断阀 。己观门 有较察全 人大测， 开度量门下这低y与量阀或与为阀化)仿 反 从/值 门 关 偏此 门 速5，只一全降样偏5℃积由， 关 闭 差、应外微， 的 度比一有定关，做差控就人积分若小的成分有圈成总温界例e高两多时低，制控分低，速正(开控人数正工t结 度 补控于个于，于温)式制于 直 度 比制再，比有器一操人 为 充制8位 需 供 设 度规可8到，，规补这，一的圈5作8工 一看律规 ℃温而即℃置 要 应 定 高律充样用一。控5，，就出度不：就这可数操 些，律， 量 的 值 于℃对数制则是，回是以是样抑学d就模88全，蒸作热，u应学55慢模只到直规模的制公图(全仿℃℃开温汽经量t反)关慢仿要8接公仿经偏式/律5示d。，关上或度量验。地上有℃决应t这验差表系式=来的可每，述全将一K。开述偏定的种，幅示过表Iu源e蒸大这操差阀见高这操关会定操根度为(（基程t示)于种阀作随门作据，：种，5作。上少汽t础是）℃则门方方时开方u偏易人供做方阀升于加或(上＝轻关为；式式间t启式差于)工需式法门，需=热发若是。而的u一：，的控微T操一称，全超要（D的按高调存圈控变制展圈d开放ue双 直 控开过量0作(于 偏 节在数反制化 。(t起；启）t)热)=8差，器。位 不制时 设 ，规器速/应du5低圈来十的t℃来控输(的度平控 器，定 因律0釜于数K)的，决出制，输即+制 衡 的供值 此，cK为e8＝则定器的。出趋还I（5，，输8应 温∫是例慢阀变输℃3与5势e需t阀 是 +出℃的 度）(慢出在 门化偏来。t，()要8d； u一门蒸将地开总速差开模5t每设(t-把启是度阀个开汽会变启) 持在不续断比振变例荡化控过，制程直的到。偏缺差点为：零在时负，输荷出变才化会时稳有定余在某差一。数值上。
因为控制器的输入和输出都是标准统一信号，比
((C32))如比比果例例δ度较作小用δ，越及则比大振例，荡度过频δ渡率对过提系高程统，曲过因渡线此过越把程平被的稳控影；变响量随拉着回比到 例设定度值在δ所闭的需环减的运小时行，间下就系比短统例。的度振δ 荡对程系度统加过 渡剧过，程衰的减影比响减由 小较图大，可、一稳见时般定：滞而程较言度小，降的在低情广况。义下过当，程比调的例节放度器大δ的系继比数续例较减度小小可、到选时得某间小常一些数数， 值以提时(高1，) 系在系统扰统的动将灵及出敏设现度定；等值反幅变之振化，荡时必，有须这余适差时当存加的大在比调。例节比度器例称的控为比制例
临度系，界统以比的增例余加度差系δ是统k由，的比稳当例定比调性例节。度通器小常的于要特临求性衰界所减决比比定例在的度4。δ:1k比时~ 例1，0度:1 系的δ范统越围将小内发，。散比例振作荡用。越强，控制系统的余差也越小。
在基本控制规律中，比例作用是最基本、最主 要、也是应用最普遍的控制规律，它能较为迅速地克 服扰动的影响，使系统很快地稳定下来。
控制器的基本控制规律有比例、积分和微分三种。
基本控制规律的不同组合，适用于不同特性的生产工艺过程。若对控制器的控制规律选用不当，就不能满足生 产工艺要求，甚至造成严重的生产事故。因此，必须了解控制器的基本控制规律及其适用条件，根据生产工艺对控 制系统控制指标的各种要求，选用合适的控制器控制规律。
((3124)))由有若为6于了人正.1温消这常度除控样情过余制做 况程差器， 下的，的容发，有量基人现温滞这本温度后样控度为较做一8制大：5℃低，规把当，于阀律出门阀85现开门℃偏启，开差数就度时圈把是，后其蒸 三，数不汽 圈值断阀 。己观门 有较察全 人大测， 开度量门下这低y与量阀或与为阀化)仿 反 从/值 门 关 偏此 门 速5，只一全降样偏5℃积由， 关 闭 差、应外微， 的 度比一有定关，做差控就人积分若小的成分有圈成总温界例e高两多时低，制控分低，速正(开控人数正工t结 度 补控于个于，于温)式制于 直 度 比制再，比有器一操人 为 充制8位 需 供 设 度规可8到，，规补这，一的圈5作8工 一看律规 ℃温而即℃置 要 应 定 高律充样用一。控5，，就出度不：就这可数操 些，律， 量 的 值 于℃对数制则是，回是以是样抑学d就模88全，蒸作热，u应学55慢模只到直规模的制公图(全仿℃℃开温汽经量t反)关慢仿要8接公仿经偏式/律5示d。，关上或度量验。地上有℃决应t这验差表系式=来的可每，述全将一K。开述偏定的种，幅示过表Iu源e蒸大这操差阀见高这操关会定操根度为(（基程t示)于种阀作随门作据，：种，5作。上少汽t础是）℃则门方方时开方u偏易人供做方阀升于加或(上＝轻关为；式式间t启式差于)工需式法门，需=热发若是。而的u一：，的控微T操一称，全超要（D的按高调存圈控变制展圈d开放ue双 直 控开过量0作(于 偏 节在数反制化 。(t起；启）t)热)=8差，器。位 不制时 设 ，规器速/应du5低圈来十的t℃来控输(的度平控 器，定 因律0釜于数K)的，决出制，输即+制 衡 的供值 此，cK为e8＝则定器的。出趋还I（5，，输8应 温∫是例慢阀变输℃3与5势e需t阀 是 +出℃的 度）(慢出在 门化偏来。t，()要8d； u一门蒸将地开总速差开模5t每设(t-把启是度阀个开汽会变启) 持在不续断比振变例荡化控过，制程直的到。偏缺差点为：零在时负，输荷出变才化会时稳有定余在某差一。数值上。
第6章 简单控制系统(化工仪表及自动化 林德杰)
简单控制系统的框图
图6-2 液位定值控制系统
图6-3
贮液槽加热系统
6.2 简单控制系统设计的主要内容
1)首先对生产工艺过程作一个全面的了解，对工艺生产过程中所 使用的各类型设备和其他辅助设备作一个系统的分析。 2)根据生产工艺要求确定被控变量和操纵变量。
3)根据系统的性能指标和生产工艺的特点确定调节阀的种类及规
塔底产品成分控制方案
图6-25 基于独立双单回路控制系统的塔底、塔顶产品成分控制方案
图6-26 回流量和蒸汽量对塔顶 和塔底产品质量影响的耦合关系
图6-27 基于解耦控制的塔底、塔顶产品成分控制方案
图6-28
系统在单位阶跃作用下的过渡曲线
图6-29
贮液槽加热系统
图6-30
锅炉汽包液位 控制系统
图6-6
简单控制系统的控制通道和干扰通道的示意图
图6-7
一氧化碳变换过程示意图
图6-8
不同输入作用时的被控变量变化曲线
6.3.3 放大系数、时间参数和滞后时间对控制质量的影响
1.放大系数对控制过程的影响
2.时间常数对控制过程的影响 3.滞后时间对控制过程的影响
1.放大系数对控制过程的影响
图6-9 简单控制系统的分析简化框图
2.时间常数对控制过程的影响
图6-10
不同时间常数下，系统的响应曲线
3.滞后时间对控制过程的影响
图6-11
纯滞后对控制品质 的影响示意图
图6-12
干扰通道纯滞后对控制品质 的影响示意图
6.4 元件特性对控制系统的影响
6.4.1 测量元件时间常数对控制系统的影响
6.4.2 测量元件输出信号传递滞后对控制系统的影响 6.4.3 执行元件对控制系统的影响
课件：化工仪表自动化第6章 自动控制系统的基本概念
置外，还必须具有控制装置所控制和操纵的对象即生产设备。 在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生Hale Waihona Puke 设备或机 器叫做被控对象，简称对象。
化工工艺控制流程图
PID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）。
自动控制系统方块图
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地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。
3、开环系统不能克服任何干扰，也正因为如此，在过程控制中很 少单独运用开环控制。反过来说，自动控制系统由于是具有负反 馈的闭环系统，它可以随时了解被控对象的情况，有针对性地根 据被控变量的变化情况来改变控制作用的大小和方向。
S R
S R
带人工复位装置的执行机构 （以电磁执行机构为例）
带远程复位装置的执行机构 （以电磁执行机构为例）
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。
字母
A C D E F I K L M P Q R S T V W Y Z
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 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
化工工艺控制流程图
PID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）。
自动控制系统方块图
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地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。
3、开环系统不能克服任何干扰，也正因为如此，在过程控制中很 少单独运用开环控制。反过来说，自动控制系统由于是具有负反 馈的闭环系统，它可以随时了解被控对象的情况，有针对性地根 据被控变量的变化情况来改变控制作用的大小和方向。
S R
S R
带人工复位装置的执行机构 （以电磁执行机构为例）
带远程复位装置的执行机构 （以电磁执行机构为例）
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。
字母
A C D E F I K L M P Q R S T V W Y Z
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 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
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例如：精馏塔的组分是不能直接在线测量的，通过分析可以发 现，当压力恒定的时候，组分与温度存在单值对应关系；或者 温度恒定的时候，组分与压力存在单值对应关系，根据P155 中的分析，最终可以确定： 固定压力，通过控制温度来间接控制组分是合理的
第二个问题：拿什么控？
答：拿一个对被控变量影响较显著的变量来控。
对象动态性质对操纵变量的影响 时间常数 T
控制通道时间常数 T0 T0小一点好，反应灵敏，控制及时。不能过大，否则会使控 制变量的校正作用迟缓，超调量增大，过渡时间增长 由D、E看出控制通道滞后时间τ0 —纯滞后使超调量增加
两种控制类型：直接指标控制和间接指标控制 当质量指标信号缺少检测手段、信号微弱、滞后很大时， 可选取与直接质量指标有单值对应关系而反应又快的变 量做为间接控制指标。
第二节 简单控制系统的设计
举例
图6-4 精馏过程示意图 1—精馏塔；2—蒸汽加热器
图6-5 苯-甲苯溶液 的T-x图
图6-6 苯-甲苯溶液的 p-x图
化工仪表及自动化
第六章 简单控制系统
第一个问题：控什么？
答：控制工艺要求的指标
具体分为两种情况： 1.工艺要求的指标可以直接在线测量
直接控制这个指标就可以了（直接指标控制） 2.工艺要求的指标不可以直接在线测量
寻找一个于工艺指标有明显的对应关系，且可以测量的另一 个间接指标，通过控制间接指标来达到控制工艺指标的目的 （间接指标控制）
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。
第二节 简单控制系统的设计
选择被控变量的原则
①要有代表性。
被②控被变控量变应能量代应表是一独定立的工可艺控操的作。指标或能反映工艺操作状态，一般是
工简艺单过控程制中系较统重的要被的控变变量量。应避免和其他控制系统的被控变量有关联（耦
对象静态特性对操纵变量的影响
放大系数:K
控制通道的稳态特性由控制通道放大系数K0表征。 从控制有效性考虑，K0应适当的大一些 。
干扰通道的稳态特性由干扰通道放大系数Kf表征。 希望Kf小一些，Kf越小干扰变量对被控变量的影响就越小 。
控制变量选择的原则一：当多个输入变量都影响被控变量时， 从静态特性考虑，应该选择其中放大系数大的可控变量作为 操纵变量。
K大一些，T小一些，τ最好为0
第三个问题：以什么方式控？
答：没有标准答案 （选择合适的调节规律）
最常用的调节规律： 位式控制、P、PI、PD、PID
（需要充分理解各种调节规律的特点和适用场合）
后续问题：如何整定PID参数？
答：临界比例度法＋经验 衰减曲线法＋经验 经验凑试法
最好的方法就是“经验”
概述 选择被控变量 选择控制变量 处理测量信号
塔顶易挥发组分纯度 XD 、塔顶温度 TD 、塔顶压力 P 三者之间的关系为： XD = f(TD，P)，两个独立变量。
第二节 简单控制系统的设计
从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变量。
原 因：
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。 否则将影响工况，挥发度可能改变。物 料平衡可能破坏，引起负荷波动。
选择调节阀 选择控制规律
系统投运 参数整定
第一节 简单控制系统的结构与组成
简构成的单闭环控制系统。
图6-1 液位控制系统
图6-2 温度控制系统
第一节 简单控制系统的结构与组成
从图中可知
图6-3 简单控制系统的方块图
➢ 简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、 测量变送装置、控制器和执行器。
③ 合)滞关系后。要小。尽量采用直接指标作为被控变量。当无法获得直接指
标信号，或其测量和变送信号滞后很大时，可选择与直接指标有单值
对④应灵关敏系度的要间接高指。标作为被控变量。
被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。
⑤成本要低。
选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状。
第二节 简单控制系统的设计
进料流量Q入 进料成分X入 进料温度T入 回流流量Q回 回流温度T回 加热蒸汽流量QZ 冷凝器冷却温度
塔压P
不可控 不可控 不可控 可控 (不可控) 可控 (不可控) 不可控
通过工艺分析，选择蒸汽流量作为操纵变量。
控制更及时，更显著。
2.对象特性对操纵变量的影响
控制质量 系统的过渡过程形式——超调量、衰减比、 余差、过渡时间、振荡周期。
控制变量与干扰变量
图6-8 影响提馏段温度各种因素示意图
原则上，在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被控变 量影响显著而且可控性良好的输入作为操纵变量后，其它 所有未被选中的输入则成了为系统的干扰变量。
第二节 简单控制系统的设计
影响提馏段灵敏板温度T灵的 因素主要有：
图6-8 影响提馏段温度各种 因素示意图
➢有一条从输出端到输入端的反馈
第二节 简单控制系统的设计
生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按 一定规律变化）的变量称为被控变量。
一、被控变量的选择
明确 控制目的
使生产过程自动按照预定的目标进行，并使工艺参数 保持在预先规定的数值上（或按预定规律变化）
分析 生产工艺
确定 被控变量
“关键”变量：对产品的产量、质量以及生产过程的 安全具有决定作用的变量
对象特性 系统的输入输出关系，分为对象静态性质和 对象动态性质考察对象特性对控制质量的影 响，用以选择控制变量。
干扰变量由干扰通道施加 在对象上，起着破坏作用， 使被控变量偏离给定值；
图6-9 干扰通道与控制通道 示意图
操纵变量由控制通道施加 到对象上，使被控变量回复 到给定值，起着校正作用。
操纵变量和干扰对被控变量的 影响与对象特性有密切的关系
二、操纵变量的选择
1、操纵变量
在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的
影响，实现控制作用的变量称为操纵变量。
最常见的操纵变量是介质的流量。
通过工艺分析
确定
操作变量 系统干扰
第二节 简单控制系统的设计
举例
图6-7 精馏塔流程图
如 果 根 据 工艺要求， 选择提馏段 某块塔板 （一般为灵 敏板）的温 度作为被控 变量。
第二个问题：拿什么控？
答：拿一个对被控变量影响较显著的变量来控。
对象动态性质对操纵变量的影响 时间常数 T
控制通道时间常数 T0 T0小一点好，反应灵敏，控制及时。不能过大，否则会使控 制变量的校正作用迟缓，超调量增大，过渡时间增长 由D、E看出控制通道滞后时间τ0 —纯滞后使超调量增加
两种控制类型：直接指标控制和间接指标控制 当质量指标信号缺少检测手段、信号微弱、滞后很大时， 可选取与直接质量指标有单值对应关系而反应又快的变 量做为间接控制指标。
第二节 简单控制系统的设计
举例
图6-4 精馏过程示意图 1—精馏塔；2—蒸汽加热器
图6-5 苯-甲苯溶液 的T-x图
图6-6 苯-甲苯溶液的 p-x图
化工仪表及自动化
第六章 简单控制系统
第一个问题：控什么？
答：控制工艺要求的指标
具体分为两种情况： 1.工艺要求的指标可以直接在线测量
直接控制这个指标就可以了（直接指标控制） 2.工艺要求的指标不可以直接在线测量
寻找一个于工艺指标有明显的对应关系，且可以测量的另一 个间接指标，通过控制间接指标来达到控制工艺指标的目的 （间接指标控制）
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。
第二节 简单控制系统的设计
选择被控变量的原则
①要有代表性。
被②控被变控量变应能量代应表是一独定立的工可艺控操的作。指标或能反映工艺操作状态，一般是
工简艺单过控程制中系较统重的要被的控变变量量。应避免和其他控制系统的被控变量有关联（耦
对象静态特性对操纵变量的影响
放大系数:K
控制通道的稳态特性由控制通道放大系数K0表征。 从控制有效性考虑，K0应适当的大一些 。
干扰通道的稳态特性由干扰通道放大系数Kf表征。 希望Kf小一些，Kf越小干扰变量对被控变量的影响就越小 。
控制变量选择的原则一：当多个输入变量都影响被控变量时， 从静态特性考虑，应该选择其中放大系数大的可控变量作为 操纵变量。
K大一些，T小一些，τ最好为0
第三个问题：以什么方式控？
答：没有标准答案 （选择合适的调节规律）
最常用的调节规律： 位式控制、P、PI、PD、PID
（需要充分理解各种调节规律的特点和适用场合）
后续问题：如何整定PID参数？
答：临界比例度法＋经验 衰减曲线法＋经验 经验凑试法
最好的方法就是“经验”
概述 选择被控变量 选择控制变量 处理测量信号
塔顶易挥发组分纯度 XD 、塔顶温度 TD 、塔顶压力 P 三者之间的关系为： XD = f(TD，P)，两个独立变量。
第二节 简单控制系统的设计
从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变量。
原 因：
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。 否则将影响工况，挥发度可能改变。物 料平衡可能破坏，引起负荷波动。
选择调节阀 选择控制规律
系统投运 参数整定
第一节 简单控制系统的结构与组成
简构成的单闭环控制系统。
图6-1 液位控制系统
图6-2 温度控制系统
第一节 简单控制系统的结构与组成
从图中可知
图6-3 简单控制系统的方块图
➢ 简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、 测量变送装置、控制器和执行器。
③ 合)滞关系后。要小。尽量采用直接指标作为被控变量。当无法获得直接指
标信号，或其测量和变送信号滞后很大时，可选择与直接指标有单值
对④应灵关敏系度的要间接高指。标作为被控变量。
被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。
⑤成本要低。
选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状。
第二节 简单控制系统的设计
进料流量Q入 进料成分X入 进料温度T入 回流流量Q回 回流温度T回 加热蒸汽流量QZ 冷凝器冷却温度
塔压P
不可控 不可控 不可控 可控 (不可控) 可控 (不可控) 不可控
通过工艺分析，选择蒸汽流量作为操纵变量。
控制更及时，更显著。
2.对象特性对操纵变量的影响
控制质量 系统的过渡过程形式——超调量、衰减比、 余差、过渡时间、振荡周期。
控制变量与干扰变量
图6-8 影响提馏段温度各种因素示意图
原则上，在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被控变 量影响显著而且可控性良好的输入作为操纵变量后，其它 所有未被选中的输入则成了为系统的干扰变量。
第二节 简单控制系统的设计
影响提馏段灵敏板温度T灵的 因素主要有：
图6-8 影响提馏段温度各种 因素示意图
➢有一条从输出端到输入端的反馈
第二节 简单控制系统的设计
生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按 一定规律变化）的变量称为被控变量。
一、被控变量的选择
明确 控制目的
使生产过程自动按照预定的目标进行，并使工艺参数 保持在预先规定的数值上（或按预定规律变化）
分析 生产工艺
确定 被控变量
“关键”变量：对产品的产量、质量以及生产过程的 安全具有决定作用的变量
对象特性 系统的输入输出关系，分为对象静态性质和 对象动态性质考察对象特性对控制质量的影 响，用以选择控制变量。
干扰变量由干扰通道施加 在对象上，起着破坏作用， 使被控变量偏离给定值；
图6-9 干扰通道与控制通道 示意图
操纵变量由控制通道施加 到对象上，使被控变量回复 到给定值，起着校正作用。
操纵变量和干扰对被控变量的 影响与对象特性有密切的关系
二、操纵变量的选择
1、操纵变量
在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的
影响，实现控制作用的变量称为操纵变量。
最常见的操纵变量是介质的流量。
通过工艺分析
确定
操作变量 系统干扰
第二节 简单控制系统的设计
举例
图6-7 精馏塔流程图
如 果 根 据 工艺要求， 选择提馏段 某块塔板 （一般为灵 敏板）的温 度作为被控 变量。