化工过程自动控制系统概述

一、控制系统的过渡过程
动态（过渡过程）
发散振荡过程 等幅振荡过程 衰减振荡过程 非振荡的单调过程
不稳定 稳定
ƒ 阶跃干扰：
t
0
二、 控制系统的性能指标：
质量指标主要有五项： (衰减振荡过程)
余差 e
最大偏差 A(或超调量σ ):
衰减比 n 回复时间 ts(过渡过程时间、调整时间) 振荡周期 T
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℃）。
图1-11 温度控制系统过渡过程曲线
解 最大偏差A＝230-200＝30℃ 余差C＝205-200＝５℃
由图上可以看出，第一个波峰值B＝230-205＝25℃，
第二个波峰值B′＝210－205＝5℃，
故衰减比应为B:B′＝25:5＝5:1。
振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔，
故周期T＝20-5＝15（min）
b、检测变送器
c、控 制 器 d、执 行 器
(自动化装置)
辅助装置
二、自动控制系统的方框图
方框：表示一个 组成部分，称环节。 箭头连线：表示信号传递关系。
环节 控制器
圆圈：比较环节，表示信号相加减。
+
1、简单控制系统方框图：
-
给定值
x＋
偏差
＋e
干扰
控制器
控制信号 操纵变量
p 执行器 q
ƒ
被控对象
被控变量
生产过程自动化是工业企业现代化水平的一个重 要标志。
生产过程自动化：用自动化装置来管理生产过程的方法就是生 产过程自动化。
自动调节系统是自动化生产的核心部分，只 有自动调节系统才能自动地排除各种干扰因素对 工艺参数（主要四大参数p、h、q、t）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。
图1-14 联系线的表示法
3. 仪表（包括检测、显示、控制）的图形符号
表1-1 仪表安装位置的图形符号表示
期性的操作。
•自动控制系统：对生产中某些关键性参数进行自动调节，使它们在
受到干扰的影响而偏离正常状态时，能自动地调回 到规定的的数值范围内。
§1.2自动控制系统的组成及方块图
人工控制
自动控制
图1-2 人工操作图
图1-3 液位自动控制系统图
一、自动控制系统的组成
a、被控对象 （对象）
图1-3 液位自动控制系统图
《化工过程自动化技术》
生工09— 1、2班
总课时：4×9 实 验：0
授课教师：司徒莹
课程介绍
《化工仪表自动化》是利用自动控制学科、仪器仪 表科学及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科 的一门综合课程。
通过本课程的学习，能了解和掌握化工过程控制与 仪表的基本知识，领会自动控制系统的组成及原理
概述：
y
z －－
测量值
检测元件及变送器
图1-5 蒸汽加热器温度控制系统
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。
2、控制系统常用பைடு நூலகம்语：
被控变量：需要控制 的工艺参数 给定值（或设定值）：对应于生产过程中被控变量的期望值 测量值：由检测元件的到的被控变量的实际值。 操纵变量（或控制变量）：受控于调节阀，用以克服 干扰影响， 具体实现控制作用的变量成为操作变量，它调节阀的输出信号。 干扰（或外界扰动）：引起被控变量偏离给定值的，除操作变 量以外的各种因素。 偏差信号：给定值与测量值的差，在反馈系统中，调节器是根 据偏差信号的大小来控制操作变量的。 控制信号：控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
§1.1 生产过程自动化的主要内容:
生产过程自动化，一般要包括四个方面的内容。
•自动检测系统: 利用各种检测仪器对主要工艺参数进行指示或记录，
“了解”生产的任务。
•信号联锁系统：对某此关键性参数设有自动信号联锁装置。当工艺
参超过了允许范围，系统自动地发出声光报警信号， 以提示及时采取措施。
•自动操纵系统：根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周
§1.3自动控制系统的分类
分类方法很多，最经常使用的是按给定值的特点（是否变 化？如何变化？）来划分。
定值控制系统
随动控制系统 程序控制系统
按信号传递的路径来划分
闭环控制系统 开环控制系统
§1.4 控制系统的过渡过程及其性能指标
自动控制系统静态与动态：
静态1（e=0) 干扰作用
控制作用
e0
静态2（e=0)
三、影响控制系统过渡过程品质的主要因素
一个自动控制系统可以概括成两大部分，即工艺过程部 分（被控对象）和自动化装置部分。前者指与该自动控制系 统有关的部分。后者指为实现自动控制所必需的自动化仪表 设备，通常包括测量与变送装置、控制器和执行器等三部分。
对于一个自动控制系统，过渡过程品质的好坏，在 很大程度上决定于对象的性质。例如在前所述的温度控 制系统中，属于对象性质的主要因素有：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。不同自动化系统要具体 分析。
§1.5工艺管道及控制流程图
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 。
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1-12脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例
一、图形符号
1. 检测点（包括检测元件、取样点） 检测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。
图1-13 测试点的一般表示方法
2. 连接线
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。加箭头的方式表示信号的 方向。
过渡时间为22min。 (过渡时间与规定的被控变量限制范围大小有关，假定被控变 量进入额定值的±2％，就可以认为过渡过程已经结束，那么 限制范围为200×（±2％）＝±4℃，这时，可在新稳态值 （205℃）两侧以宽度为±４℃画一区域，上图中以画有阴影 线的区域表示，只要被控变量进入这一区域且不再越出，过 滤过程就可以认为已经结束。)