化工自动控制系统的基本概念
课件：化工仪表自动化第6章 自动控制系统的基本概念
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》第1章
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。
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。
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℃）。
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。
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
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。
图1-16 温度控制系统过渡过程曲线
衰减震荡过程
√Leabharlann 对于控制质量要求不 高的场合，如果被控 变量允许在工艺许可 等幅震荡过程 ？ 的范围内振荡（主要 指在位式控制时）， 才可采用。
发散震荡过程
化工过程控制复习答案
第1章自动控制系统基本概念填空题：1.自动控制系统主要由测量元件与变送器、控制器、执行器和被控对象组成。
2.自动控制系统中，将工艺参数需要控制的设备、机器或生产过程等，称为被控对象。
3.自动控制系统的干扰作用是指除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的一切因素。
4.自动控制系统中的操纵变量是指受执行器控制，用以克服干扰的影响，使被控变量保持给定值的物料流量或能量。
5.自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。
6.仪表符号除了图形外，圆圈之中还有一串由字母和数字组成的代号，称为仪表位号。
7.自动控制系统的动态是指被控变量随时间变化的不平衡状态。
8.自动控制系统的静态是指被控变量不随时间变化的平衡状态。
9.在分析和设计控制系统时，最常选用的干扰形式是阶跃干扰。
10.一般来说，自动控制系统在阶跃干扰作用下，希望得到的过渡过程是衰减振荡过程。
11.衰减振荡过渡过程的衰减比一般取4：1至10：1范围内为宜。
选择题：1.下列图形符号中，表示集中仪表盘面安装仪表的是（ C ）A．B．C．D2.下列图形符号中，表示就地仪表盘后安装仪表的是（ B ）A．B．C．D3.自动控制系统方块图中带有箭头的线条表示（ A ）A．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B．物料从一个设备进入另一个设备C．能量从一个设备进入另一个设备D．既表示方框之间的物料流动方向，又表示方框之间的信号流向，两者是一致的4.自动控制系统可分为定值系统、随动系统和程序系统，其分类标准是（ D ）A．被控变量的名称B．控制器的控制规律C．控制系统的复杂程度D．给定值的特点简答题：1.简述自动控制系统中都采用负反馈控制的原因。
答：采用负反馈，是因为当被控变量受到干扰作用后，若使其升高，则反馈信号升高，经过比较，偏差信号将降低，此时控制器将发出信号而使执行器动作，施加控制作用，其作用方向与干扰作用方向相反，致使被控变量下降，这样就达到了控制的目的。
2024年化工自动化控制系统培训材料(多场合应用)
化工自动化控制系统培训材料(多场合应用)化工自动化控制系统培训材料一、引言随着我国化工行业的快速发展，化工自动化控制系统在提高生产效率、降低能耗、保障生产安全等方面发挥着重要作用。
为了提高化工企业员工的自动化控制技能，本培训材料将详细介绍化工自动化控制系统的基本原理、组成结构、功能特点及操作维护方法，旨在帮助学员掌握相关知识，提高实际操作能力。
二、化工自动化控制系统基本原理1.自动控制基本概念自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用一定的装置和设备，使生产过程或其他过程自动按照预定规律运行的技术。
2.控制系统基本组成一个完整的控制系统通常由被控对象、控制器、执行器、反馈元件和比较元件等组成。
3.控制系统基本类型根据控制信号的形式，控制系统可分为模拟控制系统和数字控制系统；根据控制方式，可分为开环控制和闭环控制。
三、化工自动化控制系统组成结构1.控制器控制器是化工自动化控制系统的核心，负责对被控对象进行实时监测、数据处理和指令输出。
常见的控制器有可编程逻辑控制器（PLC）、分布式控制系统（DCS）和工业计算机等。
2.执行器执行器是控制系统的执行部件，根据控制器的指令，对被控对象进行调节。
常见的执行器有电动调节阀、气动调节阀和变频器等。
3.传感器与变送器传感器用于检测被控对象的物理量或化学量，将信号转换为可传输的信号；变送器则将传感器信号转换为标准信号（如4-20mA），便于控制器进行处理。
4.人机界面人机界面（HMI）是操作人员与控制系统进行交互的界面，可以实时显示系统运行状态、报警信息等，并实现对控制参数的设置和调整。
四、化工自动化控制系统功能特点1.高度集成化工自动化控制系统将多种控制功能集成在一个系统中，实现对生产过程的全面监控和控制。
2.高可靠性系统采用冗余设计、故障自诊断等技术，确保在恶劣环境下稳定运行。
3.易于扩展系统具有良好的扩展性，可根据生产需求增加或减少控制站点，便于企业升级改造。
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。
化工仪表及自动化考试重点
第一章自动控制系统的基本概念1、化工自动化的主要内容：自动检测系统、自动信号和连锁保护系统、自动操纵及自动开停车系统、自动控制系统。
2、自动控制系统能在没人直接干预的情况下，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假的工艺操作状态。
3、自动控制系统的基本组成：被控对象及自动化装置，其中自动化装置又包含测量原件与变送器、控制器和执行器。
4、自动控制系统的方块图：每个方块都代表一个具体装置，方块与方块之间的连接代表方块之间的信号联系，方块之间连接线的箭头代表信号作用的方向。
5、自动控制系统是具有被控变了负反馈的闭环系统。
而自动检测、自动操纵等系统是开环系统。
6、反馈控制方式是按偏差进行控制的，其特点是不论什么原因使被控变量偏离期望值而出现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏差，使被控变量与期望值趋于一致。
7、按被控变量的给定值是否变化和如何变化分类，自动控制系统可分为定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
8、自动化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态；把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。
9、静态是指系统中各信号的变化率为零，即信号保持在某一常数不变化，而不是物料不流动或能量不交换。
10、自动控制系统在静态时，生产还在进行，物料和能量仍然有进出，只是平衡进行没有改变就是了，这与习惯上所说的静止是不同的。
11、系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，称为系统的过渡过程。
12、系统中过渡过程中，被控变量随时间变化的。
13、自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程的基本形式：非周期振荡过程、衰减振荡过程、等幅振荡过程和发散振荡过程。
14、衰减振荡的过渡过程的品质指标如下：最大偏差：被控变量偏离给定值的最大数值。
超调量：被控变量偏离新的稳定值得最大数值。
衰减比:前后相邻两个峰值的比。
余差：当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳定值与给定值之间的偏差。
化工仪表及自动化答案精选全文
可编辑修改精选全文完整版化工仪表及自动化答案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被控对象：反应器被控变量：反应温度操纵变量：冷却水流量：干扰变量A、B的流量、温度。
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。
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。
化工自动化控制系统
选择控制策略
根据控制需求，选择合适的控制策略， 如PID控制、模糊控制、神经网络控 制等。
硬件设计方案
传感器选型
根据控制需求，选择合适的传感 器类型，如温度传感器、压力传 感器、流量传感器等，并确保其
测量范围和精度满足要求。
执行器选型
根据控制策略和执行器的特性， 选择合适的执行器类型，如电动 阀、气动阀、变频器等，并实现
动化控制系统中得到广泛应用，为系统的远程监控、实时数据传输等提
供有力支持。
THANKS
感谢观看
未来发展方向预测
01
深度学习技术应用
未来，深度学习技术将在化工自动化控制系统中得到更广泛的应用，进
一步提高系统的自适应能力和智能化水平。
02
边缘计算技术应用
随着边缘计算技术的不断发展，未来化工自动化控制系统将更加注重边
缘侧的数据处理和分析能力，提高系统的实时性和效率。
03
工业5G技术应用
工业5G技术具有高带宽、低时延、高可靠性等特点，未来将在化工自
精确控制。
传感器与执行器选型与配置
根据测量需求选择传感器类型
执行器选型考虑因素
根据测量对象、测量范围、精度要求等因素， 选择合适的传感器类型。
根据驱动力类型、动作方式、控制精度等要 求，选择适当的执行器类型。
合理配置传感器与执行器
考虑环境因素
根据工艺流程和控制要求，合理配置传感器 和执行器的数量、位置和参数，确保系统稳 定可靠运行。
05
运行维护与优化
系统日常运行维护
定期检查硬件设备
包括传感器、执行器、控制器等，确保设备正常 运行，无损坏或老化现象。
软件系统维护
定期更新软件版本，修复漏洞，确保系统稳定性 和安全性。
化工仪表及自动化复习
第一章自动控制系统基本概念第一节自动控制系统的基本组成及表示形式液位自动控制的方框图方框图中， x 指给定值；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（主要是进料量的变化，注意：此为对液位控制而言）。
当x 取正值，z取负值，e= x- z，负反馈。
其他控制系统用同一种形式的方框图可以代表不同的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。
小结:自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。
举例：乙烯生产过程中脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图第二节自动控制系统的基本组成及表示形式T 温度，P 压力（真空度），L 物位，F 流量I 指示，R 记录，A 报警，C 控制（调节）塔顶的压力控制系统中的PIC-207，PIC的组合就表示一台具有指示功能的压力控制器。
LIC-201是一台具有指示功能的液位控制器。
FRC-210表示一台具有记录功能的温度控制器。
PIC-207表示压力指示调节仪表，该仪表为就地安装，工段号为2，仪表序号为07。
第三节自动控制系统的分类1.定值控制系统：被控变量的给定值不变2.随动控制系统（自动跟踪系统）：给定值随机变化第四节自动控制系统的过渡过程和品质指标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。
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。
常用的是阶跃干扰。
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。
这种干扰的形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。
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。
化工仪表与自动化 控制系统的基本概念
干扰
0
t0
t
图 1 3 -6 阶 跃 干 扰
第二节 过渡过程及品质指标
三、控制系统的品质指标 一般以阶跃干扰作用下，衰减振荡过程为研究依据。 一般以阶跃干扰作用下，衰减振荡过程为研究依据。
y(t)
T A B
y(t)
B'
C
T
yr y (∞ )
A
B B'
y (∞ )
0 0 tr t p
(a) 给定值阶跃变化下的过渡过程
第三篇 过程控制系统
• 第十三章 自动控制系统的基本概念 • 第十四章 简单控制系统 • 第十五章 复杂控制系统 • 第十六章 典型操作单元的控制方案
第十三章
自动控制系统的 基本概念
• 自动控制系统组成及分类 • 过渡过程及品质指标 •小 结
返回
第一节 自动控制系统组成及分类
一、自动控制系统的组成
返回
第十四章 简单控制系统
• 简单控制系统的设计 • 控制系统的投运 •小 结
返回
第一节 简单控制系统的设计
• 设计内容 • 被控变量选择 • 操纵变量选择 • 气动执行器选择 • 控制器选择
返回
第一节 简单控制系统的设计
一、设计的内容 简单控制系统：由一个被控对象、测量变送、 简单控制系统：由一个被控对象、测量变送、控制器和 执行器所组成的单回路反馈控制系统。 执行器所组成的单回路反馈控制系统。
返回
第十三章 小 结
一、自动控制系统组成及分类 由测量变送、控制器、执行器和被控对象等组成。 由测量变送、控制器、执行器和被控对象等组成。 构成负反馈闭环控制系统。控制作用的产生由偏差引起。 构成负反馈闭环控制系统。控制作用的产生由偏差引起。 分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统三类。 分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统三类。 定值控制系统 三类 二、过渡过程及品质指标 自动控制系统在运行中有动态与静态两种状态。 自动控制系统在运行中有动态与静态两种状态。 动态 两种状态 从一种平衡状态到达另一种新的平衡状态的过程称为过渡 从一种平衡状态到达另一种新的平衡状态的过程称为过渡 过程。 过程。 过渡过程有几种基本形式、评价的品质指标。 过渡过程有几种基本形式、评价的品质指标。
化工仪表简答题答案(完整版)
1、自动控制系统的概念及基本结构自动控制系统用一些自动控制装置，对生产中某些关键性参数进行自动控制、使它们在受到外界干扰（扰动）的影响而偏离正常状态时，能自动地控制而回到规定的数值范围内，为此目的而设置的系统就是自动控制系统。
该系统是由两部分构成的：控制装置：起到控制作用的全套仪表、自动装置。
通常包括测量元件、变送器、控制器和执行器等。
被控对象：控制装置所要控制的生产设备。
2、自动控制系统中变送器、控制器、执行器的概念。
变送器一检测并变换成统一标准信号送到控制器（相当于人的眼睛）控制器一接收变送器信号与液位期望值进行比较，根据偏差按某种规律运算，结果送给执行器（相当于人的大脑）执行器一将控制器指令信号转换成相应的位移信号，驱动阀门动作，改变液体流出量，实现液位的自动控制（相当于人的手）。
3、自控系统的方块图基本结构。
方框图方框图是从信号流的角度出发，依据信号的流向将组成控制系统的各个环节相互连接起来的一种图解表达方式。
12自控系统的慕木组成及方块图•坏节-崔力柜图中.毎个如成部孙用个方框表沪井标m组成滩分的名称*称之为匹卫・•个方柜可以对应「•个加很•个设备或儿个设备的组合I或一个轴部的生产过穆。
1-2自控系统的基本组成及方块图输入和输出x*环节-箭头指向方柜的心匕X衣示该环节的输入，称为输入变気-箭头离开力柜的依兮Y衣小该坏节的输出, 称九输出变呈&-箭头所捋的力向就址信巧的流向’它农明信号的柞用方向.t2自控系统的基本组成及方块图•相加点-AXo—打B qB— Q=A^B C=A'B■分支r认___ _____ B------ cB=C=Az 测量值 下图为一换热器的控制系统流程图。
问：被控变量？操纵变量？被控 对象？ .. . •画出控制系统方框图。
被控变量： '物料出口温度操纵变量：蒸汽流量'咋裂兀被控对象：换热器4、自控系统中给定值、被控变量、操纵变量、操纵介质、扰动、偏 差的概念。
化工厂装置的自动化控制系统介绍
化工厂装置的自动化控制系统介绍随着科技的不断进步，自动化控制系统在化工厂装置中的应用越来越广泛。
自动化控制系统通过集成电气、仪表、计算机等技术手段，实现对化工生产过程的全面监控和精确控制，提高了生产效率和产品质量，减少了人为操作的风险。
本文将介绍化工厂装置的自动化控制系统的基本原理、组成部分和应用。
一、基本原理化工厂装置的自动化控制系统基于控制论和电子技术，通过传感器、执行器、控制器等设备，对生产过程中的参数进行实时监测和调节。
其基本原理是通过采集生产过程中的数据，经过处理和分析后，根据预先设定的控制策略，控制执行器实现对过程参数的调节，以达到预期的生产目标。
二、组成部分化工厂装置的自动化控制系统主要由以下几个部分组成：1. 传感器：传感器是自动化控制系统的重要组成部分，用于采集生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等。
传感器将这些参数转化为电信号，并传输给控制器进行处理。
2. 控制器：控制器是自动化控制系统的核心部件，负责对传感器采集到的数据进行处理和分析，根据预设的控制策略生成控制信号，并输出给执行器进行调节。
常见的控制器有PID控制器、模糊控制器等。
3. 执行器：执行器是根据控制信号进行动作的设备，用于实现对生产过程参数的调节。
常见的执行器包括电动阀、电机、泵等。
4. 人机界面：人机界面是连接操作人员和自动化控制系统的重要桥梁，通过显示屏、键盘、鼠标等设备，操作人员可以实时监测生产过程的状态、调整控制策略和参数，并进行故障诊断和报警处理。
三、应用化工厂装置的自动化控制系统广泛应用于各个环节，包括原料输送、反应过程、产品分离、能源控制等。
下面以一个化工厂装置的自动化控制系统为例，介绍其应用过程。
在一个化工厂的反应装置中，自动化控制系统可以实现对反应温度、压力、物料流量等参数的实时监测和控制。
首先，传感器采集到反应过程中的各种参数，并将其转化为电信号传输给控制器。
控制器根据预设的控制策略，对传感器采集到的数据进行处理和分析，生成相应的控制信号。
化工仪表简答题答案(完整版)知识讲解
化工仪表简答题答案(完整版)1、自动控制系统的概念及基本结构。
自动控制系统用一些自动控制装置，对生产中某些关键性参数进行自动控制、使它们在受到外界干扰(扰动)的影响而偏离正常状态时，能自动地控制而回到规定的数值范围内，为此目的而设置的系统就是自动控制系统。
该系统是由两部分构成的：控制装置：起到控制作用的全套仪表、自动装置。
通常包括测量元件、变送器、控制器和执行器等。
被控对象：控制装置所要控制的生产设备。
2、自动控制系统中变送器、控制器、执行器的概念。
变送器—检测并变换成统一标准信号送到控制器（相当于人的眼睛）控制器—接收变送器信号与液位期望值进行比较，根据偏差按某种规律运算，结果送给执行器（相当于人的大脑）执行器—将控制器指令信号转换成相应的位移信号，驱动阀门动作，改变液体流出量，实现液位的自动控制（相当于人的手）。
3、自控系统的方块图基本结构。
方框图方框图是从信号流的角度出发，依据信号的流向将组成控制系统的各个环节相互连接起来的一种图解表达方式。
下图为一换热器的控制系统流程图。
问：被控变量？操纵变量？被控对象？ 画出控制系统方框图。
被控变量：物料出口温度 操纵变量：蒸汽流量 被控对象：换热器 4、自控系统中给定值、被控变量、操纵变量、操纵介质、扰动、偏差的概念。
给定值（设定值）按照生产工艺的要求为被控变量规定的所要求达到或保持的数值称为给定值。
被控变量对象中需要进行控制（保持数值在某一范围内或按预定规律变化）的物理量称为被控变量。
操纵变量受到控制装置的操纵，用以使被控变量保持在设定数值的物料或能量的表示参数称为操纵变量。
操纵介质 控制器执行器对象测量变送干扰给定值测量值偏差控制信号操纵变量被控变量xz e p q yF具体实现控制作用的物料叫操纵介质。
干扰（扰动）除操纵变量外，作用于对象并使被控变量发生变化的因素称为干扰。
偏差在理论上偏差应该是给定值与被控变量的实际之差。
但是我们只能获得测量值，所以通常把给定值与测量值之差作为偏差。
化工仪表及自动化总复习及答案(吉珠专用)
化工仪表及自动化总复习第一章自动控制系统基本概念一、基本要求1. 掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系；2. 掌握自动控制系统中常用术语，了解方块图的意义及画法；3. 掌握管道及控制流程图上常用符号的意义；4. 了解控制系统的分类形式，掌握系统的动态特性和静态特性的意义；5. 掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。
二、常用概念1. 化工自动化的主要内容:自动检测，自动保护，自动操纵，自动控制系统2. 自动控制系统的基本组成: 被控对象和自动化装置（测量元件与变送器、控制器、执行器）。
3. 被控对象：对其工艺参数进行控制的机器或设备4. 被控变量：生产过程需保持恒定的变量5. 操纵变量：具体实现控制作用的变量6. 干扰作用：在生产过程中引起被控变量偏离给定值的外来因素7. 设定值：被控变量的期望值，可固定也可以按程序变化8. 偏差：给定值与测量值之间的差值9. 闭环系统：系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较的系统10.开环系统：系统的输出被反馈到输入端，执行器只根据输入信号进行控制的系统11. 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12. 反馈:把系统的输出直接或经过一些环节后送到输入端，并加入到输入信号中的方法13. 负反馈：反馈信号的作用方向与给定信号相反，即偏差信号为两者之差（e=x—z）14. 正反馈：反馈信号的作用方向与原来的信号相同，使信号增强（e=x+z）三、问答题1. 控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类？简述每种形式的基本含义。
答：定值控制系统：给定值为常数随动控制系统：给定值随机变化程序控制系统：给定值按一定时间程序变化2.在阶跃扰动作用下，控制系统的过渡过程有哪几种形式? 其中哪些形式能基本满足控制要求？答：1.非周期衰减过程2.衰减振荡过程3.等幅振荡过程4.分散振荡过程1,2能基本满足控制要求，但1进程缓慢，只用于系统不允许震振荡时3. 试述控制系统衰减振荡过程的品质指标及其含义。
化工仪表及自动化复习重点
自动控制系统的基本概念系统组成：被控对象+自动控制装置（测量变送+控制器+执行器）测量变送：将现场各种非电量信号转化为电信号输出控制器：它接受变送器送来的信号，与工艺需要进行比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号发送出去。
执行器：根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。
系统表示形式：1,方框图(简单控制系统）2，管道及仪表流程图基本符号：A报警 C 控制I 指示Q 累计R 记录打印T 传送系统分类：开环，闭环1.定值控制系统：所谓定值就是恒定给定值的简称。
工艺生产中，如果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，那么就需要采用定值控制系统2.随动控制系统（自动跟踪系统）:这类操作系统的特点是给定值不断的变化，而且这种变化不是预先规定好了的,也就是说给定值是随机变化的.3.程序控制系统（顺序控制系统)：这类系统的给定值是变化的，但他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。
系统品质指标：过渡过程总体要求（稳、快、准）评价一个过程控制系统的性能和质量，主要考虑系统的稳定性、快速性、准确性和相应的品质指标单项指标(最大偏差、过渡时间、衰减比、余差）最大偏差:最大偏差是指在过渡过程中,被控变量偏离给定值的最大数值。
过渡时间：从干扰作用发生的时刻起,直到系统建立新的平衡时止,过渡过程所经历的时间叫过渡时间.衰减比：表示衰减程度的指标是衰减比，他是前后相邻两个峰值的比.余差:当过渡过程终了时,被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差叫做余差。
绘制控制系统的管道及仪表流程图自动控制系统的基本概念测量变送部分测量基本概念：仪表性能指标：绝对误差精度等级变差绝对误差：被校仪表值减去标准仪表值.精度等级：精度等级数值越小就表征该仪表的精确度等级越高,也说明了该仪表的精度越高。
常用精度等级有0.005 0。
02 0.05 0。
化工自动化控制系统
化工自动化控制系统化工自动化控制系统是指将电子技术、计算机技术和自动控制技术等应用于化工过程控制的一种系统。
它通过采集和处理各种过程参数，实现对化工生产设备的自动控制和调节，提高生产效率、产品质量和安全性。
本文将从系统组成、工作原理和应用价值等方面进行介绍。
一、系统组成化工自动化控制系统由以下几个主要组成部分构成：1. 传感器：用于检测和测量化工过程中的各种参数，如温度、压力、流量、液位等。
常用的传感器有温度传感器、压力传感器、流量传感器和液位传感器等。
2. 执行器：根据控制系统的指令，控制化工生产设备的操作，如启动、停止、调节等。
常见的执行器有电动执行器、气动执行器和液压执行器等。
3. 控制器：它是化工自动化控制系统的核心部分，负责采集传感器的信号，经过处理后发出控制信号给执行器，实现对化工过程的调控。
控制器能够根据设定的参数和算法，实时监测和调整化工过程的状态。
4. 通信网络：用于传输和交换控制系统中的数据和信息。
通信网络可以是有线网络，也可以是无线网络。
近年来，随着无线通信技术的快速发展，越来越多的化工企业采用无线通信网络来构建自动化控制系统，提高生产效率和灵活性。
5. 监视与操作界面：化工自动化控制系统通常配备了人机界面，操作人员通过界面可以实时监视和控制化工过程。
界面可以是触摸屏、计算机软件等形式，方便操作人员进行设备的参数设定、趋势曲线显示和故障诊断等操作。
二、工作原理化工自动化控制系统的工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 传感器采集数据：传感器负责采集化工过程中的各种参数，如温度、压力等，并将数据转化为电信号或数字信号输出。
2. 控制器处理数据：控制器通过接收传感器的信号，对数据进行处理和分析，并根据事先设定的控制策略和算法，生成控制信号。
3. 控制信号传输：控制信号通过通信网络传输给执行器，控制执行器的操作。
执行器根据接收到的信号，调整化工设备的工作状态，以实现对化工过程的控制。
第一章 自动控制系统基本概念(化工工艺)
眼 看 脑 想 手 动
Qo
一.自动控制系统的基本组成
Qi
眼 看 脑 想 手 动
Qo
人工操作进行工作的三个方面: (1).检测:用眼睛看液位的高低。 (2).运算、命令:大脑根据眼睛看到液位的高低,加以思考 和比较得出偏差,发出命令。 (3).执行:根据大脑发出命令,改变阀门开度,以改变出口流 量Qo,保持液位的高低在规定位置。
四、现代自动化技术特点
• 已发展为综合自动化,其应用的领域和规模越来越大, 控制与管理一体化的系统已提到日程,因此,其社会、 经济效益也越来越大。 • 显示了知识密集化、 高技术集成化的特点,它是信息技 术、自动化技术、管理科学等相结合的现代高技术。 • 自动化过程中的智能化程度日益增加,各种智能仪表不 断出现,控制的精度越来越高,控制的方式日益多样化, 它不仅减轻和代替了人们的体力劳动,而且也在很大程 度上代替了人们的脑力劳动。
自动控制系统方框图
自动控制系统是一个具有负反馈的闭环系统
反馈:把系统的输出信号直接或经过一些环节后送回到系 统的输入端,并加入到输入信号中的作法。 负反馈:反馈信号使原来的输入信号减弱(e=x-z)。 正反馈:反馈信号使原来的输入信号增强(e=x+z)。 负反馈系统
给定值 偏差
↓
控制器
x
z ↑
e
测量值
第一节 生产自动化的主要内容
生产自动化,一般包括自动检测、自动保护、自动操纵、 自动控制系统。 1.自动检测系统 ׃利用各种检测仪表对生产过程的主要 工艺参数(如温度、流量等)进行测量、指示或记录的。
压力 流量 温度
第一节 生产自动化的主要内容
2.自动信号和联锁保护系统(自动保护) 当生产过程出现危险时,自动信号系统发出声、光等报警 信号,自动联锁保护系统立即作出反应,通过改变阀门的开 启度或切断某些通路,或进行紧急停车,以防止事故的发生 或扩大。它是生产过程中的一种安全装置。 3.自动操纵及自动开停车系统(自动操纵) 自动操纵系统:按照预先规定的步骤自动地对生产设备进 行某种周期性的操作。可减轻工人的重复性体力劳动。 自动开停车系统:按照预先规定的步骤自动地将生产过程 投入运行或自动停车。
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Time
（2）随动控制系统 随动系统：输出量能以一定精度跟随给定值变化的系 统称随动系统，又称为跟踪系统。这类系统的特点是 系统的给定值变化规律完全取决于事先不能确定的时 间函数。例如，火炮系统等。 c（t）＝ r（t） r（t）为未知时间函数。
r（t）
Time
（2）随动控制系统
（3）程序控制系统
（2）离散控制系统
A/D 计算机 D/A 测量 保持器 受控对象
系统某处或多处的信号为时间上离散的脉冲序列或 数码形式时，该系统为离散控制系统。 离散控制系统用差分方程描述。
离散控制系统:
4
按系统变量的多少分类
（1） 单变量系统 单变量系统也称作单输入单输出系统，其输 入量和输出量都为1个，系统结构较为简单。 （2） 多变量系统 单变量系统也称作多输入多输出系统，其输 入量和输出量多于1个，系统结构较为复杂。
扰动作用
控制通道 扰动通道
控制作用 被控对象
被控变量
1. 对象的自平衡能力
依控制对象有无自平衡能力划分，可分为有自平衡能 力被控对象和无自平衡能力被控对象。 自平衡能力：指对象在受到扰动后，仅依靠自身能力 而不依靠任何外加的调节作用就能使被调量趋于某一 稳定值的能力。
调节阀 1 Qi H 调节阀 2
《化工仪表及过程控制》
第一章 自动控制系统基本概念
本章内容
化工自动化的主要内容 化工自动控制系统的基本组成及方块图 化工自动控制系统的分类 化工自动控制系统的过渡过程及品质指标
工艺管道及控制流程图
1 按给定值的变化形式分类 （1）定值控制系统 定值控制系统：也称恒值控制系统。输出量以一定 的精度等于给定值，而给定值一般不变化或变化很 缓慢，扰动可随时变化的系统称为恒值系统，在生 产过程中，这类系统非常多。例如，冶金部门的恒 温系统，石油部门的恒压系统等。 c（t）＝ r（t）＝ const 其中 r（t）给定值，c（t）被控量。
有自平衡能力控制对象举例
Q0
无自平衡能力的被控对象称为无自平衡能力 被控对象，简称无自平衡对象。
调节阀
Qi H 水泵 Q0 无自平衡能力控制对象举例
2. 对象的放大系数 对于有自衡能力的对象，输入量一定时，输出量最终 也是一定的，且不同的输入量对应着不同的输出量。把自 衡对象的前后两个状态(平衡状态)的输出变化量与输入变 化量之比，称为对象的放大系数。
r1(t)
系统1
c1(t) ar1(t)+br2(t)
系统
ac1(t)+bc2(t)
r2(t)
系统2
c2(t)
(2) 非线性控制系统
当系统中存在非线性特性的组成环节或元件， 系统的特性就由非线性方程描பைடு நூலகம்，这种系统即为 非线性系统。非线性系统不具备叠加性。
3 按系统信号流的形式分类 （1） 连续控制系统 系统中个部分的信号都是时间变量的连续函数。 连续系统的运动状态或特性用微分方程描述。用模 拟式仪表实现自动化的过程控制系统均属此类系统。
被控变量
设定值
时间
（1）发散振荡过程
被控变量
设定值
时间
（2）等幅荡过程
被控变量
设定值
时间
（3）衰减振荡过程
被控变量
非周期发散
非周期衰减 设定值
时间
（4）非周期衰减
（5）非周期发散
被控变量
设定值
时间
阶跃给定作用下系统的过渡过程 总结：什么是所期望的过渡过程？什么是应该避免的过渡过程？
2、影响控制系统过渡过程的主要因素 过渡过程由控制系统本身决定！
K=（Y2-Y1）/（X2-X1）
K大，控制起来比较灵敏，但稳定性差；K小，则不大 灵敏，但较稳定。
x
X
x2-x1 t y
Y
y2-y1
t
3. 对象的容量和容量系数 对象的容量就是指对象能够存放物料量或能量 的能力。 对象的容量系数就是被控变量变化一个单位时， 需要向对象加入或取出的物料量或能量。 S=（Q2-Q1）/（Y2-Y1） 式中： S—容量系数。
如果系统的特性可用线性微分 (或差分）方程描述，即系统中各环节的特性都呈线 性关系，则称此系统为线性控制系统。
J
dc + fc = T dt
线性系统的主要特征是满足叠加原理，即：当系统 在输入信号r1(t)的作用下产生系统的输出c1(t)，当系 统在输入信号r2(t)的作用下产生系统的输出c2(t)。如 果系统的输入信号为 ar1(t)+br2(t) 则系统的输出满足: ac1(t)+bc2(t) 系数a、b可以是常数，也可以是时变参数。这样的系统 称为线性系统。
程序控制系统：自动控制系统的被控制量如果是根 据预先编好的程序进行控制的系统称程序控制系。 例如，炼钢炉中的微机控制系统，洲际弹道导弹的 程序控制系统、电梯升降控制、退火炉的炉温控制 等。 c（t）＝ r（t） r（t）为已知时间函数。
r（t） Time t1 t2
洲际弹道导弹视屏
2 按系统的特性（数学模型）分类 （1）线性控制系统
一个简单的自动控制系统由４个环节组成，可以 概括为由被控对象和自动化装置两个部分组成。影响 控制系统过渡过程的主要因素来自这两个部分。下面 分别介绍。
（一）被控对象特性对控制质量的影响
什么叫被控对象的特性呢？就是指对象受到扰动 作用后，被控变量是如何变化的。换句话说，就是对 象的输入发生变化时，其输出是如何变化的，变化的 快慢如何，以及最终变化了多少等等。
• 分类小结
开环系统 1. 按结构形式 闭环系统
恒值控制系统 按给定值的 2. 程序控制系统 变化形式 随动系统
线性系统 3. 按数学模型 非线性系统
4 . 按信号流的 形式
连续系统 离散系统
5 . 按系统变量 的多少
单变量系统 多变量系统
本章内容
化工自动化的主要内容 化工自动控制系统的基本组成及方块图 化工自动控制系统的分类 化工自动控制系统的过渡过程及品质指标
工艺管道及控制流程图
控制系统的过渡过程
1、控制系统的过渡过程 对于一个自动控制系统，扰动作用是经常存在的。假如一 个自动控制系统原来处于某一相对平衡状态，由于扰动的作用， 平衡被破坏，被控变量也就产生波动，经过控制器的控制作用， 使系统达到一个新的平衡状态。从扰动作用，发生时起到控制 器的控制作用使系统达到新的平衡时为止，这段时间内被控变 量的变化过程，称为控制系统的过渡过程。亦即系统从一个平 衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。 在阶跃扰动（或给定）的作用下，控制系统的过渡过程有 如下五种基本形式。