化工仪表与自动化7-1(自动控制系统基本概念)解析

化工仪表及自动化》教案

教师活动

学生活动时间分配

教学步骤教学内容

实训一、熟悉CS2000组成

二、液位的控制操作

1．人工控制水箱水位操作

2．液位的自动控制操作

三、观察并记录自动控制系统组成观摩

听课

45

分种

理论教学（讲解）第一节自动控制系统的组成

化工生产自动化场景

一、人工操作

30

分钟

重点：理解人工控

制组成及过程

重点：自动控制系统组成

图7-1 人工操作图

1．人工控制目的

控制水箱水位为希望的值

2．人工控制过程

人和被控制水箱组成人工控制系统

操作员对水位进行控制进行了三个方面工作：

（1）检测眼睛观察水位

（2）运算大脑将水位与希望的水位值相比较，得出偏差

大小和正负，然后发出指令

（3）执行根据大脑发出指令，通过手开动阀门（开大还

是并小，以用动作幅度），改变出水流量Q0,从而使水位保持

在所需的高度上。

3．人工控制缺点：眼、脑、手担负了检测，运算、执行，

由于受到人的生理的限制。控制速度和精度不能满足大型现代

化生产的需要

二、自动控制

1．自动控制装置组成

为了实现自动控制，用自动化装置实现水位的自动控制。

听课

重点：自

动控制系

统方块图

画法

自动控制装置一般至少包括三个部分：

（1）测量元件与变送器测量水位，并输出统一信号

（2）控制器接受奕送器信号，并与水位给定值相比较

得出偏差，按某种运算规则处出结果，输出信号（气

压或电流信号）

（3）执行器一般是控制阀，用来接受控制器信号，根

据控制器输出信号改变阀门开度，从而实现对水位

的控制。

图7-2 液位自动控制

它与人工控制相似。只不过是用检测仪表代替眼睛；控制器代替人脑；执行器代替手。

3．控制对象

在自动控制系统中，除了自动化装置外，必须有控制的生产设备。在自动控制系统中将需要控制工艺参数的生产设备或机器叫做被控对象。如：水箱

化工生产常见对象：塔、反应器、泵、压缩机、容器、贮槽

第二节自动控制系统的方块图

一、自动控制系统的方块图

1．自动控制系统的方块图组成

在研究自动控制系统中，为了清楚地表示一个自动控制系统中各个组成环节之间相互影响和信号联系，一般用方块图来表示控制系统的组成。自动控制系统的方块图由环节、信号线、分叉点、比较点组成。

（1）信号线由方向线和变量组成

载有变量信息的物理变量是信号。

（2）环节

图7-3 输入、输出变量图

系统中变量有：

输入变量

输出变量

重点：以图7-7说明名词概念

多输入多输出系统

在控制系统中，从信号流角度出发，而不是从物料流或能量流研究问题。例如：下图我们要控制液位h(输出量)，流量Q1、Q2则是输入量。

（3）分叉点

（4）比较点

2．自动控制系统方块图

（1）自动控制系统方块图

液位自动控制系统的地方块图画法

重点：负

反馈概念

图7-6 自动控制系统的方块图

被控对象——贮槽

被控变量——液位y

操纵变量——控制阀出料流量q

干扰作用——进料流量的改变f

（2）自动控制系统名词

被控对象需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象。

被控变量对象内要求保持一定数值（或按规律变化）的物理量。

操纵变量受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值、起控制（控制变量）作用的变量称为操纵变量（控制变

量）。

干扰除操纵变量,作用于对象并引起被控变量变化的其他因素.

给定值工艺规定被控变量所要保持的数值。

偏差设定值与测量值之差。

其他控制系统：用同一种形式地方块图可以代表不同的控制系统

（3）换热器的温度控制系统

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。

图7-7 蒸汽加热器温度控制系统

自动控制系统方块构图相似。

被控对象——加热器

被控变量——出料口温度T

操纵变量——加热蒸汽流量q

干扰作用——进料流量/温度的改变f

为了便于分析,有时将控制器以外的各个环节(包括被控对象、测量元件及变送器、控制阀)组合在一起看待,称之为广义对象,这样,整个系统可认为是由控制器与广义对象两者所构成,其方块图可简化。

图7-8 简化方块图

二、反馈

反馈是控制系统的输出（即被控变量）通过测量变送返回到控制系统的输入端，并与设定值比较的过程。

负反馈：反馈的结果使系统的输出减小的反馈类型。e=x- z

正反馈：反馈的结果使系统的输出增加的反馈类型。e=x+z 工业控制系统一般情况下都应为负反馈。

闭环——系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较的系统称为闭环系统，此时系统根据偏差控制，直至消除偏差。

开环——系统的输出没有被反馈回输入端，执行器仅只根据输入信号进行控制的系统称为开环系统。系统的输出与偏差无关。