第一章自動控制系統(tǒng)基本概念化工工藝

熱工儀表課時：18教材：厲玉鳴主編，《化工儀表及自動化》（第三版），化學工業(yè)出版社緒論主要內(nèi)容：生產(chǎn)過程自動化的含義實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的意義生產(chǎn)過程自動化的發(fā)展狀況現(xiàn)代自動化技術(shù)特點學習本課程的重要性一、生產(chǎn)過程自動化的含義在生產(chǎn)設(shè)備上配備一些自動化的裝置,代替操作人員的部分直接勞動,使生產(chǎn)在不同程度上自動地進行的過程稱生產(chǎn)過程自動化。二、實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的意義加快生產(chǎn)速度,降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量；減輕勞動強度,改善勞動條件；能夠保證生產(chǎn)安全,防止事故發(fā)生或擴大,延長設(shè)備使用壽命,提高設(shè)備利用率；能根本改變勞動方式,提高工人文化水平,逐步消除腦力勞動和體力勞動之間的差別。三、生產(chǎn)過程自動化的發(fā)展狀況20世紀40年代以前,主要是人工調(diào)節(jié),憑經(jīng)驗指導(dǎo)生產(chǎn),生產(chǎn)效率低。20世紀50~60年代,應(yīng)用簡單自動化技術(shù),如基地式儀表。20世紀70年代開始,控制理論和控制技術(shù)及計算機技術(shù)的應(yīng)用推動了生產(chǎn)過程自動化,出現(xiàn)了各種新型控制系統(tǒng),如集散控制系統(tǒng)、二級優(yōu)化控制等。近年來,現(xiàn)代自動化技術(shù)已不只局限于對生產(chǎn)過程中重要參數(shù)的自動控制,已發(fā)展為綜合自動化。四、現(xiàn)代自動化技術(shù)特點已發(fā)展為綜合自動化,其應(yīng)用的領(lǐng)域和規(guī)模越來越大,控制與管理一體化的系統(tǒng)已提到日程,因此,其社會、經(jīng)濟效益也越來越大。顯示了知識密集化、高技術(shù)集成化的特點,它是信息技術(shù)、自動化技術(shù)、管理科學等相結(jié)合的現(xiàn)代高技術(shù)。自動化過程中的智能化程度日益增加,各種智能儀表不斷出現(xiàn),控制的精度越來越高,控制的方式日益多樣化,它不僅減輕和代替了人們的體力勞動,而且也在很大程度上代替了人們的腦力勞動。五、學習本課程的重要性本門課是一門綜合性的技術(shù)學科,通過學習自動化、儀表及計算機方面的知識,對于管理與開發(fā)現(xiàn)代化生產(chǎn)過程是十分重要的。第一章自動控制系統(tǒng)基本概念主要內(nèi)容：生產(chǎn)自動化的主要內(nèi)容自動控制系統(tǒng)的組成工藝管道及控制流程圖自動控制系統(tǒng)方框圖自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標第一節(jié)生產(chǎn)自動化的主要內(nèi)容

生產(chǎn)自動化,一般包括自動檢測、自動保護、自動操縱、自動控制系統(tǒng)。自動檢測系統(tǒng)

?利用各種檢測儀表對生產(chǎn)過程的主要工藝參數(shù)(如溫度、流量等)進行測量、指示或記錄的。

自動信號和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)(自動保護)當生產(chǎn)過程出現(xiàn)危險時,自動信號系統(tǒng)發(fā)出聲、光等報警信號,自動聯(lián)鎖保護系統(tǒng)立即作出反應(yīng),通過改變閥門的開啟度或切斷某些通路,或進行緊急停車,以防止事故的發(fā)生或擴大。它是生產(chǎn)過程中的一種安全裝置。自動操縱及自動開停車系統(tǒng)(自動操縱)自動操縱系統(tǒng):按照預(yù)先規(guī)定的步驟自動地對生產(chǎn)設(shè)備進行某種周期性的操作。可減輕工人的重復(fù)性體力勞動。自動開停車系統(tǒng):按照預(yù)先規(guī)定的步驟自動地將生產(chǎn)過程投入運行或自動停車。自動控制系統(tǒng):它是對生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性的參數(shù)進行自動調(diào)節(jié),使它們在受到外界干擾的影響而偏離正常狀態(tài)時,能自動地調(diào)回到規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi),是生產(chǎn)過程自動化的核心部分。第二節(jié)自動控制系統(tǒng)的組成生活環(huán)境中的自動控制系統(tǒng)空調(diào);電飯煲;電冰箱;洗衣機等。工業(yè)生產(chǎn)中的自動控制系統(tǒng)液位控制:人工→自動;溫度控制等。眼看腦想手動QoQi人工操作進行工作的三個方面:(1).檢測:用眼睛看液位的高低。(2).運算、命令:大腦根據(jù)眼睛看到液位的高低,加以思考和比較得出偏差,發(fā)出命令。(3).執(zhí)行:根據(jù)大腦發(fā)出命令,改變閥門開度,以改變出口流量Qo,保持液位的高低在規(guī)定位置。自動控制系統(tǒng)的組成1.被控對象:對其工藝參數(shù)進行控制的機器或設(shè)備。它可以是一段管道、一臺設(shè)備或設(shè)備的某一部分,如各種反應(yīng)器、換熱器等。自動控制系統(tǒng)的組成2.自動化裝置：測量元件及變送器:檢測參數(shù)(液位)并將檢測結(jié)果變成標準統(tǒng)一信號進行輸出,如液位的測量及變送。自動控制器:接受變送器送來的信號,與工藝需要保持的參數(shù)值(液位)進行比較得出偏差,并按某種運算規(guī)律算出結(jié)果,然后將此結(jié)果以特定信號(如電壓、電流)發(fā)送出去。執(zhí)行器:通常指控制閥,它自動地根據(jù)控制器發(fā)出的信號值改變閥門的開啟度,從而改變操縱變量,給對象施加調(diào)節(jié)作用。第三節(jié)工藝管道及控制流程圖在工藝流程確定后,工藝人員和自控設(shè)計人員應(yīng)共同研究確定控制方案?？刂品桨傅拇_定包括流程中各測量點的選擇、控制系統(tǒng)的確定及有關(guān)自動信號、聯(lián)鎖保護系統(tǒng)的設(shè)計等。在控制方案確定后,根據(jù)工藝設(shè)計給出的流程圖。一、工藝管道及控制流程圖根據(jù)工藝設(shè)計給出的流程圖按其流程順序標注出相應(yīng)的測量點、控制點、控制系統(tǒng)及自動信號與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)等,便成了工藝管道及控制流程圖。二、燭控制猶流程夾圖中兩圖例兵符號環(huán)的規(guī)懷定本書停的規(guī)摸定按雅化工代部設(shè)盲計標角準HG孫J7啦-8標7《化工貨過程檢臣測控凈制系母統(tǒng)設(shè)矮計符而號統(tǒng)哄一規(guī)裕定》1.圖形妖符號(1腰).測量憲點(包括硬檢測豈元件猜、取員樣點):由工鎖藝設(shè)正備輪廓線哭或工小藝管鄙線引涼到儀殘表圓華圈的屈連接律線的工起點,一般無面特定虎的圖誕形符費號。(2灘).連接蔽線:通用益的儀笨表信輕號線鉤均以昌細實燥線表叮示。連接旗線表乳示交肆叉、題相接陶及信白號傳刺遞方把向,如下莖圖。(3內(nèi)).儀表(包括目檢測、顯示、控制)的圖羽形符篇號儀表辟的圖辮形符逼號是蠻一個面細實胞線圓隊圈,直徑盜約10咸mm。儀表垃安裝奔位置洲不同蓋的符敲號如熱下圖獎。2.字母狗代號表示夏儀表芳的小慢圓圈爹的上半團圓內(nèi),一般錦寫有兩位貫或兩墻位以移上字景母,第一脆位字繪母表積示被測變量,后繼眨字母表示賺儀表的嘗功能。常垮用被塊測變量士和儀說表功遷能的構(gòu)字母代蘇號見蕩右表黨。字母第一字母后續(xù)字母被測變量功能A分析報警C電導(dǎo)率控制F流量I電流指示L物位P壓力或真空R放射性記錄或打印T溫度傳送3.儀表組位號儀表筍位號唱是由牛字母帳代號孫組合歡和阿稍拉伯造數(shù)字隨編號欲兩部分庸組成侵。阿塔拉伯量數(shù)字稻編號雞寫在鍵圓圈若的下域半部,其第一印位數(shù)揪字表妹示工段肚號,后續(xù)池數(shù)字(二位妹或三捐位數(shù)字)表示儀表份序號。總之,通過控制鏟流程誘圖,可看造到每姐臺儀話表的測量點位旅置、被測栗變量、儀表陷功能、工段堡號、儀表頌序號、安裝倍位置等。第四盒節(jié)彩自仍動控橋制系隱統(tǒng)方逝框圖方框扎圖的炮作用:用箭察頭表駁示自漂動控河制系兇統(tǒng)各其個組散成環(huán)節(jié)制之間燦的相上互影喝響和償信號稿聯(lián)系碌。圖1-瀉3液位芒自動控制迷系統(tǒng)巴方框燈圖如崗下。圖1-8自動控制系統(tǒng)方框圖xez-控制器控制閥對象測量元件變送器干擾作用

被控變量y測量值給定值pq偏差操縱變量f自動控制系統(tǒng)方框圖xez-控制器控制閥對象測量元件變送器干擾作用

被控變量y測量值給定值pq偏差操縱變量f方框巧圖中父所涉掩及的垃概念被控份對象:在生博產(chǎn)過節(jié)程中求需保渾持其踏工藝狡參數(shù)總穩(wěn)定城的設(shè)備臟或裝孔置。惑如冶爪金爐,加熱助爐等,也可亂是一竄臺具虧體的設(shè)戴備或殲設(shè)備俱的某族一部跳分,如一耍段管使道(貯槽)。被控早變量y:生產(chǎn)傳過程笛中需匹保持牽恒定耗的變貌量(液位)。干擾丸作用f:在生轟產(chǎn)過攝程中外引起槳被控屠變量落偏離唇給定坡值的外箭來因添素,它是服輸入勇信號(進料爺流量腿的改晴變)?？刂平饔?用來些克服北外界會干擾,使被默控變善量恢婆復(fù)到手給定值鑄的操狂作。操縱狗變量q:具體然實現(xiàn)枕控制筍作用帝的變疲量(出料灰流量)。操縱給介質(zhì):用來讓實現(xiàn)斃控制摧作用凱的物憲料(流過溫閥門紋流體)。方框授圖中墓所涉生及的提概念給定塔值:工藝罵過程活中被抄控變李量的圾期望躲值,可以算固定也可其按程把序變印化。偏差:給定忠值與憐測量套值之黎間的缸差值暮。輸入:自動炎控制卸系統(tǒng)腸方框慘圖中,指向稱該環(huán)掌節(jié)的懸信息稱該慌環(huán)節(jié)乓的輸仰入。輸出:自動論控制驕系統(tǒng)離方框令圖中,背離拴該環(huán)認節(jié)的槍信息稱該稀環(huán)節(jié)蕩的輸勾出。xez-控制器控制閥對象測量元件變送器干擾作用

被控變量y測量值給定值pq偏差操縱變量f同一舞方框理圖可秩代表百不同蝕的控手制系涂統(tǒng),如上巨圖的判蒸汽加熱印溫度掠控制屯系統(tǒng)伐也可尿用圖1-次8的方杠框圖鎮(zhèn)表示匹。自動嘆控制至系統(tǒng)證方框鄰圖與休控制遼流程遍圖的澤區(qū)別自動澆控制歐系統(tǒng)妹方框軋圖:方塊顛與方楊塊之塊間的共連接或線,只是臂代表芝方塊巨之間瘋的信徑號聯(lián)兵系,并不杜代表破方塊忙之間的不物料用聯(lián)系騾。方橡塊之膀間的篇連接晃線的都箭頭挎也只堆是代表算信號逗作用猶的方敞向?？刂茢[流程頃圖:工藝上流程造圖上結(jié)的物怨料線印是代趟表物熟料從一祥個設(shè)爸備進惡入另受一個界設(shè)備碌。方鋒塊與支方塊暗之間路的連接醋線,代表恰方塊婆之間源的物清料聯(lián)接系。自動布控制票系統(tǒng)備是一裳個具慮有負濁反饋斧的閉芝環(huán)系蠶統(tǒng)。反饋:把系猾統(tǒng)的陸輸出擾信號妖直接寺或經(jīng)郊過一圍些環(huán)禽節(jié)后念送回到配系統(tǒng)扔的輸纏入端,并加檢入到備輸入賠信號斤中的磨作法越。負反醫(yī)饋:反饋戲的信倡號使刮原來悼的輸媽入信效號減弱。正反唉饋:反饋苗的信嚷號使乳原來攔的輸航入信賄號增強。負反區(qū)饋系雁統(tǒng)以液跪位控變制為深例分戒析其倦控制朝過程:當液掩位y由于哲某種干諷擾而輝上升均時,其測般量值z升高,偏差(e逐=x-毯z)降低,這時,控制小器應(yīng)號發(fā)出士控制耽信號漲使控糠制閥協(xié)的開慚度發(fā)適生變化,變化隱的方酒向為零負,使被掀控變莫量y下降,回到憂給定值,抑制嚼了干叼擾的竭影響,達到墳了控浪制目肌的。自動控制系統(tǒng)方框圖xez-控制器控制閥對象測量元件變送器干擾作用

被控變量y測量值給定值pq偏差操縱變量f正反死饋系耀統(tǒng)當偏差e=x+忍z時,控制績系統(tǒng)臨稱正仆反饋吳系統(tǒng)啦。當都液位y由于井某種因干擾撞而上侮升時,其測它量值z升高,偏差e=x+教z增大,這時,控制魔器應(yīng)脆發(fā)出興控制資信號對使e變大,從而y進一開步上欣升,評z進一蜓步增陡大,增強保了受免干擾潔后的享變化趨勢,導(dǎo)致枕系統(tǒng)騾崩潰渠或達蜓到極末限值,從而服使系童統(tǒng)不毒穩(wěn)定。例如袖炸彈惹的爆進炸、利電子蝴振蕩粘器中姐振蕩燃過程存的產(chǎn)生等嬌都是指正反圈饋系北統(tǒng)。可見,自動煉控制園系統(tǒng)極是具馬有被魚控變小量負反飯饋的險閉環(huán)蜘系統(tǒng)。由肅于具瓣有負守反饋禁的閉煤環(huán)系途統(tǒng),它可拒隨時嗚了解家被控脾對象堆的情困況,有針絲式對性船地根很據(jù)被坊控變論量的襲變化趴情況沈而改清變控逝制作栽用的御大小森和方熔向,從而戶使系設(shè)統(tǒng)的丟工作歡狀態(tài)輝始終愿等于姿或接臟近所隨希望啟的狀情態(tài)這指是閉林環(huán)系智統(tǒng)的油優(yōu)點此。自動鐮檢測雁、自共動操始縱等開環(huán)賴系統(tǒng)由于群沒有稠負反率饋不鉤能隨炭時了萌解被填控對離象的醒情況碧而改丹變自懇己的雕操作詠狀態(tài),這是熊開環(huán)速系統(tǒng)拳的缺巷點。自動操縱裝置對象工藝參數(shù)操縱指令操縱作用圖1-10自動操縱系統(tǒng)方框圖第五愧節(jié)北自構(gòu)動控攏制系琴統(tǒng)的嘆分類各種種分類椅方法按被控追量分:如溫究度、泉壓力訊、液積位等岔控制稠系統(tǒng)授。按控制首器的茅控制相規(guī)律分:比例幣控制紛、積相分控非制、微分擇控制冤、比盤例積跪分控繳制、充比例箭微分灣控制探、比例積某分微芽分控離制等應(yīng)。按系統(tǒng)乞功能耐與結(jié)陶構(gòu)分:單回唯路簡贏單控姑制系觸統(tǒng);串級、抖比值狗、選準擇性服、分留程、幫前饋避和均譯勻等昨常規(guī)復(fù)雜摘控制圣系統(tǒng)胞；解系耦、殊預(yù)測首、推嚷斷等染先進勁控制系統(tǒng)獨和程非序控廁制系額統(tǒng)。按被控朵變量著的給篩定值獄的變睡化情淘況分：定值利控制陰系統(tǒng):要求飲被控貨變量鍬的給暗定值位不變權(quán)。(如溫災(zāi)度、薦液位)。隨動斷控制些系統(tǒng):給定烤值是折隨機臟變化辜的。紐奉隨機軋系統(tǒng)使的目的悔就是這使所使控制導(dǎo)的工悠藝參振數(shù)準投確而鉗快速贊地跟發(fā)隨給定似值的處變化賀而變掘化。(如導(dǎo)摘航雷存達系崖統(tǒng)、揚火炮扯系統(tǒng)、濱生物渾反應(yīng)曉、金茄屬熱述處理被爐)程序與控制揉系統(tǒng):給定豪值是外變化治的,但它罰是一問個已剪知的時間備函數(shù),即生鄰產(chǎn)技鏡術(shù)指亭標須如按一紀定的騎時間吩程序去變化。決一些述定型商或非廣定型警的程公控裝姻置越膨來越塌多地突被應(yīng)用悉到生牌產(chǎn)中扇。第六趨節(jié)墻自偏動控蓋制系隔統(tǒng)的宅過渡悲過程巴和邀品質(zhì)某指標一.控制賴系統(tǒng)豪的靜婚態(tài)與掘動態(tài)靜態(tài):被控躍變量化不隨踢時間醉變化他、自童動化像裝置孔保持孫原狀德的平衡狀態(tài)瞞。當一渣個自嗚控系計統(tǒng)的考輸入(給定申和干所擾)和輸余出均獻衡不變時,整個采系統(tǒng)刪就處從于一爭種相抖對穩(wěn)啦定的葵平衡管狀態(tài),即指系糖統(tǒng)中偉各信犧號的變化嘆率為獸零,信號巡壽保持鵝在某現(xiàn)一常數(shù)不目變化,而不竭是指物料丹不流遞動或能量錄不交米換。因為自測動控凝制系筐統(tǒng)在五靜態(tài)子時,生產(chǎn)騰還在都進行,物料叼和能量仍卷有進梁有出,只是虜平穩(wěn)垃進行資沒有診改變膏。一.控制濤系統(tǒng)耳的靜葬態(tài)與序動態(tài)動態(tài):被控睬變量逐隨時造間變蘆化、家自動睜化裝架置改霞變原肉狀的不平田衡狀態(tài)嗓。若一耳個系可統(tǒng)原坦先處虛于相豎對平蠶衡狀蛋態(tài)即社靜態(tài),由于范干擾的所作用抬而破冠壞了坊這種水平衡謙時,被控灘變量束就會濃發(fā)生變化,從而趴使控彩制器代、控畝制閥廚等自鄙動化貪裝置壩改變匯原來平銷衡時感所處獅的狀價態(tài),產(chǎn)生懲一定國的控意制作丟用來北克服悄干擾筐的影落響,并力滑圖使饞系統(tǒng)船恢復(fù)嗓平衡探。從鍵干擾脈發(fā)生開始,經(jīng)過填控制,直到嗽系統(tǒng)勇重新粒建立暮平衡,在這漁一段李時間中,整個逝系統(tǒng)棗的各舌個環(huán)省節(jié)和涌信號碌都處惱于變袋動狀李態(tài)之中,所以綁這種匙狀態(tài)趟叫做挽動態(tài)扭。二、期控制疾系統(tǒng)畏的過勾渡過發(fā)程過渡駐過程:系統(tǒng)點受輸微入(干擾)信號香的作墨用從咸一個徒平衡狀態(tài)興過渡波到另勻一個堪平衡壟狀態(tài)磚的過梅程稱壘為過渡傍過程誤。是被電控量病在干蓄擾信針號或吃控制保信號琴的作撲用下惱隨時睜間不斷變惜化的垃過程,其變窩化規(guī)團律與絲式干擾主信號水的形國式有億關(guān)。階躍臘干擾骨作用:在某寸一瞬間t0,干擾慣突然餡地階歌躍式地賊加到購系統(tǒng)弄上并鼻保持該幅波度。宿它比我較突伙然,比較尤危險,對被曲控量蔥影響最蘋大。系統(tǒng)番的穩(wěn)鋤定性:如果收系統(tǒng)扶在受扇到干架擾信近號作增用后,輸出變概量最番終能返回供到原埋平衡床狀態(tài)或其蒸附近,稱系描統(tǒng)為穩(wěn)譯定的;否則,稱系鋒統(tǒng)不柴穩(wěn)定稍。在階浙躍干闊擾作勺用下翼自動延控制支系統(tǒng)表的過含渡過非程形期式：(a暮)非周牌期衰磁減過采程;呆(b虹)衰減脊振蕩戒過程;溫(c繞)等幅捕振蕩燈過程;扔(d索)發(fā)散除振蕩伏過程;(患e)非振公蕩發(fā)才散過韻程。三、裕階躍都干擾禁作用滋下衰奸減振鵝蕩過濫程的尤品質(zhì)債指標橫坐迅標t為時順間,縱坐郊標y為被祖控變杰量離璃給定厭值的架變化量杜。t=粥0時,系統(tǒng)敞穩(wěn)定,y跡(0娘)=謹0;傍t→∞時,系統(tǒng)捎也達述到新的幸穩(wěn)態(tài),y絲式(∞)評=C。最大世偏差(A拍):在過狼渡過快程中,被控跨量偏識離給秧定值拾的最大接量。甚最大齒偏差南越小優(yōu)越好覺。超調(diào)產(chǎn)量(B象):在過征渡過惜程中,第一洋個峰扁值A(chǔ)與新探穩(wěn)態(tài)值C之差,即B=橫A-勉C。三、護階躍疑干擾赴作用臺下衰宜減振斤蕩過曾程的惹品質(zhì)續(xù)指標衰減禾比(n盡):前后啄相鄰晉兩個控峰值艙的比既。是嫁反映鞠衰減堪程度的孔指標,n懇=B面:B?！?實踐趣表明:n處于4~我10之間拌較合雄適。余差(C們):新的看穩(wěn)態(tài)大值與耐之差盜。余膚差越督小越膜好。過渡辯時間(ts):從干縮慧擾開叫始起,直到銀被控票變量爺進入限到距新穩(wěn)籮態(tài)值惱的±5%峽(或±2%宅)的范鴿圍內(nèi)袍且不荷再越并出時為客止所葬經(jīng)歷納的時廚間。泥過渡服時間柱越短,系統(tǒng)暗控制屑質(zhì)量高態(tài)。三、鋪階躍場干擾狹作用抗下衰燥減振爺蕩過企程的外品質(zhì)尤指標振蕩責周期遍和頻冷率:兩個絡(luò)同向駝波峰(或波凍谷)之間夕的時間間材隔,為振饑蕩周熔期;周期機越短思越好辭。頻蹈率為最周期如的倒數(shù)乘。這些聾指標旅在不檢同的點系統(tǒng)湯中各攝有其材重要側(cè)性,且互認相間即赤有矛暮盾,又有共聯(lián)系刮。要前分清慚主次,首先骨保證柜對生產(chǎn)過席程有真決定殊性意毒義的獵主要備品質(zhì)看指標加。四、倦影響杏控制辱系統(tǒng)歡過渡絞過程計品質(zhì)利的主釋要因聾素工藝五過程地部分(被控棗對象)和自宇動化閣裝置桐部分(測量與變?nèi)推鹘K、控繪制器薪、執(zhí)秋行器)。主廈要是受對象獻的性設(shè)質(zhì),但自鍋動化重裝置聽應(yīng)按謎對象穴的性弦質(zhì)加關(guān)以選盤擇和亦調(diào)整紡。例:某換填熱器類的溫賺度調(diào)恨節(jié)系滴統(tǒng)在泊單位閃階躍稿干擾惡作用霜下的咸過渡鵲過程離曲線璃如右步圖。第試求仁最大拖偏差假、余棍差、悉衰減座比、傅振蕩且周期沖和過刷渡時維間(給定椅值為20毯0℃另)。解：最大星偏差:A性=2訂30英-2唯00盒=3僵0倒℃余差:C熊=2縮慧05乖-2權(quán)00沈=5籍℃衰減撥比:B匹:B?=(頓23怎0-鼓20伶5)蠟:(組21撫0-民20桂5)改=5絕:1振蕩典周期:T貴=2鏈0-