热工过程自动调节第1章.ppt
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1、化学工业出版社化学工业出版社 热热工工过过程自程自动调节动调节第一章第一章 自动控制系统基本概念自动控制系统基本概念 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 热工自动化的概念热工自动化的概念n自动化就是在工业生产的设备上配备自动化装置以代替工自动化就是在工业生产的设备上配备自动化装置以代替工人的直接劳动,从而使生产在不同程度上自动地进行。那人的直接劳动,从而使生产在不同程度上自动地进行。那么,这些用自动化装置来管理和控制生产过程的方法则称么,这些用自动化装置来管理和控制生产过程的方法则称为自动化。而用相应的自动化装置来管理和控制热工生产为自动化。而用相应的自动化装置来管理和控制热工生产过程
2、的则称为热工自动化。过程的则称为热工自动化。化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 实现热工自动化的意义实现热工自动化的意义n1、提高生产力,降低劳动成本,提高产品的质量和产量;、提高生产力,降低劳动成本,提高产品的质量和产量;n2、降低劳动强度,改善劳动条件;、降低劳动强度,改善劳动条件;n3、确保安全生产;、确保安全生产;n4、从根本上改变劳动方式,提高工人文化技术水平。、从根本上改变劳动方式,提高工人文化技术水平。化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 热工自动化的主要内容热工自动化的主要内容n1.自动检测自动检测系统系统n2.自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统n3.自
3、动操纵及自动开停车系统自动操纵及自动开停车系统n4.自动控制系统自动控制系统3利用各种检测仪表对主要工艺参利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量、指示或记录的,称数进行测量、指示或记录的,称为自动检测系统。它代替了操作为自动检测系统。它代替了操作人员对工艺参数的不断观察与记人员对工艺参数的不断观察与记录,起到人的眼睛的作用。录,起到人的眼睛的作用。图1-1 热交换器自动检测系统示意图当工艺参数超过了允许范围,在事故即将发生以前,当工艺参数超过了允许范围,在事故即将发生以前,信号系统就自动地发出声光信号,告诫操作人员注信号系统就自动地发出声光信号,告诫操作人员注意,并及时采取措施。如工况已到达危
4、险状态时,意,并及时采取措施。如工况已到达危险状态时,联锁系统立即自动采取紧急措施,打开安全阀或切联锁系统立即自动采取紧急措施,打开安全阀或切断某些通路,必要时紧急停车,以防止事故的发生断某些通路,必要时紧急停车,以防止事故的发生和扩大。它是生产过程中的一种安全装置。和扩大。它是生产过程中的一种安全装置。自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生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。行或自动停车。在
5、受到外界干扰(扰动)的影响而偏离正常状态时,在受到外界干扰(扰动)的影响而偏离正常状态时,自动控制系统能自动地控制而回到规定的数值范围自动控制系统能自动地控制而回到规定的数值范围内。内。化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 自动控制系统的基本组成及方块图自动控制系统的基本组成及方块图 4图1-2 人工操作图图1-3 液位自动控制系统图n人工操作与自动控制比较图人工操作与自动控制比较图控制速度和精度不能满足大型控制速度和精度不能满足大型现代化生产的需要现代化生产的需要化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 自动控制系统的基本组成及方块图自动控制系统的基本组成及方块图 n自动控制系统的组
6、成自动控制系统的组成5组组成成自动化装置自动化装置被控对象被控对象测量元件与变送器测量元件与变送器自动控制器自动控制器执行器执行器化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 自动控制系统的基本组成及方块图自动控制系统的基本组成及方块图n液位自动控制的方块图液位自动控制的方块图n在在研研究究自自动动控控制制系系统统时时,为为了了便便于于对对系系统统分分析析研研究究,一一般都用方块图来表示控制系统的组成。般都用方块图来表示控制系统的组成。n下下页页图图为为液液位位自自动动控控制制系系统统地地方方块块图图每每个个环环节节表表示示组组成成系系统统的的一一个个部部分分,称称为为“环环节节”。两两个个方方
7、块块之之间间用用一一条条带带有有箭箭头头的的线线条条表表示示其其信信号号的的相相互互关关系系,箭箭头头指指向向方方块块表表示示为为这这个个环环节节的的输输入入,箭箭头头离离开开方方块块表表示示为为这这个个环环节节的输出。线旁的字母表示相互间的作用信号。的输出。线旁的字母表示相互间的作用信号。6化学工业出版社化学工业出版社 n方方块块图图中中,x 指指设设定定值值;z 指指输输出出信信号号;e 指指偏偏差差信信号号;p 指指发发出出信信号号;q 指指出出料料流流量量信信号号;y 指指被被控控变变量量;f 指指扰扰动动作作用用。当当x 取取正正值值,z取取负负值值,e=x-z,负负反反馈;馈;x
8、取正值,取正值,z取正值,取正值,e=x+z,正反馈。,正反馈。第四节第四节 自动控制系统的基本组成及方块图自动控制系统的基本组成及方块图n液位自动控制的方块图液位自动控制的方块图图1-4 液位自动控制系统方块图7化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 自动控制系统的基本组成及方块图自动控制系统的基本组成及方块图n其它控制系统其它控制系统 用同一种形式的方块图可以代表不同的控制系统用同一种形式的方块图可以代表不同的控制系统图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
9、来维持出口物料的温度不变。这个控制系统同样可以这个控制系统同样可以用用上页中上页中的方块图表示的方块图表示8化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 自动控制系统的基本组成及方块图自动控制系统的基本组成及方块图n注注意意!方方块块图图中中的的每每一一个个方方块块都都代代表表一一个具体的装置。个具体的装置。9n方块与方块之间的连接线,只是代表方块之间的信号联系,并不代表方块之间的物料联系。方块之间连接线的箭头也只是代表信号作用的方向,与工艺流程图上的物料线是不同的。n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,而方块图上的线条及箭头方向有时并不与流体流向相一致。n自动控制系统是一个
10、闭环系统化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 自动控制系统的基本组成及方块图自动控制系统的基本组成及方块图n小结小结n自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。n与自动检测、自动操纵等开环系统比较,最本质的区与自动检测、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。控(工艺)变量是不反馈到输入端的。10举例举例典型的开环系统的例子:典型的开环系统的例子:自动操纵装置自动操纵装置对象对象操纵作用操纵作用工艺参数工艺参数操纵指令操纵指
11、令化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 自动控制系统的基本组成及方块图自动控制系统的基本组成及方块图n小结小结开开环环系系统统:自自动动机机在在操操作作时时,一一旦旦开开机机,就就只只能能是是按按照照预预先先规规定定好好的的程程序序周周而而复复始始地地运运转转。这这时时被被控控变变量量如如果果发发生生了了变变化化,自自动动机机不不会会自自动动地地根根据据被被控控变变量量的的实实际际工工况况来改变自己的操作。来改变自己的操作。比较比较闭闭环环系系统统:有有针针对对性性地地根根据据被被控控变变量量的的变变化化情情况况而而改改变变控控制制作作用用的的大大小小和和方方向向,从从而而使使系系统统的
12、的工工作作状状态态始始终终等等于于或或接接近近于于所所希望的状态。希望的状态。11化学工业出版社化学工业出版社 第五节第五节 自动控制系统的分类自动控制系统的分类n几种分类方法几种分类方法n按被控变量来分类,如温度、压力等控制系统;按被控变量来分类,如温度、压力等控制系统;n按控制器具有的控制规律来分类,如比例、比例积分、按控制器具有的控制规律来分类,如比例、比例积分、比例微分、比例积分微分等控制系统;比例微分、比例积分微分等控制系统;n将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变量的给定将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变量的给定值是否变化和如何变化来分类,这样可将自动控制系值是否变化和如何变化
13、来分类,这样可将自动控制系统分为三类,即定值控制系统、随动控制系统和程序统分为三类,即定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。控制系统。12其中第三种分类方法最普遍其中第三种分类方法最普遍化学工业出版社化学工业出版社 第五节第五节 自动控制系统的分类自动控制系统的分类 “定值”是恒定给定值的简称。工艺生产中,若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,就需要采用定值控制系统。131.1.定值控制系统定值控制系统定值控制系统定值控制系统2.2.2.2.随动控制系统(自动跟踪系统)随动控制系统(自动跟踪系统)随动控制系统(自动跟踪系统)随动控
14、制系统(自动跟踪系统)给定值随机变化,该系统的目的就是使所控制的工艺参数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。化学工业出版社化学工业出版社 第五节第五节 自动控制系统的分类自动控制系统的分类3.3.程序控制系统(顺序控制系统)程序控制系统(顺序控制系统)给定值变化,但它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。这类系统在间歇生产过程中应用比较普通。14化学工业出版社化学工业出版社 第六节第六节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 n一、控制系统的静态与动态一、控制系统的静态与动态15自自动动控控制制目目的的:希希望望将将被被控控变变量量保保持持在在
15、一一个个不不变变的的给给定定值值上上,这这只只有有当当进进入入被被控控对对象象的的物物料料量量(或或能能量量)和和流流出对象的物料量(或能量)相等时才有可能。出对象的物料量(或能量)相等时才有可能。静静态态被被控控变变量量不不随随时时间间而而变变化化的的平平衡衡状状态态(变变化化率率为为0,不是静止)。,不是静止)。化学工业出版社化学工业出版社 第六节第六节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标 当当一一个个自自动动控控制制系系统统的的输输入入(给给定定和和干干扰扰)和和输输出出均均恒恒定定不不变变时时,整整个个系系统统就就处处于于一一种种相相对对稳稳定定的的平平衡
16、衡状状态态,系系统统的的各各个个组组成成环环节节如如变变送送器器、控控制制器器、控控制制阀阀都都不不改改变变其其原原先先的的状状态态,它它们们的的输输出出信信号号也也都都处处于于相相对对静静止止状状态态,这种状态就是这种状态就是静态静态。16化学工业出版社化学工业出版社 第六节第六节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标17动态动态被控变量随时间变化的不平衡状态被控变量随时间变化的不平衡状态。从干扰作用破坏静态平衡,经过控制,直到系统重新建立平衡,在这一段时间中,整个系统的各个环节和信号都处于变动状态之中,这种状态叫做动态。结论:结论:在自动化工作中,了解系统的静态
17、是必要的,但是了解系统的动态更为重要。因为在生产过程中,干扰是客观存在的,是不可避免的,就需要通过自动化装置不断地施加控制作用去对抗或抵消干扰作用的影响,从而使被控变量保持在工艺生产所要求控制的技术指标上。化学工业出版社化学工业出版社 第六节第六节 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标n二、控制系统的过渡过程二、控制系统的过渡过程n系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。18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。举例举例图1-7 控制系统方块图化学工业出版社化学工业出版社 第六节第六节 自动控制系统的过渡过程
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