化工仪表及自动化第1章自动控制系统概述25023.pptx

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1、课程概况课程概况授课学时：授课学时：32学时学时配套课程：配套课程：化工仪表及自动化实验（化工仪表及自动化实验（16学时）学时）所用教材：所用教材：化工仪表及自动化化工仪表及自动化 厉玉鸣厉玉鸣 化学工业出版社化学工业出版社 第五版第五版参考教材：参考教材：过过程自程自动动化及化及仪仪表表俞俞金寿金寿 化学工化学工业业出版社出版社 第二版第二版 等等考核方式：考核方式：闭卷考试成绩（闭卷考试成绩（70%）+平时成绩（平时成绩（30%）基础知识：基础知识：电路、电工、计算机电路、电工、计算机化工仪表及自动化化工仪表及自动化仪表？仪表？课程概况课程概况课程概况课程概况课程概况课程概况化工厂中央控制

2、室化工厂中央控制室课程概况课程概况自动化系统概述自动化系统概述过程特性过程特性检测变送检测变送控制器控制器执行器执行器简单控制系统简单控制系统复杂控制系统复杂控制系统先进控制系统先进控制系统典型控制系统典型控制系统概念概念控制系统组成控制系统组成系统设计及参数设定系统设计及参数设定趋势趋势n化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容n自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式n自动控制系统的分类自动控制系统的分类n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过程自动化过程自动化【定义定义】：是指在机器、

3、设备上配置一些装置，代替人工的部：是指在机器、设备上配置一些装置，代替人工的部分直接劳动，使生产过程在不同程度上自动地进行。这种用自分直接劳动，使生产过程在不同程度上自动地进行。这种用自动化装置来管理生产过程的方法称为过程自动化。动化装置来管理生产过程的方法称为过程自动化。自动化？自动化？4040化工自动化化工自动化指在指在化工化工机器、设备上配置一些装置，代替人工的部分直接劳机器、设备上配置一些装置，代替人工的部分直接劳动，使动，使化工化工生产过程在不同程度上自动地进行。生产过程在不同程度上自动地进行。这种用自动化这种用自动化装置来管理装置来管理化工化工生产过程的方法称为生产过程的方法称为化

4、工自动化。化工自动化。第一节第一节化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容第一节第一节化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容P3n1.自动检测系统自动检测系统“了解”生产任务n4.自动控制系统自动控制系统核心n2.自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统安全装置n3.自动操纵及自动开停车系统自动操纵及自动开停车系统图1-1 热交换器自动检测系统示意图图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第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基

5、本组成及表示形式n自动控制系统的组成自动控制系统的组成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第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式被控对象被控对象自动化装置自动化装置控制器控制器执行器执行器检测变送检测变送被控对象：被控对象：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。程、设备或机器等。被控变量：被控变量：被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。操纵变量：操纵变量：受控制器操纵的，用以克服干扰的影响

6、，使被受控制器操纵的，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。控变量保持设定值的物料量或能量。第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式扰扰 动：动：除操纵变量外，除操纵变量外，作用于被控对象并引起被作用于被控对象并引起被控变量变化的因素控变量变化的因素设定值：设定值：工艺参数所要求工艺参数所要求保持的数值保持的数值偏偏 差：差：被控变量的设被控变量的设定值与实际值之差定值与实际值之差负反馈：负反馈：将被控变量送回将被控变量送回输入端并与输入变量相减输入端并与输入变量相

7、减加热炉的温度控制系统被控对象：被控对象：被控变量：被控变量：操纵变量：操纵变量：扰动：扰动：第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式加热炉加热炉物料出口温度物料出口温度燃料油流量燃料油流量原料温度、燃料油热值等原料温度、燃料油热值等闭环控制闭环控制-在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设定值进行在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设定值进行比较，根据偏差进行控制，整个系统构成了一个闭环。比较，根据偏差进行控制，整个系统构成了一个闭环。-优点：优点：有针对性地根据被控变量的变化情况而改变控制作有针对性地根据被控变量的变化情况而改变控制作用的大小和方向

8、，达到被控变量与设定值始终保持一致。用的大小和方向，达到被控变量与设定值始终保持一致。-缺点：缺点：控制不及时；如果系统内部各个环节配合不当，系控制不及时；如果系统内部各个环节配合不当，系统会引起剧烈震荡，甚至失去控制。统会引起剧烈震荡，甚至失去控制。开环控制开环控制-不需要对被控变量进行测量，只根据输入信号进行控制不需要对被控变量进行测量，只根据输入信号进行控制,控控制很及时。制很及时。第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象蒸汽蒸汽汽包汽包

9、省煤器省煤器给水给水 锅炉汽包自动控制系统示意图锅炉汽包自动控制系统示意图1Ff FT LT FdC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水举例举例n方框图方框图液位自动控制系统方框图第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式执行器执行器广义对象广义对象控制器控制器每个方框表示组成系统的一个每个方框表示组成系统的一个环节环节，两个方框之间用带箭头，两个方框之间用带箭头的线段表示的线段表示信号信号联系；进入方框的信号为联系；进入方框的信号为环节输入环节输入，离开方，离开方框的为框的为环节输出。环节输出。注意！注意！n方框图中的每一个方框都代表一个具体的装置。方框图

10、中的每一个方框都代表一个具体的装置。n方框与方框之间的连接线，只是代表方框之间的信号联系，方框与方框之间的连接线，只是代表方框之间的信号联系，与工艺流程图上的物料线有区别。与工艺流程图上的物料线有区别。n“环节环节”的输入会引起输出的变化，而输出不会反过来直的输入会引起输出的变化，而输出不会反过来直接引起输入的变化。环节的这一特性称为接引起输入的变化。环节的这一特性称为“单向性单向性”。n自动控制系统是一个闭环系统自动控制系统是一个闭环系统第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式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用同一种形式的方框图可以代表不同的控制

11、系统蒸汽加热器温度控制系统第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式 给定值给定值x x 偏差偏差e e控制器输出控制器输出p p操纵变量操纵变量q q被控变量被控变量y y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z z干扰作用干扰作用f fn管道及仪表流程图（管道及仪表流程图（PID图）图）第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式工艺人员确定工艺流程 根据工艺流程图，按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工艺管道及控制流程图（PID图）工艺人员和自控设计

12、人员应共同研究确定控制方案。控制方案包括流程中各测量点的选择、控制系统的确定及有关自动信号、联锁保护系统的设计等图1-6脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例图图是是乙乙烯烯生生产产过过程程中中脱脱乙乙烷烷塔塔的的工工艺艺管管道道及及控控制流程图制流程图塔顶出乙烷和更轻组分(如乙烯、甲烷)，塔底出丙烷和更重组分。举例举例第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式图1-6脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例举例举例第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式一、图形符号一、图形符号1.1.测试点（包括检出测试点（包括检出元件、取样点）元

13、件、取样点）2.2.连接线连接线3.3.仪表（包括检测、显示、控制）的图形符号仪表（包括检测、显示、控制）的图形符号 仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约10mm，对于不同的仪表安装位置的图形符号如下表所示。第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式序序号号安装位安装位置置图形符号图形符号备注备注序序号号安装位置安装位置图形符图形符号号备注备注1就地安就地安装仪表装仪表嵌在管道嵌在管道中中4集中仪表集中仪表盘后安装盘后安装仪表仪表2集中仪集中仪表盘面表盘面安装仪安装仪表表5就地仪表就地仪表盘后安装盘后安装仪表仪表3就地仪就地仪表盘面表盘面安装仪安装仪表表表1

14、-1 仪表安装位置的图形符号表示 P9P9第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式 对于处理两个或两个以上被测变量，具有相同或不同功能的复式仪表时，可用两个相切的圆或分别用细实线圆与细虚线圆相切表示（测量点在图纸上距离较远或不在同一图纸上），如下图所示。图1-9 复式仪表的表示法第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式n二、字母代号二、字母代号在控制流程图中，用来表示仪表的小圆圈的上半圆内，一般写有两位（或两位以上）字母，第一位字母表示被测变量，后继字母表示仪表的功能，常用字母代号见下表。第二节第二节自动控制系统的基本组成

15、及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式字母字母第一位字母第一位字母后继字母后继字母被测变量被测变量修饰词修饰词功能功能ACDEFIKLMPQRSTVWYZ分析分析Analyze电导率电导率Conductivity密度密度电压电压流量流量Flow电流电流CurrentIntensity时间或时间程序时间或时间程序物位物位Level水分或湿度水分或湿度压力或真空压力或真空Press数量或件数数量或件数放射性放射性Radioactivity速度或频率速度或频率温度温度Temperature黏度黏度力力供选用供选用位置位置差差比（分数）比（分数）低低中间中间积分、累积积分、累积安全安全报警报警Al

16、arm控制（调节）控制（调节）Control检测元件检测元件指示指示Indicate自动自动-手动操作器手动操作器积分、累积积分、累积记录或打印记录或打印Record开关、联锁开关、联锁传送传送Transfer阀、挡板、百叶窗阀、挡板、百叶窗套管套管继动器或计算器继动器或计算器驱动、执行或未分类的终端执行机构驱动、执行或未分类的终端执行机构表1-2 被测变量和仪表功能的字母代号R=R+I灯灯 LampLamp 高高 n三、仪表位号三、仪表位号 仪仪表表位位号号是由字母代号组合和阿拉伯数字编号两部分组成。阿拉伯数字编号写在圆圈的下半部，其第一位数字表示工段号，后续数字（二位或三位数字）表示仪表序

17、号。第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式 如果同一个仪表回路中有两个以上具有相同功能的仪表，可用仪表位号后附加尾缀（大写英文字母）加以区别，如：PT-202A，PT-202B；PV-201A，PV-201B液位指示、联锁、报警液位指示、联锁、报警设备设备LISA112液位高度指示灯液位高度指示灯设备设备LLH114ALLM114BLLL114C第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式第二节第二节自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式 图示为超细碳酸钙生产工艺中炭化部分的工艺管道及控制流程图，图

18、示为超细碳酸钙生产工艺中炭化部分的工艺管道及控制流程图，H 手动；手动；I 指示；指示；C 控制器；控制器；即：带显示的手动控制器（手操器）即：带显示的手动控制器（手操器）集中仪表盘面安装集中仪表盘面安装,第一工段，第第一工段，第01个个 CO2 就地安装压力指示仪表就地安装压力指示仪表第一工段，第第一工段，第01个个 L 液位；液位；I 指示；指示；C 控制器；控制器；即：具显示功能的液位控制回路即：具显示功能的液位控制回路集中仪表盘面安装，第一工段，第集中仪表盘面安装，第一工段，第01个个泵泵 F 流量；流量；I 指示；指示；C 控制器；控制器；Q 累积；累积；即：具有累积、显示功能的流量

19、控制回路即：具有累积、显示功能的流量控制回路集中仪表盘面安装，第一工段，第二个。集中仪表盘面安装，第一工段，第二个。第三节第三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按被控变量来分类按被控变量来分类 液位、温度、压力自动控制系统。液位、温度、压力自动控制系统。n按控制器具有的控制规律来分类按控制器具有的控制规律来分类 比例、积分、微分比例、积分、微分n将被控变量的给定值是否变化和如何变化来分类将被控变量的给定值是否变化和如何变化来分类其中第三种分类方法最普遍其中第三种分类方法最普遍第三节第三节自动控制系统的分类自动控制系统的分类给定值给定值x可以是外部给定，也可以是内

20、给定。可以是外部给定，也可以是内给定。第三节第三节自动控制系统的分类自动控制系统的分类1.定值控制系统定值控制系统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）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）根据给定值的不同情况，将自动控制系统分为三类根据给定值的不同情况，将自动控制系统分为三类第三节第三节自动控制系统的分类自动控制系统的分类1.定值控制系统定值控制系统-给定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为给定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为定值控制系统。定值控制系统。-克服干扰的影响克服干扰的影响电阻丝加热恒温箱温度控制系统第三节第三节自

21、动控制系统的分类自动控制系统的分类2 2.随动控制系统（随动控制系统（自动跟踪自动跟踪控制）控制）-给定值不断地变化，而且这种变化不是已知的、预先规给定值不断地变化，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）随之定好的，而是随机的。并要求系统的输出（被控变量）随之变化。变化。-给定值按一定的时间程序变化。但它是一个已知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的时间函数，即根据需要按一定时间程序变化 ,f(t)f(t)如如马马弗炉程序升温系弗炉程序升温系统统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

22、）第四节第四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）和和流流出出对对象象的的物物料料量量（或或能能量量）相等时才有可能。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）。蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水 锅炉汽包自动控制系统示意图锅炉汽包自动控制系统示意图动

23、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。第四节第四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

24、一个平衡状态的过程。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。举例举例第四节第四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蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水 锅炉汽包自动控制系统示意图锅炉汽包自动控制系统示意图对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系统都是稳定系统）对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系统都是稳定系统）要分析其要分析其稳定性、准确性和快速性稳定性、准确性和快速性，常以阶跃作用为输入时的，常以阶跃作用为输入时的被控变量的过渡过程为例，因为阶跃作用很典型，实际上也经被控变量的过渡过程为例，因为阶跃作用很典

25、型，实际上也经常遇到，且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。常遇到，且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。第四节第四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信号常见形式信号常见形式 斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号、阶跃信号等。斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号、阶跃信号等。第四节第四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阶跃信号阶跃信号A 0 t0 t0 数学表达式为：数学表达式为：当A=1时称为单位阶跃信号。特特 点点易产生易产生对系统输出影响大对系统输出影响大便于分析和计算便于分析和计算第四节第四节自动控制系统的

26、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系统在过渡过程中，被控变量是随时间变化的。被控变系统在过渡过程中，被控变量是随时间变化的。被控变量随时间的变化规律首先取决于作用于系统的干扰形式。量随时间的变化规律首先取决于作用于系统的干扰形式。n在在生生产产中中，出出现现的的干干扰扰是是没没有有固固定定形形式式的的，且且多多半半属属于于随随机机性性质质。在在分分析析和和设设计计控控制制系系统统时时，为为了了安安全全和和方方便便，常选择一些定型的干扰形式，其中常用的是阶跃干扰。常选择一些定型的干扰形式，其中常用的是阶跃干扰。第四节第四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

27、品质指标n自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式非周期衰减过程非周期衰减过程衰减震荡过程衰减震荡过程等幅震荡过程等幅震荡过程发散震荡过程发散震荡过程？对对于于控控制制质质量量要要求求不不高高的的场场合合，如如果果被被控控变变量量允允许许在在工工艺艺许许可可的的范范围围内内振振荡荡（主主要要指指在在位位式式控控制制时时），才可采用。才可采用。第四节第四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单项控制指标（仅适用于衰减振荡过程）单项控制指标（仅适用于衰减振荡过程）稳定性、准确性和快速性稳定性、准确性和快速性n综合控制

28、指标综合控制指标n三、控制系统的品质指标三、控制系统的品质指标第四节第四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三、控制系统的品质指标三、控制系统的品质指标n控制系统的过渡过程是衡量系统品质的依据。控制系统的过渡过程是衡量系统品质的依据。图1-10 过渡过程品质指标示意图第四节第四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1、最大偏差或超调量、最大偏差或超调量2、衰减比、衰减比3、余差、余差 4、过渡时间、过渡时间5、振荡周期或频率、振荡周期或频率五种重要品质指标之一五种重要品质指标之一1.最大偏差或超调量最大偏差或超调量最大偏差是指在过渡过

29、程中，被控变量偏离给定值的最大数值。在衰减振荡过程中，最大偏差就是第一个波的峰值。超调量定义：第一个波的峰值与最终稳态值之差，即B=A-C,如果系统的新稳态值等于设定值，那么最大偏差就等于超调量。超调量也可以用来表征被控变量偏离给定值的程度。第四节第四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2.衰减比衰减比 衰减比是衰减程度的指标，它是前后相邻两个峰值的比。习惯表示为 n:1，一般 n 取为410之间为宜。五种重要品质指标之二五种重要品质指标之二第四节第四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衡量系统稳定性的指标衡量系统稳定性的指标五种重要

30、品质指标之三五种重要品质指标之三3.余差余差 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余差差，或者说余差就是过渡过程终了时的残余偏差。有余差的控制过程称为有差调节，相应的系统称为有差系统。反之就为无差调节和无差系统。第四节第四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控制系统是按照偏差控制，控制结果的好坏是根据余差衡量。控制系统是按照偏差控制，控制结果的好坏是根据余差衡量。五种重要品质指标之四五种重要品质指标之四4.过渡时间过渡时间从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间叫过渡时间。第四节第四节自动控制系统的

31、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 时间时间 t t 被控变量被控变量y yCABB2%TTSt t1 1五种重要品质指标之五五种重要品质指标之五5.5.震荡周期或频率震荡周期或频率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。第四节第四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三、控制系统的品质指标三、控制系统的品质指标第四节第四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1、最大偏差或超调量、最大偏差或超调量2、衰减比、衰减比3、余、余差差4、过渡时间、过渡时间5、振荡周期或频率、振荡周期

32、或频率-精确性精确性 稳定性稳定性 快速性快速性 n四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素第四节第四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自动控制系统自动控制系统 自动化装置自动化装置自动控制对象自动控制对象（工艺部分）（工艺部分）换热器换热器 温度对象温度对象工业炉工业炉 温度对象温度对象精馏塔精馏塔 温度、液位对象温度、液位对象吸收塔吸收塔 液位、流量对象液位、流量对象反应器反应器 压力、温度对象压力、温度对象储储 槽槽 液位、流量对象液位、流量对象输送设备输送设备 流量对象流量对象 变送器变送器 测量与变送装置测量与变送装

33、置控制器控制器执行器执行器 调节阀等调节阀等主要任务是：按对象的特性设计、配置、整定自动控制系统，适主要任务是：按对象的特性设计、配置、整定自动控制系统，适应对象的特性，优化过渡过程品质指标。应对象的特性，优化过渡过程品质指标。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）。举例举例图1-11 温度控制系统过渡过程曲线第四节第四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解解 最大偏差最大偏差A A230-200230-2003030余差余差C C205-200205-200由图上

34、可以看出，第一个波峰值由图上可以看出，第一个波峰值B B230-205230-2052525，第二个波峰值第二个波峰值BB21021020520555，故衰减比应为故衰减比应为B:BB:B25:525:55:15:1。振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔，振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔，故周期故周期T T20-520-51515（minmin）过渡时间过渡时间22min22min第四节第四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第一章小结第一章小结1、自动控制系统的组成、方框图表现形式、自动控制系统的组成、方框图表现形式、PID图。图。2、常用术语：常用术语：被控对

35、象、被控变量、扰动、操纵变量、扰动、被控对象、被控变量、扰动、操纵变量、扰动、闭环控制、开环控制、偏差、负反馈闭环控制、开环控制、偏差、负反馈3、自动控制系统过渡过程、快准稳的品质指标、自动控制系统过渡过程、快准稳的品质指标前提条件前提条件是干扰是阶跃信号是干扰是阶跃信号 最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期某某物物料料加加热热后后与与添添加加料料混混合合，工工艺艺要要求求混混合合时时物物料料温温度度o稳稳定定，工工艺艺采采用用改改变变换换热热器器蒸蒸汽汽流流量量Qs来来稳稳定定罐罐内内温温度度o。影影响响o的的因因素素有有：阀阀前前蒸蒸汽汽压力

36、压力Ps，冷物料流量，冷物料流量Qi和温度和温度i，环境温度，环境温度c等。等。1.画出温度控制系统的方块图；画出温度控制系统的方块图；2.指出该控制系统的被控变量、操纵变量、被控对象及扰动指出该控制系统的被控变量、操纵变量、被控对象及扰动；3.若蒸汽阀前压力若蒸汽阀前压力Ps突然变大时，简述该系统的控制过程。突然变大时，简述该系统的控制过程。图图a为为流量控制系流量控制系统统，主要克服，主要克服阀阀前前压压力力P1波波动动来来稳稳定流量定流量Q1。图图b是是储储槽液位控制系槽液位控制系统统，主要克服，主要克服Q2流量流量变变化的化的扰动扰动，保持液位，保持液位稳稳定。定。n指出两指出两图图中

37、的各控制系中的各控制系统统的被控的被控变变量、操量、操纵变纵变量、被控量、被控过过程及主要程及主要扰扰动动；n若采用若采用图图a系系统统来控制液位，来控制液位，试试比比较较与与图图b系系统统的不同点。的不同点。图a 图b石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体的石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体的热量，使裂解气体的温度下降到规定的数值上。热量，使裂解气体的温度下降到规定的数值上。图是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。被冷却的物料是乙烯裂图是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。被冷却的物料是乙烯裂解气，其温度要求控制在解气，其温度要求控制在(151.5)。如果温度太高，冷却后的气。如果温度太高，冷却后的气体会包含过多的水分，对生产造成有害影响；如果温度太低，乙烯体会包含过多的水分，对生产造成有害影响；如果温度太低，乙烯裂解气会产生结晶析出，堵塞管道。裂解气会产生结晶析出，堵塞管道。被控对象为丙烯冷却器；被控对象为丙烯冷却器；被控变量为乙烯裂解气的出口温度被控变量为乙烯裂解气的出口温度操纵变量为气态丙烯的流量。操纵变量为气态丙烯的流量。例题例题例题例题例题例题