仪表及自动化-自动控制系统基本概念42899.pptx
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1、仪表及自动化自动控制系统基本概念自动控制系统基本概念 内容提要 化工自动化的主要内容 自动控制系统的基本组成及方块图 自动控制系统的分类 自动控制系统的过渡过程和品质指标控制系统的静态与动态控制系统的过渡过程控制系统的品质指标影响控制系统过渡过程品质的主要因素内容提要工艺管道及控制流程图图形符号字母代号仪表位号第一节 化工自动化的主要内容1.自动检测系统2.自动信号和联锁保护系统3.自动操纵及自动开停车系统4.自动控制系统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
2、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
3、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。第二节 自动控制系统的基本组成及方块图 图1-2 人工操作图图1-
4、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 自动控制系统的基本组成及方块图 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 自动控制系统的基本组成及方块图 在研究自动控制系统时,为了便于对系统分析研究,一般都用方块图来表示控制系统的组成。下页图为液位自动控制系统地方块图每个环节表示组成系统的一个部分,称为“环节”。两个方块之间用一条带有箭头的线条表示其信号的相互关系,箭头指向方块表示为这个环
5、节的输入,箭头离开方块表示为这个环节的输出。线旁的字母表示相互间的作用信号。n液位自动控制的方块图液位自动控制的方块图第二节 自动控制系统的基本组成及方块图 方块图中,x 指设定值;z 指输出信号(测量值);e 指偏差信号(比较值);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。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第二节 自动控制系统的基本组成及方块图 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
6、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。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第二节 自动控制系统的基本组成及方块图 注意!方块图中的每一个方块都代表一个具体的装置。n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闭环系统第二节 自动控制系统的基本组成及方块图 小结自动控制系统是具有被控
7、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。举例举例化肥厂的造气自动机就是典型的开环系统的例子化肥厂的造气自动机就是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令第二节 自动控制系统的基本组成及方块图 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
8、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。第三节 自动控制系统的分类几种分类方法按被控变量来分类,如温度、压力等控制系统;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;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统分为三类,即定值控
9、制系统、随动控制系统和程序控制系统。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 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。1.1.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。第三节 自动控制系统的分类3.3.程序控制系统(顺序控制
10、系统)程序控制系统(顺序控制系统)这种系统的给定量是按照一定的时间函数变化的。程序控制系统的组成项目:开关信号、输入回路、程序控制器、输出回路和执行机构等组成部分第四节 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)。,
11、不是静止)。第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 当一个自动控制系统的输入(给定和干扰)和输出均恒定不变时,整个系统就处于一种相对稳定的平衡状态,系统的各个组成环节如变送器、控制器、控制阀都不改变其原先的状态,它们的输出信号也都处于相对静止状态,这种状态就是静态。第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 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,了解系统的静态是必要的,但是了解系统的动态更为重要。因为在
12、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 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。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 控制系统方块图第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 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。在生产中,出现的干扰是没有固定形式的,且多半属于随机性质。在分析和
13、设计控制系统时,为了安全和方便,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 自动控制系统的过渡过程和品质指标 采用阶跃干扰的优点: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。图1-8 阶跃干扰作用第四节 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X X?对对于于控控制制质质量量要要
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