化工仪表及自动化第1章25021.pptx
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1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化第一章第一章 自动控制系统基本概念自动控制系统基本概念 内容提要内容提要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自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本组成n自动控制系统的表示形式自动控制系统的表示形式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n控制系统的静态与动态控制系统的静态与动态n控制系统的过渡过程控制系统的过渡过程n控制系统的品质指标控制系统的品质指标n影响控制系统过渡过程品质的主要因素影响控制系统过渡过程品质的主要
2、因素1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n1.自动检测系统自动检测系统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
3、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
4、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 4图1-2 液位人工控制图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
5、一、自动控制系统的基本组成一、自动控制系统的基本组成第二节第二节 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 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n1.方框图方框图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,一一般都用方框图来表示控制系统的组成。般都用方框图来表示控制系统的组成。6二、自动控制的表示形式二、自动控制的表示形式带有输入输出信号的方框比较点分支点图1.4 方框的组成
6、单元示意图第二节第二节 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框框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”。两两个个方方框框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框框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框框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。6二、自动控制的表示形式二、自动控制的表示形式n方方框框图
7、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 取正值,取正值,z取正值,取正值,e=x+z,正反馈。,正反馈。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液位自动控制的方框图液位自动控制的方框图图1-5液位自动控制系统方框图7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其他控制系统其他控制系统 用同一种形式地
8、方框图可以代表不同的控制系统用同一种形式地方框图可以代表不同的控制系统图1-6 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框图表示的方框图表示8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注注意意!方方框框图图中中的的每每一一个个方方框框都都代代表表一一个具体的装置。个具体的装置。9n方框与方框之间的连接线,只是代表方框之间的信号联系,并不代表方框之间的物料
9、联系。方框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,而方框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
10、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图1-7 自动操纵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
11、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。112.管道及仪表流程图管道及仪表流程图n管道及仪表流程图(管道及仪表流程图(PID Piping and Instrumention diagram)是自控设计的文字代号、图形符号在工艺流程)是自控设计的文字代号、图形符号在工艺流程图上描述生产过程控制的原理图,是控制系统设计、施工图上描述
12、生产过程控制的原理图,是控制系统设计、施工中采用的一种图示形式。管道及仪表流程图在工艺流程图中采用的一种图示形式。管道及仪表流程图在工艺流程图的基础上,按其流程顺序,标出相应的测量点、控制点、的基础上,按其流程顺序,标出相应的测量点、控制点、控制系统及自动信号与连锁保护系统等。在控制方案确定控制系统及自动信号与连锁保护系统等。在控制方案确定以后,由工艺人员和自控人员共同研究绘制。以后,由工艺人员和自控人员共同研究绘制。33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34图1-8脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例左左图图是是乙乙烯烯生生产产过过程程中中脱脱乙乙烷
13、烷塔塔的的工工艺艺管管道道及及控控制制流流程程图图 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n(1)图形符号)图形符号n测量点(包括检出元件、取样点)测量点(包括检出元件、取样点)35 检试点是由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪表圆圈的连接线的起点,一般无特定的图形符号,如下图所示。必要时,检测元件也可以用象形或图形符号表示。图1-9 测试点的一般表示方法第二节第二节 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连接线连接线36 通用的仪表信号线均以细实线表示。连接线表示交叉及相接时,采用下图的形式。必要时也可用加箭头的方式表示
14、信号的方向。在需要时,信号线也可按气信号、电信号、导压毛细管等采用不同的表示方式以示区别。图1-10 联系线的表示法 工艺管道及控制流程图工艺管道及控制流程图仪表(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。37 工艺管道及控制流程图工艺管道及控制流程图38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
15、表表 5就地仪表就地仪表盘面安装盘面安装仪表仪表3就地仪就地仪表盘面表盘面安装仪安装仪表表表1-1 仪表安装位置的图形符号表示 工艺管道及控制流程图工艺管道及控制流程图39 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1-11 复式仪表的表示法 工艺管道及控制流程图工艺管道及控制流程图n(2)字母代号)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。40字母字
16、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分析分析电导率电导率密度密度电压电压流量流量电流电流时间或时间程序时间或时间程序物位物位水分或湿度水分或湿度压力或真空压力或真空数量或件数数量或件数放射性放射性速度或频率速度或频率温度温度黏度黏度力力供选用供选用位置位置差差比(分数)比(分数)积分、累积积分、累积安全安全报警报警控制(调节)控制(调节)检测元件检测元件指示指示自动自动-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开关、联锁开关、联锁传送传送阀、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
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- 化工 仪表 自动化 25021
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