化工自动化及仪表培训课程25082.pptx
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1、化工自动化及仪表化工自动化及仪表课程的重要性课程的重要性:控制系统在石油、化工、制药、冶金、造纸控制系统在石油、化工、制药、冶金、造纸等工业领域的应用非常普遍。生产过程中,对工等工业领域的应用非常普遍。生产过程中,对工艺变量,有着一定的控制要求。如:艺变量,有着一定的控制要求。如:1)精馏塔的塔顶或塔釜温度,在操作压力不)精馏塔的塔顶或塔釜温度,在操作压力不变的情况下必须保持一定,才能得到合格的产品。变的情况下必须保持一定,才能得到合格的产品。2)化学反应器的反应温度必须保持平稳,才)化学反应器的反应温度必须保持平稳,才能使效率达到指标。能使效率达到指标。因此,工艺技术人员必须充分了解所用的控
2、因此,工艺技术人员必须充分了解所用的控制系统,以及控制系统的特性。这样才能设计出制系统,以及控制系统的特性。这样才能设计出合理、高效的生产工艺。合理、高效的生产工艺。使用常规仪表的中央控制室使用常规仪表的中央控制室DCSDCS控制系统控制系统1 1 自动控制系统概述自动控制系统概述本章的主要内容:本章的主要内容:1.1 1.1 自动化及仪表发展概述自动化及仪表发展概述1.2 1.2 自动控制系统自动控制系统1.3 1.3 控制系统过渡过程及品质指标控制系统过渡过程及品质指标1.1 1.1 自动化及仪表发展概述自动化及仪表发展概述1.1.1 1.1.1 控制理论的发展控制理论的发展1 1)经典控
3、制理论)经典控制理论:2020世纪世纪40405050年代年代Nyquist(1932)频域分析方法频域分析方法Bode图图(1945)分析方法分析方法根轨迹根轨迹(1948)分析方法分析方法 特点:特点:主要从主要从输出输出与与输入量输入量的关系来分析与研究问题。的关系来分析与研究问题。适用范围:适用范围:线性定常的单输入、单输出控制系统。线性定常的单输入、单输出控制系统。它是以传递函数为基础,在频率域对单输入单输出控它是以传递函数为基础,在频率域对单输入单输出控制系统进行分析与设计。制系统进行分析与设计。PID控制规律是经典控制理论控制规律是经典控制理论最辉煌的成果。最辉煌的成果。2 2)
4、现代控制理论)现代控制理论:2020世纪世纪6060年代得到迅猛发展。年代得到迅猛发展。其主要内容为:其主要内容为:线线性性系系统统理理论论,最最优优控控制制理理论论,最最佳佳估估计计理理论论,系统辨识。系统辨识。特特点点:从从输输入入-状状态态-输输出出的的关关系系,全全面面地地分分析与研究系统。析与研究系统。适适用用范范围围:不不限限于于线线性性定定常常系系统统,也也适适用用于于线线性性时时变变,非非线线性性及及离离散散系系统统,多多输输入入、多多输输出出系系统。统。3 3)大系统理论)大系统理论:2020世纪世纪7070年代开始年代开始将现代控制理论与系统理论相结合形成大系统将现代控制理
5、论与系统理论相结合形成大系统理论理论 核心思想:核心思想:系统的分解与协调系统的分解与协调 适用范围:适用范围:高维线性系统高维线性系统1.1.2 1.1.2 控制仪表的发展控制仪表的发展1 1)基地式:)基地式:2020世纪世纪5050年代,适用于单回路年代,适用于单回路2 2)单元组合式(按功能):)单元组合式(按功能):DDZDDZ(电动)(电动),QDZ ,QDZ (气动)(气动)2020世纪世纪6060年代,单元之间用年代,单元之间用标准统一标准统一信信号联系号联系3 3)计算机:)计算机:DDC,DCS DDC,DCS(2020世纪世纪7070年代)年代)自动化仪表的发展经历了如下
6、过程:自动化仪表的发展经历了如下过程:模拟仪表模拟仪表-数字仪表数字仪表-智能仪表。智能仪表。1.1.3 1.1.3 当前自动控制系统发展的主要特点当前自动控制系统发展的主要特点生产装置实施先进控制成为发展主流生产装置实施先进控制成为发展主流过程优化受到普遍关注过程优化受到普遍关注DCSDCS正在走向国际统一标准的开放式系统正在走向国际统一标准的开放式系统综合自动化系统(综合自动化系统(CIPSCIPS)是发展方向是发展方向1.2 1.2 自动控制系统自动控制系统 1.2.11.2.1自动控制系统自动控制系统 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水图图1-1 锅炉汽包示意图锅炉汽包示意图手动控制
7、的步骤:手动控制的步骤:(1)观察液位数值;观察液位数值;(2)把观察到的实际数值把观察到的实际数值与设定值加以比较,根与设定值加以比较,根据偏差的大小及变化情据偏差的大小及变化情况做出判断,并发布命况做出判断,并发布命令。令。(3)根据命令操作给水阀,根据命令操作给水阀,使液位回到设定值。使液位回到设定值。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锅炉汽包自动控制系统加热炉的温度自动控制系统加热炉的温度自动控制系统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术语术语被控过程(被控被控过程(被控对象对象):自动控自动控制系统中,针对
8、制系统中,针对需要控制的工艺需要控制的工艺参数的生产过程参数的生产过程(设备或机器特(设备或机器特性)。性)。被控变量:被控变量:被控被控过程内需要控制过程内需要控制的工艺参数。的工艺参数。被控过程:被控过程:汽包汽包被控变量:被控变量:汽包液位汽包液位操纵变量:操纵变量:受控受控制器操纵的用以制器操纵的用以克服干扰的影响,克服干扰的影响,使被控变量保持使被控变量保持设定值的物料量设定值的物料量或能量。或能量。扰动:扰动:除操纵变除操纵变量外,作用于被量外,作用于被控过程并引起被控过程并引起被控变量变化的因控变量变化的因素。素。操纵变量:操纵变量:水的流量水的流量扰动:扰动:水压力、蒸汽压力等
9、水压力、蒸汽压力等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设定值:设定值:工艺参数工艺参数所要求保持的数值。所要求保持的数值。偏差:偏差:被控变量设被控变量设定值与实际值之差。定值与实际值之差。负反馈:负反馈:将被控变将被控变量送回输入端并与量送回输入端并与输入变量相减(负输入变量相减(负反馈闭环的才可以反馈闭环的才可以独立工作)。独立工作)。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加热炉的温度控制系统加热炉的温度控制系统被控过程被控过程:加热炉加热炉被控变量:被控变量:物料出口温度物料出口温度
10、操纵变量:操纵变量:燃料油流量燃料油流量扰动:扰动:被加热原料油温度、燃料油热值等被加热原料油温度、燃料油热值等1.2.21.2.2闭环控制与开环控制闭环控制与开环控制 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,根据偏差控制被控变量,这样,整个定值进行比较,根据偏差控制被控变量,这样,整个系统构成了一个闭环。系统构成了一个闭环。闭环控制的特点(优点)闭环控制的特点(优点):按偏差进行控制,使偏:按偏差进行控制,使偏差减小或消除,达到被控变量与设定值一致的目的。差减小或消除,达到被控变量与设定值一致的目的。闭环控制的缺点
11、闭环控制的缺点:控制不够及时;如果系统内部各:控制不够及时;如果系统内部各环节配合不当,系统会引起剧烈震荡,甚至会使系统环节配合不当,系统会引起剧烈震荡,甚至会使系统失去控制。失去控制。开环控制:开环控制:开环控制的特点(优点):开环控制的特点(优点):不需要对被控变量进不需要对被控变量进行测量,只根据输入信号进行控制,行测量,只根据输入信号进行控制,控制及时。控制及时。开环控制的缺点:开环控制的缺点:由于不测量被控变量,也不与由于不测量被控变量,也不与设定值相比较,所以系统受到扰动作用后,被控变设定值相比较,所以系统受到扰动作用后,被控变量偏离设定值,并无法消除偏差,这是开环控制的量偏离设定
12、值,并无法消除偏差,这是开环控制的缺点缺点。开环的液位控制系统开环的液位控制系统 (按扰动控制,又称前馈控制)(按扰动控制,又称前馈控制)开环控制举例开环控制举例1Ff FT LT FdC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水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锅炉汽包开环控制锅炉汽包开环控制1.2.31.2.3自动控制系统的组成及方框图自动控制系统的组成及方框图 (第二次课)(第二次课)在研究自动控制系统时,为了更清楚的表示控制在研究自动控制系统时,为了更清楚的表示控制系统各环节的组成、特性和相互间的信号联系,一般系统各环节的组成、特性和
13、相互间的信号联系,一般都采用方框图。每个方框表示组成系统的一个都采用方框图。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的线段表示两个方框之间用带箭头的线段表示信号信号联系;进入方联系;进入方框的信号为框的信号为环节输入,环节输入,离开方框的为离开方框的为环节输出。环节输出。闭环控制系统组成闭环控制系统组成检测元件和变送器检测元件和变送器的作用是把被控变量的作用是把被控变量c(t)c(t)转化为测转化为测量值量值y(t)y(t)。比较机构比较机构的作用是比较设定值的作用是比较设定值r(t)r(t)与测量值与测量值y(t)y(t)并输并输出其差值。出其差值。控制装置控制装置的作用是根
14、据偏差的正负、大小及变化情况,的作用是根据偏差的正负、大小及变化情况,按某种预定的控制规律给出控制作用按某种预定的控制规律给出控制作用u(t)u(t)。比较机构比较机构和控制装置通常组合在一起,称为控制器。和控制装置通常组合在一起,称为控制器。执行器执行器的作用是接受控制器送来的的作用是接受控制器送来的u(t)u(t),相应地去改相应地去改变操纵变量变操纵变量q(t)q(t)。系统中控制器以外的各部分组合在一起,即系统中控制器以外的各部分组合在一起,即过程、执过程、执行器、检测元件与变送器行器、检测元件与变送器的组合称为的组合称为广义对象广义对象。闭环闭环控制控制系统系统组成组成在分析控制系统
15、的工作过程时,有几个很重要的概念:在分析控制系统的工作过程时,有几个很重要的概念:(1 1)信息:)信息:图中的图中的r(t)r(t)、y(t)y(t)、f(t)f(t)等尽管是实际的等尽管是实际的物理量,但它们是作为信息来转换和作用的。图中的物理量,但它们是作为信息来转换和作用的。图中的每一部分称为一个环节,作用于它的信息称为该环节每一部分称为一个环节,作用于它的信息称为该环节的输入信号,它送出的信息称为输出信号。前一环节的输入信号,它送出的信息称为输出信号。前一环节的输出就是后一环节的输入信号。每一环节的输出信的输出就是后一环节的输入信号。每一环节的输出信号与输入信号之间的关系仅仅取决于该
16、环节的特性。号与输入信号之间的关系仅仅取决于该环节的特性。从整个系统来看,输入信号:设定值和扰动从整个系统来看,输入信号:设定值和扰动 输出信号:被控变量、测量值输出信号:被控变量、测量值(2 2)闭环:)闭环:按信息的流向来说按信息的流向来说(3 3)动态:)动态:物理量是时间的函数、是不断变化的。扰物理量是时间的函数、是不断变化的。扰动作用使被控变量偏离设定值,控制作用又使它回到动作用使被控变量偏离设定值,控制作用又使它回到设定值。设定值。闭环闭环控制控制系统系统组成组成1.2.4 1.2.4 自动控制系统的分类自动控制系统的分类按设定值的不同情况,将自动控制系统分为三类按设定值的不同情况
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- 化工 自动化 仪表 培训 课程 25082
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