化工自動化基本概念第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日過程控制的主要內(nèi)容

自動檢測系統(tǒng)利用各種檢測儀表對工藝參數(shù)進行測量、指示或記錄代替了操作人員對工藝參數(shù)的不斷觀察與記錄圖1-1熱交換器自動檢測系統(tǒng)示意圖作用對過程信息的獲取與記錄作用。

第二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日自動操縱及自動開停車系統(tǒng)自動操縱系統(tǒng)：根據(jù)預先規(guī)定的步驟自動地對生產(chǎn)設備進行某種周期性操作自動開停車系統(tǒng)：按預先規(guī)定好的步驟將生產(chǎn)過程自動的投入運行或自動停車自動控制系統(tǒng)：利用自動控制裝置對生產(chǎn)中某些關鍵性參數(shù)進行自動控制，使他們在受到外界擾動的影響而偏離正常狀態(tài)時，能自動的回到規(guī)定范圍。過程控制的主要內(nèi)容

自動信號和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)自動信號系統(tǒng)：當工藝參數(shù)超出要求范圍，自動發(fā)出聲光信號聯(lián)鎖保護系統(tǒng)：達到危險狀態(tài)，打開安全閥或切斷某些通路，必要時緊急停車第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日3圖7-1人工操作圖圖7-2液位自動控制圖人工操作與自動控制比較圖控制速度和精度不能滿足大型現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要人工控制：眼、腦、手眼睛—目測（檢測）大腦—運算、比較、發(fā)出指令（控制）手—手動操作（執(zhí)行）第二節(jié)：自動控制系統(tǒng)的基本組成及方塊圖第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日自動控制是人工控制的發(fā)展測量元件與變送器眼睛控制器大腦執(zhí)行器手+控制閥第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日自動控制系統(tǒng)主要組成部分

(1)檢測元件與變送器：測量工藝參數(shù)并轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標準信號。(2)自動控制器：接受變送器送來的信號，與給定值比較得出偏差，并按某種運算規(guī)律算出結(jié)果，然后用特定信號發(fā)送出去。(3)執(zhí)行器（控制閥）：自動地根據(jù)控制器送來的信號值來改變閥門的開啟度。(4)被控對象：生產(chǎn)過程中被控制的工藝設備或裝置。第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日常用術語1、被控變量y：指需要控制在一定范圍的工藝參數(shù)。2、干擾作用f:凡是影響被控變量的各種作用均叫做干擾或擾動。3、操縱變量q：具體實現(xiàn)控制作用的變量。4、操縱介質(zhì)（劑）：用來實現(xiàn)控制作用的物料。5、測量值z：被控變量經(jīng)檢測變送后的信號值即是測量值。6、給定值x：即被控變量的設定值。7、偏差e：給定值與測量值之差稱作為偏差.8、控制器輸出p：根據(jù)偏差值、經(jīng)一定算法得到的輸出信號值。Qi執(zhí)行器測量第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日控制器

執(zhí)行器被控對象測量元件與變送器測量值給定值偏差輸出變量被控變量控制器操縱干擾作用xzepqyf自動控制系統(tǒng)的方塊圖Qi執(zhí)行器測量在研究自動控制系統(tǒng)時，為了便于對系統(tǒng)分析研究，一般都用方塊圖來表示控制系統(tǒng)的組成。第八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日說明方塊:

表示系統(tǒng)的組成部分（環(huán)節(jié)），代表具體的裝置帶箭頭線條：表示各環(huán)節(jié)間信號聯(lián)系，不代表物料聯(lián)系箭頭方向：代表信號流向，不代表物料流向箭頭指向方塊:

為該環(huán)節(jié)的輸入信號箭頭離開方塊:

為該環(huán)節(jié)的輸出信號線旁的字母：表示相互間的作用信號控制器

執(zhí)行器被控對象測量元件與變送器測量值給定值偏差輸出變量被控變量控制器操縱干擾作用xzepqyf第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)控制器

執(zhí)行器

加熱器測量元件與變送器測量值給定值偏差輸出變量被控變量控制器操縱干擾作用xzepqTf圖1-5蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日對自動控制系統(tǒng)的說明

閉環(huán)系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)的輸出（即被控變量）被反饋到輸入端的控制系統(tǒng)，稱為閉環(huán)系統(tǒng)。被控變量不反饋到輸入端的控制系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)。例如，自動檢測系統(tǒng)、自動操縱系統(tǒng)為開環(huán)系統(tǒng)。自動操縱裝置對象操縱指令操縱作用工藝參數(shù)圖1-6自動操縱系統(tǒng)方塊圖第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日正反饋與負反饋正反饋：反饋信號加強給定信號，e=x+z負反饋：反饋信號削弱給定信號，e=x-z

自動控制系統(tǒng)是具有負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)對自動控制系統(tǒng)的說明

第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)自動控制系統(tǒng)的分類1、按被控變量分類：

有溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、物位控制系統(tǒng)、成分控制系統(tǒng)等。2、按控制器的控制規(guī)律分類：

有比例控制、比例積分控制、比例微分控制、比例積分微分控制等。第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日過程控制系統(tǒng)的主要類型

被控變量的給定值是否變化分類定值控制系統(tǒng)，隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。定值控制系統(tǒng)特點：設定值是固定不變的閉環(huán)控制系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。

作用：克服擾動的影響，使被控變量保持在工藝要求的數(shù)值上第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日過程控制系統(tǒng)的主要類型隨動控制系統(tǒng)特點：設定值是一個未知的變化量的閉環(huán)控制系統(tǒng)稱為隨動控制系統(tǒng)。

作用：以一定的精度跟隨設定值的變化而變化程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)）特點：設定值是變化的，且按一定時間程序變化的時間函數(shù)程序控制系統(tǒng)可以看成是隨動控制系統(tǒng)的特殊情況，其分析研究方法與隨動控制系統(tǒng)相同。

作用：以一定的精度跟隨設定值的變化而變化第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)

靜態(tài)：被控變量不隨時間變化的平衡狀態(tài)

動態(tài)：被控變量隨時間變化的不平衡狀態(tài)當系統(tǒng)輸入（給定和干擾）穩(wěn)定不變時（即系統(tǒng)中各個信號的變化率為零），被控變量處于平衡狀態(tài)--系統(tǒng)靜態(tài)（是相對的、短暫的）

當系統(tǒng)輸入有所變化時，被控變量就會變化--系統(tǒng)動態(tài)

控制過程：動態(tài)靜態(tài)動態(tài)新的靜態(tài)控制干擾控制第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日

二、控制系統(tǒng)的過渡過程

定義：系統(tǒng)由一個平衡狀態(tài)（靜態(tài)）過渡到另一個平衡狀態(tài)（新的靜態(tài)）的過程。

特點：比較突然比較危險容易實現(xiàn)便于分析分析：系統(tǒng)在階躍干擾作用下的過渡過程。階躍干擾：在某一瞬間t0,干擾（即輸入量）突然地階躍式的加到系統(tǒng)上，并繼續(xù)保持在這個幅度。數(shù)學表達式為：當A=1時稱為單位階躍信號。常見典型信號

階躍信號、斜坡信號、脈沖信號、加速度信號和正弦信號

第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日

自動控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下的過渡過程的幾種基本形式1.非周期衰減過程（圖a）2.衰減振蕩過程（圖b）3.等幅振蕩過程（圖c）4.發(fā)散振蕩過程（圖d）希望自動控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下，能夠得到衰減振蕩形式的過渡過程（如圖b）第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日三、控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標在時間t=0之前，系統(tǒng)穩(wěn)定，且被控變量等于給定值，即y=0;在t=0瞬間，外加階躍干擾作用，系統(tǒng)的被控變量呈衰減振蕩，經(jīng)過相當長時間后，y(∞)=C。第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標最大偏差A：是指被控變量偏離給定值的最大數(shù)值，在衰減振蕩過程中，最大偏差就是第一個波的峰值。1.最大偏差或超調(diào)量超調(diào)量B：第一個波的峰值A與新穩(wěn)定值C之差,即B=A-C2.衰減比它是相鄰的同向波峰值之比，即習慣上表示為n:1經(jīng)驗表明，衰減比n:1在4:1至10:1之間比較適宜。第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日3.余差（靜態(tài)偏差）C控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標指系統(tǒng)過渡過程終了時,被控參數(shù)新穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差。描述系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性的唯一指標一般要求余差不超過預定值或為零。

第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日4.過渡時間指系統(tǒng)從受擾動作用時起，直到被控參數(shù)進入新的穩(wěn)態(tài)值±5%（或±2%）的范圍內(nèi)所經(jīng)歷的時間。一般要求過渡時間愈短愈好?？刂葡到y(tǒng)的品質(zhì)指標5.振蕩周期或頻率過渡過程同向兩波峰（或波谷）之間的間隔時間叫振蕩周期或工作周期，其倒數(shù)為振蕩頻率。第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日總結(jié)有些是相互矛盾的（如超調(diào)量與過渡過程時間）對于不同的控制系統(tǒng)，這些性能指標各有其重要性。應根據(jù)工藝生產(chǎn)的具體要求，分清主次，統(tǒng)籌兼顧，保證優(yōu)先滿足主要的品質(zhì)指標要求。

主要指標有：最大偏差、衰減比、余差、過渡時間。在實際的系統(tǒng)中如何確定這些指標，要根據(jù)實際情況來定。原則：對生產(chǎn)過程有決定性意義的主要品質(zhì)指標應該優(yōu)先保證。第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日例題：某換熱器的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在單位階躍干擾下的過渡過程曲線如下圖所示。試分別求出最大偏差、衰減比、余差、過渡時間（設定值為200℃）。(℃)解：(1)最大偏差：(2)余差：(℃)圖1-11溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日(3)衰減比：第一個波的振幅第二個波的振幅(℃)(℃)衰減比第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日(4)過渡時間：過渡時間與規(guī)定的被控變量的限制范圍大小有關，假設為，就可以認為過渡過程已經(jīng)結(jié)束，那么限制范圍為(℃)那么，在新穩(wěn)態(tài)值（205℃）兩側(cè)以限制范圍為寬度畫一區(qū)域，只要被控變量不再越出即可。因此，過渡過程為22min.圖1-11溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日性能良好的過程控制系統(tǒng)，在受到外來擾動作用或給定值發(fā)生變化后，應平穩(wěn)準確迅速地回復（或趨近）到給定值上

四、影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的主要因素決定控制系統(tǒng)品質(zhì)的環(huán)節(jié)：被控對象特性控制系統(tǒng)方案、結(jié)構(gòu)過程檢測、控制、執(zhí)行儀表第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日第五節(jié)：工藝管道及控制流程圖

根據(jù)標準國家行業(yè)標準HG20505—92《過程檢測和控制系統(tǒng)用文字代號和圖形符號》，參照GB2625—81國家標準圖形符號字母代號儀表位號的表示第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日工藝管道及控制流程圖(PID)繪制：

1、圖形符號測量點：起點圖1-5

連接線：圖1-6

儀表：圓圈表1-1、圖1-72、字母代號上半圓、兩位以上字母表1-23、儀表位號206——工段號2、序號06第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日控制流程圖符號意義序號安裝位置圖形符號備注序號安裝位置圖形符號備注1就地安裝儀表4集中儀表盤后安裝儀表嵌在管道中2集中儀表盤面安裝儀表5就地儀表盤后安裝儀表3就地儀表盤面安裝儀表第三十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日控制流程圖字母意義字母第一位字母后繼字母字母第一位字母后繼字母被測變量修飾詞功能被測變量修飾詞功能A分析報警P壓力C電導率控制Q數(shù)量積分累積D密度差R放射性記錄E電壓S速度安全開關F流量比T溫度傳送I電流指示V粘度閥K時間W力L物位YM水分Z位置執(zhí)行機構(gòu)第三十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日例題：圖所示為一水箱的液位控制系統(tǒng)。試畫出其方塊圖,指出系統(tǒng)中被控對象、被控變量、操縱變量各是什么?簡要敘述其工作過程,說明帶有浮球及塞子的杠桿裝置在系統(tǒng)中的功能。第三十三頁，共三