第五章自动控制仪表

自动化仪表控制系统管理制度和维修制度第一条为加强公司自动化仪表设备及控制系统的管理工作，控制和优化工艺条件，保障仪表设备安全经济运行，依据国家有关法规及相关管理规定，制定本制度。

第二条本制度适用于本公司自动化仪表控制系统的管理。

第三条控制系统主要包括集散控制系统(DCS)、紧急停车系统(ESD)、可编程控制器(PLC)等。

第四条控制系统的日常维护。

(一)系统点检制度1、仪表部系统负责人员应加强对系统的日常维护检查，根据系统的配置情况，制定系统点检标准，并设计相应的定点检表格。

2、系统定点检应包括以下主要内容: A、主机设备的运行状态。

B、外围设备(包括打印机等)的投用情况和完好状况。

C、各机柜的风扇(包括内部风扇)运转状况。

D、机房、操作室的温度、湿度。

3、定点检记录要字迹清楚、书写工整，并定期回收，妥善保管。

(二)系统硬件管理1、仪表系统要设立专人负责保养，按规定进行点检和维护。

2、建立系统硬件设备档案，内容应名细到主要插件板，并作好历次设备、卡件变更记录。

3、系统硬件的各种资料要妥善保管，原版资料要归档保存。

4、在线运行设备检修时，要严格执行有关手续，按照规定，做好防范措施。

(三)系统软件管理1、系统软件和应用软件必须有双备份，并妥善保管在金属柜内;控制系统的密码或键锁开关的钥匙要由专人保管，并严格执行规定范围内的操作内容。

软件备份要注明软件名称、修改日期、修改人，并将有关修改设计资料存档。

2、系统软件无特殊情况严禁修改;确需修改时，要严格按照申请、论证手续，主管经理批准后实施。

3、应用软件在正常生产期间不宜修改。

按工艺要求确需重新组态时，要有明确的修改方案，并由生产技术部门、仪表和厂领导负责人共同签字后方可实施并做好安全防范措施。

4、软件各种文本修改后，必须对其他有关资料和备份盘作相应的修改。

5、由通用计算机、工业控制微机组成的控制、数据采集等系统，应执行专机专用，严禁任何人运行与系统无关的软件，以防病毒对系统的侵袭。

何谓化工自动化？在工艺设备上，配备一些自动化装置，用它们来代替操作人员的〔部分〕直接劳动，使生产在不同程度上按照规定的要求自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的方法叫化工自动化化工自动化的优点及特征。

1加快生产速度，降本，提质、产量2〕减劳动强度、改劳动条件3〕保证生产安全，防止事故发生、扩大，延寿，提利用能力4〕根本改变劳动方式、提高工人文化技术水平，为逐步消灭体力脑力劳动差创造条件。

第一章自动控制的基本概念1.简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动〔干扰〕量、设定〔给定〕值和偏差的含义？〔1〕被控对象：自动控制系统中，工艺参数需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象，简称对象。

〔2〕被控变量y〔t〕：被控对象内要求保持一定数值〔或按某一规律变化〕的物理量〔工艺参数〕称为被控变量。

〔3〕控制变量〔操纵变量〕q〔t〕：受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值的物料或能量称为控制变量或操纵变量。

〔4〕干扰〔扰动〕f〔t〕：除控制变量〔操纵变量〕以外，作用于对象并引起被控变量变化的一切因素称为干扰。

〔5〕设〔给〕定值x〔t〕：工艺规定被控变量所要保持的数值。

〔6〕偏差e〔t〕：偏差本应是设定值与被控变量的实际值之差。

〔但能获取的信息是被控变量的测量值而非实际值，因此，在控制系统中通常把设定值与测量值之差定义为偏差。

〕2.自动控制系统按给定值的变化可分为几种？以及各种的控制系统的特点。

〔P4〕定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统三种。

定值控制系统：“定值” 是恒定给定值的简称。

工艺生产中，假设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。

随动控制系统：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。

程序控制系统：给定值变化，但它是一个已知的时间函数，即生产技术指标需按一定的时间程序变化。

第一章，自动控制系统1、化工自动化主要包括哪些内容。

自动检测，自动保护，自动操纵和自动控制等。

2、闭环控制系统与开环控制系统的区别。

闭环控制系统有负反馈，开环系统中被控变量是不反馈到输入端的。

3、自动控制系统主要有哪些环节组成。

自动化装置及被控对象。

4、什么是负反馈，负反馈在自动控制系统中的意义。

这种把系统的输出信号直接或经过一些环节重新返回到输入端的做法叫做反馈，当反馈信号取负值时叫负反馈。

5、自动控制系统分类。

定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统6、自动控制系统衰减振荡过渡过程的品质指标有及影响因素。

最大偏差，衰减比，余差，过渡时间，振荡周期对象的性质，主要包括换热器的负荷大小，换热器的结构、尺寸、材质等，换热器内的换热情况、散热情况及结垢程度等。

7、什么是静态和动态。

当进入被控对象的量和流出对象的量相等时处于静态。

从干扰发生开始，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，所以这种状态叫做动态。

第二章，过程特性及其数学模型1、什么是对象特征，为什么要研究它。

对象输入量与输出量之间的关系系统的控制质量与组成系统的每一个环节的特性都有密切的关系。

特别是被控对象的特性对控制质量的影响很大。

2、建立对象的数学模型有哪两类机理建模：根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关的平衡方程，从而获取对象的数学模型。

实验建模：用实验的方法来研究对象的特性，对实验得到的数据或曲线再加以必要的数据处理，使之转化为描述对象特性的数学模型。

混合建模：将机理建模和实验建模结合起来的，先由机理分析的方法提供数学模型的结构形式，然后对其中某些未知的或不确定的参数利用实测的方法给予确定。

3、反映对象特性的参数有哪些。

各有什么物理意义。

它们对自动控制系统有什么影响。

放大系数K：对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。

对象的放大系数K越大，就表示对象的输入量有一定变化时对输出量的影响越大。

第5章 思考题与习题1．基本练习题（1）过程控制系统方案设计的主要内容有哪些？一般应怎样选择被控参数？答：1）主要内容有:熟悉控制系统的技术要求和性能指标；建立控制系统的数学模型；确定控制方案；根据系统的动态和静态特性进行分析与综合；系统仿真与实验研究；工程设计；工程安装；控制器参数整定。

2）被控参数的选择：对于具体的生产过程，应尽可能选取对产品质量和产量、安全生产、经济运行以及环境保护等具有决定性作用的、可直接进行测量的工艺参数作为被控参数。

当难以用直接参数作为被控参数时，应选取直接参数有单值函数关系的所谓间接参数作为被控参数。

当采用间接参数时，该参数对产品质量应该具有足够高的控制灵敏度，否则难以保证对产品质量的控制效果。

被控参数的选择还应考虑工艺上的合理性和所用测量仪表的性能、价格、售后服务等因素。

（2）控制通道0/T τ的大小是怎样反映控制难易程度的？举例说明控制参数的选择方法？答：1）一般认为，当/0.3o T τ≤时，系统比较容易控制；而当/0.5o T τ>时，则较难控制，需要采取特殊措施，如当τ难以减小时，可设法增加o T 以减小/oT τ的比值，否则很难收到良好的控制效果。

2）控制参数的选择方法：选择结果应使控制通道的静态增益o K 尽可能大，时间常数o T 选择适当。

控制通道的纯时延时间o τ应尽可能小，o τ与o T 的比值一般应小于03。

干扰通道的静态增益f K 应尽可能小；时间常数f T 应尽可能大，其个数尽可能多；扰动进入系统的位置应尽可能远离被控参数而靠近调节阀（执行器）。

当广义被控过程（包括被控过程、调节阀和测量变送环节）由几个一阶惯性环节串联而成时，应尽量设法使几个时间常数中的最大与最小的比值尽可能大，以便尽可能提高系统的可控性。

在确定控制参数时，还应考虑工艺操作的合理性、可行性与经济性等因素。

（3）调节器正反作用方式的定义是什么？在方案设计中应怎样确定调节器的正反作用方式？1）定义：当被控过程的输入量增加（或减少）时，过程（即被控对象）的输出量也随之增加（或减少），则称为正作用被控过程；反之称为反作用被控过程。

第五章 频域分析法目的：①直观，对高频干扰的抑制能力。

对快(高频)、慢(低频)信号的跟踪能力。

②便于系统的分析与设计。

③易于用实验法定传函。

§5.1 频率特性一. 定义)()()()(1n p s p s s s G +⋅⋅⋅+=θ在系统输入端加一个正弦信号：t R t r m ωsin )(⋅=))(()(22ωωωωωj s j s R s R s R m m -+⋅=+⋅=↔ 系统输出：))(()()()()(1ωωωθj s j s R p s p s s s Y m n-+⋅⋅+⋅⋅⋅+=t j t j e A e A t y t y ωω⋅+⋅+=↔-瞬态响应)()(1若系统稳定，即)(s G 的极点全位于s 左半平面，则 0)(l i m 1=∞→t y t稳态响应为：tj tj ss eA eA t y ωω⋅+⋅=-)(而)(21)()(22ωωωωωj G R jj s s R s G A m j s m -⋅-=+⋅+⋅⋅=-=)(21)()(22ωωωωωj G R jj s s R s G A m j s m ⋅=-⋅+⋅⋅== ∴t j m tj m ss e j G R je j G R j t y ωωωω⋅⋅+⋅-⋅-=-)(21)(21)( =])()([21t j t j m e j G e j G R jωωωω-⋅--⋅⋅ 又)(s G 为s 的有理函数，故)()(*ωωj G j G -=，即φωωj e j G j G )()(= φωωj e j G j G -=-)()(∴][)(21)()()(φωφωω+-+--⋅=t j t j mss e e j G R jt y =)sin()(φωω+⋅⋅t j G R m =)sin(φω+⋅t Y m可见：对稳定的线性定常系统，加入一个正弦信号，其稳态响应也是一个同频率的正弦信号。

其幅值是输入正弦信号幅值的)(ωj G 倍，其相移为)(ωφj G ∠=。