化工自动化及仪表7简单控制系统

第一章自动控制系统基本概念4。

自动控制系统主要由哪些环节组成？答：主要由测量与变送器、自动控制器、执行器、被控对象组成。

9。

试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量?答：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫被控对象。

生产过程中所要保持恒定的变量,在自动控制系统中称为被控变量.工艺上希望保持的被控变量即给定值。

具体实现控制作用的变量叫做操纵变量。

12.什么是负反馈?负反馈在自动控制系统中有什么重要意义？答：系统的输出变量是被控变量，但是它经过测量元件和变送器后,又返回到系统的输入端，能够使原来的信号减弱的做法叫做负反馈。

负反馈在自动控制系统中的重要意义是当被控变量，y受到干扰的影响而升高时，只有负反馈才能使反馈信号升高，经过比较到控制器去的偏差信号将降低，此时控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化，变化的方向为负，从而使被控变量下降回到给定值,这样就达到了控制的目的。

11.图1-18所示试画方框图，并指出该系统的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被度。

13.结合11题，说明该温度控制系统是一个具有负反馈的闭环系统.当被控变量反应温度上升后，反馈信号升高，经过比较使控制器的偏差信号e降低。

此时,控制器将发出信号而使控制阀的开度变大,加大冷却水流量，从而使被控变量下降到S.P.所以该温度控制系统是一个具有反馈的闭环系统。

14.图1—18所示的温度控制系统中，如果由于进料温度升高使反应器内的温度超过给定值，试说明此时该控制系统的工作情况，此时系统是如何通过控制作用来克服干扰作用对被控制变量影响的？当反应器的温度超过给定值时，温度控制器将比较的偏差经过控制运算后，输出控制信号使冷却水阀门开度增大,从而增大冷却水流量，使反应器内的温度降下来.这样便可以通过控制作用克服干扰作用对被控变量的影响。

15。

按给定值形式不同，自动控制系统可分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。

化工自动化及仪表引言化工自动化及仪表是现代化工工厂中必不可少的部分。

它集成了传感器、控制系统、执行器和现场仪表等组成的自动化设备，实现了化工过程的自动化控制和监测。

本文将介绍化工自动化及仪表的概念、应用及其优势。

一、概念化工自动化及仪表是将信息技术、电子技术、自动控制技术等应用于化学工业生产过程中的自动控制和监测系统。

它通过采集过程数据、分析数据、进行决策控制，实现化工过程的自动化操作。

化工自动化及仪表系统由五个部分组成：传感器、控制系统、执行器、现场仪表和通信网络。

传感器用于采集物理量和化学量，将其转换成电信号；控制系统用于处理传感器采集到的信号，进行控制和判决；执行器用于执行控制系统的指令，控制化工过程；现场仪表用于监测和显示过程参数；通信网络用于传输数据和命令。

二、应用化工自动化及仪表广泛应用于化学工业的各个环节，包括原材料处理、反应过程、分离工艺、产品制备等。

下面分别介绍几个典型应用场景：1.原材料处理：在化学生产中，原材料的处理是一个重要的环节。

化工自动化及仪表可以通过传感器和控制系统对原材料进行精确的测量和调控，提高原材料的利用率，降低生产成本。

2.反应过程控制：化学反应过程控制是化工自动化及仪表的核心应用之一。

通过传感器对反应过程中的温度、压力、浓度等参数进行实时监测，通过控制系统对反应条件进行调控，实现反应的自动化控制。

3.分离工艺控制：在化学生产中，分离工艺是将混合物中的组分分离出来的关键环节。

化工自动化及仪表可以通过传感器对分离过程中各个组分的浓度进行监测，通过控制系统对分离条件进行调控，提高分离效率，提高产品质量。

4.产品制备：化学工业生产出来的产品通常需要经过多个步骤进行制备。

化工自动化及仪表可以对制备过程中的各个参数进行实时监测和控制，保证产品的质量和一致性。

三、优势化工自动化及仪表具有以下几个优势：1.提高生产效率：化工自动化及仪表可以实现化工过程的连续运行和高效控制，减少人为因素的干扰，提高生产效率。

第一章自动控制系统基本概念3.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答：闭环控制系统是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制系统。

开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统，即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量。

自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统，它与自动检测、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，被控变量（工艺）是不反馈到输入端的。

4.自动控制系统主要由哪些环节组成？答：自动控制系统主要由两大部分组成。

一部分是起控制作用的全套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括测量元件与变送器、自动控制器、执行器等；另一部分是受自动化装置控制的被控对象。

8.在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？答：在自动控制系统中，测量变送装置用来测量被控变量的变化并将它转换成一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）；控制器将测量变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号（气压或电流）发送给执行器；执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出）被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。

9.试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量?答：①被控对象：在自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产设备或机器等。

②被控变量：被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。

③给定值：被控变量的预定值。

④操纵变量：受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量，实现控制作用的变量。

18.什么是自动控制系统的过渡过程？它有哪几种基本形式？答：对于任何一个控制系统，扰动作用是不可避免的客观存在，系统受到扰动作用后，其平衡状态被破坏，被控变量就要发生波动，在自动控制作用下，由于自动控制系统的负反馈作用，经过一段时间，使被控变量回复到新的稳定状态。

第一章自动控制系统基本概念1．什么是化工自动化？它有什么重要意义？答：在化工等连续性生产设备上，配备一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，称为化工自动化。

化工自动化的重要意义是：加快生产速度，降低生产成本，提高产品数量和质量；降低劳动强度，改善劳动成本，改变劳动方式；确保生产安全。

6．图1-16 为某列管式蒸汽加热器控制流程图。

试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

答：PI-307：表示测量点在蒸汽加热器的一台压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07。

仪表安装在现场。

TRC-303：表示测量点在蒸汽加热器出料管线上的一台温度记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为03。

仪表安装在集中仪表盘面上。

FRC-305：表示测量点在蒸汽加热器进料管线上的一台流量记录控制仪表，工段号为3，仪表序号为05。

仪表安装在集中仪表盘面上。

8．自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用?答：在自动控制系统中，测量变送装置用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如气压信号或电压、电流信号等）；控制器将测量变送装置送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号（如气压信号或电流信号）发送给执行器；执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出）被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。

9．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量?答：被控对象——自动控制系统中，需要实现控制的设备、机械或生产过程等。

被控变量——被控对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的工艺参数（物理量）。

设定值——工艺规定被控变量所要保持的数值。

操纵变量——受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持一定数值的物料量或能量。

P161. 化工自动化是化工、炼油、食品、轻工等化工类型生产过程自动化的简称。

在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。

实现化工生产过程自动化的意义：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。

（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。

（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。

（4）能改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。

2、化工自动化主要包括哪些内容？一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。

1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。

4、自动控制系统主要由哪些环节组成？自动控制系统主要由测量元件与变送器、自动控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。

1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。

试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。

6、图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。

试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。

化工仪表、自动化设备及控制系统的类型分类标准工业自动化仪表种类繁多，结构形式各异，根据不同的原则，可以进行相应的分类，化工仪表、自动化设备及控制系统可以按照能源形式、信号类型和结构形式来分类。

一、按仪表使用的能源分类可分为气动、电动、液动等几类。

气动仪表的发展和应用已有数十年的历史，20世纪40年代起就已广泛应用于工业生产。

它的特点是结构简单、性能稳定、可靠性高、价格便宜，能防火、防爆，且在本质上是安全防爆的，特别适用于石油、化工等有爆炸危险的场所。

但气动仪表一般反应速度慢，反应时间较长；传送距离受到限制，不宜实现远距离大范围的集中显示与控制；与计算机联用比较困难。

电动控制仪表的出现要晚些，但由于其信号传输、放大、变换处理比气动仪表容易得多，又便于实现远距离监视和操作。

还易于与计算机等现代化技术工具联用，因而这类仪表的应用更为广泛。

电动控制仪表的防爆问题，由于采取了安全火花防爆措施，也得到了很好的解决，它同样能应用于易燃易爆的危险场所。

电动仪表以电为能源，信号之间联系比较方便适宜于远距离传送，且方便与计算机联用。

20世纪90年代以来，气动仪表也可以做到防火、防爆，更有利于气动仪表的使用安全。

但电动仪表一般结构较复杂；易受温度、湿度、电磁性等环境影响。

工业上通常使用气动控制仪表和电动控制仪表。

液动仪表是按照仪表自身的能源来进行工作的仪表。

目前使用较少。

二、按信号类型分类可分为模拟式和数字式两大类。

模拟式控制仪表的传输信号通常为连续变化的模拟量。

这类仪表线路较简单，操作方便，价格较低，在中国已经历多次升级换代，在设计、制造、使用上均有较成熟的经验。

长期以来，它广泛地应用于各工业部门。

数字式控制仪表的传输信号通常为断续变化的数字量。

近20年来，随着微电子技术、计算机技术和网络通信技术的迅速发展，数字式控制仪表和新型计算机控制装置相继问世，并越来越多地应用于生产过程自动化中。

这些仪表和装置是以微型计算机为核心，其功能完善，性能优越，它能解决模拟式仪表难以解决的问题，满足现代化生产过程的高质量控制要求。

化工自动化仪表及控制系统智能化分析摘要：近些年，随着社会经济快速发展，信息技术的发展促进了工业自动化水平的提高，在化工生产过程中应用了诸多仪表设备，这些仪表在生产过程各方面参数的计算与控制中发挥了重大作用，不仅能够提升化工生产效率，稳定生产过程，降低生产成本，还能最大化降低化工生产安全风险。

由此可见，将仪表设备和控制系统与网络技术结合起来，提升化工生产自动化、智能化水平尤为重要。

关键词：化工自动化仪表；控制系统；智能化引言在石油化工开采环节需要涉及到数量较多的仪表自动化设备，通过充分发挥出仪表自动化设备运行功能，能够切实提升石油开采全过程管控力度，增强实际开采环节的质量与效率。

在化工行业生产制造流程中往往会用到各种各样的化工仪表，为此便需要对化工仪表实行全方位的监测，结合科学合理的处理手段，避免形成风险隐患，降低安全事故发生的概率，为化工企业平稳、健康的发展打下扎实基础。

1石油化工仪表的自动化控制系统石化企业在发展过程中，通过不断对生产系统自动化过程控制技术的升级改造，从而带动相应的仪器设备系统的升级，有利于企业在生产过程中，控制其成本费用，提高生产系统安全稳定性。

采用计算机芯片技术，通过自动控制仪表，可以有效地防止人为操作造成的各种安全隐患。

以自动化仪表为基础的控制系统，其主要内容有3部分：首先，是集散控制体系。

由于石化企业生产过程中各单元分散布置比较多，所以其应用领域非常广泛。

随着科学技术水平的提高，集散控制系统在国内石油化工行业的应用也得到了持续的创新和提高。

比如在实际生产中，通过智能化的数字化控制可以极大地提高自动化程度。

同时，它还可以利用自己的设备，利用自己的优势，将各个独立的系统通过通讯协议高效地连接起来，而不会受到系统厂家和型号的限制。

通过这种连接可以使其各个系统的分散优点得到全面的发挥，从而大大地提升了它们的生产效率。

在连接后的分布式系统中，企业能够动态地对其整个生产过程进行动态控制，并能在生产中及时发现问题，做出相应的调整，从而极大地提高生产系统稳定性。

课程代码： 080642022课程英文名称： Process automation and instrumentation课程总学时： 56 讲课： 48 实验： 8 上机： 0合用专业：安全工程专业大纲编写(修订)时间： 2022 年 7 月一、大纲使用说明(一)课程地位及教学目标本课程为安全工程专业的一门专业基础课，是安全工程师在生产的组织、管理、技术改造和技术革新中提供与电气工程师、自动化专业技术人员进行技术交流、技术协作的必要知识。

本课程注重学生实践能力的培养，注重学生工程思维能力的培养，使学生形成思维有序、有据，能够针对实际问题提出解决问题的合理、有效的方法。

(二)知识、能力及技能方面的基本要求针对教学的基本任务，该课程的知识体系应该环绕化工类专业实际工程需要所涉及的技术要求和技术难点为出发点。

本课程的知识体系应该由课堂教学、习题、实验环节组成。

在技能方面，通过本课程的学习，应具有分析基本电路的能力；会使用化工生产中的常用仪表；具有基本实际操作能力。

(三)实施说明教学过程中，即注重基本理论知识的传授，更应该注重学生能力的培养，因此，在理论教学时应该深入浅出，使学生充分、深入的理解理论知识，并以此为基础，结合化工专业的具体特点，加强理论知识的应用能力的培养。

本课程主要为加强学生的理论知识、提高学生的工程实践能力，因此，在教学过程中注意理论联系实际，通过理论—实践—理论—实践这样的过程，使学生充分理解本课程的主要理论，并能学以致用。

在具体的教学方法上，采用以讲授为主，讨论为辅的教学方法，注意培养学生的学习兴趣，使学生主动的去学习。

(四)对习题课、实验环节的要求本大纲以提高工程实践能力为教育目标而制定，所以对于化工专业而言，教师应该根据专业的具体要求掌握。

实验根据课程的教学进度不同而安排，具有系统性，能使学生逐渐加深对本课程的认识。

(五)对先修课的要求无。

(六)课程考核方式1.考核方式：考查2.考核目标：考核学生对化工过程中经典“四大控制”的控制原理、控制方式、控制品质等以及仪表的种类、性能指标、作用原理等内容的掌握与理解程度。

绪论1.化工自动化：化工设备上,配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产的不同程度上自动的进行,这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化.2.自动化目的:（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。

（2）减轻劳动强度,改善劳动条件。

（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命,提高设备利用能力的目的。

（4）能根本上改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步的消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。

第一章1。

化工生产过程自动化包括：自动检测、自动保护、自动操作、自动控制四个方面。

2.自动检测系统:利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量、指示、记录。

3.自动控制系统:对化工生产中的某些关键性参数进行自动控制，是他们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时,能自动的控制而回到规定的数值范围内.4。

自动控制系统的基本组成:被控对象、测量变送系统、控制器、执行器。

5。

对象:在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做被控对象,简称对象。

6.自动控制系统是一个具有被控变量负反馈的闭环系统。

被控变量不是被控对象。

7.反馈：把系统(或环节)的输出信息直接或经过一些环节重新返回到输入端的做法叫做反馈。

反馈的信号取负值就叫做负反馈。

8.自动控制系统按需要控制的被控变量的给定值是否变化和如何变化分:定值控制、随动控制和程序控制系统.9。

控制系统静态：当一个自动控制系统的输入和输出据恒定不变时，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入变送器、控制器、控制阀都不改变其原先的状态,他们的输出信号也都处于相对静止状态,即静态(被控变量不随时间而变化的平衡状态）。

10.控制系统动态: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，即动态（被控变量随时间而变化的不平衡状态）。

11。

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。

1/9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。

化工自动化及仪表之控制器概述引言化工自动化及仪表在化工工业中具有重要地位，控制器是其中的核心组件之一。

本文将对化工自动化及仪表之控制器进行概述，介绍其基本定义、分类、功能以及在化工领域中的应用。

定义控制器是一种可以控制设备、系统或过程的装置。

在化工自动化及仪表中，控制器主要用于控制化工过程中的各种参数，如温度、压力、液位等，以达到预定的目标。

分类控制器根据控制方式的不同可以分为以下几种类型：1.开环控制：开环控制器是最简单的控制器形式，它通过设定一个固定的控制信号来控制过程。

开环控制器没有反馈环路，无法对控制过程进行实时调整。

因此，在化工领域中，开环控制器的应用较为有限。

2.闭环控制：闭环控制器基于反馈原理，通过实时监测过程变量并与设定值进行比较，从而对控制信号进行实时调整。

闭环控制器可以提供更为精确的控制效果，并能够自动校正由于外界干扰或设备变化引起的偏差。

3.模糊控制：模糊控制器是一种基于模糊逻辑的控制方法，它模拟人类思维的模糊性，对输入变量进行模糊化处理，并通过规则库进行推理，最终得出控制信号。

模糊控制器适用于一些复杂的非线性系统，在化工领域中有着广泛的应用。

4.自适应控制：自适应控制器能够根据过程的变化自动调整控制参数，以提供更好的控制效果。

它通常基于模型预测控制或神经网络控制的原理，能够适应系统动态特性的变化，对于一些非线性、强耦合的化工过程具有较好的控制效果。

功能控制器在化工自动化及仪表中具有以下几个主要功能：1.调节功能：控制器能够根据设定值和实际值之间的差异来调整控制信号，以使实际值逐渐趋近于设定值。

通过不断的调整，控制器可以控制过程参数在一定范围内稳定工作。

2.保护功能：控制器能够监测过程中的异常情况，并采取相应的措施保护设备和系统的安全。

例如，当温度超过设定范围时，控制器可以自动切断加热源，以防止设备因温度过高而受损。

3.优化功能：控制器能够通过自动调节控制参数来优化系统的运行效率。