第01章 自控系统概述 化工自动化及仪表(工艺类专业适用) 教学课件

回流罐液位控制系统中的LIC-201是一台具有指示功 能的液位控制器，它是通过改变进入冷凝器的冷剂量来维 持回流罐中液位稳定的。
塔下部的温度控制系统中的TRC-210表示一台具有记 录功能的温度控制器，它是通过改变进入再沸器的加热蒸 汽量来维持塔底温度恒定的。
塔底的液位控制系统中的LICA-202代表一台具有指示、 报警功能的液位控制器，它是通过改变塔底采出量来维持 塔釜液位稳定的。
过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的
间隔时间叫振荡周期或工作周期，其倒数称
为振荡频率。在衰减比相同的情况下，周期
与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短一
些为好。
举例
某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过 渡过程曲线如下图所示。试分别求出最大偏差、余差、衰 减比、振荡周期和过渡时间（给定值为200℃）。

小结

自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。 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（工艺） 变量是不反馈到输入端的。
举例
化肥厂的造气自动机就是典型的开环系统的例子
操纵指令
自动操纵装置
操纵作用
对象
工艺参数
开环系统：自动机在操作时， 一旦开机，就只能是按照预 比较 先规定好的程序周而复始地 运转。这时被控变量如果发 生了变化，自动机不会自动 地根据被控变量的实际工况 来改变自己的操作。
图1-16 温度控制系统过渡过程曲线
衰减震荡过程
√Leabharlann 对于控制质量要求不 高的场合，如果被控 变量允许在工艺许可 等幅震荡过程 ？ 的范围内振荡（主要 指在位式控制时）， 才可采用。
发散震荡过程

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流量测量与控制技术应用案例
水处理行业
在水处理过程中，流量是一个重要的参数。 通过流量测量仪表和自动控制系统，可以实 时监测和调整水流的流量，确保水处理过程 的稳定性和效率。
石油化工行业
在石油化工生产过程中，原料、产品和中间 体的流量都需要精确控制。通过流量测量仪 表和自动控制系统，可以实现流量的精确测
化工仪表及自动化全套课件
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CONTENTS
• 化工仪表基础知识 • 自动化控制系统概述 • 化工仪表的选型与安装 • 自动化控制系统的设计与实施 • 化工仪表及自动化技术应用案
例 • 化工仪表及自动化技术发展趋
势与展望 2
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化工仪表基础知识
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自动控制系统的设计原则与方法
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设计原则
满足工艺要求，保证系统稳定性、可 靠性和经济性；采用先进技术和设备 ，提高自动化水平；注重人机交互， 方便操作和维护。
设计方法
根据工艺要求和控制目标，确定控制 方案；选择合适的测量仪表和执行机 构；设计控制算法和逻辑控制程序； 进行系统仿真和优化。
仪表等措施。
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02
自动化控制系统概述
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自动控制系统的组成与分类
组成
自动控制系统通常由控制器、执行器、被控对象、检测变送环节等部分组成。
分类
根据控制原理的不同，自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统；根 据信号传递方式的不同，可分为模拟控制系统和数字控制系统。
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量和控制，提高生产效率和产品质量。

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§4.2 化工工艺控制流程图 §4.2.1图形符号 1. 丈量点〔包括检出元件、取样点〕
检试点是由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪表圆圈的衔接线 的起点，普通无特定的图形符号，如以下图所示。必要时，检测 元件也可以用象形或图形符号表示。
图1-13 测试点的普通表示方法
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§4.2 化工工艺控制流程图
4～20mA
支配变量
执行器
干扰 被控变量响被控变量，抑制干扰使被控变量回到给定值的〔调理阀的输出〕
§4.1.1 自动控制系统的组成
调理阀： 调理阀又称控制阀、执行器。在自动控
制系统中的作用，就是控制器发出的控制 信号，改动调理参数，把被调参数控制在 所要求的范围内，从而到达消费过程自动 化。 按能源方式可分为气动执行器、电动执 行器、液动执行器三大类。
D
数字执行机构
S
电磁执行机构
活塞执行机构单作用
活塞执行机构双作用
4、调理阀的图形符号
执行机构图形符号2
带手轮的气动 薄膜执行机构
带气动阀门定位器的 带电气阀门定位器的 气动薄膜执行机构 气动薄膜执行机构
S R
S R
带人工复位安装的执行机构 〔以电磁执行机构为例〕
带远程复位安装的执行机构 〔以电磁执行机构为例〕
图7-7 蒸汽加热器温度控制系统
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§4.1.2 自动控制系统的方块图
为了便于分析,有时将控制器以外的各个环节 (包括 被控对象、丈量元件及变送器、控制阀)组合在一同对 待,称之为广义对象,这样,整个系统可以为是由控制器与 广义对象两者所构成,其方块图可简化。
给定值
x - 控制器
干扰作用f
被控变量丈量值z 广义对象
§4.2 化工工艺控制流程图

控制器 扰动 比较 设定值 r(t) 机构 e(t) f(t) 广义对象 被控变量
-
控制装置
u(t)
执行器
q(t)
过程
c(t)
测量值 y(t)
检测元件、变送器
闭环控制系统组成
控制系统的方块图：
+ SP － 调节器 执行器 被控对象
测量变送装置
+ SP
控制器 －
4～20mA
执行器 测量变送装置
被控对象
LT LC
汽包
偏差：被控变量 设定值与实际值 之差
负反馈：将被控 变量送回输入端 并与输入变量相 减
省煤器 给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
控制系统的 4 个基本环节： 被控对象、检测仪表(测量变送环节)、控制器、执行器
进 料 口
调 节 器 变 送 器
执 行 器
1.2.2闭环控制与开环控制 闭环控制： 在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设 定值进行比较，根据偏差进行控制，控制被控变量， 这样，整个系统构成了一个闭环。 闭环控制的特点（优点）：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。 闭环控制的缺点：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 失去控制。
在衰减比相同条件下，周期与过渡时间成正比；振荡频率 与回复时间成反比。
其它一些次要指标：
振荡次数：是指在过渡过程内被控变量振荡的次数。
“理想过渡过程两个波”：是指过渡过程振荡两次就能稳 定下来。 上升时间：是指干扰开始作用起到第一个波峰所需要的时 间。
y
稳态特性
0
A
B
B’
C
t
自动控制系统希望的结果： •最大偏差（超调量）？ •衰减比？ 越小越好