【正文】 第一章 化工控制系統(tǒng)基本概念 第一節(jié) 化工自動化的主要內(nèi)容 為了實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程自動化 ,一般要包括自動檢測 ,自動保護 ,自動操縱和自動控制等方面的內(nèi)容 ,現(xiàn)分別予以介紹 。 1. 自動檢測系統(tǒng) 利用各種檢測儀表對主要工藝參數(shù)進行測量 ,指示或 記錄的 ,稱為自動檢測系統(tǒng) ,它代替了操作人員對工藝參數(shù) 的不斷觀察與記錄 ,因此起到人的眼鏡的作用 圖 11的熱交換器是利用蒸汽來加熱冷液的 ,冷液經(jīng) 4加熱后的溫度是否達到要求 ,可用測溫元件配上平衡電橋來進行測量 ,指示和記錄 :冷液的流量可以用孔板流量計來進行檢測：蒸汽壓力可以用壓力表來指示 ,這就是自動檢測系統(tǒng) 。 2. 自動信號和聯(lián)鎖保護系統(tǒng) ? 生產(chǎn)過程中，有時由于一些偶然因素的影響，導(dǎo)致工藝參數(shù)超出允許的變化范圍而出現(xiàn)不正常情況時，就有引起事故的可能。為此，常對某些關(guān)鍵性參數(shù)設(shè)有自動信號聯(lián)鎖裝置，當(dāng)工藝參數(shù)超過了允許范圍。危險狀態(tài)時，聯(lián)鎖系統(tǒng)就自動采取緊急措施，打開安全閥或切斷某些通路，并及時緊急停車，以防止事故的發(fā)生和擴大 。 它是生產(chǎn)過程中的一種安全裝置。例如某反應(yīng)器的反應(yīng)溫度超出允許極限值，自動信號系統(tǒng)就會發(fā)出聲光信號，報警給工藝操作人員以及時處理事故 .由于生產(chǎn)過程的強化，往往靠操作人員處理事故已成為不可能，因為在一個強化的生產(chǎn)過程中，事故常常會在幾秒鐘內(nèi)發(fā)生，如當(dāng)反應(yīng)器的溫度或壓力進入危險限時，聯(lián)鎖系統(tǒng)可立即采取應(yīng)急措施，加大冷卻劑量或關(guān)閉進料閥門，減緩或停止反應(yīng)，從而可避免引起爆炸等生產(chǎn)事故。 3. 自動操縱及自動開停車系統(tǒng) 自動操縱系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動地對生產(chǎn)設(shè)備進行某些周期性操作，例如合成氨造氣車地煤氣發(fā)生爐， 要求按照吹風(fēng)，上吹，下吹制氣，吹凈等步驟周期性地接通空氣和水蒸氣。利用自動操縱機可以代替人工自動地按照一定的時間程序扳動空氣和水蒸汽的閥門，使它們交替地接通煤氣發(fā)生爐，從而極大地減輕了操作工人的重復(fù)性體力勞動。自動開停車系統(tǒng)可以按照預(yù)先規(guī)定好的步驟，將生產(chǎn)過程自動地投入運行或自動停車。 4. 自動控制系統(tǒng) 生產(chǎn)過程中各種工藝條件不可能是一成不變的。特別是化工生產(chǎn)，大多數(shù)是連續(xù)性生產(chǎn)，各設(shè)備相互關(guān)聯(lián)著，當(dāng)其中某一設(shè)備的工藝條件發(fā)生變化時，都可能引起其他設(shè)備中某些參數(shù)或多或少地波動偏離了正常的工藝條件，為此 ,就需要用 一些自動控制裝置 ,對生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進行自動控制，使它們在受到外界干擾 (擾動 )的影響而偏離正常狀態(tài)時，能自動地控制而回到規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)，為此目的而設(shè)置的系統(tǒng)就是自動控制系統(tǒng)。 由以上所述可以看出，自動檢測系統(tǒng)只能完成“了解”生產(chǎn)過程進行情況的任務(wù)：信號聯(lián)鎖保護系統(tǒng)只能在工藝條件進入某種極限狀態(tài)時，采取安全措施，以避免生產(chǎn)事故的發(fā)生。 自動操縱系統(tǒng)只能按照預(yù)先規(guī)定好的步驟進行某種周期性操縱： 只有自動控制系統(tǒng)才能自動地排除各種干擾因素對工藝參數(shù)的影響，使它們始終保持在預(yù)先規(guī)定的數(shù)值上，保證生產(chǎn)維持在正常或最佳的工藝操作狀態(tài)。因此，自動控制系統(tǒng)是自動化生產(chǎn)中的核心部分，也是本課程了解和學(xué)習(xí)的重點。 第二節(jié)自動控制系統(tǒng)的組成 自動控制系統(tǒng)是在人工控制的基礎(chǔ)上生產(chǎn)和發(fā)展起來的。所以，在開始介紹自動控制的時候，先分析人工操作并與自動控制加以比較，對分析和了解自動控制系統(tǒng)是有裨益的。 圖 1－ 2所示是一個液體貯槽，在生產(chǎn)中常用來作為一般的中間容器或成品罐。 從前一個工序來的物料連續(xù)不斷地流入槽中，而槽中的液體又送至下一工序進行加工或包裝，但流量 Q1(或 圖 12 流出量 Q0 )波動時會引起槽內(nèi)液體的波動，嚴(yán)重時會溢出或抽空解決這個問題的最簡單方法，是以貯槽液位位操作治標(biāo)，以改變出口閥門開度為控制手段，如圖 1－ 2（ a）所示。 當(dāng)液位上升越多，閥門開得越大，反之，當(dāng)液位下降越多，閥門關(guān)得越小。為了使液位上升和下降都有足夠得余地，選擇玻璃管液位劑指示值中間的某一點為正常工作時的液位高度，通過改變出口閥門開度而使液位保持在這一高度上，這樣就不會出現(xiàn)貯槽中液位過高而溢至槽外，或使貯槽內(nèi)液體抽空 （ 1） 檢測 用眼睛觀察玻璃管液位計（測量元件 )中液位的高低，并通過神經(jīng)系統(tǒng)告訴大腦。 （ 2）運算（思考）、命令 大腦根據(jù)眼睛看到的液位高度，加以思考并與要求的液位值進行比較，得出偏差的大小和正負，然后根據(jù)操作經(jīng)驗，經(jīng)思考、決策后發(fā)出命令。 （ 3） 執(zhí)行 根據(jù)大腦發(fā)出的命令 ,通過手去改變閥門的開度 ,以改變出口流量 Q0 ,從而使液 位保持在所需高度上。 而發(fā)生事故的現(xiàn)象。歸納起來，操作人員所進行的工作有三方面（如圖 1－ 2（ b） 所示）。 眼、腦、手三個器官，分別擔(dān)負了檢測、運算和執(zhí)行三個作用，來完成測量、求偏差、操縱閥門以糾正偏差的全過程 .由于人工控制受到人的生理上的限制，因此在控制速度和精度上都滿足不了大型現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。為了提高控制精度和減輕勞動強度，可用一套自動化裝置來代替上樹人工操作，這樣就由人工控制變?yōu)樽詣涌刂屏?。液體貯槽和自動化裝置一起構(gòu)成了一個自動控制系 統(tǒng)如圖 13所示。 圖 1－ 3 液位自動控制 變送器 控制器 給定值 自動化裝置 0Qh 為了完成人的眼 、 腦 、 手三個器官的任務(wù) ,自動化裝置一般至少也應(yīng)包括三個部分 ,分別用來模擬人的眼 、 腦和手的功能 .如圖 13所示 ,自動化裝置的三個部分分別是 : （ 1） 測量元件與變送器 它的功能是測量液位 ,并將液位的高低轉(zhuǎn)化為一種特定的、統(tǒng)一的輸出信號 (如氣壓信號或電壓、電流信號等 )： （ 2） 自動控制器 它接受變送器送來的信號 ， 與工藝需要保持的液位高度相比較得出偏差 ， 并按某種運算結(jié)果 ， 然后將此結(jié)果用特定信號 （ 氣壓或電流 ） 發(fā)送出去： （ 3）執(zhí)行器 通常指控制閥，它與普通的閥門一樣，只不過自動地根據(jù)控制器送來的信號值來改變閥門的開啟度。 顯然 ， 這套自動化裝置具有人工控制中操作人員的眼 、 腦 、 手的部分功能 ， 因此 ， 它能完成自動控制貯槽中液位高低的任務(wù) 。 在自動控制系統(tǒng)的組成中，除了必須具有前述的自動化裝置外，還必須具有控制裝置所控制的生產(chǎn)設(shè)備。 在自動控制系統(tǒng)中，將需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或機械叫做被控對象，簡稱對象。圖 13所示的液體貯槽就是這個液位控制系統(tǒng)的被控對象?；どa(chǎn)中的各種塔器、反應(yīng)器、換熱器、泵和壓縮機以及各種容器、貯槽都是常見的被控對象，甚至一段輸氣管道也可以是一個被控對象。在復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備中，如精餾塔、吸收塔等，在一個設(shè)備上可能有好幾個控制系統(tǒng)。這時在確定被控對象時，就不一定是生產(chǎn)設(shè)備的整個裝置。譬如說，一個精餾塔，往往塔頂需要控制溫度、壓力等，塔底又需要控制溫度、塔釜液位等，有時中部還需要控制進料流量，在這種情況下，就只有塔底某一與控制有關(guān) 底相應(yīng)部分才是某一個控制系統(tǒng)底被控對象。例如，在討論進料流量的控制系統(tǒng)時，被控對象指的是進料管道及閥門等，而不是整個精餾塔本身。 第三節(jié) 工藝管道及控制流程圖 ? 在工藝流程確定以后，工藝人員和自控設(shè)計人員應(yīng)共同研究確定控制方案，控制方案地確定包括流程中各測量點地選擇、控制系統(tǒng)地確定及有關(guān)自動信號、聯(lián)鎖保護系統(tǒng)的設(shè)計等。在控制方案確定以后，根據(jù)工藝設(shè)計給出的流程圖，按其流程順序標(biāo)注出響應(yīng)的測量點、控制點、控制系統(tǒng)及自動信號與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)等，便