【正文】 《化工自動(dòng)化及儀表》 第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念 100第一章 授課教師 ： 和萌林 2 101章節(jié)結(jié)構(gòu) 第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念 ★★★ 第一節(jié) 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容 ★★ 第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及方塊圖 ★★★ 第三節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 ☆ 第四節(jié) 自控系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo) ★★★ 一 、 控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài) 二 、 控制系統(tǒng)的過渡過程 三 、 控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo) 四 、 影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的主要因素 第五節(jié) 工藝管道及控制流程圖 ★★ 一 、 圖形符號(hào) 二 、 字母代號(hào) 三 、 儀表位號(hào) 第一章 基本概念 第二章 對(duì)象數(shù)學(xué)模型 第三章 儀表與傳感器 第四章 顯示儀表 第五章 自動(dòng)控制儀表 第六章 執(zhí)行器 第七章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng) 第八章 復(fù)雜控制系統(tǒng) 第九章 新型控制系統(tǒng) 第十章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 第 11章 典型控制方案 3 教學(xué)基本要求： 1. 掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成，了解各組成部分的作用及相互影響關(guān)系； 2. 理解自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的各種術(shù)語(yǔ)，掌握方塊圖的意義及畫法； 3. 熟悉管道及控制流程圖上常用符號(hào)的意義； 4. 了解控制系統(tǒng)的幾種分類 ， 掌握系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)； 5. 掌握閉環(huán)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過渡過程的幾種基本形式及過渡過程品質(zhì)指標(biāo)的含義。 教學(xué)要求 第 一 章 第一節(jié) 主要內(nèi)容 ★★ 第二節(jié) 系統(tǒng)組成 ★★★ 及方塊圖 第三節(jié)系統(tǒng)分類 ☆ 第四節(jié)過渡過程 ★★★ 和品質(zhì)指標(biāo) 品質(zhì)主要因素 第五節(jié)工藝管道及 ★★ 控制流程圖 4 第 一 章 第一節(jié) 主要內(nèi)容 ★★ 第二節(jié) 系統(tǒng)組成 ★★★ 及方塊圖 第三節(jié) 系統(tǒng)分類 ☆ 第四節(jié) 過渡過程 ★★★ 和品質(zhì)指標(biāo) 品質(zhì)主要因素 第五節(jié)工藝管道及 ★★ 控制流程圖 過程自動(dòng)化 —— 在生產(chǎn)設(shè)備上配置一些裝置，代替人工的部分直接勞動(dòng)，使生產(chǎn)過程在不同程度上自動(dòng)地進(jìn)行。這種用自動(dòng)化裝置來管理生產(chǎn)過程的方式稱為過程自動(dòng)化。 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng) 自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng) 自動(dòng)控制系統(tǒng) 110第一節(jié) 第一節(jié) 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容 ★★ 過程自動(dòng)化 化工自動(dòng)化 —— 化工類 （化工、煉油、輕工、食品 … ） 生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制簡(jiǎn)稱為“化工自動(dòng)化”。 第一節(jié) 主要內(nèi)容 ★★ 5 111自動(dòng)檢測(cè) 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) —— 利用各種檢測(cè)儀器儀表對(duì)主要參數(shù) （溫度、壓力、流量、料位 …… ） 進(jìn)行測(cè)量、指示或記錄 ， “了解 ” 生產(chǎn)的任務(wù)，這種系統(tǒng)稱為自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。 167。 11 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng) 自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng) 自動(dòng)控制系統(tǒng) 過程自動(dòng)化 圖中熱交換器是利用蒸汽來加熱冷介質(zhì)的 ， 冷介質(zhì)經(jīng)加熱后的溫度是否達(dá)到要求 ， 可用測(cè)溫元件配上平衡電橋來測(cè)量 、 指示和記錄；冷介質(zhì)的流量可以用孔板流量計(jì)來檢測(cè) ， 蒸汽壓力可用壓力表來指示 ， 這就是一些常用的 、 簡(jiǎn)單的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 。 由此可見 ， 自動(dòng)檢測(cè)儀表可包括包括壓力 、 溫度 、 流量 、 液位等的簡(jiǎn)單測(cè)量?jī)x表或它們的傳感器 、 變送器 、 顯示表等 。 溫度計(jì) 溫度表 液位計(jì) 浮子流量計(jì) 彈簧管壓力表 質(zhì)量流量計(jì) 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)際上是代替了操作人員對(duì)工藝參數(shù)的觀察與記錄，起到人的眼睛的作用。 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的本質(zhì) （ 特點(diǎn) ） : 利用各種檢測(cè)儀器儀表對(duì)主要工藝參數(shù)進(jìn)行檢測(cè) 、 指示或記錄 ， 達(dá)到 “ 了解 ” 生產(chǎn)任務(wù)的目的 。 6 112聯(lián)鎖保護(hù) 在生產(chǎn)過程中 ， 有時(shí)由于偶然因素的影響 ， 導(dǎo)致工藝參數(shù)超出允許范圍而出現(xiàn)不正常情況 ， 有可能引起事故 。 為此常對(duì)一些關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置 自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)裝置 ， 當(dāng)工藝參數(shù)超過允許范 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng) 自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng) 自動(dòng)控制系統(tǒng) 過程自動(dòng)化 圍 ， 在事故發(fā)生以前 ， 信號(hào)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地發(fā)出聲光信號(hào) ， 告誡操作人員及時(shí)采取措施 。 如工況已到達(dá)危險(xiǎn)狀態(tài) ， 聯(lián)鎖系統(tǒng)會(huì)立即自動(dòng)采取緊急措施 ， 打開安全閥或切斷某些通路 ， 必要時(shí)緊急停車 ， 以防止事故的發(fā)生和擴(kuò)大 。 自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng) 是生產(chǎn)過程中的一種安全裝置 。 167。 11 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容 7 113自動(dòng)操縱 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng) 自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng) 自動(dòng)控制系統(tǒng) 過程自動(dòng)化 根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性操作 ，這種系統(tǒng)稱為 自動(dòng)操縱系統(tǒng) 。 例如：合成氨造氣車間的煤氣發(fā)生爐 …… 自動(dòng)加料系統(tǒng) 按照預(yù)先規(guī)定好的步驟 ， 將生產(chǎn)過程自動(dòng)地投入運(yùn)行或自動(dòng)停車 ， 這種系統(tǒng)稱為 自動(dòng)開停車系統(tǒng) 。 167。 11 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容 8 114自動(dòng)控制 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng) 自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng) 自動(dòng)控制系統(tǒng) 過程自動(dòng)化 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) ， 設(shè)備之間相互關(guān)聯(lián) ， 其中一臺(tái)設(shè)備的工藝條件發(fā)生變化時(shí) ， 會(huì)引起其他設(shè)備的某些參數(shù)波動(dòng) ， 偏離 正常的工藝條件 ， 因此需要設(shè)置一些自動(dòng)控制裝置 ， 對(duì)生產(chǎn)中一些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制 ， 使它們?cè)谑艿酵饨绺蓴_ (擾動(dòng) )的影響而偏離正常狀態(tài)時(shí) ， 能自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng) 。 167。 11 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容 9 114自動(dòng)控制 a 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng) 自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng) 自動(dòng)控制系統(tǒng) 過程自動(dòng)化 溫度傳感 /變送器 控制器 液位傳感 /變送器 執(zhí)行器 料位變送器 壓力變送器 流量變送器 167。 11 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容 10 11e 化工生產(chǎn)的特點(diǎn)： （ 1） 連續(xù)進(jìn)行物理或化學(xué)反應(yīng) （ 2） 密閉空間 ， 高壓 （ 3） 高溫 （ 深冷 ） （ 4） 易燃 、 易爆介質(zhì) （ 5） 有毒 、 強(qiáng)腐蝕性介質(zhì) （ 6） 類型紛繁 ， 控制系統(tǒng)多種多樣 …… …… 對(duì)化工儀表 、 控制系統(tǒng)的要求： （ 1） 適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境 —— 高溫 、 高壓 、 易燃 、 腐蝕 … （ 2） 適應(yīng)生產(chǎn)要求 —— 控制穩(wěn)定 、 準(zhǔn)確 、 靈敏 … …… …… 167。 11 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容 11 11e第一節(jié)小結(jié) 1 由以上介紹可以看出： 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 只能完成 “ 了解 ” 生產(chǎn)過程進(jìn)行情況的任務(wù)； 信號(hào)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng) 只能在工藝條件進(jìn)入某種極限狀態(tài)時(shí) ， 采取安全措施 ， 以避免生產(chǎn)事故的發(fā)生； 自動(dòng)操縱系統(tǒng) 只能按照預(yù)先規(guī)定好的步驟進(jìn)行某種周期性的操縱； 只有 自動(dòng)控制系統(tǒng) 才能自動(dòng)地排除各種干擾因素對(duì)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?；蜃罴训墓に嚥僮鳡顟B(tài) 。 因此 ， 自動(dòng)控制系統(tǒng) 是自動(dòng)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(diǎn) 。 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng) 自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng) 自動(dòng)控制系統(tǒng) 過程自動(dòng)化 167。 11 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容 12 120第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng) 是在人工控制的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來的 。 所以 ， 在開始介紹自動(dòng)控制的時(shí)候 ， 先分析人工操作 ， 并與自動(dòng)控制加以比較 ， 可以幫助我們分析和了解自動(dòng)控制系統(tǒng) 。 人工控制 自動(dòng)控制 第 一 章 第一節(jié) 主要內(nèi)容 ★★ 第二節(jié) 系統(tǒng)組成 ★★★ 及方塊圖 第三節(jié) 系統(tǒng)分類 ☆ 第四節(jié) 過渡過程 ★★★ 和品質(zhì)指標(biāo) 品質(zhì)主要因素 第五節(jié)工藝管道及 ★★ 控制流程圖 第二節(jié) 系統(tǒng)組成 ★★★及方塊圖 第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及方塊圖 ★★★ 13 121人工控制 人工控制 自動(dòng)控制 執(zhí)行 —— (手 )行動(dòng) : 根據(jù)大腦發(fā)出的命令，通過手去改變閥門開度，以改變出口流量 Qo，從而使液位保持在所需高度上。 運(yùn)算 —— (腦 )思考、判斷、決策、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(jìn)行比較，得出偏差的大小和正負(fù)，然后根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)思考、決策后發(fā)出命令 。 檢測(cè) —— (眼 )觀察 : 用眼睛觀察玻璃管液位計(jì) (測(cè)量元件 )中液位的高低，并通過神經(jīng)系統(tǒng)告訴大腦。 動(dòng) 手 腦 想 眼 看 167。 12 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方框圖 14 121自動(dòng)控制 檢測(cè)器 (變送器 ) 將某一物理量（如：液位、流量、壓力、壓差或溫度等）轉(zhuǎn)變成可利用信號(hào)；變送器將該信號(hào)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 控制器 根據(jù)變送器信號(hào)和工藝需求，算出偏差，經(jīng)過某種運(yùn)算發(fā)出控制信息。 執(zhí)行器 根據(jù)控制器的控制信息，改變閥門開度。 人工控制 自動(dòng)控制 檢測(cè)元件與變送器 自動(dòng)控制器 （ 控制器 ） 執(zhí)行器 （ 調(diào)節(jié)閥 、 控制閥 ） 自動(dòng)化系統(tǒng)組成 自動(dòng)控制系統(tǒng) 是在人工控制的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來的，其主要裝置包括測(cè)量元件與變送器、控制器、執(zhí)行器，分別代替了人的眼、腦、手三個(gè)器官的功能。 167。 12 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方框圖 15 121系統(tǒng)組成 在自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成中 ， 除了必須具有前述的自動(dòng)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(dòng)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(jī)器叫做 被控對(duì)象 ， 簡(jiǎn)稱 對(duì)象 。 前面舉例中液體貯槽 …… 化工生產(chǎn)中的各種容器、反應(yīng)器、換熱器、泵和壓縮機(jī) …… 甚至一段輸氣管道 …… 精餾塔、吸收塔等一個(gè)設(shè)備可能有幾個(gè)控制回路 …… 被控對(duì)象 檢測(cè)元件與變送器 自動(dòng)控制器 （ 控制器 ） 執(zhí)行器 （ 調(diào)節(jié)閥 、 控制閥 ） 自動(dòng)化系統(tǒng)組成 167。 12 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方框圖 16 122方塊圖 在研究自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，為了能清楚地表示出自動(dòng)控制系統(tǒng)中各個(gè)組成環(huán)節(jié)之間的相互影響和信號(hào)聯(lián)系，便于對(duì)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。 方塊圖的組成 開環(huán)與閉環(huán) 正反饋與負(fù)反饋 167。 12 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及方框圖 17 “ 方塊圖 ” 的組成：