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1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化第一章第一章 自动控制系统基本概念自动控制系统基本概念 内容提要内容提要n 化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容n 自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本组成及表示形式及表示形式n 基本组成基本组成n 方块图方块图 工艺管道及控制流程图工艺管道及控制流程图n 图形符号图形符号n 字母代号字母代号n 仪表位号仪表位号n 自动控制系统的分类自动控制系统的分类n 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标n 控制系统的静态与动态控制系统的静态与动态n 控制系统的过渡过程控制系统的过渡过程n 控制系统的品质指标控制系统的品质指标n 影响控制系
2、统过渡过程品质的主要因素影响控制系统过渡过程品质的主要因素1第一节第一节 化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容n 1. 自动检测系统自动检测系统n 2. 自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统n 3. 自动操纵及自动开停车系统自动操纵及自动开停车系统n 4. 自动控制系统自动控制系统3第一节第一节 化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容1. 自动检测系统自动检测系统利用各种检测仪表对主要工艺参利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量、指示或记录的，称数进行测量、指示或记录的，称为自动检测系统。它代替了操作为自动检测系统。它代替了操作人员对工艺参数的不断观察与记人员对工艺参数的不断观察
3、与记录，起到人的眼睛的作用。录，起到人的眼睛的作用。图图1-1 1-1 热交换器自动检测系统示意图热交换器自动检测系统示意图2. 自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统 当工艺参数超过了允许范围，在事故即将发当工艺参数超过了允许范围，在事故即将发生以前，信号系统就自动地发出生以前，信号系统就自动地发出声光信号声光信号，告诫，告诫操作人员注意，并及时采取措施。如工况已到达操作人员注意，并及时采取措施。如工况已到达危险状态时，联锁系统立即自动采取紧急措施，危险状态时，联锁系统立即自动采取紧急措施，打开安全阀或切断某些通路，必要时紧急停车，打开安全阀或切断某些通路，必要时紧急停车，以防止事故的
4、发生和扩大。它是生产过程中的一以防止事故的发生和扩大。它是生产过程中的一种安全装置。种安全装置。 3. 自动操纵及自动开停车系统自动操纵及自动开停车系统 自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。自动开停车地对生产设备进行某种周期性操作。自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤，将生产过程自系统可以按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。动地投入运行或自动停车。 4. 4. 自动控制系统自动控制系统 在受到外界干扰（扰动）的影响而偏离正常在受到外界干扰（扰动）的影响而偏离正常状态时，自动控制系统能自动地控制而回到
5、规定状态时，自动控制系统能自动地控制而回到规定的数值范围内。的数值范围内。 第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式 4图图1-2 1-2 人工操作图人工操作图图图1-3 1-3 液位自动控制系统图液位自动控制系统图n人工操作与自动控制比较图人工操作与自动控制比较图控制速度和精度不能满足大型控制速度和精度不能满足大型现代化生产的需要现代化生产的需要第二节第二节 自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本组成及表示形式及表示形式 一、自一、自动控制系统的组成动控制系统的组成5组组成成自动化装置自动化装置被控对象被控对象测量元件与变送器测量元件与变送器自动控制器
6、自动控制器执行器执行器第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式二、二、自动控制系统的表示形式自动控制系统的表示形式1、方、方块图块图n在研究自动控制系统时，为了便于对系统分析研究，一在研究自动控制系统时，为了便于对系统分析研究，一般都般都用方块图来表示控制系统的组成用方块图来表示控制系统的组成。n下页图为液位自动控制系统的方块图，下页图为液位自动控制系统的方块图，每个环节表示组每个环节表示组成系统的一个部分，称为成系统的一个部分，称为“环节环节”。两个方块之间用一两个方块之间用一条带有箭头的线条表示其信号的相互关系，箭头指向方条带有箭头的线条表示其信号的相
7、互关系，箭头指向方块表示为这个环节的输入，箭头离开方块表示为这个环块表示为这个环节的输入，箭头离开方块表示为这个环节的输出。线旁的字母表示相互间的作用信号。节的输出。线旁的字母表示相互间的作用信号。6n方块图中，方块图中， x 指设定值；指设定值；z 指输出信号；指输出信号；e 指偏差信指偏差信号；号；p 指发出信号；指发出信号；q 指出料流量信号；指出料流量信号；y 指被控变指被控变量；量；f 指扰动作用。当指扰动作用。当x 取正值，取正值，z取负值取负值，e= x- z，负反馈；负反馈；x 取正值，取正值，z取正值，取正值， e= x+ z，正反馈。，正反馈。第二节第二节 自动控制系统的基
8、本组成自动控制系统的基本组成及表示形式及表示形式n液位自动控制的方块图液位自动控制的方块图图图1-51-5 液位自动控制系统方块图液位自动控制系统方块图7第二节第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式自动控制系统的基本组成及表示形式n 其他控制系统其他控制系统 用同一种形式的方块图可以代表不同的控制系统用同一种形式的方块图可以代表不同的控制系统图图1-61-6 蒸汽加热器温度控制系统蒸汽加热器温度控制系统 当进料流量或温度变化当进料流量或温度变化等因素引起出口物料温度变等因素引起出口物料温度变化时，可以将该温度变化测化时，可以将该温度变化测量后送至温度控制器量后送至温度控制器TCTC。温。温度
9、控制器的输出送至控制阀，度控制器的输出送至控制阀，以改变加热蒸汽量来维持出以改变加热蒸汽量来维持出口物料的温度不变。口物料的温度不变。 这个控制系统同样可这个控制系统同样可以用以用上页中上页中的方块图的方块图表示表示8图图1-6 蒸汽加热器温度控制系统：蒸汽加热器温度控制系统：蒸汽加热器蒸汽加热器加热蒸汽量加热蒸汽量加热蒸汽压力的变化、加热器内部传热系数的变化、环境加热蒸汽压力的变化、加热器内部传热系数的变化、环境温度的变化温度的变化加热蒸汽加热蒸汽1.方块图方块图n 注意！注意！方块图中的每一个方块都代表一方块图中的每一个方块都代表一个具体的装置。个具体的装置。9n方块与方块之间的连接线，只
10、是代表方块之间的信号联方块与方块之间的连接线，只是代表方块之间的信号联系，并不代表方块之间的物料联系。方块之间连接线的箭系，并不代表方块之间的物料联系。方块之间连接线的箭头也只是代表信号作用的方向，与工艺流程图上的物料线头也只是代表信号作用的方向，与工艺流程图上的物料线是不同的。是不同的。n工艺流程图上的物料线是代表物料从一个设备进入另一工艺流程图上的物料线是代表物料从一个设备进入另一个设备，而方块图上的线条及箭头方向有时并不与流体流个设备，而方块图上的线条及箭头方向有时并不与流体流向相一致。向相一致。n自动控制系统是一个闭环系统自动控制系统是一个闭环系统1.方方块图块图n 小结小结n自动控制
11、系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。 n与自动检测、自动操纵等开环系统比较，最本质的区与自动检测、自动操纵等开环系统比较，最本质的区别，就在于别，就在于自动控制系统有负反馈自动控制系统有负反馈，开环系统中，被，开环系统中，被控（工艺）变量是不反馈到输入端的。控（工艺）变量是不反馈到输入端的。10举例举例化肥厂的造气自动机就是典型的开环系统的例子化肥厂的造气自动机就是典型的开环系统的例子自动操纵装置自动操纵装置对象对象操纵作用操纵作用工艺参数工艺参数操纵指令操纵指令1.1.方方块图块图n小结小结开环系统：开环系统：自动机在操作时，自动机在操作时，一旦开
12、机，就只能是按照预一旦开机，就只能是按照预先规定好的程序周而复始地先规定好的程序周而复始地运转。这时被控变量如果发运转。这时被控变量如果发生了变化，自动机不会自动生了变化，自动机不会自动地根据被控变量的实际工况地根据被控变量的实际工况来改变自己的操作。来改变自己的操作。比较比较闭环系统：闭环系统：有针对性有针对性地根据被控变量的变地根据被控变量的变化情况而改变控制作化情况而改变控制作用的大小和方向，从用的大小和方向，从而使系统的工作状态而使系统的工作状态始终等于或接近于所始终等于或接近于所希望的状态。希望的状态。11设定器设定器控制器控制器被控对象被控对象扰动扰动被控量被控量设定器设定器被控过
13、程被控过程传感器传感器控制器控制器开环开环控制系统控制系统：闭环控制系统闭环控制系统 :2.2.管道及仪表流程图管道及仪表流程图 工工艺流程和控制方案的确定后艺流程和控制方案的确定后，根，根据工艺设计据工艺设计给出的流程图给出的流程图，按，按其流程顺序标注出相应的其流程顺序标注出相应的测量点、测量点、控制点、控制系统及自动信号与联锁保护系统等控制点、控制系统及自动信号与联锁保护系统等，便便成了成了工艺管道及控制流程图工艺管道及控制流程图 （PIDPID图）图）。 Piping Piping andand InstrumentionInstrumention Diagram,P&IDDiagra
14、m,P&ID 管道及仪表流程图管道及仪表流程图3334图图1-81-8脱脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例右图是乙烯生产过右图是乙烯生产过程中脱乙烷塔的工程中脱乙烷塔的工艺管道及控制流程艺管道及控制流程图图 举例举例2.2.管道及仪表流程图管道及仪表流程图(1)、图形符号图形符号a.a. 测量点（包括检出元件、取样点）测量点（包括检出元件、取样点）35 测量点测量点是由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪表圆圈是由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪表圆圈的连接线的起点，一般无特定的图形符号，如下图所的连接线的起点，一般无特定的图形符号，如下图所示。必要时，检测元件也可以用
15、象形或图形符号表示。示。必要时，检测元件也可以用象形或图形符号表示。图图1-13 1-13 测试点的一般表示方法测试点的一般表示方法2.管道及仪表流程图管道及仪表流程图(1)、图形符号、图形符号b.b. 连接线连接线36 通用的仪表信号线均以细实线表示。连接线表示交通用的仪表信号线均以细实线表示。连接线表示交叉及相接时，采用下图的形式。必要时也可用加箭头的叉及相接时，采用下图的形式。必要时也可用加箭头的方式表示信号的方向。在需要时，信号线也可按气信号、方式表示信号的方向。在需要时，信号线也可按气信号、电信号、导压毛细管等采用不同的表示方式以示区别电信号、导压毛细管等采用不同的表示方式以示区别。
16、图图1-14 1-14 联联接接线的表示法线的表示法(1)、图形符号、图形符号 仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约10mm10mm，对于不同的仪表安装位置的图形符号如下，对于不同的仪表安装位置的图形符号如下表所示。表所示。 37c. 仪表（包括检测、显示、控制）的图形符号仪表（包括检测、显示、控制）的图形符号第五节第五节 工艺管道及控制流程图工艺管道及控制流程图38序序号号安装位安装位置置图形符号图形符号备注备注序序号号安装位置安装位置图形符图形符号号备注备注1就地安就地安装仪表装仪表嵌在管道嵌在管道中中4集中仪表集中仪表盘后安装盘后安装仪表仪表2集中仪集中仪表盘面表盘面安装仪安装仪表表 5就地仪表就地仪表盘后安装盘后安装仪表仪表3就地仪就地仪表盘面表盘面安装仪安装仪表表表表1-1 1-1 仪表安装位置的图形符号表示仪表安装位置的图形符号表示2.2.管道及仪表流程图管道及仪表流程图第五节第五节 工艺管道及控制流程图工艺管道及控制流程图39 对于处理两个或两个以上被测变量，具有相同或不同对于处理两个或两个以上被测变量，具有相同或不同功能的复式仪表
