化工仪表第五版PPT

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化工仪表及自动化 内容提要 化工自动化的主要内容 自动控制系统的基本组成及表示形式 基本组成 方块图 工艺管道及控制流程图 图形符号 字母代号 仪表位号 自动控制系统的分类 自动控制系统的过渡过程和品质指标 控制系统的静态与动态 控制系统的过渡过程 控制系统的品质指标 影响控制系统过渡过程品质的主要因素 第一节 化工自动化的主要内容 1. 自动检测系统 2. 自动信号和联锁保护系统 3. 自动操纵及自动开停车系统 4. 自动控制系统 第一节 化工自动化的主要内容 1. 自动检测系统 2. 自动信号和联锁保护系统 当工艺参数超过了允许范围，在事故即将发生以前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，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，打开安全阀或切断某些通路，必要时紧急停车，以防止事故的发生和扩大。它是生产过程中的一种安全装置。 3. 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，将生产过程自动地投入运行或自动停车。 4. 自动控制系统 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规定的数值范围内。 第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式 第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式 一、自动控制系统的组成 第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式 二、自动控制系统的表示形式 1、方块图 在研究自动控制系统时，为了便于对系统分析研究，一般都用方块图来表示控制系统的组成。 下页图为液位自动控制系统的方块图，每个环节表示组成系统的一个部分，称为“环节”。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。 方块图中， x 指设定值；z 指输出信号；e 指偏差信号；p 指发出信号；q 指出料流量信号；y 指被控变量；f 指扰动作用。当x 取正值，z取负值，e= x- z，负反馈；x 取正值，z取正值， e= x+ z，正反馈。 第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式 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 1.方块图 注意！方块图中的每一个方块都代表一个具体的装置。 1.方块图 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。 1.方块图 小结 2.管道及仪表流程图 工艺流程和控制方案的确定后，根据工艺设计给出的流程图，按其流程顺序标注出相应的测量点、控制点、控制系统及自动信号与联锁保护系统等，便成了工艺管道及控制流程图 （PID图）。 Piping and Instrumention Diagram，P&ID 管道及仪表流程图 2.管道及仪表流程图 (1)、图形符号 a. 测量点（包括检出元件、取样点） (1)、图形符号 b. 连接线 (1)、图形符号 仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约10mm，对于不同的仪表安装位置的图形符号如下表所示。 第五节 工艺管道及控制流程图 第五节 工艺管道及控制流程图 第五节 工艺管道及控制流程图 (2) 字母代号 (2) 字母代号 (2) 字母代号 (3) 仪表位号 第三节 自动控制系统的分类 几种分类方法 （一）按被控变量来分类，如温度、压力等控制系统； （二）按控制器具有的控制规律来分类，如比例、比例积分、比例微分、比例积分微分等控制系统； （三）将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变量的给定值是否变化和如何变化来分类，这样可将自动控制系统分为三类，即定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。 第三节 自动控制系统的分类 “定值” 是恒定给定值的简称。工艺生产中，若要求控制系统的作用是使被控制的工艺参数保持在一个生产指标上不变，或者说要求被控变量的给定值不变，就需要采用定值控制系统。 第三节 自动控制系统的分类 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 一、控制系统的静态与动态 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 当一个自动控制系统的输入（给定和干扰）和输出均恒定不变时，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如变送器、控制器、控制阀都不改变其原先的状态，它们的输出信号也都处于相对静止状态，这种状态就是静态。 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 二、控制系统的过渡过程 系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 系统在过渡过程中，被控变量是随时间变化的。被控变量随时间的变化规律首先取决于作用于系统的干扰形式。 在生产中，出现的干扰是没有固定形式的，且多半属于随机性质。在分析和设计控制系统时，为了安全和方便，常选择一些定型的干扰形式，其中常用的是阶跃干扰。 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 三、控制系统的品质指标 控制系统的过渡过程是衡量品质的依据。 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 2. 衰减比 B/B’ 衰减比是衰减程度的指标，它是前后相邻两个峰值的比。习惯表示为 n:1，一般 n 取为4～10之间为宜。 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 3. 余差 C 当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差叫做余差，或者说余差就是过渡过程终了时的残余偏差。有余差的控制过程称为有差调节，相应的系统称为有差系统。反之就为无差调节和无差系统。 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 4. 过渡时间 从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间叫过渡时间。一般在稳态值的上下规定一个小范围，当被控变量进入该范围并不再越出时，就认为被控变量已经达到新的稳态值，或者说过渡过程已经结束这个范围一般定为稳态值的±５％（也有的规定为±２％）。 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 5.震荡周期或频率 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。 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 分析 过渡时间与规定的被控变量限制范围大小有关，假定被控变量进入额定值的±2％，就可以认为过渡过程已经结束，那么限制范围为200×（±2％）＝±4℃，这时，可在新稳态值（205℃）两侧以宽度为±４℃画一区域，上图中以画有阴影线的区域表示，只要被控变量进入这一区域且不再越出，过滤过程就可以认为已经结束。因此，从图上可以看出，过渡时间为22min。 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 对于一个自动控制系统，过渡过程品质的好坏，在很大程度上决定于对象的性质。例如在前所述的温度控制系统中，属于对象性质的主要因素有：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。不同自动化系统要具体分析。 自动控制系统的组成 本章作业 P15： 2，4，5，6 ，11， 17，21，22RtE红软基地