化工自动化过程控制系统

控制装置
设定值
按设定值控制的开环系统
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开环控制之二：按扰动量进行控制，即所谓前馈控 制，如图：在蒸汽加热器中，若负荷为主要干扰， 如果使蒸汽流量与冷流体流量保持一定关系，当扰 动出现时，操纵变量随之变化
控制装置
按扰动而控制的开环系统
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闭环控制系统 系统的输出（被控变
量）通过测量、变送环 节，又返回到系统的输 入端，与给定信号比较， 以偏差的形式进入控制 器，对系统起控制作用， 整个系统构成一个封闭 的反馈回路，这种控制 系统统称为闭环控制系 统或反馈控制系统。
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三、自控系统的分类
按系统的结构特点分类
– 反馈控制系统 – 前馈控制系统 – 前馈－反馈控制系统
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按给定值信号的特点分类 定值控制系统：将被控制量保持在某一定值或 很小的范围中的控制系统 随动控制系统：被控量的给定值随时间任意地 变化的控制系统 程序控制系统：被控量的给定值按预定的时间 程序而变化的控制系数
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给定值 TC
TT
闭环控制系统
二、自控系统的组成
2.1过程控制：应用于石油、化工、冶金、 机械、电力、轻工、纺织、建材、原子 能等工业部门的自动化 2.2过程控制系统：自动控制系统的按被 控制量分为温度、压力、流量、液位成 分、粘度、湿度以及PH值等的控制系统
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2.1.1、液位控制系统
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四、过渡过程及其品质指标
1、系统的静态和动态 静态：输入不变，调节系统在调节器的 自动调节作用下，被调量不再随时间变 化的平衡状态 动态：被调量随时间变化，系统处于不 平衡状态 一个运行的系统，时时刻刻都有扰动作 用于对象，使被调量偏离设定值
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2、过渡过程基本形式
发散振荡
2.0
蒸 汽
当进料流量或温度等因
素的变化引起出口物料
的温度变化时，通过温
度仪表测得的变化，并 进料
将其信号送至调节器与
给定值进行比较，调节
器根据其偏差信号进行
运算后将控制命令送至
调节阀，改变蒸汽量维
持出口温度。
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给定值
蒸
汽
TC
加 热
器
TT
温
度
控
制
系
统
2.1.3、流量控制系统
它由管路、孔板和差压变送 器、流量调节器和流量调节 阀。控制目标是保持流量恒 定。当管道其他部分阻力发 生变化或有其他扰动时，流 量将偏离设定值。利用孔板 作为检测元件，把孔板上、 下游的差压引至差压变送器， 将流量差压值转换成电流信 号；该信号送至调节器与给 定值进行比较，流量控制器 根据偏差信号进行运算后将 控制信号送至调节阀，改变 阀门开度，就改变了流量， 使流量维持在设定值上。
自动控制：在没有人的直接参与下，利 用控制装置操纵受控对象，使被控量等 于给定值
– 反应快，按设定的程序控制，必须有模型
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由人工控制向自动控制发展
人工控制
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自动控制
化工生产过程控制
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化工生产过程控制
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大型设备机组控制
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一、自动控制的基本方式
开环控制之一：按给定值的操纵，其操纵变量 与设定值保持一定的函数关系，当设定值变化 时，操纵变量随之变化。
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自动化技术已在工业生产、科学技术和人们生 活的各个领域中起到了关键的作用。已成为我 国高科技的重要组成部分，在工业生产和国民 经济各行业发挥着重要的作用。自动化水平已 成为衡量各行各业现代化水平高低的一个重要 标志。 过程控制控制涉及工业生产的各个领域，不同 的工艺过程控制有不同的要求。但总的归纳起 来有三个方面的要求：安全性、经济性和稳定 性。
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生产过程控制的发展
20 世纪 50 年代以前
经典控制理论PID控制规律
实现控制的手段主要是单个 传感器、控制器和执行器。
20 世纪 80 年代以后
精品PPT 自动化的实现工具也由 DCS 发展到了现场总线控制系统
人工控制和自动控制
人工控制：在人的直接参与下，使被控 量等于给定值
– 反应不及时，可以处理复杂问题
给定值 LT LC
图中，检测变送器 检测到水位高低， 当水位高度与正常 给定水位之间出现 偏差时，调节器就 会立刻根据偏差的 大小去控制出水阀， 使水位回到给定值 上。从而实现水位 的自动控制。
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2.1.2、温度控制系统
它由蒸汽加热器、温度
变送器、调节器和蒸汽
流量阀组成。控制目标
是保持出口温度恒定。
化工自动化过程控制系统
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过程控制简介
现代工业生产过程，随着生产规模的不 断扩大，生产过程的强化，对产品质量 的严格要求，以及各公司间的激烈竞争， 人工操作和一般的控制远远不能满足现 代化生产的要求，工业过程控制系统已 成为工业生产过程必不可少的设备，它 是保证现代企业安全、优化、低耗和高 效生产的主要技术手段。
1.5
1.0
0.5
0.0
0
1
2
3
4
t
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等幅振荡
h(t)
F1
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0
2
4
6
8
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自 20 世纪 90 年代以来，计算机技术产生了 突飞猛进的发展，并以计算机为工具产生了信 息技术和网络技术。它在自动化技术领域中产 生极大的影响和推动作用，自动化技术发展很 快，并获得了惊人的成就，逐步形成了以网络 集成化系统为基础的企业信息控制管理系统。 而自动化的实现工具也由集散控制系统 (DCS) 发展到了现场总线控制系统 （FCS)。
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FC
流量控制系统
2.1.4、常用术语
1、被控对象：自动控制系统中，工艺参 数需要控制的生产过程、设备或机器， 称为被控对象。针对以上三个例子分别 是储液罐、换热器、管道。 2、被控变量：被控对象内要求保持设定 数值的工艺参数，称为被控变量。上述 个例中的液位、温度、流量。
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3、操纵变量：受控制器操纵，用以克服干扰 的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能 量，称为操纵变量。上例中的蒸汽、液体等。 4、干 扰：除操纵变量以外作用于对象并能 引起被控变量变化的因素，称为干扰。 5、设定 值：被控变量的预定值，称为设定值。 6、偏差：偏差理论上应该是指被控变量的设 定值与实际值之差，但是能够直接获取的是被 控变量的测量值，而不是实际值，因此也称为 给定值与测量值之差，称为偏差。