典型化工设备自控讲义

自控系统的分类
按系统的结构特点分类 按给定值信号的特点分类
反馈控制系统 前馈控制系统 前馈－反馈控制系统
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
典型化工设备的自控
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 自动化的实现工具也 由 DCS 发展到了现场
总线控制系统
现阶段，化工生产过程中主要存在人工控制 和自动控制两种控制状态，由于人工控制的诸多 缺点，自动控制成为未来化工生产的必然。
3.流量控制系统
FC
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。
典型化工设备自动化控制
自动控制概述
• 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。
3.控制泵的出口旁路
改变旁路阀控制流量
➢ 将泵的部分排出量重新送回 到吸入管路，用改变旁路阀 开启度的方法来控制泵的实 际排出量。
➢ 控制阀装在旁路上，压差大， 流量小，因此控制阀的尺寸 较小。
该方案不经济，因为旁路阀消耗 一部分高压液体能量，使总的机械 效率降低，故很少采用。
➢ 往复泵的自控
往复泵多用于流量较小、压头要求较高的场合，它是利用 活塞在汽缸中往复滑行来输送流体的。往复泵的自控主要 有三种方案。 1.改变原动机的转速
给定值 TC
TT
闭环控制系统
自控系统的组成
• 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
• 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
•被控制量的自控过程
1.液位控制系统
给定值 LT LC
• 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)。
控制装置 设定值
按设定值控制的开环系统
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
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。
改变转速
该方案适用于以蒸汽机 或汽轮机作原动机的场合， 此时，可借助于改变蒸汽 流量的方法方便地控制转 速，进而控制往复泵的出 口流量。
2.控制泵的出口旁路
改变旁路流量
3.改变冲程s
往复泵的特性曲线
该方案由于高压流体 的部分能量要白白消耗 在旁路上，故经济性较 差。
计量泵常用改变冲程
s来进行流量控制。冲 程s的调整可在停泵时
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。
2.温度控制系统
蒸 汽
给定值 TC
TT 进料
来自百度文库
蒸汽加热器温度控制系统
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。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。
• 泵的自控
➢ 离心泵的自控 离心泵流量控制的目的是要将泵的排出流量恒定于某一给 定的数值上。 离心泵的控制大体有三种方法 1.控制泵的出口阀门开度
改变泵出口阻力改变流量
2.控制泵的转速
改变泵的转速控制流量
图中曲线1、2、3表示转速 分别为n1、n2、n3时的流量特 性，且有n1＞n2＞n3。
该方案从能量消耗的角度来 衡量最为经济，机械效率较高， 但调速机构一般较复杂，所以 多用在蒸汽透平驱动离心泵的 场合，此时仅需控制蒸汽量即 可控制转速。
进行，也有可在运转状 态下进行的。
• 传热设备的自控
化工生产的传热设备包括： 换热器、再沸器、冷凝器、加热炉等 传热目的不同，被控变量不同。多数情况下，
当前自动控制系统发展的一些主要特点
• 生产装置实施先进控制成为发展主流 • 过程优化受到普遍关注 • 传统的DCS在走向国际统一标准的开放式系统 • 综合自动化系统（CIPS）是发展方向
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。
• 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 。