化工自动化基础知识
1.第一章 化工自动化基础知识
§1.5.2 比值控制系统
比值控制系统：实现两个或两个以上参数符合 一定比例关系的控制系统。 比值控制方案
– 开环比值控制系统：以一个参数的测定值控制另一
个参数； – 单闭环比值控制系统：以一个参数的测定值计算出 另一个参数闭环控制的设定值； – 双闭环比值控制系统：以一个单闭环参数的测定值 计算另一个参数闭环控制的设定值；
§1.1 化工自动化的发展历程概述
50年代，气动组合单元仪表 60年代至70年代中期，电动单元组合仪
表： DDZ 、DDZ Ⅲ 70年代中期~
数字智能式（数字控制器） 计算机集中控制（DDC） 计算机集散控制系统 （DCS） 90年代~ 现场总线控制系统（FCS）
§1.2自动调节系统的分类
3. 微分调节(Td)
微分调节依据“偏差变化速度”来动作，它的 输出与输入偏差变化的速度成比例，其效果是 阻止被调参数的一切变化，有超前调节的作用。 微分时间Td减小至零时，微分作用消除，调节 器变成纯比例调节器，当Td增大 时，微分作用 强，但也容易引起振荡。 由于微分作用的特点，使其对惯性较大的被控 对象有“超前”调整作用，所以，微分作用适 用于容量滞后较大，纯滞后不太大的场合。
四部分：测量仪表、显示仪表、调节器、执行机构
显示 记录 要求 记录仪 显示器
变换 检测
观察
仪表
思考 调节 执行 机构
给定值
调节 调节器
简单控制系统的概念
定义：
调节器
执行器
对象
测量变送
简单控制系统又称单闭环控制系统。 自动控制系统是具有被控变量负反馈 的闭环系统。 简单控制系统是构成复杂控制系统的基 本单元。
第一章 化工自动化基本概念
过程控制系统的主要类型
随动控制系统
特点：设定值是一个未知的变化量的闭环控制系统称为随动 控制系统。 作用：以一定的精度跟随设定值的变化而变化 程序控制系统（顺序控制系统） 特点：设定值是变化的，且按一定时间程序变化的时间函数
作用：以一定的精度跟随设定值的变化而变化
程序控制系统可以看成是随动控制系统的特殊情况，其分析
自动控制系统的方块图
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。 Qi
测量
执行器
操纵 控制器 给定值 偏差 变量 输出 控制器 执行器 x e p q z 测量值
f 干扰作用
被控对象
被控变量 y
测量元件与变送器
操纵 控制器 给定值 偏差 变量 输出 控制器 执行器 x e p q z 测量值
研究方法与随动控制系统相同。
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
静态：被控变量不随时间变化的平衡状态 动态：被控变量随时间变化的不平衡状态 当系统输入（给定和干扰）稳定不变时（即系统中各个 信号的变化率为零），被控变量处于平衡状态--系统静态 （是相对的、短暂的） 当系统输入有所变化时，被控变量就会变化--系统动态
集中仪表盘面 安装仪表
5
就地仪表盘 后安装仪表
3
就地仪表盘面 安装仪表
控制流程图字母意义
字 母 A
第一位字母
被测变量 分析 修饰词
后继字母
功能 报警
字 母 P
第一位字母
被测变量 压力 修饰词
后继字母
功能
C
D E F I K L M
电导率
密度 电压 流量 电流 时间 物位 水分 比 差
化工仪表自动化基础知识
DTCO
1-2自动控制系统的组成 1自动化装置的的三大功能 （1）检测 眼睛 （2）运算（思考） 大脑 （3）执行 手 2自动化装置的三个部分 （1）测量元件及变送器（眼睛及神经) （2）自动控制器（大脑分析发出指令） （3）执行器（手动）
(5)磁翻转式液位计
磁翻转式液位计示意图
四、温度检测及仪表
温度是表征物体冷热程度的物理量，根据测温方式分为接触式和非接触式两种 1、接触式温度测量仪表 ①膨胀式温度计 利用热胀冷缩原理，如玻璃管温度计、双金属温度计 ②压力式温度计 根据封闭系统的液体、气体受热体积膨胀压力升高的原理制成，再用压力表测量压力得到相对应的温度值 ③热电偶温度计 基于热电效应原理，适合500℃以上 ④热电阻温度计 利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性，适合500℃以下 2、非接触式温度测量仪表 ①辐射式光学高温计 基于物体热辐射作用 ②红外线光学测温仪 通过测量物体的红外线强度测量温度
引入两个概念
控制 智能控制
内容综述
第一章化工仪表自动化的基本概念 第二章检测仪表及传感器 第三章计算机控制系统 第四章基本控制理论及专业特点
第一章化工仪表自动化的基本概念
1-1化工仪表自动化的主要内容 化工生产过程自动化，主要包括自动检测、自动保护、自动操纵、自动控制等方面内容。 1.自动检测系统 利用各种检测仪表对工艺参数进行测量、指示或记录称为自动检测系统 2.自动信号和联锁保护系统 在生产中对某些参数超出允许范围进入联锁系统采取紧急措施使系统进入安全状态称为自动信号和联锁保护系统。如ESD、SIS 3.自动操纵及自动开停车系统(顺序控制） 根据预先设定的程序自动对生产设备进行周期性操作的称为自动操纵及自动开停车系统 4.自动控制系统 对生产过程进行监控使其达到预期工艺要求的称为自动控制系统
化工仪表自动化复习资料
1、化工自动化的主要内容包括自动检测系统，自动信号和联锁保护系统，自动操纵及自动开停车系统和自动控制系统。
2、自动控制系统的基本组成包括自动化装置和被控对象，其中自动化装置包括测量元件与变送器，自动控制器和执行器。
其中，测量元件与变送器的功能是测量液位并将液位的高低转化为一种特定的、统一的输出信号；自动控制器的功能是接受变送器传来的信号，与工艺需要保持的液位高度相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号发送出去；执行器的功能是能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。
3、4、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。
5、自动控制系统分类：定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统。
6、方框图中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。
如上图。
7、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。
8、静态——被控变量不随时间而变化的平衡状态（变化率为0，不是静止）。
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。
9、动态——被控变量随时间变化的不平衡状态。
从干扰作用破坏静态平衡，经过控制，直到系统重新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和信号都处于变动状态之中，这种状态叫做动态；控制系统的过渡过程是指系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。
化工仪表自动化基础知识
④节流装置应正确安装。
⑤接至差压变送器的差压应该与节流装置前后差压相一致，这就需要正确安装 压信号管路。（如后面图示）
(2)靶式流量计F≈K*Q
(3)转子流量计
转子流量计示意图
靶式流量计示意图
(4)涡轮流量计
(5)电磁流量计
电磁流量计工作原理图
涡轮流量计示意图
(6)旋涡流量计q=f/k (7)超声波流量计∆t≈2Lv/c2
电容式压力传感 器示意图 压电式压力传感器结构示意图
DTC二O .流量检测及仪表
分类 1、速度式流量计（差压式流量计、转子式流量计、电磁流量计、涡轮流量计、堰 式流量计） 2、容量式流量计（椭圆齿轮流量计（罗茨）、活塞式流量计） 3、质量流量计 4、热导式流量计
（1）、速度式流量计 （1）节流装置—包括孔板、喷嘴和文丘管 Q=K*Sqr(∆P)
过程参数仪表位号的字母代号如下：
字母
A B C D E F G H I J K L M N P Q R S T U V W
第一位字母 被测变量或初始变量
分析 喷嘴火焰 电导率 密度或重度 电压（电动势） 流量 尺度（尺寸） 手动 电流 功率 时间或时间程序 物位 水份或湿度 浓度 压力或真空 数量或件数 放射性 速度或频率 温度 多变量 拈度 重量或力
2、常用压力检测仪表
（1）弹性式压力表
①膜片
②波纹管波纹管
③弹簧管弹簧管
平薄膜 波纹膜 波纹管 单圈弹簧管 多圈弹簧管
(2)压力传感器
①应变片式压力传感 器 ②压电式压力传感器 ③压阻式压力传感器 ④电容式压力传感器 ⑤集成式压力传感器
箔式应变片
弹簧管压力表
压阻式集成传感器 检测元件示意图
化工自动化和仪表应用基础知识培训
流Hale Waihona Puke 仪表工作原理根据流体流动时产生的各种物理现象进行 测量，如涡街流量计利用卡门涡街原理， 质量流量计利用科里奥利力原理。
仪表的选型与安装
选型原则
根据测量要求选择适当的仪表类型、 规格和精度等级；考虑被测介质的性 质、温度和压力等参数；注意仪表的 防爆、防腐等特殊要求。
安装要求
选择合适的安装位置和方式，确保测量 准确和安全；注意仪表的接线和接地要 求；定期进行维护和校准，确保仪表的 正常运行和准确性。
自动化系统的日常维护与保养
保持自动化系统设备的清洁，定期清理灰尘、油污等杂物，确保设备散热良好，防 止因过热而损坏。
定期检查自动化系统各部件的紧固情况，确保接线端子、插头等连接可靠，防止因 松动或接触不良而影响系统正常运行。
定期对自动化系统的电源、传感器、执行器等关键部件进行性能检测，确保其处于 良好状态，及时发现并更换老化或损坏的部件。
加强对维护人员的培训，提高其专业 技能和故障处理能力，确保能够快速、 准确地处理各种故障。
引入先进技术
积极引进先进的自动化技术和设备， 提高自动化系统的可靠性和稳定性， 减少故障发生的可能性。
06
化工自动化发展趋势与展望
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
化工自动化技术的创新与发展
ERA
化工自动化的定义与发展
定义
化工自动化是指利用先进的控制理论、仪器仪表、计算机技术 和其它技术，对化工生产过程中的各种参数进行自动检测、控 制、优化和管理，以提高生产效率、产品质量和经济效益的一 门综合性技术。
发展历程
化工自动化经历了从手动操作到机械化、电气化、自动化的发 展历程，随着计算机技术和控制理论的不断发展，化工自动化 水平不断提高，实现了从局部自动化到全局自动化的飞跃。
化工自动化基础共67页文档
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
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化工自动化基础
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
化工自动化基础知识
化工自动化基础知识一、判断题1、一般自动控制系统均用负反馈调节系统。
（T）2、自动控制的过程就是解决干扰作用和控制作用之间矛盾的过程。
（T）3、自动控制系统中，执行器的作用就是接受变送器的输出信号，将其转换成一定范围内的机械位移。
（F）4、在自动控制系统中，希望系统的过渡过程所经历的动态偏差越小越好，时间越短越好。
（T）5、自动控制过程就是克服和消除干扰的过程。
（T）6、各种自动化系统都是由两大部分组成，一部分是被控对象，另一部分是控制装置。
（F）二、选择题1、在化工（3 ）上，配上一些自动化装置，替代操作人员的直接劳动，使生产能自动进行，称自动化。
（1）、机泵；（2）、阀门；（3）、设备2、化工生产过程的特点是，大多数物料以液体或气体状态，连续地在密闭的（2）和塔器内进行各种变化，它不仅有物理变化，同时伴随着化学反应。
（1）、设备；（2）、管道；（3）、机泵3、调节器的功能是根据测量变送器来的信号，经比较后按设计好的调节（1 ）算出结果，发出信号，命令调节阀动作或不动作。
（1）、规律；（2）、规则；（3）、程序4、被控对象的输出参数被人们称为（2）参数。
（1）、设定；（2）、被调；（3）、控制5、调节阀的输出信号的变化，称为（3）作用。
（1）、克服干扰；（2）、消灭干扰；（3）、调节6、调节器的输入偏差信号是（3）。
（1）、给定值减去测量值；（2）、给定值减去被调参数；（3）、测量值减去给定值7、由于干扰作用，系统从（1）。
（1）、静态变为动态；（2）、系统稳定不变；（3）、系统暂时处于平衡8、人们在研究自动控制系统时，主要研究（1）。
因为其特性决定了能否实现自动控制的目标。
（1）、动态；（2）、静态；（3）、终态9、自动控制系统的过渡过程是调节作用不断克服（2）的过程。
（1）、随机影响；（2）、干扰作用；（3）、设定值变化10、一般在自动控制系统中可采取的过渡过程曲线是（3）。
（1）、发散振荡；（2）、等幅振荡；（3）、衰减振荡11、在自动控制系统中，要求余差C（3）。
化工自动化基础
化工自动化基础化工自动化是指利用现代信息技术、仪器仪表和自动控制技术，对化工过程进行监测、控制和优化，提高生产效率、质量稳定性和安全性的一种技术手段。
本文将介绍化工自动化的基础知识，包括自动化系统的基本组成、常见的自动化仪表和控制元件、以及化工自动化应用的一些案例。
自动化系统的基本组成化工自动化系统由传感器、执行器、控制器、人机界面和通信网络组成。
传感器传感器是化工自动化系统的重要组成部分，用于将被测量的物理量转换为电信号，并输入到控制系统中。
常见的化工传感器包括温度传感器、压力传感器、液位传感器等。
执行器执行器是根据控制系统的指令，将电信号转换为物理运动或能量变化的装置。
常见的化工执行器包括阀门、泵和电机等。
控制器控制器是化工自动化系统的核心部分，负责对传感器采集的数据进行处理，并生成相应的控制信号。
常见的化工控制器包括PLC（可编程逻辑控制器）和DCS（分布式控制系统）等。
人机界面人机界面是化工自动化系统与操作人员之间的交互界面，用于监视和控制化工过程。
常见的人机界面设备包括计算机显示屏、触摸屏和操作面板等。
通信网络通信网络是连接化工自动化系统各个组成部分的重要环节，用于传输数据和指令。
常见的通信网络包括以太网、现场总线和无线通信等。
常见的自动化仪表和控制元件温度传感器温度传感器用于测量化工过程中的温度变化，常见的温度传感器有热电偶和温度计等。
压力传感器压力传感器用于测量化工过程中的压力变化，常见的压力传感器有压阻式传感器和压电式传感器等。
液位传感器液位传感器用于测量化工过程中的液体水平变化，常见的液位传感器有浮子式传感器和超声波传感器等。
阀门阀门是用来控制流体流量和方向的装置，常见的阀门有蝶阀、截止阀和调节阀等。
泵泵是用来输送流体的装置，常见的泵有离心泵和齿轮泵等。
电机电机是化工自动化中常见的执行器，常用于驱动泵、风机和传送带等设备。
化工自动化应用案例炼油过程控制炼油过程控制是化工自动化的重要应用领域。
化工仪表及自动化知识要点
化工仪表及自动化知识要点第一章1化工自动化一般包括 自动检测系统、自动信号和联锁保护系统、自动操纵及自动开停车系统、自动控制系统。
2自动控制系统的基本组成1）被控对象 2）自动化装置：测量元件与变送器、自动控制器、执行器3自动控制系统方框图4自动控制系统的方框图与控制流程图的区别：方框图中的每一个方框都代表一个具体的装置。
方框与方框之间的连接线，只是代表方框之间的信号联系，并不代表方框之间的物料联系。
方框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是不同的。
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，而方框图上的线条及箭头方向有时并不与流体流向相一致。
5在自动控制系统将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做被控对象，简称对象。
6生产过程中所要保持恒定的变量，称为被控变量。
7工艺上希望保持的被控变量数值，即给定值。
8具体实现控制作用的变量叫做操纵变量。
9自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。
10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。
11仪表位号是由字母代号组合和阿拉伯数字编号两部分组成。
第一位字母表示被测变量，后继字母表示仪表的功能阿拉伯数字编号写在圆圈的下半部，其第一位数字表示工段号，后续数字（二位或三位数字）表示仪表序号。
12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。
13静态——被控变量不随时间而变化的平衡状态；动态——被控变量随时间变化的不平衡状态 。
14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。
15采用阶跃干扰的优点：（1） 这种形式的干扰比较突然、危险，且对被控变量的影响也最大。
如果一个控制系统能够有效地克服这种类型的干扰，那么一定能很好地克服比较缓和的干扰。
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化工自动化基础知识
一、自动调节系统
一个简单调节系统主要由调节对象、测量装置、调节器及调节阀组成。
比较机构
比较机构是调节器内部的一个比较环节，对给定值与测量值进行比较获得一个偏差信号e, 即e = x -z o给定值x大于测量值z时称为正偏差，而给定值x小于测量值z时称为负偏差。
“反馈”是自动调节系统中的一个重要特性。
反馈是指反送的意思。
从上图中可看出，调
节器一方面通过调节阀把调节作用施加到调节对象上，使被调参数回到给定值。
另一方面，调节对象又将被调参数的信号通过测量装置送回到调节器的输入端一比较机构，这个信号可
以使调节器在发生调节作用后，了解调节效果，即偏差是否已减弱，直至消失，是否还需要
继续调节。
将被调参数的信号反送到调节器的比较机构，这条通道就称为反馈回路，简称反馈。
它的方向与主回路信号的方向相反，这种反馈就称为“负反馈”。
调节系统的反馈都是负反馈，在调节系统中，只能采用负反馈作用才能克服干扰，使被调参数回到给定值。
二、自动调节系统的过渡过程
自动系统受到干扰影响后，由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程叫做自动调节系统的过渡过程。
自动调节系统的过渡过程的衡量指标（1）最大偏差，（2）衰减比，一般衰减比取4：1较合
适，通常控制在4-10之间，（3）余差，
三、基本调节规律
1比例调节
△P=kp e
（1）比例调节非常及时，只要有偏差变化信号输入，立即就有信号输出。
（2）比例调节存
在余差。
2积分调节规律
△P=Ki / e dt 一般用积分时间表示积分作用的强弱，Ti=1/Ki
（1）积分调节能消除余差，起再调节作用•
（2）调节动作是缓慢增加的过程•
3微分调节规律
△P=Td. de/dt
微分调节规律的特点就是具有超前调节作用，抑制被调参数变化速度•
四、组合式调节规律
比例调节、积分调节和微分调节各有特点，在实际调节系统中选用保种调节规律往往要根据被调参数的特性
和设备情况，一般采用单一调节规律，而是几种调节规律结合起来，将各种
调节规律的优点综合在一起，取得满意的调节效果。
混合式调节规律有以下几种：比例积分
调节规律，比例微分调节规律，比例积分微分调节规律。
我们公司DCS系统中控制回路大多采用的比例积分调节规律（PI）。
小结：
1比例调节规律是根据“偏差的大小”来动作的，相当于操作人员手动操作时的“粗调”。
由于比例调节器的输出与输入的偏差信号的大小成比例关系，所以调节作用及时，有力，可
是有余差。
2积分调节是依据“偏差是否存在”来动作的，相当于手动操作时的“再调”。
积分调节器
的输出与偏差对时间的积分成比例。
只有当余差完全消失，积分作用才会停止。
其实质就是
消除余差。
用积分时间Ti来表示积分作用的强弱。
积分时间越短，积分作用越强，反之，则积分作用越弱。
3微分调节规律
微分调节是依据“偏差变化速度”来动作的，相当于手动操作时的“提前调节”。
微分调
节器的输出与输入信号变化的速度成比例，其实质和效果是抑制被调参数的进一步变化，有超前调节的作用，对滞后大的对象有较好的效果。
五、复杂调节系统
1串级调节系统
（1）调节系统由二个调节器、二个变送器、二个调节对象和一个执行器组成。
（2 ）主、副调节器是串联的。
主调节器的输出是作为副调节器的给定值。
（3 ）执行器是直接接受副调节器的输出信号而改变阀门开度。
（4）调节系统可分成主调节回路和副调节回路二部分。
副调节回路发挥粗调的作用，克服主要的干扰信号对主参数的影响。
主调节回路起精调的作用。
串级调节系统方块图：
505中温水系统、调控水系统均采用串级控制。
串级调节系统
控制原理：流量为副调节变量，粗调，温度为主调节变量，微调。
因温度变送器反馈时 间长，为保证最
小冷却量，给流量设定一个最小值。
目前采用的方法是给中温水回水调节阀设定一个最小阀位 30%，流量参数在调节系统
中不起作用。
2比值调节系统
2. 1单闭环比值调节系统
单闭环比值调节系统是主参数变送器的输出信号，经过比值器运算后，作为调节器的给 定值，在调节器中，从参数变送器送来的信号由主参照数决定的给定值进行比较， 根据其偏
差大小发出调节信号操纵调节阀，
改变从参数的大小， 保证主参数与从参数之间的一定的比
单闭环调节系统
2. 2双闭环比值调节系统
双闭环比值调节系统系统是为了克服主参数的波动，
而对主、从参数都采用了闭合的调节
回路，来克服主、从参数受外界的干扰影响而保持稳定。
也就实现了对总物料量成为一个稳 定的固定值。
以氢化炉、还原炉进料控制为例分析 TCS 流量与流量调节阀组成简单调节，
H2流量与TCS 流量成一定比例，H2流量随TCS
E-1
流量成比例变化。
KA
3分程调节系统
分程调节系统是指调节器输出信号分段控制两个以上的调节阀进行工作，来满足生产中需要对各种物料进行控制的调节系统。
分程调节系统
以上图为例，假设
PV06504 为气开阀，PV06202 为气关阀，
4 前馈调节系统
在前面讨论的调节系统中，调节器都是按照被调数与给定值之差，即偏差来进行调节的，这种调节系统称为反馈式调节系统。
不论是什么干扰引起被调参数的变化，调节器均可根据偏差值的大小来进行调节，但是由于偏差总是在干扰作用之后才能产生，因此，对一些滞后
较大的对象来说，调节作用总是不及时，滞后较大，从而限制调节质量的进一步提高。
前馈调节系统的思想是，当干扰一产生还没有出现偏差信号之前，就实施调节作用。
前馈调节就是按照引起参数变化的干扰信号的大小来进行调节的。
在这种调节系统中，当干扰刚刚出现，能测量出来时，调节器就能发出调节信号去克服这种干扰的影响，因此，前馈调节对干扰的克服能力比反馈调节来得快，所以调节精度进一步提高。
以506 精馏塔蒸汽控制为例，
蒸汽流量=进料量X( T1-T2 )X K1 X (0~200)%。