典型化工设备自控讲义
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化工仪表及自动化第1章自动控制系统概述
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
蒸汽
汽包 省煤器
LT
LC
给水
自动控制目的：希望将被控 变量保持在一个不变的给定 值上，这只有当进入被控对 象的物料量（或能量）和流 出对象的物料量（或能量） 相等时才有可能。
锅炉汽包自动控制系统示意图
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）。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
用同一种形式的方框图可以代表不同的控制系统
蒸汽加热器温度控制系统
给定值x
偏差e
控制器输出p
控制器
干扰作用f
操纵变量q 执行器
对 象 被控变量y
测量值 z
测量元件 变送器
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
管道及仪表流程图（PID图）
工艺人员确定工艺流程
2. 随动控制系统（自动跟踪控制） --- 给定值不断地变化，而且这种变化不是已知的、预先规 定好的，而是随机的。并要求系统的输出（被控变量）随之 变化。
3. 程序控制系统（顺序控制系统）
--- 给定值按一定的时间程序变化。但它是一个已知 的时间函数，即根据需要按一定时间程序变化 ,f(t)
如马弗炉程序升温系统
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。
蒸汽
举例
汽包 省煤器
LT
LC
给水
当干扰作用于对象，系统被 控变量发生变化，在系统负 反馈作用下，经过一段时间， 系统重新恢复平衡。
锅炉汽包自动控制系统示意图
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
化工仪表自动化全PPT课件
29
第29页/共76页
1.2 自控系统的基本组成及方块图
人脑
控制器
眼睛
机械化
检测装置
四肢
执行器
人工控制向自动控制转变
30
第30页/共76页
1.2 自控系统的基本组成及方块图
二． 自动控制
•
以液体贮槽的液位控制为例，来说明工业过程控制系统的基本构成。
31
第31页/共76页
1.2 自控系统的基本组成及方块图
• 该系统是由两部分构成的： • 控制装置：起到控制作用的全套仪表、自动装置。通常包括测量元件、变送器、控制器和执行器等。 • 被控对象：控制装置所要控制的生产设备。
• 该系统的任务： • 当被控对象受到干扰使被控参数产生偏差时，能够及时检测并反馈到控制器，通过控制器产生控制信 号，调节阀门开度使被控参数回到给定值。
32
第32页/共76页
1.2 自控系统的基本组成及方块图
• 变送器—检测并变换成统一标准信号送到 控制器（相当于人的眼睛） • 控制器—接收变送器信号与液位期望值进行比较，根据偏差按某种规律运算， 结果送给执行器（相当于人
的大脑） • 执行器—将控制器指令信号转换成相应的位移信号，驱动阀门动作，改变液体流出量，实现液位的自动控
5
第5页/共76页
绪论
31 化工自动化的定义 2 目的 3 发展历程 4 学习目的
6
第6页/共76页
化工自动化的定义
• 在化工等连续性生产设备上，配备一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上 自动地进行，称为化工自动化。
7
第7页/共76页
实现化工自动化的目的
1. 加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。 2. 减轻劳动强度，改善劳动条件。 3. 能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。 4. 生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力
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1.2 自控系统的基本组成及方块图
人脑
控制器
眼睛
机械化
检测装置
四肢
执行器
人工控制向自动控制转变
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1.2 自控系统的基本组成及方块图
二． 自动控制
•
以液体贮槽的液位控制为例，来说明工业过程控制系统的基本构成。
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1.2 自控系统的基本组成及方块图
• 该系统是由两部分构成的： • 控制装置：起到控制作用的全套仪表、自动装置。通常包括测量元件、变送器、控制器和执行器等。 • 被控对象：控制装置所要控制的生产设备。
• 该系统的任务： • 当被控对象受到干扰使被控参数产生偏差时，能够及时检测并反馈到控制器，通过控制器产生控制信 号，调节阀门开度使被控参数回到给定值。
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1.2 自控系统的基本组成及方块图
• 变送器—检测并变换成统一标准信号送到 控制器（相当于人的眼睛） • 控制器—接收变送器信号与液位期望值进行比较，根据偏差按某种规律运算， 结果送给执行器（相当于人
的大脑） • 执行器—将控制器指令信号转换成相应的位移信号，驱动阀门动作，改变液体流出量，实现液位的自动控
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绪论
31 化工自动化的定义 2 目的 3 发展历程 4 学习目的
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化工自动化的定义
• 在化工等连续性生产设备上，配备一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上 自动地进行，称为化工自动化。
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实现化工自动化的目的
1. 加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。 2. 减轻劳动强度，改善劳动条件。 3. 能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。 4. 生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力
化工仪表及自动化 第01章 自动控制系统基本概念5
n＝1等幅振荡 n＜1发散振荡 n＞1衰减振荡 n>>1非振荡
Ø 为了保持有足够的稳定程度，衰减比一般取为4：1至10：1；这种过渡过程 不是最优的结果，但操作人员容易掌握，一般也是操作人员所希望的过程
Ø 非振荡：不便于操作人员掌握。
•余差？ •过渡时间？ •振荡周期？
•答：越小越好 •答：越短越好 •答：越短越好
规定值（正常或最佳工艺条件） 6
进
料
口
控
制
器 变
送
器
进 料 口
变 送 器
控 制 站
ââ
执
执
行
行
器
器
8
2
自动控制系统的 4 个基本组成环节：
测量元件与变送器（测量变送装置)：
测量被控工艺参数（被控变量），并将其转换成一种特定的、统一的信号（ 如电压、电流信号、气压信号等）
控制器：
接受变送器送来的信号，与工艺参数的给定值相比较，得出偏差，并按某种 控制规律运算出结果，然后将此结果用特定信号（电流或气压）发送给执行器
自动控制
测量元件与变送器 控制器 执行器 7
q 自动操纵及自动开停车系统
自动操纵系统：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（代替 人工进行重复性劳动）
自动开停车系统：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
如：合成氨造气车间的煤 气发生炉，需按吹风、上吹 、下吹制气、吹净等步骤周 期性地接通空气和水蒸气
自动控制系统都采用负反馈控制！ 如何保证系统是负反馈？
13
例 如图所示为一反应器温度控制系统。A、B两种物料进入反应器进 行反应，通过改变进入夹套内冷却水流量来控制反应器内的温度 不变。 （1） 试画出该温度控制系统的方块图，并指出被控对象、被控 变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么? （2）如果由于进料温度升高使反应器内的温度超过给定值，试 说明此时该控制系统的工作情况，此时系统是如何通过控制作用 来克服干扰作用对被控变量影响的？
化工设备基础知识培训课件PPT课件
换热器
要点一
总结词
换热器是化工生产中用于实现热量交换的设备，其结构和 工作原理对于确保工艺过程的热量平衡至关重要。
要点二
详细描述
换热器有多种类型，如管式换热器、板式换热器、热管换 热器等。其结构通常包括壳体、传热管或板、冷热流体进 出口等部分。换热器的工作原理基于热传导和热对流，通 过冷热流体的交替流动实现热量交换。换热器的设计需充 分考虑工艺要求的传热面积、流体性质以及温度和压力条 件等因素，以确保热量交换的效率和安全性。
化工设备的日常维护与保养
日常维护
定期对化工设备进行清洁、润滑和紧 固等日常维护工作，确保设备正常运 行。同时，要定期检查设备的密封性、 振动等状况。
保养计划
制定并执行定期保养计划，包括对化 工设备的全面检查、清洗、更换磨损 件等。保养计划应根据设备的重要性 和磨损情况来确定。
05
化工设备的安全与环保
化工设备的制造工艺
铸造工艺
焊接工艺
通过将熔融的金属倒入模具中，冷却 凝固后形成设备零部件。铸造工艺适 用于制造复杂形状的零件。
通过熔融金属或高分子材料，将两个 或多个零部件连接在一起。焊接工艺 适用于制造大型设备和复杂结构。
锻造工艺
通过施加外力使金属坯料变形，从而 形成所需的零部件。锻造工艺可以提 高材料的机械性能。
化工设备基础知识培训课 件
• 化工设备概述 • 化工设备的结构与工作原理 • 化工设备的材料与制造 • 化工设备的操作与维护 • 化工设备的安全与环保
01
化工设备概述
化工设备的定义与分类
总结词
化工设备的定义、分类
详细描述
化工设备是指用于实现化学工业生产过程的各种机械和设备的总称。根据不同 的用途和功能，化工设备可分为多种类型，如反应设备、分离设备、换热设备、 储存设备等。
《化工设备》课件
传热设备的应用
传热设备广泛应用于化工、石 油、制药等领域，是实现工艺 流程中热量传递和平衡的关键
设备。
反应设备
反应设备概述
反应设备是化工生产中用于实现化学 反应的重要设备，主要包括反应釜、 固定床反应器等。
反应设备的分类
根据反应类型和工艺要求的不同，反 应设备可分为釜式反应器、管式反应 器、塔式反应器等类型。
02 化工设备的材料
CHAPTER
化工设备的材料分类
01
02
03
金属材料
如钢铁、铜、铝等，具有 高强度、耐腐蚀性等特点 ，广泛应用于化工设备制 造。
非金属材料
如玻璃、陶瓷、塑料等， 具有耐高温、化学稳定性 好等优点，适用于特定化 工设备。
复合材料
由两种或多种材料组成， 具有各组成材料的优点， 如高强度、耐腐蚀等，广 泛应用于化工设备制造。
备和管道。
陶瓷
具有高硬度、高耐磨性和耐腐蚀 性，适用于高温和腐蚀性环境。
塑料
质轻、耐腐蚀、绝缘性好，常用 于制造管道、阀门等化工设备。
化工设备材料的安全性要求
材料应无毒无害，不含有对健康有害 的物质。
材料应具有足够的强度和刚度，能够 承受工作载荷和压力，保证设备的安 全运行。
材料应具有良好的稳定性和耐久性， 能够承受各种环境条件下的使用。
04 化工设备的结构与特点
CHAPTER
化工设备的结构类型与特点
反应器 分离器 换热器 储罐
用于化学反应的设备，具有耐高温、高压、耐腐蚀等特点，分 为釜式、管式、塔式等多种类型。
用于将反应产物与其他物质分离的设备，如蒸馏塔、萃取塔等 ，要求具有高效、稳定、耐磨损等特点。
用于加热或冷却反应物质的设备，要求材料导热性能好、耐高 温、高压。
传热设备广泛应用于化工、石 油、制药等领域，是实现工艺 流程中热量传递和平衡的关键
设备。
反应设备
反应设备概述
反应设备是化工生产中用于实现化学 反应的重要设备，主要包括反应釜、 固定床反应器等。
反应设备的分类
根据反应类型和工艺要求的不同，反 应设备可分为釜式反应器、管式反应 器、塔式反应器等类型。
02 化工设备的材料
CHAPTER
化工设备的材料分类
01
02
03
金属材料
如钢铁、铜、铝等，具有 高强度、耐腐蚀性等特点 ，广泛应用于化工设备制 造。
非金属材料
如玻璃、陶瓷、塑料等， 具有耐高温、化学稳定性 好等优点，适用于特定化 工设备。
复合材料
由两种或多种材料组成， 具有各组成材料的优点， 如高强度、耐腐蚀等，广 泛应用于化工设备制造。
备和管道。
陶瓷
具有高硬度、高耐磨性和耐腐蚀 性，适用于高温和腐蚀性环境。
塑料
质轻、耐腐蚀、绝缘性好，常用 于制造管道、阀门等化工设备。
化工设备材料的安全性要求
材料应无毒无害，不含有对健康有害 的物质。
材料应具有足够的强度和刚度，能够 承受工作载荷和压力，保证设备的安 全运行。
材料应具有良好的稳定性和耐久性， 能够承受各种环境条件下的使用。
04 化工设备的结构与特点
CHAPTER
化工设备的结构类型与特点
反应器 分离器 换热器 储罐
用于化学反应的设备，具有耐高温、高压、耐腐蚀等特点，分 为釜式、管式、塔式等多种类型。
用于将反应产物与其他物质分离的设备，如蒸馏塔、萃取塔等 ，要求具有高效、稳定、耐磨损等特点。
用于加热或冷却反应物质的设备，要求材料导热性能好、耐高 温、高压。
2024年注册化工工程师辅导化工自控设计初步设计讲义1
2024年注册化工工程师辅导化工自控设计初步设计讲义1一、引言自控是化工工程中的重要领域，它涉及到控制理论、仪表与自动化设备、信息与信号处理等多个方面的知识，并广泛应用于化工生产过程中的控制与优化。
本讲义介绍了化工自控设计中的初步设计内容，包括控制目标的确定、过程建模、控制策略的选择等。
二、控制目标的确定在进行自控设计时，首先需要明确控制目标。
化工过程的控制目标通常包括温度、压力、液位、流量等物理量的稳定性和准确性。
同时，还需要考虑能源消耗、产品质量和安全环保等方面的要求。
根据实际的生产需求和经济考虑，确定合适的控制目标是自控设计的重要一步。
三、过程建模过程建模是化工自控设计的基础，它是将化工过程抽象为数学模型的过程。
常见的过程建模方法包括质量平衡、能量平衡、动量平衡等。
通过建立数量关系，可以描述化工过程中各个组分的浓度、温度、压力等变化规律。
在过程建模过程中，需要考虑流体动力学、热力学、传质传热等多个因素的影响。
四、控制策略的选择根据过程建模结果，需要选择合适的控制策略来实现控制目标。
常见的控制策略包括比例积分控制（PI控制）、比例积分微分控制（PID控制）、模糊控制、预测控制等。
PI控制是一种常见的控制策略，它根据控制误差的大小控制输出信号。
PID控制在PI控制的基础上，增加了对控制误差变化率的考虑，可以更好地适应不同的工况变化。
模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制策略，通过模糊推理来决定控制信号。
它可以处理模糊的输入和输出，在一些复杂的非线性系统中有较好的效果。
预测控制是一种基于模型的控制方法，它通过预测过程的未来发展趋势，确定控制信号。
预测控制适用于具有明确的数学模型，可以在一定程度上对过程进行优化控制。
五、总结化工自控设计的初步设计是整个自控设计过程中的重要一步。
通过确定控制目标、建立合适的过程模型和选择合适的控制策略，可以实现化工过程的稳定控制和优化运行。
在实际设计过程中，还应考虑到实际工况变化、设备性能参数等因素，进行综合优化设计。
典型设备自控流程PPT课件
管道的表示方法：管道画法(线型交叉转弯等)；管道标注(6个 单元)
阀门与管件的表示方法
仪表控制点的表示方法:仪表的功能标志、位号、图形符号。
首页图（1）...(9)
.
1
第四节 典型设备的自控流程
一、泵 类的自控方案
❖ 化工典型设备（泵、换热器、反应釜、蒸馏 塔）。
❖ 离心泵（图2-7） ❖ 容积式泵（图2-8 …）
热载体 物料
热载体
TC
FC
TC
物料
热载体 TC
物料
(a)单 回 路 控 制
(b)串 级 控 制
(a)旁 路 控 制
图 2-11 热 载 体 的 流 量 控 制 方 案
.
10
图2-12 被控物料的流量控制方案
TC 热载体 物料
TC 热载体 物料
(a)改 变 被 控 物 料 流 量
(a)改 变 物 料 旁 路 流 量
.
25
课外作业
❖ 1、复习所讲课本内容。 ❖ 2、简述容积泵自控方案。 ❖ 3、画 图2-19 双温差控制方案。
.
26
班级名称:
课内作业
学号: 姓名: .
❖ 1、简述蒸馏塔的控制方案。
.
27
.
28
液氨 TC
液氨
LC TC
液氨LC
(a)用 冷 却 剂 的 流 量 控 制 (b)用 温 度 -液 位 串 级 控 制 (c)用 冷 却 剂 的 汽 化 压 力 控 制 ?
图 2-15 冷 却 器 的 温 度 控 制 方 案
.
14
四、反应器的自控方案
❖ 1、釜式反应器的温度自动控制
用进料温度控制，（P46图2-16a） 用传热量控制，（P46图2-16b） 用串级控制，（P46图2-16c-e）
第八章化工过程自动控制ppt课件
在化工流程的实际控制中，经常遇到一些干扰变量多、大滞后等问题， 对控制回路的控制算法提出了挑战。
8.2 化工单元操作常见的控制方案 一、离心泵出口流量控制
1、离心泵出口单路流量控制
FIC
情形1
FIC
情形2
2、离心泵出口多支路流量控制
FIC
FIC
注意： ◆所有调节阀均应该水平安装，并保证其前后直管段长度； ◆
F——流量 C——浓度 V——黏度
P——压力或真空度 pH——氢离子浓度 M——搅拌转速
自控功能代号：
I——指示 J——记录 L——联锁
C——控制 X——信号 A——报警
Q——累积 T——调节 R——人工遥控
例如：
FIC 表示将位号为101的流量信号引入计算机自控系统，显示并控制该值。
101
TI 表示在设备附近就地加装仪表显示温度101，而不引入计算机自控系统。
第8章 化工流程的自动控制
仪表和计算机自动控制系统在化工过程中发挥着重要作用。强化化工流 程的自动控制，是化工生产过程的发展趋势和方向。
化工流程自动化控制的优点： ①、提高关键工艺参数的操作精度，从而提高产品质量或收率； ②、保证化工流程安全、稳定的运行； ③、对间歇过程，还可减少批间差异，保证产品质量的稳定性和重复性； ④、降低工人的劳动强度，减少人为因素对化工生产过程的影响；
通过进料流股流率来控制容器内液体的液位
六、复杂的串级控制
TI
FI
冷流股
换热器 冷 凝 水
TI
加热蒸汽
TIC
热流股
换热器复杂串级控制示意图
七、化工流程中的间接测量与控制
问题描述：
一个真空蒸发结晶的间歇过程，蒸发结晶釜内（釜总体积为6m3）为正丁醇 －水－帕罗西丁物系，釜外夹套采用1.3kgf/cm2的饱和蒸汽加热，系统真空度要 求控制在720±10mmHg，开始真空蒸发结晶前，首先一次性向釜内压入3m3的正 丁醇－水－帕罗西盯均相物料（溶剂基水份含量质量百分数为23％，起始温度 为室温。），开启真空泵，待真空度稳定后，开始控制加热蒸汽流量进行升温 蒸发，随着正丁醇－水的馏出，釜内液位将下降，要求采用补加正丁醇的方式 维持结晶釜内液位基本不变。当釜内水份含量降低到一定数值时，帕罗西盯开 始结晶出来。整个过程为了保证晶体的成核与生长，还要求控制蒸发过程的蒸 发速度，而且在出晶点时蒸发出的冷凝液要部分回流到结晶釜。为了防止帕罗 西盯的热降解，整个蒸发过程温度不能超过50℃。蒸发结晶终点控制在结晶釜 内物料溶剂基水份含量质量百分数为0.6％，然后泄掉系统真空，进行过滤、干 燥、洗涤，得到帕罗西盯产品（晶体）。
8.2 化工单元操作常见的控制方案 一、离心泵出口流量控制
1、离心泵出口单路流量控制
FIC
情形1
FIC
情形2
2、离心泵出口多支路流量控制
FIC
FIC
注意： ◆所有调节阀均应该水平安装，并保证其前后直管段长度； ◆
F——流量 C——浓度 V——黏度
P——压力或真空度 pH——氢离子浓度 M——搅拌转速
自控功能代号：
I——指示 J——记录 L——联锁
C——控制 X——信号 A——报警
Q——累积 T——调节 R——人工遥控
例如：
FIC 表示将位号为101的流量信号引入计算机自控系统，显示并控制该值。
101
TI 表示在设备附近就地加装仪表显示温度101，而不引入计算机自控系统。
第8章 化工流程的自动控制
仪表和计算机自动控制系统在化工过程中发挥着重要作用。强化化工流 程的自动控制，是化工生产过程的发展趋势和方向。
化工流程自动化控制的优点： ①、提高关键工艺参数的操作精度，从而提高产品质量或收率； ②、保证化工流程安全、稳定的运行； ③、对间歇过程，还可减少批间差异，保证产品质量的稳定性和重复性； ④、降低工人的劳动强度，减少人为因素对化工生产过程的影响；
通过进料流股流率来控制容器内液体的液位
六、复杂的串级控制
TI
FI
冷流股
换热器 冷 凝 水
TI
加热蒸汽
TIC
热流股
换热器复杂串级控制示意图
七、化工流程中的间接测量与控制
问题描述：
一个真空蒸发结晶的间歇过程，蒸发结晶釜内（釜总体积为6m3）为正丁醇 －水－帕罗西丁物系，釜外夹套采用1.3kgf/cm2的饱和蒸汽加热，系统真空度要 求控制在720±10mmHg，开始真空蒸发结晶前，首先一次性向釜内压入3m3的正 丁醇－水－帕罗西盯均相物料（溶剂基水份含量质量百分数为23％，起始温度 为室温。），开启真空泵，待真空度稳定后，开始控制加热蒸汽流量进行升温 蒸发，随着正丁醇－水的馏出，釜内液位将下降，要求采用补加正丁醇的方式 维持结晶釜内液位基本不变。当釜内水份含量降低到一定数值时，帕罗西盯开 始结晶出来。整个过程为了保证晶体的成核与生长，还要求控制蒸发过程的蒸 发速度，而且在出晶点时蒸发出的冷凝液要部分回流到结晶釜。为了防止帕罗 西盯的热降解，整个蒸发过程温度不能超过50℃。蒸发结晶终点控制在结晶釜 内物料溶剂基水份含量质量百分数为0.6％，然后泄掉系统真空，进行过滤、干 燥、洗涤，得到帕罗西盯产品（晶体）。
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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
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
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
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。
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。
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)。
• 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。
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。
• 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 。
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。
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
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。
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，
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
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
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
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。
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。
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)。
• 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。
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。
• 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 。
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。
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
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。
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，