化工仪表及自动化课件第六章 简单控制系统
小结：选择操纵变量构成控制系统时，从静态角度考虑，
在工艺合理性的前提下，干扰通道的放大倍数Ｋf越小越 好，控制通道放大倍数Ｋ Ｏ 希望适当大些，以使控制通 道灵敏些。
对象动态特性对控制质量的影响（一）
对干扰通道特性的影响 设: 干扰通道时间常数为Ｔf，纯滞后为τf
f
0
t
y Ｔf
f
τf
Tf1
(1)
(2)
量元件引起的动态误差。
2、测量元件的纯滞后
当测量存在纯滞后时，也和对象控制通道存 在纯滞后一样，会严重地影响控制质量。
l1 v1
l2 v2
l、 l 2 1
为主管道，分管道的长度
v 1 v 2 为主管道，分管道流体的流速
测量元件的安装位置
目前，以物性作为被控变量时往往都有 类似问题，这时引入微分作用是徒劳的、加 得不好，反而会导致系统不稳定。所以在测
常需要组成复杂控制系统，增加解耦装置，解决相互关联问
题。
被控变量的选择原则
选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环
境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数为 被控变量。 当不能用直接参数作为被控变量时，可选择一个与直 接参数有单值函数关系并满足如下条件的间接参数为
被控变量。
⑴ 满足工艺的合理性 ⑵ 具有尽可能大的灵敏度且线形好 ⑶ 测量变送装置的滞后小。
有一定的关系。
当压力恒定时，组分xD和温度TD之间存在有单值 对应的关系。
由此可见，在组分、温度、压力三个变量中，只要固 定温度或压力中的一个，另一个变量就可以代替xD作为 被控变量。在温度和压力中，究竟应选哪一个参数作为 被控变量呢?
从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变 量。
第一 在精馏塔操作中，压力往往需要固定。只 有将塔操作在规定的压力下，才易于保证塔的分 离纯度，保证塔的效率和经济性。如塔压波动，
比例积分微分控制器的应用场合
比例积分微分控制器适用于容量滞后较大、 负荷变化大、控制质量要求较高的系统，应用 最普遍的是温度控制系统与成分控制系统。对 于滞后很小或噪声严重的系统，应避免引人微 分作用，否则会由于被控变量的快速变化引起 控制作用的大幅度变化，严重时会导致控制系
统不稳定。
p KP( e
执行器所引起的滞后。
克服传递滞后采取以下措施：
尽可能缩短传送管线长度，一般气压信号管路 长度不超过300m，管径应大于６mm。或在气路60m 距离间加气动继动器，提高气信号传输功率，减 小传输时间。 采用气-电、电-气转换器实现转换传递，或用 阀门定位器等。
信号传递过程中引起的滞后
四、控制器控制规律的选择
阀。气开阀是“正”方向。气关阀是“反”方向。
执行器的气开或气关型式主要应从工艺安全角度来确
定。
给定值 e 被控变量
-
控制器
执行器
对象
测量变送装置
对于被控对象的作用方向，则随具体对象的不
同而各不相同。当操纵变量增加时，被控变量也增
加的对象属于“正作用”的。反之，被控变量随操
纵变量的增加而降低的对象属于“反作用”的。
比例控制器的特点 比例控制器克服干扰能力强、控制及 时、过渡时间短。
纯比例控制系统在过渡过程终了时存在余 差。负荷变化越大，余差就越大。
比例控制器的应用场合 比例控制器适用于控制通道滞后较小、 负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求 的系统，例如中间贮槽的液位、精馏塔塔 釜液位以及不太重要的蒸汽压力控制系统
被控变量
给定值
-
e
控制器
执行器
对象
测量变送装置
给定值
-
e
控制器
执行器
对象
被控变量
二、操纵变量的选择
1、操纵变量 在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量 的影响，实现控制作用的变量称为操纵变量，最常见 的操纵变量是介质的流量。
从诸多影响被控变量的输入参数中选择 一个对被控变量影响显著而且可控性良好 的输入参数
扰动变量（输入量）
操纵变量（输入量）
被控变量（输出 量）
根据工艺要求，选择提馏段某块塔板(一般为温度 变化最灵敏的板，称为灵敏板)的温度作为被控变量。 那么，自动控制系统的任务就是通过维持灵敏板上温 度恒定，来保证塔底产品的成分满足工艺要求。
图7—3是简单控制系统的典型方块图。
简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象(简 称对象)、测量变送装置、控制器和执行器。对于不同对 象的简单控制系统，尽管其具体装置与变量不相同，但都 可以用相同的方块图来表示，这就便于对它们的共性进行 研究。
本章将介绍组成简单控制系统的基本原则；被控变 量及操纵变量的选择；控制器控制规律的选择及控制器参 数的工程整定等。
f 干扰作用 操纵变量 被控变量
给定值 x
偏差 _ e
z
控制器
控制器输出 p
控制阀
q
对象
y
测量值
测量元件 变送器
第六章 简单控制系统
本 章 内 容
简单控制系统 简单控制系统的设计原则 控制器参数的工程整定
简单控制系统（单回路控制系统） 由一个被控对象、一个测量变送器、一
个控制器和一个执行机构（控制阀）所组
-
对象
被控变量
测量变送装置
测量、变送装置是控制系统中获取 信息的装置，也是系统进行控制的依据。
1、测量元件的时间常数
测量元件时间常数对测量的影响
因此，控制系统中的测量元件时间常数不能太大， 最好选用惰性小的快速测量元件，例如用快速热电偶 代替工业用普通热电偶或温包。必要时也可以在测量 元件之后引入微分作用。利用它的超前作用来补偿测
快的另一变量，如温度、压力等作为间接控制指标。
冷 凝 器 馏 出 液 D ,xD
精 馏 段 进 料 F ,xF 提 馏 段
同 流
再 沸 器 釜 液 W ,xw 图 9－ 9 连 续 精 馏 装 置 流 程 简 图
在二元系统的精馏中，当气液两相并存时，塔顶 易挥发组分的浓度xD、塔顶温度TD、压力p三者之间
量元件的安装上，一定要注意尽量减小纯滞
后。对于大纯滞后的系统，简单控制系统往
往是无法满足控制要求的，须采用复杂控制
系统。
3、信号的传送滞后
信号传送滞后通常包括测量信号传送滞后和控 制信号传送滞后两部分。
测量信号传送滞后 是指由现场测量变送装置的信号传送到控 制室的控制器所引起的滞后。 控制信号传送滞后 是指由控制室内控制器 的输出控制信号传送到现场
例积分控制器。
（3）比例积分微分控制器
比例积分微分控制器是具有比例积分微分控制 规律的控制器，输出p与输入偏差e之间具有下列 关系：
p KP( e
1 TI
edt TD
de dt
)
比例积分微分控制器的可调整参数Kp(比例度δ)、
TI和TD。
比例积分微分控制器的特点
微分作用使控制器的输出与输入偏差的变化 速度成比例，它对克服对象的滞后有显著的效果。 在比例的基础上加上微分作用能提高稳定性，再 加上积分作用可以消除余差。所以，适当调整δ、 TI 、TD 三个参数、可以使控制系统获得较高的控 制质量。
这些影响因素可分为两大类，即可控的和不可控的。
从工艺角度看，本例中只有回流量和蒸汽流量为可控因 素，其他一般为不可控因素。 在两个可控因素中．蒸汽流量对提馏段温度影响比起回 流量对提馏段温度影响来说更及时、更显著。同时，从节
能角度来讲，控制蒸汽流量比控制回流量消耗的能量要小， 所以通常应选择蒸汽流量作为操纵变量。
2、对象特性对选择操纵变量的影响
在诸多影响被控变量的因素中，一旦选择了其中 一个作为操纵变量，那么其余的影响因素都成了干
扰变量。操纵变量与干扰变量作用在对象上，都会
引起被控变量变化的。
对象静态特性对控制质量的影响
设：控制通道放大倍数为ＫＯ 干扰通道放大倍数为Ｋf ＫＯ的大小表征了操纵变量对被控变量的影响程度 Ｋf的大小表征了干扰对被控变量的影响程度
Tf2
0
t
对象动态特性对控制质量的影响（二）
设：控制通道的时间常数为Ｔo，纯滞后时间为τo 时间常数ＴO小，反映灵敏，控制及时，有利于克服 干扰的影响 时间常数ＴO过大，造成控制作用迟缓，使被控变量的 超调量加大，过渡时间增长 纯滞后时间τ0使操纵变量对被控变量的作用推迟了一 段时间，由于控制作用的推迟，不但使被控变量的超调量 加大，还使过渡过程振荡加剧，过渡时间增长，控制质量
1、控制器控制规律的确定
控制器
广义对象
被控变量
目前工业上常用的控制器主要有三种控制 规律： P、PI和PID。 选择哪种控制规律主要是根据广义对象的 特性和工艺的要求来决定的。
（1）比例控制器
比例控制器是具有比例控制规律的控制器，它的 输出p与输入偏差e之间的关系为：
比例控制器的可调整参数是Kp或比例度δ，对于 单元组合仪表来说。它们的关系为：
1 TI
edt TD
de dt
)
2、控制器正、反作用的确定
作用方向：就是指输入变化后，输出的变化方向。当 某个环节的输入增加时，其输出也增加，则称该环节 为“正作用”方向；反之，当环节的输入增加时、输 出减少的称“反作用”方向。
给定值 e 控制器 执行器 对象 被控变量
-
测量变送器
对于执行器，它的作用方向取决于是气开阀还是气关
加上积分作用，会使稳定性降低，虽然在加积
分作用的同时，可以通过加大例度，使稳定性基
本保持不变，但超调量和振荡周期都相应增大，过
渡过程的时间也加长。
比例积分控制器的应用场合
比例积分控制器是使用最普遍的控制器。 它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、 工艺参数不允许有余差的系统。例如流量、 压力和要求严格的液位控制系统，常采用比
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课件：化工仪表自动化第6章 自动控制系统的基本概念
置外，还必须具有控制装置所控制和操纵的对象即生产设备。 在自动控制系统中，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。
化工工艺控制流程图
PID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）。
自动控制系统的组成
在自动控制系统的组成中,除必须具有前面所述的自动
化装置外,还必须具有控制装置所控制的生产设备。
在自动控制系统中,将需要控制其工艺参数的生产设备、
机器、一段管道或设备的一部分叫做被控对象,简称对象。
6
自动控制系统的组成
测量元件与变送器 是基于负反馈原理的，包括测
量、放大和反馈三部分。其作用是将检测元件的 输出信号转换成统一标准信号，送到显示仪表或 控制装置进行显示、记录或控制 由于变量种类多，因此，变送器的类型也较多 温度变送器 压力变送器 液位变送器 流量变送器
各系统间的相互关系
自动检测系统只能完成“了解”生产过程进行 情况的任务；
自动信号联锁保护系统只能在工艺条件进入某 种极限状态时采取安全措施以免发生生产事故；
自动操纵系统只能按照预先规定好的步骤进行 某种周期性操作；
只有自动控制系统才能自动地排除各种干扰因 素对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先 规定的数值上，保证生产维持在正常或最佳的 工艺操作状态。所以，自动控制系统是自动化 生产中的核心部分。
自动报警联锁保护系统的组成
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。
化工工艺控制流程图
PID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）。
自动控制系统的组成
在自动控制系统的组成中,除必须具有前面所述的自动
化装置外,还必须具有控制装置所控制的生产设备。
在自动控制系统中,将需要控制其工艺参数的生产设备、
机器、一段管道或设备的一部分叫做被控对象,简称对象。
6
自动控制系统的组成
测量元件与变送器 是基于负反馈原理的，包括测
量、放大和反馈三部分。其作用是将检测元件的 输出信号转换成统一标准信号，送到显示仪表或 控制装置进行显示、记录或控制 由于变量种类多，因此，变送器的类型也较多 温度变送器 压力变送器 液位变送器 流量变送器
各系统间的相互关系
自动检测系统只能完成“了解”生产过程进行 情况的任务；
自动信号联锁保护系统只能在工艺条件进入某 种极限状态时采取安全措施以免发生生产事故；
自动操纵系统只能按照预先规定好的步骤进行 某种周期性操作；
只有自动控制系统才能自动地排除各种干扰因 素对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先 规定的数值上，保证生产维持在正常或最佳的 工艺操作状态。所以，自动控制系统是自动化 生产中的核心部分。
自动报警联锁保护系统的组成
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。
化工自动化及仪表培训课程PPT(共 46张)
闭环控制的特点（优点）：按偏差进行控制，使偏 差减小或消除，达到被控变量与设定值一致的目的。
闭环控制的缺点：控制不够及时；如果系统内部各 环节配合不当，系统会引起剧烈震荡，甚至会使系统 失去控制。
开环控制： 开环控制的特点（优点）：不需要对被控变量进 行测量，只根据输入信号进行控制，控制及时。
设定值 r(t)
机构 e(t)
-
控制装置 u(t)
被控变量
执行器
过程
q(t)
c(t)
测量值 y(t)
检测元件、变送器
闭环控制系统组成
•检测元件和变送器的作用是把被控变量c(t)转化为测 量值y(t)。
•比较机构的作用是比较设定值r(t)与测量值y(t)并输 出其差值。
•控制装置的作用是根据偏差的正负、大小及变化情况， 按某种预定的控制规律给出控制作用u(t)。比较机构 和控制装置通常组合在一起，称为控制器。
负反馈：将被控 变量送回输入端 并与输入变量相 减（负反馈闭环 的才可以独立工
加热炉的温度控制系统
TT
TC
被加热原料
T 出口温度
燃料油
被控过程：加热炉 被控变量：物料出口温度 操纵变量：燃料油流量 扰动：被加热原料油温度、燃料油热值等
1.2.2闭环控制与开环控制
闭环控制：
在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设 定值进行比较，根据偏差控制被控变量，这样，整个 系统构成了一个闭环。
它是以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控 制系统进行分析与设计。PID控制规律是经典控制理论 最辉煌的成果。
2）现代控制理论:20世纪60年代得到迅猛发 展。
其主要内容为：
线性系统理论，最优控制理论，最佳估计理论， 系统辨识。
闭环控制的缺点：控制不够及时；如果系统内部各 环节配合不当，系统会引起剧烈震荡，甚至会使系统 失去控制。
开环控制： 开环控制的特点（优点）：不需要对被控变量进 行测量，只根据输入信号进行控制，控制及时。
设定值 r(t)
机构 e(t)
-
控制装置 u(t)
被控变量
执行器
过程
q(t)
c(t)
测量值 y(t)
检测元件、变送器
闭环控制系统组成
•检测元件和变送器的作用是把被控变量c(t)转化为测 量值y(t)。
•比较机构的作用是比较设定值r(t)与测量值y(t)并输 出其差值。
•控制装置的作用是根据偏差的正负、大小及变化情况， 按某种预定的控制规律给出控制作用u(t)。比较机构 和控制装置通常组合在一起，称为控制器。
负反馈：将被控 变量送回输入端 并与输入变量相 减（负反馈闭环 的才可以独立工
加热炉的温度控制系统
TT
TC
被加热原料
T 出口温度
燃料油
被控过程：加热炉 被控变量：物料出口温度 操纵变量：燃料油流量 扰动：被加热原料油温度、燃料油热值等
1.2.2闭环控制与开环控制
闭环控制：
在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设 定值进行比较，根据偏差控制被控变量，这样，整个 系统构成了一个闭环。
它是以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控 制系统进行分析与设计。PID控制规律是经典控制理论 最辉煌的成果。
2）现代控制理论:20世纪60年代得到迅猛发 展。
其主要内容为：
线性系统理论，最优控制理论，最佳估计理论， 系统辨识。
化工仪表与自动控制系统(化工仪表与自动控制课件)
其它？
一
情景导入
课
程
二
课程内容
安
排
三
课程总结
一
静态动态
课
程
二
过渡过程
内
容
三
品质指标
1.静态与动态
H
H
动态——被控变量随时间变化的 不平衡状态 。
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）。
一
静态动态
课
程
二
过渡过程
内
容
三
品质指标
2.过渡过程
给定值 控制器
-
执行器
测量、变送
内
容
三
工作过程
3.工作过程
当受到外界干扰引 起槽内液位的波动， 经过自动化装置测 量、运算和执行， 使液位回到规定的 数值范围内。
一
情景导入
课
程
二
课程内容
内
容
三
课程总结
3.课程总结
1.手动控制液位的过程。 2.自动控制的组成和工作过程。
这么 神奇？
一
情景导入
课
程
二
课程内容
安
排
三
课程总结
一
干扰
被控变量 对象
图1 控制系统方块图
当干扰作用于对象，系 统输出y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
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。
图2 阶跃干扰作用
采用阶跃干扰的优点：
➢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。
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
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
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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。
32
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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。
7
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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
化工自动化及仪表内容辅导课件
汽包
LT Fd C
省煤器 给水
图1-2 开环液位控制系统
PAGE8OF144
3、自动控制系统组成及方框图
研究控制系统时，为了更清楚地表示控 制系统各环节的组成、特性和相互间的信号 联系，一般都采用方框图。每个方框表示组 成系统的一个环节，两个方框间用带箭头的 线段表示信号联系，进入方框表示信号为输 入，离开表示信号为输出，输入引起输出变 化，而输出不会引起输入变化，即环节具有 单向特性。
1、自动控制系统
图1-1 加热炉温度自动控制系统
PAGE5OF144
➢目标：控制加热炉火的出口温度 ➢实现方式（过程）： （1）测量该温度 （2）将该温度与期望值（设定值）比较 （3）根据偏差调节燃料流量，目的是使得偏
差为0 ➢ 特点：
负反馈系统（设定值与测量值相减） 根据偏差调节 闭环控制
PAGE6OF144
过程特性：指当被控过程的输入变量（操纵 变量或扰动）发生变化时，其输出变量（被 控变量）随时间变化规律。 控制通道：操纵变量q(t)对被控变量c(t)的作 用途径， 干扰通道：扰动f(t)对被控变量得作用途径 研究过程特性时，两个通道都要考虑
PAGE40OF144
h(t)
h(t)
h(0) t
自衡的非振荡过程
q(t) 执行机构
扰动
f (t)
被控变量 c(t) 过程
y(t) 测量值
检测元件 变送器
图1-3 控制系统方框图
PAGE11OF144
4、分析控制系统时重要概念
➢信息概念 图1－3中的各个符号变量都是实际的物
理量，然而他们是作为信息来转换和使用的。 每个环节都有信息流入和流出。信息的流入 和流出与实际对象中物料的流入和流出不同。 从整个系统看，设定值和扰动是系统输入， 而被控变量和其他测量值是输出。
LT Fd C
省煤器 给水
图1-2 开环液位控制系统
PAGE8OF144
3、自动控制系统组成及方框图
研究控制系统时，为了更清楚地表示控 制系统各环节的组成、特性和相互间的信号 联系，一般都采用方框图。每个方框表示组 成系统的一个环节，两个方框间用带箭头的 线段表示信号联系，进入方框表示信号为输 入，离开表示信号为输出，输入引起输出变 化，而输出不会引起输入变化，即环节具有 单向特性。
1、自动控制系统
图1-1 加热炉温度自动控制系统
PAGE5OF144
➢目标：控制加热炉火的出口温度 ➢实现方式（过程）： （1）测量该温度 （2）将该温度与期望值（设定值）比较 （3）根据偏差调节燃料流量，目的是使得偏
差为0 ➢ 特点：
负反馈系统（设定值与测量值相减） 根据偏差调节 闭环控制
PAGE6OF144
过程特性：指当被控过程的输入变量（操纵 变量或扰动）发生变化时，其输出变量（被 控变量）随时间变化规律。 控制通道：操纵变量q(t)对被控变量c(t)的作 用途径， 干扰通道：扰动f(t)对被控变量得作用途径 研究过程特性时，两个通道都要考虑
PAGE40OF144
h(t)
h(t)
h(0) t
自衡的非振荡过程
q(t) 执行机构
扰动
f (t)
被控变量 c(t) 过程
y(t) 测量值
检测元件 变送器
图1-3 控制系统方框图
PAGE11OF144
4、分析控制系统时重要概念
➢信息概念 图1－3中的各个符号变量都是实际的物
理量，然而他们是作为信息来转换和使用的。 每个环节都有信息流入和流出。信息的流入 和流出与实际对象中物料的流入和流出不同。 从整个系统看，设定值和扰动是系统输入， 而被控变量和其他测量值是输出。
现代化工仪表及自动化概述(ppt 16页)PPT学习课件
8
三、自动化系统及仪表的分类
化工生产过程中需要测量和控制的参数是多种多样的，主 要的有热工量（压力、流量、液位、温度等）和成分（或物 性）量。所以化工自动化仪表按功能不同，大致分为四类： 检测仪表（各种参数的测量和变送）； 显示仪表（模拟量显示和数字量显示）； 控制仪表（气动、电动控制仪表及数字式控制器）； 执行器 （气动、电动、液动等执行器）。
自动信号联锁保护电路按其主要构成元件的不同，可分为有触点式和无触 点式两类（有时可采用混合式）。
有触点式电路是由各种继电器、按钮、开关等电器组成的继电线路，依靠各种 电器的触点开合完成电路的通断和切换。
无触点式电路利用由二极管、晶体管及集成电路等电子器件构成具有一定功能 的电子线路，利用电子器件的导通或阻断特性来实现自动信号的报警和联锁保 护作用。
化 工（及仪自表2动）化 减轻劳动强度、改善劳动条件。
为此，长对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置。
自自动动操 操 （纵纵及及3自自）动动开开保停停车车证系系统统生产、人生安全，防止事故发生或扩大，延长设备 使用寿命、提高设备利用率。 自动检测系统中主要的自动化装置是敏感元件、传感器和显示仪表。
应用一些自动检测仪表监视生产，利用手工操作，工人根据反映主要工艺参数的仪表指示情况人工地改变操作条件，生产过程单凭经
（4）改变劳动方式，提高工人文化技术水平，适应当代信息 验进行。
生产过程中各种工艺条件不可能一成不变，特别是化工生产，大多数是连续生产，各设备相互关联，当其中某一设备工艺条件发生变
技术革命和信息产业革命需要。 化时，都可能引起其他设备中某些参数的波动，偏离正常工艺条件。
13
之间的关系
自动检测系统只能完成“了解”生产过程进行情况的任务； 自动信号联锁保护系统只能在工艺条件进入某种极限状
三、自动化系统及仪表的分类
化工生产过程中需要测量和控制的参数是多种多样的，主 要的有热工量（压力、流量、液位、温度等）和成分（或物 性）量。所以化工自动化仪表按功能不同，大致分为四类： 检测仪表（各种参数的测量和变送）； 显示仪表（模拟量显示和数字量显示）； 控制仪表（气动、电动控制仪表及数字式控制器）； 执行器 （气动、电动、液动等执行器）。
自动信号联锁保护电路按其主要构成元件的不同，可分为有触点式和无触 点式两类（有时可采用混合式）。
有触点式电路是由各种继电器、按钮、开关等电器组成的继电线路，依靠各种 电器的触点开合完成电路的通断和切换。
无触点式电路利用由二极管、晶体管及集成电路等电子器件构成具有一定功能 的电子线路，利用电子器件的导通或阻断特性来实现自动信号的报警和联锁保 护作用。
化 工（及仪自表2动）化 减轻劳动强度、改善劳动条件。
为此，长对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置。
自自动动操 操 （纵纵及及3自自）动动开开保停停车车证系系统统生产、人生安全，防止事故发生或扩大，延长设备 使用寿命、提高设备利用率。 自动检测系统中主要的自动化装置是敏感元件、传感器和显示仪表。
应用一些自动检测仪表监视生产，利用手工操作，工人根据反映主要工艺参数的仪表指示情况人工地改变操作条件，生产过程单凭经
（4）改变劳动方式，提高工人文化技术水平，适应当代信息 验进行。
生产过程中各种工艺条件不可能一成不变，特别是化工生产，大多数是连续生产，各设备相互关联，当其中某一设备工艺条件发生变
技术革命和信息产业革命需要。 化时，都可能引起其他设备中某些参数的波动，偏离正常工艺条件。
13
之间的关系
自动检测系统只能完成“了解”生产过程进行情况的任务； 自动信号联锁保护系统只能在工艺条件进入某种极限状
#化工仪表及自动化课件第六章 简单控制系统
f 干扰作用
给定值 x
偏差 _e
z
控制器输出
控制器
p
操纵变量
控制阀 q
被控变量
对象
y
测量值
测量元件 变送器Leabharlann 第六章 简单控制系统本
简单控制系统
章 内
简单控制系统的设计原则
容
控制器参数的工程整定
简单控制系统（单回路控制系统）
由一个被控对象、一个测量变送器、一 个控制器和一个执行机构（控制阀）所组 成的闭环控制系统。
操纵变量的选择原则
要构成的控制系统，其控制通道特性应具有 足够大放大系数、比较小的时间常数及尽可能 小的纯滞后时间。
系统主要干扰通道特性应该具有尽可能大的 时间常数和尽可能小的放大系数。
考虑工艺上的合理性。如生产负荷直接关系 到产品质量，就不宜选为操纵变量。
三、测量元件特性的影响
给定值
e 控制器
比例控制器是具有比例控制规律的控制器，它的 输出p与输入偏差e之间的关系为：
比例控制器的可调整参数是Kp或比例度δ，对于单 元组合仪表来说。它们的关系为：
比例控制器的特点 比例控制器克服干扰能力强、控制及
时、过渡时间短。
纯比例控制系统在过渡过程终了时存在余 差。负荷变化越大，余差就越大。
比例控制器的应用场合
第二 在塔压固定的情况下，精馏塔各层塔板上 的压力基本上是不变的，这样各层塔板上的温度 与组分之间就有一定的单值对应关系。
由此可见，固定压力，选择温度作为被控变量是 可能的，也是合理的。
在选择被控变量时，还必须使所选变量有足够 的灵敏度。在上例中，当xD变化时，温度TD的变 化必须灵敏，有足够大的变化，容易被测量元件 所感受．且使相应的测量仪表比较简单、便宜。
给定值 x
偏差 _e
z
控制器输出
控制器
p
操纵变量
控制阀 q
被控变量
对象
y
测量值
测量元件 变送器Leabharlann 第六章 简单控制系统本
简单控制系统
章 内
简单控制系统的设计原则
容
控制器参数的工程整定
简单控制系统（单回路控制系统）
由一个被控对象、一个测量变送器、一 个控制器和一个执行机构（控制阀）所组 成的闭环控制系统。
操纵变量的选择原则
要构成的控制系统，其控制通道特性应具有 足够大放大系数、比较小的时间常数及尽可能 小的纯滞后时间。
系统主要干扰通道特性应该具有尽可能大的 时间常数和尽可能小的放大系数。
考虑工艺上的合理性。如生产负荷直接关系 到产品质量，就不宜选为操纵变量。
三、测量元件特性的影响
给定值
e 控制器
比例控制器是具有比例控制规律的控制器，它的 输出p与输入偏差e之间的关系为：
比例控制器的可调整参数是Kp或比例度δ，对于单 元组合仪表来说。它们的关系为：
比例控制器的特点 比例控制器克服干扰能力强、控制及
时、过渡时间短。
纯比例控制系统在过渡过程终了时存在余 差。负荷变化越大，余差就越大。
比例控制器的应用场合
第二 在塔压固定的情况下，精馏塔各层塔板上 的压力基本上是不变的，这样各层塔板上的温度 与组分之间就有一定的单值对应关系。
由此可见，固定压力，选择温度作为被控变量是 可能的，也是合理的。
在选择被控变量时，还必须使所选变量有足够 的灵敏度。在上例中，当xD变化时，温度TD的变 化必须灵敏，有足够大的变化，容易被测量元件 所感受．且使相应的测量仪表比较简单、便宜。
化工仪表及自动化全套课件
2024/1/26
21
流量测量与控制技术应用案例
水处理行业
在水处理过程中，流量是一个重要的参数。 通过流量测量仪表和自动控制系统，可以实 时监测和调整水流的流量，确保水处理过程 的稳定性和效率。
石油化工行业
在石油化工生产过程中，原料、产品和中间 体的流量都需要精确控制。通过流量测量仪 表和自动控制系统，可以实现流量的精确测
化工仪表及自动化全套课件
2024/1/26
1
2024/1/26
CONTENTS
• 化工仪表基础知识 • 自动化控制系统概述 • 化工仪表的选型与安装 • 自动化控制系统的设计与实施 • 化工仪表及自动化技术应用案
例 • 化工仪表及自动化技术发展趋
势与展望 2
2024/1/26
01
化工仪表基础知识
15
自动控制系统的设计原则与方法
2024/1/26
设计原则
满足工艺要求，保证系统稳定性、可 靠性和经济性；采用先进技术和设备 ，提高自动化水平；注重人机交互， 方便操作和维护。
设计方法
根据工艺要求和控制目标，确定控制 方案；选择合适的测量仪表和执行机 构；设计控制算法和逻辑控制程序； 进行系统仿真和优化。
仪表等措施。
6
2024/1/26
02
自动化控制系统概述
7
自动控制系统的组成与分类
组成
自动控制系统通常由控制器、执行器、被控对象、检测变送环节等部分组成。
分类
根据控制原理的不同，自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统；根 据信号传递方式的不同，可分为模拟控制系统和数字控制系统。
2024/1/26
量和控制，提高生产效率和产品质量。
化工仪表及自动化--自动控制系统基本概念 ppt课件
录，起到在联人受按锁的到照眼系外预睛统界的先立作干规即用扰定自。（好动扰的采动步取）骤紧的，急影将措响生施而产，偏过打离程开正自安常动全状地阀态投或时入切，运 自内断和动。行某扩控或些大制自通。系动路它统停，是能车必 生自。要产动时过地紧程控急中制图停的而1车一-回1，种热到以安交规防全换定器止装的自事置数动故。检值的测范发系围统生示意图
图1-11 复式仪表的表示法
39
工艺管道及控制流程图
（2）字母代号
在控制流程图中，用来表示仪表的小圆圈的上半圆内， 一般写有两位（或两位以上）字母，第一位字母表示被测变 量，后继字母表示仪表的功能，常用字母代号见下表。
40
字母
A C D E F I K L M P Q R S T V W Y Z
化工仪表及自动化
第一章 自动控制系统基本概念
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
自动控制系统的基本组成 自动控制系统的表示形式
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
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。 自动控制系统是一个闭环系统
9
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
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。
5
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
二、自动控制的表示形式
图1-11 复式仪表的表示法
39
工艺管道及控制流程图
（2）字母代号
在控制流程图中，用来表示仪表的小圆圈的上半圆内， 一般写有两位（或两位以上）字母，第一位字母表示被测变 量，后继字母表示仪表的功能，常用字母代号见下表。
40
字母
A C D E F I K L M P Q R S T V W Y Z
化工仪表及自动化
第一章 自动控制系统基本概念
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
自动控制系统的基本组成 自动控制系统的表示形式
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
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。 自动控制系统是一个闭环系统
9
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
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。
5
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
二、自动控制的表示形式
化工自动化及仪表 6
(u max - u min)为控制器输出信号的变化范围。 比例度δ可理解为：要使输出信号作全范围变化， 输入信号必须改变全量程的百分之几。
因为控制器的输入和输出都是标准统一信号，比
((C32))如比比果例例δ度较作小用δ，越及则比大振例，荡度过频δ渡率对过提系高程统，曲过因渡线此过越把程平被的稳控影；变响量随拉着回比到 例设定度值在δ所闭的需环减的运小时行，间下就系比短统例。的度振δ 荡对程系度统加过 渡剧过，程衰的减影比响减由 小较图大，可、一稳见时般定：滞而程较言度小，降的在低情广况。义下过当，程比调的例节放度器大δ的系继比数续例较减度小小可、到选时得某间小常一些数数， 值以提时(高1，) 系在系统扰统的动将灵及出敏设现度定；等值反幅变之振化，荡时必，有须这余适差时当存加的大在比调。例节比度器例称的控为比制例
临度系，界统以比的增例余加度差系δ是统k由，的比稳当例定比调性例节。度通器小常的于要特临求性衰界所减决比比定例在的度4。δ:1k比时~ 例1，0度:1 系的δ范统越围将小内发，。散比例振作荡用。越强，控制系统的余差也越小。
在基本控制规律中，比例作用是最基本、最主 要、也是应用最普遍的控制规律，它能较为迅速地克 服扰动的影响，使系统很快地稳定下来。
控制器的基本控制规律有比例、积分和微分三种。
基本控制规律的不同组合，适用于不同特性的生产工艺过程。若对控制器的控制规律选用不当，就不能满足生 产工艺要求，甚至造成严重的生产事故。因此，必须了解控制器的基本控制规律及其适用条件，根据生产工艺对控 制系统控制指标的各种要求，选用合适的控制器控制规律。
((3124)))由有若为6于了人正.1温消这常度除控样情过余制做 况程差器， 下的，的容发，有量基人现温滞这本温度后样控度为较做一8制大：5℃低，规把当，于阀律出门阀85现开门℃偏启，开差数就度时圈把是，后其蒸 三，数不汽 圈值断阀 。己观门 有较察全 人大测， 开度量门下这低y与量阀或与为阀化)仿 反 从/值 门 关 偏此 门 速5，只一全降样偏5℃积由， 关 闭 差、应外微， 的 度比一有定关，做差控就人积分若小的成分有圈成总温界例e高两多时低，制控分低，速正(开控人数正工t结 度 补控于个于，于温)式制于 直 度 比制再，比有器一操人 为 充制8位 需 供 设 度规可8到，，规补这，一的圈5作8工 一看律规 ℃温而即℃置 要 应 定 高律充样用一。控5，，就出度不：就这可数操 些，律， 量 的 值 于℃对数制则是，回是以是样抑学d就模88全，蒸作热，u应学55慢模只到直规模的制公图(全仿℃℃开温汽经量t反)关慢仿要8接公仿经偏式/律5示d。，关上或度量验。地上有℃决应t这验差表系式=来的可每，述全将一K。开述偏定的种，幅示过表Iu源e蒸大这操差阀见高这操关会定操根度为(（基程t示)于种阀作随门作据，：种，5作。上少汽t础是）℃则门方方时开方u偏易人供做方阀升于加或(上＝轻关为；式式间t启式差于)工需式法门，需=热发若是。而的u一：，的控微T操一称，全超要（D的按高调存圈控变制展圈d开放ue双 直 控开过量0作(于 偏 节在数反制化 。(t起；启）t)热)=8差，器。位 不制时 设 ，规器速/应du5低圈来十的t℃来控输(的度平控 器，定 因律0釜于数K)的，决出制，输即+制 衡 的供值 此，cK为e8＝则定器的。出趋还I（5，，输8应 温∫是例慢阀变输℃3与5势e需t阀 是 +出℃的 度）(慢出在 门化偏来。t，()要8d； u一门蒸将地开总速差开模5t每设(t-把启是度阀个开汽会变启) 持在不续断比振变例荡化控过，制程直的到。偏缺差点为：零在时负，输荷出变才化会时稳有定余在某差一。数值上。
因为控制器的输入和输出都是标准统一信号，比
((C32))如比比果例例δ度较作小用δ，越及则比大振例，荡度过频δ渡率对过提系高程统，曲过因渡线此过越把程平被的稳控影；变响量随拉着回比到 例设定度值在δ所闭的需环减的运小时行，间下就系比短统例。的度振δ 荡对程系度统加过 渡剧过，程衰的减影比响减由 小较图大，可、一稳见时般定：滞而程较言度小，降的在低情广况。义下过当，程比调的例节放度器大δ的系继比数续例较减度小小可、到选时得某间小常一些数数， 值以提时(高1，) 系在系统扰统的动将灵及出敏设现度定；等值反幅变之振化，荡时必，有须这余适差时当存加的大在比调。例节比度器例称的控为比制例
临度系，界统以比的增例余加度差系δ是统k由，的比稳当例定比调性例节。度通器小常的于要特临求性衰界所减决比比定例在的度4。δ:1k比时~ 例1，0度:1 系的δ范统越围将小内发，。散比例振作荡用。越强，控制系统的余差也越小。
在基本控制规律中，比例作用是最基本、最主 要、也是应用最普遍的控制规律，它能较为迅速地克 服扰动的影响，使系统很快地稳定下来。
控制器的基本控制规律有比例、积分和微分三种。
基本控制规律的不同组合，适用于不同特性的生产工艺过程。若对控制器的控制规律选用不当，就不能满足生 产工艺要求，甚至造成严重的生产事故。因此，必须了解控制器的基本控制规律及其适用条件，根据生产工艺对控 制系统控制指标的各种要求，选用合适的控制器控制规律。
((3124)))由有若为6于了人正.1温消这常度除控样情过余制做 况程差器， 下的，的容发，有量基人现温滞这本温度后样控度为较做一8制大：5℃低，规把当，于阀律出门阀85现开门℃偏启，开差数就度时圈把是，后其蒸 三，数不汽 圈值断阀 。己观门 有较察全 人大测， 开度量门下这低y与量阀或与为阀化)仿 反 从/值 门 关 偏此 门 速5，只一全降样偏5℃积由， 关 闭 差、应外微， 的 度比一有定关，做差控就人积分若小的成分有圈成总温界例e高两多时低，制控分低，速正(开控人数正工t结 度 补控于个于，于温)式制于 直 度 比制再，比有器一操人 为 充制8位 需 供 设 度规可8到，，规补这，一的圈5作8工 一看律规 ℃温而即℃置 要 应 定 高律充样用一。控5，，就出度不：就这可数操 些，律， 量 的 值 于℃对数制则是，回是以是样抑学d就模88全，蒸作热，u应学55慢模只到直规模的制公图(全仿℃℃开温汽经量t反)关慢仿要8接公仿经偏式/律5示d。，关上或度量验。地上有℃决应t这验差表系式=来的可每，述全将一K。开述偏定的种，幅示过表Iu源e蒸大这操差阀见高这操关会定操根度为(（基程t示)于种阀作随门作据，：种，5作。上少汽t础是）℃则门方方时开方u偏易人供做方阀升于加或(上＝轻关为；式式间t启式差于)工需式法门，需=热发若是。而的u一：，的控微T操一称，全超要（D的按高调存圈控变制展圈d开放ue双 直 控开过量0作(于 偏 节在数反制化 。(t起；启）t)热)=8差，器。位 不制时 设 ，规器速/应du5低圈来十的t℃来控输(的度平控 器，定 因律0釜于数K)的，决出制，输即+制 衡 的供值 此，cK为e8＝则定器的。出趋还I（5，，输8应 温∫是例慢阀变输℃3与5势e需t阀 是 +出℃的 度）(慢出在 门化偏来。t，()要8d； u一门蒸将地开总速差开模5t每设(t-把启是度阀个开汽会变启) 持在不续断比振变例荡化控过，制程直的到。偏缺差点为：零在时负，输荷出变才化会时稳有定余在某差一。数值上。