第一章 自動控制系統(tǒng)的基本概念.ppt

1、化工儀表及 自動化,課程說明及要求,40學(xué)時（1-18周） 授課形式：講述+討論+論文（作業(yè)） 成績：卷面成績（70%）+平時成績（30%）,化工自動化的意義及目的,加快生產(chǎn)速度、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。 減輕勞動強(qiáng)度、改善勞動條件。 能夠保證生產(chǎn)安全，防止事故發(fā)生或擴(kuò)大，達(dá)到延長設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備利用率、保障人身安全的目的。 生產(chǎn)過程自動化的實(shí)現(xiàn)，能根本改變勞動方式，提高工人文化技術(shù)水平，以適應(yīng)當(dāng)代信息技術(shù)革命和信息產(chǎn)業(yè)革命的需要。,化工自動化的發(fā)展概況,化工生產(chǎn)過程的自動化通常是指在石油、化工等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)地或按一定程序進(jìn)行的，以生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、物位及成份等參

2、數(shù)作為被控變量，用各種技術(shù)、工具與方法完成檢測、分析、判斷和控制工作。,工業(yè)生產(chǎn)過程,控制室,現(xiàn)場,自動控制系統(tǒng)的組成及方塊圖,例：淋浴水溫的調(diào)節(jié),手動調(diào)節(jié)過程： 水溫冷（熱） 感知 大腦 手動 調(diào)節(jié)熱水閥 目標(biāo)溫度,自動控制系統(tǒng)的組成及方塊圖,手動控制的步驟： (1)觀察液位數(shù)值； (2)把觀察到的實(shí)際數(shù)值與設(shè)定值加以比較，根據(jù)偏差的大小及變化情況做出判斷，并發(fā)布命令。 (3)根據(jù)命令操作給水閥，使液位回到設(shè)定值。,人工調(diào)節(jié),汽包鍋爐給水人工調(diào)節(jié)示意圖,人工/自動,自動調(diào)節(jié),自動控制系統(tǒng)的組成及方塊圖,自動化與手動操作相對應(yīng)： 自動檢測裝置 人眼（觀察） 控制器 人的大腦（判斷運(yùn)算） 執(zhí)行機(jī)

3、構(gòu) 人手（實(shí)際操作調(diào)節(jié)）,總結(jié)： 自動控制系統(tǒng)的構(gòu)成： 1、被控對象：自動控制系 統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、設(shè)備或機(jī)器。 2、測量變送裝置：用來感受被控變量的變化并將它轉(zhuǎn)換成一種特定的信號（氣壓、電壓、電流） 3、控制器：將設(shè)定值與測量信號進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差,然后按照預(yù)先選定的控制規(guī)律進(jìn)行計 算并將計算結(jié)果作為控制信號送給執(zhí)行裝置 4、執(zhí)行器：接受控制器的控制信號，直接推動被控對象，使被控變量發(fā)生變化,被控對象,列管式換熱器,各種化工設(shè)備-對象,在自動化系統(tǒng)中，將需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)器。,填料式精餾塔,壓縮機(jī),各種化工設(shè)備-對象,被控對象,壓縮機(jī),檢測儀表,測溫元

4、件,孔板節(jié)流元件,壓力(差壓)變送器,光電檢測元件,電磁閥,氣動調(diào)節(jié)閥,電動調(diào)節(jié)閥,繼電器,執(zhí)行器,可編程調(diào)節(jié)器,計算機(jī)控制裝置,集散控制系統(tǒng)(DCS),可編程控制器(PLC),現(xiàn)場總線系統(tǒng)(FCS),控制器,被控過程：汽包 被控變量：汽包液位,術(shù)語 被控過程（被控 對象）：自動控制系 統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要 控制的生產(chǎn)過程、設(shè)備 或機(jī)器。 被控變量：被控過程 內(nèi)要求保持設(shè)定值的 工藝參數(shù),操縱變量：水的流量 擾動：水壓力、蒸汽壓力,操縱變量：受控制 器操縱的用以克 服干擾的影響，使 被控變量保持設(shè)定 值的物料量或能量。 擾動：除操縱變量外，作用于被控過 程并引起被控變量 變化的因素。,設(shè)定值：工

5、藝參數(shù)所要求保持的數(shù)值 偏差：被控變量設(shè)定值與實(shí)際值之差 負(fù)反饋：將被控變量送回輸入端并與輸入變量相減,思考： 請分別指出右圖加熱爐的溫度控制系統(tǒng)中， 被控過程 、被控變量 、操縱變量、 擾動,加熱爐的溫度控制系統(tǒng),被控過程：加熱爐,被控變量：物料出口溫度,操縱變量：燃料油流量,擾動：被加熱原料油溫度、燃料油熱值等,加熱爐的溫度控制系統(tǒng),閉環(huán)控制與開環(huán)控制,閉環(huán)控制： 在反饋控制系統(tǒng)中，被控變量送回輸入端，與設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)偏差進(jìn)行控制，控制被控變量，這樣，整個系統(tǒng)構(gòu)成了一個閉環(huán)。 閉環(huán)控制的特點(diǎn)：必須有反饋環(huán)節(jié)。,閉環(huán)控制與開環(huán)控制,閉環(huán)控制的特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）：按偏差進(jìn)行控制，使偏差減小或消

6、除，達(dá)到被控變量與設(shè)定值一致的目的。 閉環(huán)控制的缺點(diǎn)：控制不夠及時；如果系統(tǒng)內(nèi)部各環(huán)節(jié)配合不當(dāng)，系統(tǒng)會引起劇烈震蕩，甚至?xí)瓜到y(tǒng)失去控制。,閉環(huán)控制與開環(huán)控制,開環(huán)控制： 控制器與被控對象之間只有順向控制而沒有反相聯(lián)系。 簡單的說：就是輸出信號對控制作用沒有影響。,閉環(huán)控制與開環(huán)控制,開環(huán)控制的特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）：不需要對被控變量進(jìn)行測量，只根據(jù)輸入信號進(jìn)行控制，控制很及時。 開環(huán)控制的缺點(diǎn)：由于不測量被控變量，也不與設(shè)定值相比較，所以系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量偏離設(shè)定值，并無法消除偏差，這是開環(huán)控制的缺點(diǎn)。,自動控制系統(tǒng)的方塊圖,定義：控制系統(tǒng)或系統(tǒng)中每個環(huán)節(jié)的功能和信號流向的圖解表示 在研究自

7、動控制系統(tǒng)時，為了更清楚的表示控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的組成、特性和相互間的信號聯(lián)系，一般都采用方塊圖。每個方框表示組成系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)，兩個方框之間用帶箭頭的線段表示信號聯(lián)系；進(jìn)入方框的信號為環(huán)節(jié)輸入，離開方框的為環(huán)節(jié)輸出。,自動控制系統(tǒng)的方塊圖,自動控制系統(tǒng)的方塊圖,方塊圖的幾點(diǎn)說明: 1、方塊圖中每一個方塊都代表一個具體裝置。 2、方塊與方塊之間的連接線的箭頭只代表方塊之間的信號聯(lián)系，并不代表方塊間物料的聯(lián)系。 3、信號具有單向性，只能向一個方向傳遞。 4、物理量是時間的函數(shù)、是不斷變化的，整個過程是一個動態(tài)過程。,自動控制系統(tǒng)的分類,按設(shè)定值的不同情況，將自動控制系統(tǒng)分為三類: 定值控制系統(tǒng)、隨動

8、控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)。 定值控制系統(tǒng) 設(shè)定值保持不變（為一恒定值）的反饋控制系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。 隨動控制系統(tǒng) 設(shè)定值不斷變化，且事先是不知道的，并要求系統(tǒng)的輸出（被控變量）隨之而變化。 程序控制系統(tǒng) 設(shè)定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數(shù)，即根據(jù)需要按一定時間程序變化,本次課小結(jié),重點(diǎn)掌握以下幾點(diǎn)： 1、自動控制系統(tǒng)的組成 2、能針對具體問題分析被控對象、被控變量、操縱變量及干擾。 3、開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別。 4、能熟練畫出具體系統(tǒng)的方塊圖。,課后作業(yè),通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館數(shù)字期刊查閱關(guān)于化工儀表及自動化在化工生產(chǎn)中的作用、應(yīng)用現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢等的相關(guān)文獻(xiàn)資料，并寫一篇小論文。 要求：1、用word形式以電子版方式交于學(xué)習(xí)