第一章 自动控制系统的基本概念1

化工仪表及 自动化课程说明及要求40学时（1-18周）授课形式：讲述+讨论+论文（作业）成绩：卷面成绩（70%）+平时成绩（30%）化工自动化的意义及目的v加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量 v减轻劳动强度、改善劳动条件v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，提高设备利用率、保障人身安全的目的 v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，以适应当代信息技术革命和信息产业革命的需要 化工自动化的发展概况化工自动化的发展概况 化工生产过程的自动化通常是指在石油、化工等工业生产中连续地或按一定程序进行的，以生产过程中的温度、压力、流量、物位及成份等参数作为被控变量，用各种技术、工具与方法完成检测、分析、判断和控制工作工业生产过程工业生产过程控制室控制室现场自动控制系统的组成及方块图v例：淋浴水温的调节手动调节过程：手动调节过程：水温冷（热）水温冷（热） 感知感知 大脑大脑手动手动 调节热水阀调节热水阀 目标温目标温度度 自动控制系统的组成及方块图蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水 锅炉汽包示意图锅炉汽包示意图手动控制的步骤：手动控制的步骤：(1)观察液位数值；观察液位数值； (2)把观察到的实际数把观察到的实际数值与设定值加以比较，值与设定值加以比较，根据偏差的大小及变化根据偏差的大小及变化情况做出判断，并发布情况做出判断，并发布命令。

命令 (3)根据命令操作给水根据命令操作给水阀，使液位回到设定值阀，使液位回到设定值 人工调节汽包W给水给水调节阀省煤器水冷壁过热器水位计蒸汽Dh汽包锅炉给水人工调节示意图人工/自动自动调节给水 w蒸汽 D测量单元调节单元执行单元汽包锅炉给水自动调节示意图h人工/自动h0自动控制系统的组成及方块图 LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水 锅炉汽包自动控制系统示意图锅炉汽包自动控制系统示意图自动化与手动操作相对应：自动化与手动操作相对应：自动检测装置自动检测装置 人眼人眼（观（观察）察）控制器控制器 人的大脑人的大脑（判断（判断运算）运算）执行机构执行机构 人手人手（实际操（实际操作调节）作调节） 总结：总结：v自动控制系统的构成：1、被控对象：、被控对象：自动控制系自动控制系 统中，工艺参数需要控制统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器的生产过程、设备或机器 2、测量变送装置：、测量变送装置：用来感受被控变量的变化并将它用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（气压、电压、电流）转换成一种特定的信号（气压、电压、电流）3、控制器：、控制器：将设定值与测量信号进行比较，求出它将设定值与测量信号进行比较，求出它们之间的偏差们之间的偏差,然后按照预先选定的控制规律进行计然后按照预先选定的控制规律进行计 算并将计算结果作为控制信号送给执行装置算并将计算结果作为控制信号送给执行装置4、执行器：、执行器：接受控制器的控制信号，直接推动被控接受控制器的控制信号，直接推动被控对象，使被控变量发生变化对象，使被控变量发生变化v被控对象被控对象列管式换热器各种化工设备-对象在自动化系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器。

填料式精馏塔压缩机各种化工设备-对象被控对象被控对象压缩机检测仪表检测仪表测温元件孔板节流元件压力(差压)变送器光电检测元件165电磁阀气动调节阀电动调节阀继电器执行器执行器可编程调节器计算机控制装置集散控制系统(DCS)可编程控制器(PLC)现场总线系统(FCS)控制器控制器 LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水 锅炉汽包自动控制系统示意图锅炉汽包自动控制系统示意图被控过程：被控过程：汽包汽包 被控变量：被控变量：汽包液位汽包液位术语术语 被控过程（被控被控过程（被控 对象对象）：自动控制系自动控制系 统中，工艺参数需要统中，工艺参数需要 控制的生产过程、设备控制的生产过程、设备 或机器 被控变量：被控变量：被控过程被控过程内要求保持设定值的内要求保持设定值的工艺参数工艺参数 LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水 锅炉汽包自动控制系统示意图锅炉汽包自动控制系统示意图操纵变量：操纵变量：水的流量水的流量 扰动：扰动：水压力、蒸汽压力水压力、蒸汽压力操纵变量：操纵变量：受控制受控制 器操纵的用以克器操纵的用以克服干扰的影响，使服干扰的影响，使被控变量保持设定被控变量保持设定值的物料量或能量。

值的物料量或能量 扰动：扰动：除操纵变量除操纵变量外，作用于被控过外，作用于被控过程并引起被控变量程并引起被控变量变化的因素变化的因素 LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水 锅炉汽包自动控制系统示意图锅炉汽包自动控制系统示意图设定值：设定值：工艺参数工艺参数所要求保持的数值所要求保持的数值 偏差：偏差：被控变量设被控变量设定值与实际值之差定值与实际值之差 负反馈：负反馈：将被控变将被控变量送回输入端并与量送回输入端并与输入变量相减输入变量相减 T 被 加 热 原 料 TT TC 燃 料 油 出 口 温 度 思考：思考：请分别指出请分别指出右图加热炉右图加热炉的温度控制的温度控制系统中，系统中，被控过程被控过程 、被控变量被控变量 、操纵变量、操纵变量、扰动扰动 加热炉的温度控制系统加热炉的温度控制系统 T 被加热原料 TT TC 燃料油 出口温度 被控过程被控过程：加热炉加热炉被控变量：物料出口温度被控变量：物料出口温度操纵变量：燃料油流量操纵变量：燃料油流量扰动：被加热原料油温度、燃料油热值等扰动：被加热原料油温度、燃料油热值等加热炉的温度控制系统加热炉的温度控制系统闭环控制与开环控制 v闭环控制：闭环控制： 在反馈控制系统中，被控变量送回输入在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设定值进行比较，根据偏差进行控制，端，与设定值进行比较，根据偏差进行控制，控制被控变量，这样，整个系统构成了一个控制被控变量，这样，整个系统构成了一个闭环。

闭环闭环控制的特点：必须有反馈环节闭环控制的特点：必须有反馈环节闭环控制与开环控制v闭环控制的特点（优点）：闭环控制的特点（优点）：按偏差进行控制，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使偏差减小或消除，达到被控变量与设定值一致的目的一致的目的 v闭环控制的缺点：闭环控制的缺点：控制不够及时；如果系统控制不够及时；如果系统内部各环节配合不当，系统会引起剧烈震荡，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甚至会使系统失去控制闭环控制与开环控制v开环控制：开环控制： 控制器与被控对象之间只有顺向控制控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反相联系而没有反相联系 简单的说：就是输出信号对控制作用没简单的说：就是输出信号对控制作用没有影响闭环控制与开环控制v开环控制的特点（优点）：开环控制的特点（优点）：不需要对被控变不需要对被控变量进行测量，只根据输入信号进行控制，控量进行测量，只根据输入信号进行控制，控制很及时制很及时 v开环控制的缺点：开环控制的缺点：由于不测量被控变量，也由于不测量被控变量，也不与设定值相比较，所以系统受到扰动作用不与设定值相比较，所以系统受到扰动作用后，被控变量偏离设定值，并无法消除偏差，后，被控变量偏离设定值，并无法消除偏差，这是开环控制的缺点。

这是开环控制的缺点 自动控制系统的方块图 定义：定义： 在研究自动控制系统时，为了更清楚的表示在研究自动控制系统时，为了更清楚的表示控制系统各环节的组成、特性和相互间的信号控制系统各环节的组成、特性和相互间的信号联系，一般都采用方块图每个方框表示组成联系，一般都采用方块图每个方框表示组成系统的一个系统的一个环节环节，两个方框之间用带箭头的线，两个方框之间用带箭头的线段表示段表示信号信号联系；进入方框的信号为联系；进入方框的信号为环节输入环节输入，离开方框的为离开方框的为环节输出环节输出 自动控制系统的方块图控制器执行器对象测量元件、变送器x比较机构(偏差）-Zeqfy扰动被控变量测量值给定值自动控制系统的方块图v方块图的几点说明:1、方块图中每一个方块都代表一个具体装置2、方块与方块之间的连接线的箭头只代表方块之间的信号联系，并不代表方块间物料的联系3、信号具有单向性，只能向一个方向传递4、物理量是时间的函数、是不断变化的，整个过程是一个动态过程 自动控制系统的分类 v按设定值的不同情况，将自动控制系统分为三类按设定值的不同情况，将自动控制系统分为三类: 定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。

定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统 定值控制系统定值控制系统 设定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统设定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为定值控制系统称为定值控制系统 随动控制系统随动控制系统 设定值不断变化，且事先是不知道的，并要求系设定值不断变化，且事先是不知道的，并要求系统的输出（被控变量）随之而变化统的输出（被控变量）随之而变化 程序控制系统程序控制系统 设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，设定值也是变化的，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即根据需要按一定时间程序变化 本次课小结v重点掌握以下几点： 1、自动控制系统的组成 2、能针对具体问题分析被控对象、被控变量、操纵变量及干扰 3、开环与闭环系统的区别 4、能熟练画出具体系统的方块图课后作业 通过网络、图书馆数字期刊查阅关于化工仪表及自动化在化工生产中的作用、应用现状及未来发展趋势等的相关文献资料，并写一篇小论文要求：1、用word形式以电子版方式交于学习 委员 2、字数不少于2000字 3、题目为小二号黑体；各节的一级题序与标题为小三号黑体，各节的二级题序及标题为四号黑体，各节的三级题序及标题为小四号黑体，正文用小四号宋体。

4、行间距为22磅，即每页32行，每行37字 5、如有雷同，均无成绩。