储运专业仪表及自动化介绍教学课件PPT.ppt

储运仪表及自动化 适用于储运专业 目的和意义 在储运等生产设备上 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 称为储运自动化 实现化工自动化的目的是 加快生产速度 降低生产成本 提高产品数量和质量 降低劳动强度 改善劳动成本 确保生产安全学习本课程的意义在于 扩大知识面 适应生产现代化需要 扩大就业途径 化工自动化的发展历程 1950 s 1960 s基地式气动单元仪表 基地式电动单元仪表 膜片式仪表 为储运单元操作的发展提供了技术支撑 1970 s 1980 s单元组合 型仪表 qdz ddz 1990 s 单元组合 型仪表 qdz ddz 本课程主要内容 基本概念控制系统控制对象仪器仪表测量显示调节执行控制系统 简单系统 复杂系统 计算机控制系统 系统构成 接口与转换 第一章自动调节系统基本概念 第一节自动化的主要内容第二节自动调节系统的组成第三节自动调节系统的表示方法第四节自动调节系统的分类第五节自动调节的过渡过程和系统品质指标 第一节自动化的主要内容 自动检测自动保护与报警自动操纵与启停自动调节 自动调节系统的组成 四部分 测量仪表 显示记录仪表 调节器 执行机构 第三节自动调节系统的表示方法 方块图表示方式流程图表示方式 自动控制的基本概念 1 1自动控制系统飞球调节器的发明进一步推动了蒸汽机的应用 促进了工业生产的发展 控制流程图符号意义 控制流程图字母意义 第四节自动调节系统的分类 按被调参数分类 流量调节 温度调节 压力调节 物位调节等 按调节规律分类 比例调节 比例微分调节 比例积分调节 比例微分积分调节按被调参数的变化规律分类 定值调节系统 给定值为常数 随动调节系统 给定值为变数 要求跟随变化 程序控制调节系统 按预定时间顺序控制参数 按信号种类分类 气动调节系统 电动调节系统 第五节自动调节的过度过程和系统品质指标 1 控制系统的过渡过程控制系统的过渡过程 在扰动或给定值变化的情况下 被控量偏离给定值和在控制调节作用下 接近给定值或跟随给定值变化的过程 控制系统的动态特性被控参数向给定值变化过程的特性 控制系统的静态特性经过调节作用后 被控参数处于稳定范围时的特性 第五节自动调节的过度过程和系统品质指标 飞升曲线 在单位阶跃输入 因扰动或设定值变化 使被控参数和设定值之间出现阶跃性变化 下 过度参数的变化曲线 输入量 时间t 0 t0 飞升曲线的四种形式 控制系统的品质指标 最大偏差a 衰减比 a c b c 4 1 10 1余差c 过渡时间t 振荡周期t 例1 1热力系统如图1 2所示为一个热力系统 通过调节蒸汽阀门 使流出的热水保持一定的温度 如果由手工控制 就要求控制者观测温度计的指示值 调节阀门开关的开度 调节方法为 如果温度计的指值高于期望值 则关小阀门 降低热水温度 否则 开大阀门 升高热水温度 从而使流出的热水保持设定的温度 例1 2直流电动机速度控制系统如图1 3所示直流电动机速度控制系统 控制目标是使电动机稳定在要求的转速上运行 从图中可见 对应滑动电阻器的触点的某一位置 有一给定电压 经过放大器放大为 即为电动机电枢电压 在没有任何扰动的情况下 对应滑动电阻器的触点的某一位置 则有一电机转速与之对应 上述两个系统都是由人工控制的 可以看出 人在控制过程中起三个作用 1 观测 用眼睛去观测温度计和转速表的指示值 2 比较与决策 人脑把观测得到的数据与要求的数据相比较 并进行判断 根据给定的控制规律给出控制量 3 执行 根据控制量用手具体调节 如调节阀门开度 改变触点位置 在自动控制中 用控制装置代替人来完成上述功能 例如 自动控制热力系统如图1 4所示 直流电动机自动调速系统如图1 5所示 因此所谓自动控制是在没有人参与的情况下 系统的控制器自动地按照人预定的要求控制设备或过程 使之具有一定的状态和性能 具有自动控制功能的系统称为自动控制系统 1 2自动控制系统的类型1 2 1开环 闭环与复合控制系统1 开环控制系统如果控制系统的被控量对系统没有控制作用 这种控制系统称为开环控制系统 开环控制系统的控制原理如图1 6所示 2 闭环控制系统或反馈控制系统定义如果系统的被控量直接或间接地参与控制 这种系统称为闭环控制系统或更直接地称为反馈控制系统 反馈控制系统的控制原理如图1 7所示 系统中存在采样 保持 数字处理等过程 具有一些独特的性能 随计算机的发展自动化系统得到越来越广泛的应用 第二章自动控制的基本概念 自动控制系统组成及常用术语自动控制系统的方框图过渡过程及其品质指标 2 1自动控制系统组成及常用术语 组成受控对象 过程 工作的机器 装备等 从传感器到执行器之间被控量 表征其工作状态的物理量如t p测量变送 对被控量进行测量 转换成标准信号 的装置调节器 把测定值和设定值进行比较的装置执行器 调节阀 把调节器的指令成比例地转换为直线或角位移地装置自动控制系统 受控对象和控制装置的总体 一 人工控制和自动控制 人工控制 在人的直接参与下 使被控量等于给定值反应不及时 可以处理复杂问题自动控制 在没有人的直接参与下 利用控制装置操纵受控对象 使被控量等于给定值反应快 按设定的程序控制 必须有模型 人工控制 人在完成一项有目的的任务所经历的过程眼睛 观察大脑 分析决策 预期目标油门 执行汽车 受控对象 被控量 人工控制和自动控制的类比 自动控制的基本方式 开式控制之一 按给定值的操纵 闭式 反馈 控制 按偏差调节 二 自控系统的组成 过程控制 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 自动控制系统的被控制量是温度 压力 流量 液位成分 粘度 湿度以及ph值等的系统 三 常用术语被控过程 简称过程或称被控对象 在自动控制系统中 工艺变量需要控制的生产过程 设备或机械等 如锅炉汽包 被控变量 被控过程内要求保持设定数值的工艺变量称为被控变量 例如锅炉汽包内的水位 操纵变量 指受控于调节阀 用以克服扰动的影响 使被控变量保持设定值的物料量或能量 称为操纵变量 例如锅炉给水 扰动 干扰 除操纵变量外 作用于被控过程并引起被控变量变化的因素 称为扰动 例如蒸汽负荷的变化 设定值 被控变量的预定值称为设定值 例如锅炉汽包中预先设定的水位值 偏差 是被控变量的设定值与实际值之差 但是 能够直接获取的信息是被控变量的测量值而不是实际值 因此 在控制系统中通常把设定值与测量值之差作为偏差 2 2自动控制系统的方框图 调节器 调节阀 过程 从传感器到调节阀之间的管道设备测量变送 一 方框图的画法 每个方框表示组成该系统的一个环节两个方框之间一条带有箭头的连线表示其相互关系 不表示方框之间的物料联系 过热蒸汽温度控制系统 液位控制器 储罐 ht hc 差压变送器 液位调节器 执行器 干扰 烤炉温度控制示意图 位置随动系统原理图 调速系统图 二 自控系统的分类 按系统的结构特点分类反馈控制系统前馈控制系统前馈 反馈控制系统 按给定值信号的特点分类定值控制系统 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 一 系统的静态和动态二 过渡过程基本形式三 品质指标 2 3过渡过程及其品质指标 一 系统的静态和动态 静态 输入不变 调节系统在调节器的自动调节作用下 被调量不再随时间变化的平衡状态动态 被调量随时间变化 系统处于不平衡状态一个运行的系统 时时刻刻都有扰动作用于对象 被调量偏离设定值 重点应研究系统和环节的动态特性上 二 过渡过程基本形式 发散振荡等幅振荡衰减振荡 发散振荡 等幅振荡 给定值 余差 tpts 衰减振荡 1 衰减振荡 2 单调过程 无振荡过程 三 品质指标 余差 e 系统过渡过程终了时给定值与被控参数稳定值之差最大偏差 a 被控参数第一个波的峰值与给定值的差衰减比 n 振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比衰减率 f 经过一个周期后 波动幅度衰减的百分比过渡过程时间 ts 系统过渡过程曲线进入新的稳定值的5 或2 范围内所需的时间峰值时间 tp 系统过渡过程曲线到达第一个峰值所需的时间 反映系统响应的灵敏程度 典型的单位阶跃响应曲线 衰减振荡形式 动态性能指标主要有 a 上升时间b 超调量c 超调时间d 调节时间 不同的控制系统对于性能指标的要求不同 stepresponse 0 0 5 1 1 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 超调时间tp 上升时间tr 调节时间ts time sec amplitude 响应稳态值 5 的稳态值 超调量 衰减振荡的品质指标 给定值 衰减振荡的品质指标 y2 y1 过渡过程时间 ts 系统过渡过程曲线进入新的稳定值的5 或2 范围内所需的时间峰值时间 tp 系统过渡过程曲线到达第一个峰值所需的时间 反映系统响应的灵敏程度 给定值 tp 衰减振荡的品质指标 ts 余差2 或5 等幅振荡的品质指标 过渡时间 峰值时间 衰减率衰减比 发散振荡的品质指标 过渡时间 峰值时间 偏差性能指标 min 平方误差积分准则时间乘误差平方积分准则误差绝对值积分准则时间乘误差绝对值积分准