第一章 自动控制系统的基本概念.ppt

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,加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。 减轻劳动强度、改善劳动条件。 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。 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

2、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,控制室,现场,自动控制系统的组成及方块图,例：淋浴水温的调节,手动调节过程： 水温冷（热） 感知 大脑 手动 调节热水阀 目标温度,自动控制系统的组成及方块图,手动控制的步骤： (1)观察液位数值； (2)把观察到的实际数值与设定值加以比较，根据偏差的大小及变化情况做出判断，并发布命令。 (3)根据命令操作给水阀，使液位回到设定值。,人工调节,汽包锅炉给水人工调节示意图,人工/自动,自动调节,自动控制系统的组成及方块图,自动化与手动操作相对应： 自动检测装置 人眼（观察） 控制器 人的大脑（判断运算） 执行机

3、构 人手（实际操作调节）,总结： 自动控制系统的构成： 1、被控对象：自动控制系 统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器。 2、测量变送装置：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） 3、控制器：将设定值与测量信号进行比较，求出它们之间的偏差,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 4、执行器：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,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,压缩机,检测仪表,测温元

4、件,孔板节流元件,压力(差压)变送器,光电检测元件,电磁阀,气动调节阀,电动调节阀,继电器,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,被控过程：汽包 被控变量：汽包液位,术语 被控过程（被控 对象）：自动控制系 统中，工艺参数需要 控制的生产过程、设备 或机器。 被控变量：被控过程 内要求保持设定值的 工艺参数,操纵变量：水的流量 扰动：水压力、蒸汽压力,操纵变量：受控制 器操纵的用以克 服干扰的影响，使 被控变量保持设定 值的物料量或能量。 扰动：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。,设定值：工

5、艺参数所要求保持的数值 偏差：被控变量设定值与实际值之差 负反馈：将被控变量送回输入端并与输入变量相减,思考： 请分别指出右图加热炉的温度控制系统中， 被控过程 、被控变量 、操纵变量、 扰动,加热炉的温度控制系统,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,加热炉的温度控制系统,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，根据偏差进行控制，控制被控变量，这样，整个系统构成了一个闭环。 闭环控制的特点：必须有反馈环节。,闭环控制与开环控制,闭环控制的特点（优点）：按偏差进行控制，使偏差减小或消

6、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。,闭环控制与开环控制,开环控制： 控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反相联系。 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,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，控制很及时。 开环控制的缺点：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。,自动控制系统的方块图,定义：控制系统或系统中每个环节的功能和信号流向的图解表示 在研究自

7、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联系，一般都采用方块图。每个方框表示组成系统的一个环节，两个方框之间用带箭头的线段表示信号联系；进入方框的信号为环节输入，离开方框的为环节输出。,自动控制系统的方块图,自动控制系统的方块图,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,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

8、控制系统、程序控制系统。 定值控制系统 设定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为定值控制系统。 随动控制系统 设定值不断变化，且事先是不知道的，并要求系统的输出（被控变量）随之而变化。 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，即根据需要按一定时间程序变化,本次课小结,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