化工自动化及仪表PPT电子课件教案-第1章 自动控制系统概述

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1、化工自动化及仪表学习这门课的必要性：控制系统应用在国民生活的各个方面，化工领域的应用更加普遍，比如：炼油厂、化肥厂、纯碱生产过程在涤纶短纤维生产过程、制浆、造纸过程、制药等等。工艺人员也应该充分了解所用的控制系统，以及控制系统的特性。这样才能设计出合理、高效的生产工艺.使用常规仪表的中央控制室早期的DCS控制系统现在的DCS控制系统1自动控制系统概述本章的主要内容：1.1自动化及仪表发展概述1.2自动控制系统1.3控制系统过渡过程及品质指标1.1自动化及仪表发展概述控制理论的发展经典控制理论:20世纪40年～20世纪50年代Nyquist(1932)

2、频域分析技术Bode(1945)图根轨迹分析方法(1948)特点：主要从输出与输入量的关系方面分析与研究问题。适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。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控制规律是古典控制理论最辉煌的成果之一现代控制理论:20世纪60年代获得迅猛发展其主要内容为：（基础）线性系统理论，最优控制理论，最佳估计理论，系统辨识等。特点：从输入-状态-输出的关系全面地分析与研究系统。适用范围：不限于线性定常系统，也适用于线形时变，非线性及离散系统，多输入、多输出的情况。大系统理论:20世纪70年代开始将现代

3、控制理论与系统理论相结合核心思想：系统的分解与协调适用范围：高维线性系统智能控制理论:不需要建立被控对象的数学模型控制系统结构及仪表的发展控制系统结构的发展基地式：20世纪50年代，适用于单回路（就地式液位控制器及自力式温度控制器）单元组合式（按功能划分，然后组合）：DDZ,QDZ20世纪60年代，之间用标准统一信号联系计算机：DDC,20世纪70年代DCS（集散控制系统）先进控制和优化控制：CIPS,FCS20世纪80年代以后控制系统结构及仪表的发展自动化仪表的发展模拟仪表数字仪表智能仪表当前自动控制系统发展的一些主要特点生产装置实施先进控制成为发

4、展主流过程优化受到普遍关注传统的DCS在走向国际统一标准的开放式系统综合自动化系统（CIPS）是发展方向1.2自动控制系统1.2.1自动控制系统自动控制的必要性蒸汽汽包省煤器给水图1-1锅炉汽包示意图锅炉设备的控制任务主要是：根据生产负荷的需要，供应一定规格（压力、温度）的蒸汽，同时使锅炉在安全、经济的条件下运行。锅炉设备的主要控制系统有：（1）锅炉汽包水位的控制（3）过热蒸汽系统的控制（2）锅炉燃烧的控制汽包水位是锅炉运行的主要指标，维持水位在一定范围内是锅炉安全运行的首要条件。蒸汽汽包省煤器给水图1-1锅炉汽包示意图水位过低：汽包内水较少，负荷很

5、大时，水的汽化速度加快，汽包内水量急速减少，如不能及时得到控制，则会烧干，烧坏水冷壁，甚至爆炸。水位过高：影响汽包内的汽水分离，饱和水蒸汽带水过多，会使过热器管壁结构导致损坏，同时过热蒸汽温度急剧下降，作为汽轮机动力的话会损坏叶片，影响运行的安全及经济性。手动控制的步骤：蒸汽汽包省煤器给水图1-1锅炉汽包示意图(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。(1)观察液位数值；蒸汽汽包省煤器给水锅炉汽包液位自动控制系统示意图锅炉汽包液位自动控制系统加热炉温度控制系统蒸

6、汽汽包省煤器给水锅炉汽包自动控制系统示意图术语被控过程（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。被控过程：锅炉汽包被控变量：汽包液位被控变量：被控过程内要求保持设定值的工艺参数操纵变量：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操纵变量：水的流量扰动：水压力、蒸汽流量蒸汽汽包省煤器给水锅炉汽包自动控制系统示意图设定值：工艺参数所要求保持的数值偏差：被控变量实际值与设定值之差负反馈：将被控变量送回输入端并与输入变量相减蒸汽汽包省煤器给水锅炉汽

7、包自动控制系统示意图加热炉温度控制系统被控过程：被控变量：操纵变量：扰动：加热炉物料出口温度燃料油流量被加热原料油温度、燃料油热值等闭环控制：在反馈控制系统中，被控变量的值被送回输入端，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。蒸汽汽包省煤器给水锅炉汽包自动控制系统示意图1.2.2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。蒸汽汽包省煤器给水锅炉汽包自

8、动控制系统示意图开环控制的特点（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