化工自动化及仪表绪论研讨.ppt

化工自动化及仪表 最大偏差表示系统瞬间偏离给定值的最大程度。若偏差越大，偏离的时间越长，对稳定正常生产越不利。要求小。特别是对于一些有约束条件的系统，如化学反应器的化合物爆炸极限、触媒烧结温度极限等，都会对最大偏差的允许值有所限制。 　　同时考虑到干扰会不断出现，当第一个干扰还未清除时，第二个干扰可能又出现了，偏差有可能是叠加的，所以要限制最大偏差的允许值。因此，在决定最大偏差的允许值时，要根据工艺情况慎重选择。 在设定作用下的控制系统（随动控制系统）中，通常采用超调量这个指标来表示被控变量偏离设定值的程度，一般超调量以百分数给出。 A 超调量定义：第一个波的峰值与最终稳态值之差（即B=A-C）与稳态值C之比。 y t B B’ C 0 衰减比是衡量过渡过程稳定性的动态指标。 定义：第一个波的振幅与同方向第二个波的振幅之比。 （2）衰减比n 衰减比n C t y B B’ A 0 稳态特性 衰减比n n1:衰减振荡。n越大，则控制系统的稳定度也越高，当n趋于无穷大时，控制系统的过渡过程接近于非振荡过程。 n=1:等幅振荡。 n1:发散振荡。n越小，意味着控制系统的振荡过程越剧烈，稳定度也越低， * * 课程的重要性： 控制系统在石油、化工、制药、冶金、造纸等工业领域的应用非常普遍。生产过程中，对工艺变量，有着一定的控制要求。如： 1）精馏塔的塔顶或塔釜温度，在操作压力不变的情况下必须保持一定，才能得到合格的产品。 2）化学反应器的反应温度必须保持平稳，才能使效率达到指标。 因此，工艺技术人员必须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 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 1.1.1 控制理论的发展 1）经典控制理论:20世纪40～50年代 Nyquist(1932)频域分析方法 Bode图(1945 )分析方法 根轨迹(1948)分析方法 特点：主要从输出与输入量的关系来分析与研究问题。 适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。 它是以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控制系统进行分析与设计。PID控制规律是经典控制理论最辉煌的成果。 2）现代控制理论:20世纪60年代得到迅猛发展。 其主要内容为： 线性系统理论，最优控制理论，最佳估计理论，系统辨识。 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，也适用于线性时变，非线性及离散系统，多输入、多输出系统。 3）大系统理论:20世纪70年代开始 将现代控制理论与系统理论相结合形成大系统理论 核心思想： 系统的分解与协调 适用范围： 高维线性系统 1.1.2 控制仪表的发展 1）基地式：20世纪50年代，适用于单回路 2）单元组合式（按功能）： DDZ, QDZ 20世纪60年代，单元之间用标准统一信号联系 3）计算机： DDC, DCS （20世纪70年代） 自动化仪表的发展经历了如下过程： 模拟仪表--数字仪表--智能仪表。 1.1.3 当前自动控制系统发展的主要特点 生产装置实施先进控制成为发展主流 过程优化受到普遍关注 DCS正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 蒸汽 汽包 省煤器 给水 图1-1 锅炉汽包示意图 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。 蒸汽 汽包 省煤器 给水 锅炉汽包自动控制系统 加热炉的温度自动控制系统 蒸汽 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，针对需要控制的工艺参数的生产过程（设备或机器特性）。 被控变量：被控过程内需要控制的工艺参数。 被控过程：汽包 被控变量： 汽包液位 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、蒸汽压力等 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。 蒸汽 汽包 省煤器 给水 锅炉汽包自动控制系统示意图 加热