1控制系统的基本概念.ppt

1 过程装备控制技术及应用 本章主要内容： 控制系统概述 自动控制系统的基本组成 自动控制系统方块图 自动控制系统的分类 自动控制系统的过渡过程及性能指标 工艺管道及控制流程图 1.1 概述 1.1.1生产过程自动化系统所包含的内容 一般包括自动检测、自动信号连锁保护、自动操纵和自动控制等内容。 1. 自动检测系统 ，如图所示 1.1.1 化工自动化的主要内容 2. 自动信号和联锁保护系统 生产过程中的一种安全装置 对生产过程关键参数设置越限报警或连锁保护 作用：报警、连锁保护 当关键工艺参数超过了允许范围，在事故即将发生以前，信号系统就自动地发出声光信号告诫操作人员注意，并及时采取措施。 如工况已到达危险状态时，联锁系统立即自动采取紧急措施，打开安全阀或切断某些通路，必要时紧急停车，以防止事故的发生和扩大。 1.1.1 化工自动化的主要内容 3. 自动操纵及自动开停车系统 自动操纵系统是一种根据预先规定的步骤（程序），自动地对生产设备进行某种周期性操作。 如合成氨造气车间煤气发生炉的操作 自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。 1.1.1 化工自动化的主要内容 4. 自动控制系统 是利用自动控制仪表及装置构成的闭环系统，对生产过程中某些重要的工艺变量进行自动调节。 在工艺变量受到外界干扰（扰动）的影响而偏离正常状态时，自动控制系统能自动地控制而回到规定的数值范围内。 1.1.2 过程装备控制的任务和要求 1.过程装备控制的任务： 主要针对过程装备的主要参数进行控制。 主要参数包括： 温度T（temperature）；压力P（pressure）；流量F (flux)； 物位L（level)；成分A (analysis)和物性等 2 工业生产对过程装备控制的要求： 可以归纳为三项：即安全性、经济性和稳定性。 安全性是最重要也是最基本的要求。指在整个生产过程中，确保人身和设备的安全。 采用措施：越限报警、事故报警，连锁保护等 随着控制技术和计算机技术的不断发展，在线故障预测和诊断、容错控制等技术的引入，进一步提高了系统的安全性。 1.1.2 过程装备控制的任务和要求 经济性是要求生产成本低而效率高。随着市场竞争加剧和能源的匠乏，经济性已越来越受到各方面的重视。 稳定性是指系统应具有抵抗外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力。 影响稳定运行的因素是多方面的。如： 在生产过程中，原材料成分变化； 反应器内催化剂老化； 换热器表面结垢等 1.1.2 过程装备控制的任务和要求 在了解、掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础上，根据上述三项要求，应用理论对控制系统进行分析和综合，最后采用合适的技术手段加以实现。 过程装备控制是控制理论、工艺知识、计算机技术和仪器仪表等相结合而构成的一门综合性应用科学。 1.2 自动控制系统的基本组成 自动控制 1.2.2 自动控制系统的基本组成 自动控制系统的组成 几个术语： 1.3 自动控制系统的方块图 1.3 自动控制系统的方块图 在研究自动控制系统时，为了便于对系统分析研究，一般都用方块图来表示控制系统的组成。 下图为简单自动控制系统的方块图。图中： 每个方框表示组成系统的一个部分，称为“环节”。 带有箭头的线条表示其信号的相互关系，箭头指向方块表示为这个环节的输入，箭头离开方块表示为这个环节的输出。信息的传递是单向的。 线旁的字母表示相互间的作用信号。 1.3 自动控制系统的方块图 方块图中， x 指设定值；z 指输出信号；e 指偏差信号；p 指发出信号；q 指出料流量信号；y 指被控变量；f 指扰动作用。 当x 取正值，z取负值，e= x- z，负反馈； 当x 取正值，z取正值，e= x+ z，正反馈。 1.3 自动控制系统的方块图 用同一种形式地方块图可以代表不同的控制系统 1.3 自动控制系统的方块图 注意！方块图中的每一个方块都代表一个具体的装置。 1.3 自动控制系统的方块图 小结 自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。 与自动检测、自动操纵等开环系统比较，最本质的区别，就在于自动控制系统有负反馈，开环系统中，被控（工艺）变量是不反馈到输入端的。 1.3 自动控制系统的方块图 小结 1.3 自动控制系统的方块图 例1-1 如图1-3所示是一反应器温度控制系统示意图。 工艺过程： A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度保持不变。 图中：TT：温度变送器，Tc：温度控制器。 画出该温度控制系统的方块团，并指出该控制系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量变化的扰动各是什么? 例1-1答： 1.4 自动控制系统的分类 分类方法很多，如：