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1、儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件-01儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件l課程學時：課程學時：56學時，其中實驗學時，其中實驗6學時。學時。l使用教材：使用教材：何道清、諶海云、張禾編何道清、諶海云、張禾編儀表與自動化儀表與自動化（第二版）北京：（第二版）北京：化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社,2011l參考資料：參考資料：l【1】厲玉鳴編厲玉鳴編.化工儀表及自動化化工儀表及自動化.北京北京:化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社,2003l【2】楊麗明等編楊麗明等編.化工自動化及儀表化工自動化及儀表.北京北京:化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社,2004l【

2、3】愈金壽主編愈金壽主編.過程自動化及儀表過程自動化及儀表.北京北京:化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社,2003l【4】何道清編何道清編.傳感器與傳感器技術傳感器與傳感器技術.北京北京:科學出版社科學出版社,2004l【5】陳夕松陳夕松.汪木蘭汪木蘭.過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng).北京北京:科學出版社科學出版社,2005l【6】王可華王可華.張繼峰張繼峰.石油儀表及自動化石油儀表及自動化.北京北京:石油工業(yè)出版社，石油工業(yè)出版社，2006l【7】Curtis D Johnson，Process Control Instrumentation Technologyl【8】西南石油大學網站西南石油大學網站

3、儀表與自動化儀表與自動化網絡課件網絡課件儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件l教學重點教學重點l自動控制系統(tǒng)的基本概念及被控對象的數學模型；自動控制系統(tǒng)的基本概念及被控對象的數學模型；l自動控制系統(tǒng)中的自動化儀表（測量元件及變送器，顯自動控制系統(tǒng)中的自動化儀表（測量元件及變送器，顯示儀表，自動控制儀表，執(zhí)行器等）；示儀表，自動控制儀表，執(zhí)行器等）；l控制系統(tǒng)（簡單控制系統(tǒng)，復雜控制系統(tǒng)，計算機控制控制系統(tǒng)（簡單控制系統(tǒng)，復雜控制系統(tǒng)，計算機控制系統(tǒng)簡介）；系統(tǒng)簡介）；l控制方案設計及典型設備的控制方案設計分析?？刂品桨冈O計及典型設備的控制方案設計分析。l考核方法考核方法l平時平時(作業(yè)作業(yè)

4、+考勤考勤+實驗實驗)30%+期末考試期末考試70%儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件l緒論緒論l1 自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l1.1 工業(yè)自動化的主要內容工業(yè)自動化的主要內容l1.2 自動控制系統(tǒng)的組成和分類自動控制系統(tǒng)的組成和分類l1.3 自動控制系統(tǒng)方塊圖自動控制系統(tǒng)方塊圖l1.4 工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖l1.5 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質指標l習題與思考題習題與思考題儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件l2 被控對象的數學模型被控對象的數學模型l2.1 對象的特性及其描述方法對象的特性及其描述方法l2.2 對

5、象數學模型的建立對象數學模型的建立l2.3 描述對象特性的參數描述對象特性的參數l習題與思考題習題與思考題儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件l3 檢測儀表與傳感器檢測儀表與傳感器l3.1 概述概述l3.2 壓力檢測及儀表壓力檢測及儀表l3.3 流量檢測及儀表流量檢測及儀表l3.4 物位檢測及儀表物位檢測及儀表l3.5 溫度檢測及儀表溫度檢測及儀表l習題與思考題習題與思考題儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件l4 顯示儀表顯示儀表l4.1 動圈式顯示儀表動圈式顯示儀表l4.2 自動電子電位差計自動電子電位差計l4.3 自動電子平衡電橋自動電子平衡電橋l4.4 數字式顯示儀表數字式顯示儀

6、表l4.5 新型顯示記錄儀表新型顯示記錄儀表l習題與思考題習題與思考題儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件l5 自動控制儀表自動控制儀表l5.1 概述概述l5.2 控制規(guī)律及其特點控制規(guī)律及其特點l5.3 模擬式控制器模擬式控制器l5.4 數字式控制器數字式控制器l習題與思考習題與思考題題儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件l6 執(zhí)行器執(zhí)行器l6.1 概述概述l6.2 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器l6.3 電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器l6.4 電電-氣轉換器及電氣轉換器及電-氣閥門定位器氣閥門定位器l6.5 控制閥的選擇控制閥的選擇l習題與思考習題與思考題題儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件l7

7、 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)l7.1 簡單控制系統(tǒng)的結構與組成簡單控制系統(tǒng)的結構與組成l7.2 被控變量的選擇被控變量的選擇l7.3 操縱變量的選擇操縱變量的選擇l7.4 測量元件特性的影響測量元件特性的影響l7.5 控制器的選擇控制器的選擇l7.6 控制器參數的工程整定控制器參數的工程整定l習題與思考習題與思考題題儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件l8 復雜控制系統(tǒng)復雜控制系統(tǒng)l8.1 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)l8.2 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)l8.3 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)l8.4 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)l8.5 選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)l8.6 分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)l8.

8、7 多沖量控制系統(tǒng)多沖量控制系統(tǒng)l8.8 新型控制系統(tǒng)新型控制系統(tǒng)l習題與思考習題與思考題題儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件l9 典型設備控制方案典型設備控制方案l9.1 流體輸送設備的自動控制流體輸送設備的自動控制l9.2 傳熱設備的自動控制傳熱設備的自動控制l9.3 精餾塔的自動控制精餾塔的自動控制l9.4 化學反應器的自動控制化學反應器的自動控制l習題與思考習題與思考題題儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件l10 計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)l10.1 計算機控制系統(tǒng)的原理與組成計算機控制系統(tǒng)的原理與組成l10.2 計算機控制系統(tǒng)的分類與特點計算機控制系統(tǒng)的分類與特點l習題與

9、思考習題與思考題題儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件0.緒論緒論l0 0 緒論緒論l0.10.1儀表自動化的概念儀表自動化的概念l生產過程自動化，就是在生產過程中，采用自動化儀表及裝置，生產過程自動化，就是在生產過程中，采用自動化儀表及裝置，來檢測、顯示、記錄和控制生產過程中的重要工藝參數，以代替來檢測、顯示、記錄和控制生產過程中的重要工藝參數，以代替操作人員的直接操作，使整個生產過程能自動地維持正常狀態(tài)；操作人員的直接操作，使整個生產過程能自動地維持正常狀態(tài)；當受到外界干擾的影響而偏離正常狀態(tài)時，又能自動地調回到規(guī)當受到外界干擾的影響而偏離正常狀態(tài)時，又能自動地調回到規(guī)定的數值范圍內。

10、這種用自動化儀表來控制生產過程的方法，即定的數值范圍內。這種用自動化儀表來控制生產過程的方法，即生產過程自動化。生產過程自動化。l儀表自動化技術是一門綜合性的技術學科，它應用自動控制學科、儀表自動化技術是一門綜合性的技術學科，它應用自動控制學科、儀器儀表學科及計算機學科的理論與技術服務于各類生產過程，儀器儀表學科及計算機學科的理論與技術服務于各類生產過程，以實現生產過程的自動化。以實現生產過程的自動化。l生產過程或設備的自動控制，實現了生產工藝參數從測量、顯示、生產過程或設備的自動控制，實現了生產工藝參數從測量、顯示、記錄到控制以及對生產設備的操作和保護等環(huán)節(jié)，都用自動化儀記錄到控制以及對生產

11、設備的操作和保護等環(huán)節(jié)，都用自動化儀表及裝置按設定的工藝過程來自動完成，從而使生產質量得以提表及裝置按設定的工藝過程來自動完成，從而使生產質量得以提高，并大大地減輕工人的勞動強度，同時，也更好地保證生產安高，并大大地減輕工人的勞動強度，同時，也更好地保證生產安全，延長設備使用壽命，降低能量消耗和生產成本，為生產企業(yè)全，延長設備使用壽命，降低能量消耗和生產成本，為生產企業(yè)帶來了良好的經濟效益和社會效益。帶來了良好的經濟效益和社會效益。儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件0.緒論緒論l0.20.2儀表自動化技術的發(fā)展概況儀表自動化技術的發(fā)展概況l自動化發(fā)展主要特點：自動化發(fā)展主要特點：l生產生

12、產的需要、理論的開拓與技術手段的進展三者相互推動，相互促進的需要、理論的開拓與技術手段的進展三者相互推動，相互促進 。l自動化發(fā)展主要階段自動化發(fā)展主要階段:l機器生產機器生產 控制理論控制理論 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng) 復雜控制系統(tǒng)復雜控制系統(tǒng) 現代控制系統(tǒng)現代控制系統(tǒng)(直接數字控制直接數字控制-DDC-DDC，集散控制，集散控制系統(tǒng)系統(tǒng)-DCS-DCS，SCADASCADA系統(tǒng)系統(tǒng),等等)；或或基地式控制器等組成的控制系統(tǒng)基地式控制器等組成的控制系統(tǒng) 單元組合儀表組成的控制系統(tǒng)單元組合儀表組成的控制系統(tǒng) 計算機控制系統(tǒng)（計算機控制系統(tǒng)（DCSDCS）二級優(yōu)化控制系統(tǒng)。二級優(yōu)化控制系統(tǒng)。l0

13、.30.3儀表自動化課程的性質、任務與要求儀表自動化課程的性質、任務與要求l是一門綜合性、實踐性較強的專業(yè)技術課。是一門綜合性、實踐性較強的專業(yè)技術課。l應掌握生產自動化過程中各類檢測儀表、顯示儀表、控制儀表和執(zhí)行應掌握生產自動化過程中各類檢測儀表、顯示儀表、控制儀表和執(zhí)行儀器的基本結構與工作原理，了解儀表的特性、安裝及應用特點，以儀器的基本結構與工作原理，了解儀表的特性、安裝及應用特點，以便在實際生產過程中能正確選擇、使用常用儀表，并具備簡單儀表故便在實際生產過程中能正確選擇、使用常用儀表，并具備簡單儀表故障的分析、處理能力。同時，應熟悉自動控制系統(tǒng)的結構組成、控制障的分析、處理能力。同時，

14、應熟悉自動控制系統(tǒng)的結構組成、控制特性、設計方法和運行管理，使儀表自動化技術能夠更好地在工業(yè)生特性、設計方法和運行管理，使儀表自動化技術能夠更好地在工業(yè)生產中發(fā)揮應有的作用。產中發(fā)揮應有的作用。儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件0.緒論緒論儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件0.緒論緒論儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l1 自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l1.1 工業(yè)自動化的主要內容工業(yè)自動化的主要內容l1.1.1 自動檢測系統(tǒng)自動檢測系統(tǒng)l利用各種檢測儀表對主要工藝參數進行測量、指示或記利用各種檢測儀表對主要工藝參數進行

15、測量、指示或記錄的，稱為自動檢測系統(tǒng)。錄的，稱為自動檢測系統(tǒng)。l1.1.2 自動信號和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)自動信號和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)l對某些關鍵性參數設有自動信號聯(lián)鎖裝置。當工藝參數對某些關鍵性參數設有自動信號聯(lián)鎖裝置。當工藝參數超過了允許范圍，在事故發(fā)生以前，信號系統(tǒng)就自動地超過了允許范圍，在事故發(fā)生以前，信號系統(tǒng)就自動地發(fā)出聲光報警信號，告誡操作人員注意，并及時采取措發(fā)出聲光報警信號，告誡操作人員注意，并及時采取措施。如工況已到達危險狀態(tài)時，聯(lián)鎖系統(tǒng)立即自動采取施。如工況已到達危險狀態(tài)時，聯(lián)鎖系統(tǒng)立即自動采取緊急措施，打開安全閥或切斷某些通路，必要時緊急停緊急措施，打開安全閥或切斷某些通路，必要時緊急

16、停車，以防止事故的發(fā)生和擴大。它是生產過程中的一種車，以防止事故的發(fā)生和擴大。它是生產過程中的一種安全裝置。安全裝置。儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l1.1.3 自動操縱及自動開停車系統(tǒng)自動操縱及自動開停車系統(tǒng)l自動操縱系統(tǒng)可以根據預先規(guī)定的步驟自動地對生產設備進行某自動操縱系統(tǒng)可以根據預先規(guī)定的步驟自動地對生產設備進行某種周期性操作。極大地減輕操作工人的重復性體力勞動。種周期性操作。極大地減輕操作工人的重復性體力勞動。l自動開、停車系統(tǒng)可以按照預先規(guī)定好的步驟，將生產過程自動自動開、停車系統(tǒng)可以按照預先規(guī)定好的步驟，將生產過程自動地投入運

17、行或自動停車。地投入運行或自動停車。l1.1.4 自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)l對生產中某些關鍵性參數進行自動控制，使它們在受到外界干擾對生產中某些關鍵性參數進行自動控制，使它們在受到外界干擾（擾動）的影響而偏離正常狀態(tài)時，能自動地控制而回到規(guī)定的（擾動）的影響而偏離正常狀態(tài)時，能自動地控制而回到規(guī)定的數值范圍內，為此目的而設置的系統(tǒng)就是自動控制系統(tǒng)。數值范圍內，為此目的而設置的系統(tǒng)就是自動控制系統(tǒng)。l自動檢測系統(tǒng)自動檢測系統(tǒng)只能完成只能完成“了解了解”生產過程進行情況的任務；生產過程進行情況的任務；信號聯(lián)信號聯(lián)鎖保護系統(tǒng)鎖保護系統(tǒng)只能在工藝條件進入某種極限狀態(tài)時，采取安全措施，只能在工藝條件進入

18、某種極限狀態(tài)時，采取安全措施，以避免生產事故的發(fā)生；以避免生產事故的發(fā)生；自動操縱系統(tǒng)自動操縱系統(tǒng)只能按照預先規(guī)定好的步只能按照預先規(guī)定好的步驟進行某種周期性操縱；只有驟進行某種周期性操縱；只有自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)才能自動地排除各種才能自動地排除各種干擾因素對工藝參數的影響，使它們始終保持在預先規(guī)定的數值干擾因素對工藝參數的影響，使它們始終保持在預先規(guī)定的數值上，保證生產維持在正?；蜃罴训墓に嚥僮鳡顟B(tài)。上，保證生產維持在正?；蜃罴训墓に嚥僮鳡顟B(tài)。儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l1.2 自動控制系統(tǒng)的組成和分類自動控制系統(tǒng)的組成和分類l1

19、.2.1 人工控制與自動控制人工控制與自動控制l（1）液位人工控制液位人工控制 ：檢測檢測眼；眼；運算（思考）、命令運算（思考）、命令腦；腦；執(zhí)行執(zhí)行手。手。圖圖1-1 液位人工控制液位人工控制儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念（2）液位自動控制：液位自動控制：測量元件及變送器測量元件及變送器眼；眼；控制器控制器腦；腦；執(zhí)行器執(zhí)行器手。手。1.2.2 自動控制系統(tǒng)組成：自動控制系統(tǒng)組成：儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l簡單控制系統(tǒng)實例簡單控制系統(tǒng)實例圖圖1-3 1-3 簡單液位控制系統(tǒng)組成示

20、意圖簡單液位控制系統(tǒng)組成示意圖 儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l1.2.3 自動控制系統(tǒng)的分類：自動控制系統(tǒng)的分類：l按按被控變量被控變量分：分：l溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)流量控制系統(tǒng)、液位液位控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)、成分控制系統(tǒng)等；成分控制系統(tǒng)等；l按按控制規(guī)律控制規(guī)律分：分：l比例比例控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)、比例積分、比例積分控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)、比例微分、比例微分控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、比例積分微分比例積分微分控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)等；等；l按按基本基本結構結構分：分：l開環(huán)開環(huán)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)、閉環(huán)、閉環(huán)控制系統(tǒng)；控制

21、系統(tǒng)；l按按信號信號特點分：特點分：l定值控制定值控制、隨動控制隨動控制、順序（程序）控制。順序（程序）控制。儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l1.2.4 工業(yè)自動化儀表的分類：工業(yè)自動化儀表的分類：l（1）按儀表使用的能源分類：）按儀表使用的能源分類：l電動儀表（電能）；氣動儀表（壓縮空氣）；液電動儀表（電能）；氣動儀表（壓縮空氣）；液動儀表（少用）。動儀表（少用）。l（2）按信息的獲得、傳遞、反映和處理的過程分類：）按信息的獲得、傳遞、反映和處理的過程分類：l檢測儀表；顯示儀表；集中控制裝置；控制儀檢測儀表；顯示儀表；集中控制裝置；控制儀

22、表；執(zhí)行器。表；執(zhí)行器。l（3）按儀表的組成形式分類：）按儀表的組成形式分類：l基地式儀表：基地式儀表集變送、顯示、控制各部分基地式儀表：基地式儀表集變送、顯示、控制各部分功能于一體，單獨構成一個固定的控制系統(tǒng)；單元組功能于一體，單獨構成一個固定的控制系統(tǒng)；單元組合儀表：單元組合式儀表將變送、控制、顯示等功能制合儀表：單元組合式儀表將變送、控制、顯示等功能制成各自獨立的儀表單元，各單元間用統(tǒng)一的輸入、輸出成各自獨立的儀表單元，各單元間用統(tǒng)一的輸入、輸出信號相聯(lián)系。信號相聯(lián)系。儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l單元組合儀表命名與性能：單元組合儀

23、表命名與性能：l QDZ（“氣氣”、“單單”、“組組”）氣動單元組合儀表）氣動單元組合儀表l統(tǒng)一標準氣源壓力：統(tǒng)一標準氣源壓力：0.14MPa；l統(tǒng)一標準信號：統(tǒng)一標準信號：0.020.1MPa(20100kPa)；l氣路導管：氣路導管：6 1紫銅管、塑料管、尼龍單管和管纜；紫銅管、塑料管、尼龍單管和管纜；l精度：精度：1.0級、級、1.5級。級。l DDZ（“電電”、“單單”、“組組”）型電動單元組合儀表型電動單元組合儀表l統(tǒng)一標準電源：交流統(tǒng)一標準電源：交流220V；l統(tǒng)一標準信號：現場傳輸信號統(tǒng)一標準信號：現場傳輸信號010mA；控制室聯(lián)絡信號；控制室聯(lián)絡信號02V；l精度：精度：0.5

24、級、級、1.0級、級、1.5級。級。l DDZ（“電電”、“單單”、“組組”）型電動單元組合儀表型電動單元組合儀表l統(tǒng)一標準電源：統(tǒng)一標準電源：24V直流；直流；l統(tǒng)一標準信號：現場傳輸信號統(tǒng)一標準信號：現場傳輸信號420mA；控制室聯(lián)絡信號；控制室聯(lián)絡信號15V；l精度：精度：0.2級、級、0.5級、級、1.0級、級、1.5級。級。儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l（4）按防爆能力分類）按防爆能力分類l普通型：普通型：l凡是未采取防爆措施的儀表，只能應用在非危險場所。凡是未采取防爆措施的儀表，只能應用在非危險場所。l隔爆型：隔爆型：l采取隔

25、離措施以防止引燃引爆事故的儀表。采取隔離措施以防止引燃引爆事故的儀表。l安全火花型儀表：安全火花型儀表：l這類儀表采用低壓直流小功率電源供電，并且對電路中這類儀表采用低壓直流小功率電源供電，并且對電路中的儲能元件的儲能元件(例如電容、電感例如電容、電感)嚴加限制，使電路在故障嚴加限制，使電路在故障下所產生的火花微弱到不足以點燃周圍的易燃氣體。此下所產生的火花微弱到不足以點燃周圍的易燃氣體。此外，危險區(qū)以外發(fā)生電路的混觸，也有可靠的措施，使外，危險區(qū)以外發(fā)生電路的混觸，也有可靠的措施，使高電壓、大電流不能進入危險區(qū)。高電壓、大電流不能進入危險區(qū)。儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控

26、制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l1.3 自動控制系統(tǒng)方塊圖自動控制系統(tǒng)方塊圖l由傳遞方塊（環(huán)節(jié)、裝置）、帶箭頭的信號線、綜合點、分支構成的由傳遞方塊（環(huán)節(jié)、裝置）、帶箭頭的信號線、綜合點、分支構成的表示控制系統(tǒng)組成和作用的圖形。如圖表示控制系統(tǒng)組成和作用的圖形。如圖1-41-4所示所示 帶箭頭的信號線表示方塊間的相互關系及信號的流向。帶箭頭的信號線表示方塊間的相互關系及信號的流向。圖圖1-4 1-4 自動控制系統(tǒng)方塊圖自動控制系統(tǒng)方塊圖儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l例：蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)例：蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)圖圖1-5 1-5

27、 蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念作業(yè)作業(yè):1-3，1-7，1-8，1-11圖圖1-4 貯槽液位控制系統(tǒng)與蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)貯槽液位控制系統(tǒng)與蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l1.4 工藝管道工藝管道及及控制流程圖控制流程圖 在控制方案確定后，根據工藝設計給出的在控制方案確定后，根據工藝設計給出的流程圖流程圖，按其，按其流程順序標注出相應的測量點、控制點、控制系統(tǒng)及自流程順序標注出相應的測量點、控制點、控制系統(tǒng)及自動信號與

28、聯(lián)鎖保護系統(tǒng)等的圖形，即工藝管道動信號與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)等的圖形，即工藝管道及及控制流控制流程圖程圖(PID(PID圖圖)。圖圖1-61-6所示所示是是簡化了的乙烯生產過程中脫乙烷塔的管道簡化了的乙烯生產過程中脫乙烷塔的管道及控制流程圖及控制流程圖，工藝管道工藝管道及控制流程圖上設備間的工藝及控制流程圖上設備間的工藝管線，表示物料的流動方向。管線，表示物料的流動方向。儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念圖圖1-6 1-6 脫乙烷塔工藝管道及控制流程圖脫乙烷塔工藝管道及控制流程圖儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系

29、統(tǒng)基本概念l1.4.1 圖形符號圖形符號 測量點，連接線，儀表，見表測量點，連接線，儀表，見表1-1。l 圖圖1-7 測量點的一般表示方法測量點的一般表示方法 圖圖1-8 連接線的表示方法連接線的表示方法 l 表表1-1 儀表安裝位置的圖形符號表示儀表安裝位置的圖形符號表示 儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l1.4.2 字母代號字母代號 第一位字母表示被測變量，后續(xù)字母表示儀表的功能。第一位字母表示被測變量，后續(xù)字母表示儀表的功能。l 表表1-2 被測變量和儀表功能的字母代號被測變量和儀表功能的字母代號字字 母母第第 一一 位位 字字 母母后

30、后 續(xù)續(xù) 字字 母母被被 測測 變變 量量修修 飾飾 詞詞功功 能能ACDEFHIKLMPQRSTVWYZ分析分析電導率電導率密度密度電壓電壓流量流量手動手動電流電流時間或時間程序時間或時間程序液位（物位）液位（物位）水分或濕度水分或濕度壓力或真空壓力或真空數量或件數數量或件數放射性放射性速度或頻率速度或頻率溫度溫度黏度黏度力力供選用供選用位置、尺寸位置、尺寸差差比（分數）比（分數）變化速率變化速率積算、累積積算、累積安全安全Y軸軸X軸軸 報警報警控制（調節(jié)）控制（調節(jié)）檢測元件檢測元件指示指示自動自動-手動操作器手動操作器燈燈連接點、測試點連接點、測試點記錄記錄開關、聯(lián)鎖開關、聯(lián)鎖傳送傳送閥

31、、擋板、百葉窗閥、擋板、百葉窗套管套管繼電器或計數器繼電器或計數器驅動器、執(zhí)行機構或未分類的終端執(zhí)行器驅動器、執(zhí)行機構或未分類的終端執(zhí)行器 儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l1.4.3 儀表位號儀表位號 第一位數字表示工段號，后續(xù)數字表示儀表序號。第一位數字表示工段號，后續(xù)數字表示儀表序號。l在在圖圖1-6中，中，PIC-207，表示工段號為，表示工段號為2、儀表序號為、儀表序號為07、集中儀表、集中儀表盤面安裝的一臺具有指示功能的壓力控制儀表盤面安裝的一臺具有指示功能的壓力控制儀表。l1.5 自動控制系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)的過渡過程及其品質指標

32、過渡過程及其品質指標l1.5.1 控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài) 系統(tǒng)的被控變量不隨時間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的系統(tǒng)的被控變量不隨時間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)靜態(tài)。系統(tǒng)的。系統(tǒng)的“靜態(tài)靜態(tài)”是自動控制系統(tǒng)的目標。是自動控制系統(tǒng)的目標。系統(tǒng)的被控變量隨時間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的系統(tǒng)的被控變量隨時間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)動態(tài)。系統(tǒng)的。系統(tǒng)的“動態(tài)動態(tài)”是自動控制系統(tǒng)的研究的重點，因為由于干擾的客觀存是自動控制系統(tǒng)的研究的重點，因為由于干擾的客觀存在，系統(tǒng)總是處于在，系統(tǒng)總是處于“動態(tài)動態(tài)”過程中，自動化裝置總是不斷地施加過程中，自動化裝置總是不斷地施加控制作用去對抗或抵消

33、干擾作用的影響，從而使被控變量保持在控制作用去對抗或抵消干擾作用的影響，從而使被控變量保持在工藝生產所要求控制的技術指標（平衡狀態(tài)）上。工藝生產所要求控制的技術指標（平衡狀態(tài)）上。儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l1.5.2 控制系統(tǒng)的過渡過程控制系統(tǒng)的過渡過程l系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程稱為系統(tǒng)的系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程稱為系統(tǒng)的過過渡過程渡過程。l研究方法研究方法:階躍干擾作用階躍干擾作用,觀測控制系統(tǒng)被控變量的變化規(guī)律。觀測控制系統(tǒng)被控變量的變化規(guī)律。l 圖圖1-12 階躍干擾作用階躍干擾作用 儀表

34、與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l過渡過程的基本形式過渡過程的基本形式(控制系統(tǒng)在階躍干擾下的響應曲線控制系統(tǒng)在階躍干擾下的響應曲線)l 圖圖1-13 過渡過程的幾種基本形式過渡過程的幾種基本形式儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l過渡過程的基本形式：過渡過程的基本形式：（在階躍干擾作用下）（在階躍干擾作用下）l非周期衰減過程非周期衰減過程(圖圖1-13(a)（單調衰減過程）（單調衰減過程）l衰減振蕩過程衰減振蕩過程(圖圖1-13(b)(自動控制系統(tǒng)主要采用的過渡過程自動控制系統(tǒng)主要采用的過渡過程

35、)l等幅振蕩過程等幅振蕩過程(圖圖1-13(c)l發(fā)散振蕩過程發(fā)散振蕩過程(圖圖1-13(d)l單調發(fā)散過程單調發(fā)散過程(圖圖1-13(e)發(fā)散過程發(fā)散過程穩(wěn)定過程穩(wěn)定過程儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l1.5.3 控制系統(tǒng)的品質指標：控制系統(tǒng)的品質指標：（衰減振蕩過程）（衰減振蕩過程）最大偏差最大偏差 A；超調量超調量 B=A C；余差余差 C；衰減比衰減比 n=B:B=(410)式中，式中，B第一個波峰值，第一個波峰值，B 第二個波第二個波峰值；（峰值；（n 1衰減振蕩過程衰減振蕩過程,n=1等幅振蕩過程等幅振蕩過程,n 1發(fā)散過程）發(fā)

36、散過程）；振蕩周期振蕩周期 T；頻率頻率 f；過渡時間過渡時間 ts 振蕩次數振蕩次數；上升時間上升時間。圖圖1-4 1-4 衰減振蕩過渡過程衰減振蕩過渡過程儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l例例1-2 某發(fā)酵過程某發(fā)酵過程工藝規(guī)定工藝規(guī)定操作溫度為操作溫度為(402)?？紤]到發(fā)酵效果，。考慮到發(fā)酵效果，控制過程中溫度偏離給定值最大不能超過控制過程中溫度偏離給定值最大不能超過6?，F設計一定值控制?，F設計一定值控制系統(tǒng)，在階躍擾動作用下的過渡過程曲線如圖系統(tǒng)，在階躍擾動作用下的過渡過程曲線如圖1-5所示。試確定該所示。試確定該系統(tǒng)的最大偏差、衰

37、減比、余差、過渡時間系統(tǒng)的最大偏差、衰減比、余差、過渡時間(按被控變量進入按被控變量進入2新穩(wěn)態(tài)值即達到穩(wěn)定來確定新穩(wěn)態(tài)值即達到穩(wěn)定來確定)和振蕩周期等過渡過程指標，并回答和振蕩周期等過渡過程指標，并回答該系統(tǒng)能否滿足工藝要求。該系統(tǒng)能否滿足工藝要求。最大偏差最大偏差 A=45 40=5（）6 衰減比衰減比 B=45 41=4（）；）；B=42 41=1()n=B:B=4:1=4 余差余差 C=41 40=1（）振蕩周期振蕩周期 T=18 5=13（min）過渡時間過渡時間 被控變量進入新穩(wěn)態(tài)值被控變量進入新穩(wěn)態(tài)值 2%，就認為過渡過程已結束，那么限制范圍是就認為過渡過程已結束，那么限制范圍是

38、 41(2%)=0.82，所以過渡時間，所以過渡時間 ts=23 min?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)滿足滿足工藝要求工藝要求 儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l1.5.4 影響控制系統(tǒng)過渡過程品質的主要因素影響控制系統(tǒng)過渡過程品質的主要因素l一個自動控制系統(tǒng)可以概括成兩大部分，即工藝過程部分（被控對象）和一個自動控制系統(tǒng)可以概括成兩大部分，即工藝過程部分（被控對象）和自動化裝置部分。自動化裝置部分。l工藝過程部分不是泛指整個工藝流程，而是指與該自動控制系統(tǒng)有關的部工藝過程部分不是泛指整個工藝流程，而是指與該自動控制系統(tǒng)有關的部分。以圖分。以圖1-5所示

39、的熱交換器溫度控制系統(tǒng)為例，其工藝過程部分指的是所示的熱交換器溫度控制系統(tǒng)為例，其工藝過程部分指的是與被控變量溫度與被控變量溫度T有關的工藝參數和設備結構、材質等因素。有關的工藝參數和設備結構、材質等因素。l自動化裝置部分指的是為實現自動控制所必需的自動化儀表設備，通常包自動化裝置部分指的是為實現自動控制所必需的自動化儀表設備，通常包括測量與變送裝置、控制器和執(zhí)行器三部分。括測量與變送裝置、控制器和執(zhí)行器三部分。l對于一個自動控制系統(tǒng)，過渡過程品質的好壞，在很大程度上取決于對象對于一個自動控制系統(tǒng)，過渡過程品質的好壞，在很大程度上取決于對象的性質。如前述溫度控制系統(tǒng)中，屬于對象性質的主要因素有

40、：換熱器的的性質。如前述溫度控制系統(tǒng)中，屬于對象性質的主要因素有：換熱器的負荷大小，換熱器的結構、尺寸、材質等，換熱器內的換熱情況、散熱情負荷大小，換熱器的結構、尺寸、材質等，換熱器內的換熱情況、散熱情況及結垢程度等。況及結垢程度等。l自動化裝置應按對象性質加以選擇和調整，兩者要很好配合。自動化裝置自動化裝置應按對象性質加以選擇和調整，兩者要很好配合。自動化裝置的選擇和調整不當，也會直接影響控制質量。此外，在控制系統(tǒng)運行過程的選擇和調整不當，也會直接影響控制質量。此外，在控制系統(tǒng)運行過程中，自動化裝置的性能一旦發(fā)生變化，如閥門失靈、測量失真，也要影響中，自動化裝置的性能一旦發(fā)生變化，如閥門失靈

41、、測量失真，也要影響控制質量?？刂瀑|量。l總之，影響自動控制系統(tǒng)過渡過程品質的因素是很多的，在系統(tǒng)設計和運總之，影響自動控制系統(tǒng)過渡過程品質的因素是很多的，在系統(tǒng)設計和運行過程中都應充分注意。行過程中都應充分注意。l作業(yè)：作業(yè)：1-5，1-9，1-12，1-19，1-20儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l補充補充1：控制系統(tǒng)基本概念：控制系統(tǒng)基本概念l系統(tǒng)系統(tǒng)按照某種劃分得到的若干元素的集合。按照某種劃分得到的若干元素的集合。l反饋反饋將系統(tǒng)輸出信號引回并加入到輸入信號的系統(tǒng)結將系統(tǒng)輸出信號引回并加入到輸入信號的系統(tǒng)結 構和工構和工作方式。作

42、方式。l負反饋負反饋使系統(tǒng)輸出信號趨于穩(wěn)定或者說使系統(tǒng)的被控變量與使系統(tǒng)輸出信號趨于穩(wěn)定或者說使系統(tǒng)的被控變量與定值之差減小的反饋。定值之差減小的反饋。l正反饋正反饋使系統(tǒng)輸出變量單調變化趨于極限或者說使系統(tǒng)的被使系統(tǒng)輸出變量單調變化趨于極限或者說使系統(tǒng)的被控變量給定值之差不斷增大的反饋?？刈兞拷o定值之差不斷增大的反饋。l負反饋控制系統(tǒng)負反饋控制系統(tǒng)具有負反饋作用的控制系統(tǒng)具有負反饋作用的控制系統(tǒng)。l信息信息系統(tǒng)功能與屬性的某種表達。如控制系統(tǒng)中，各環(huán)節(jié)的系統(tǒng)功能與屬性的某種表達。如控制系統(tǒng)中，各環(huán)節(jié)的輸入輸出信號。輸入輸出信號。l控制控制為實現目的而施加的作用。一切控制都是有目的的行為。為實

43、現目的而施加的作用。一切控制都是有目的的行為。儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l開環(huán)控制開環(huán)控制沒有反饋的簡單控制。如通常照明中的沒有反饋的簡單控制。如通常照明中的調光控制，電風扇的多級風速調節(jié)等。調光控制，電風扇的多級風速調節(jié)等。l過程過程一種自然的逐漸進行的運轉或發(fā)展，如化學過程，生物一種自然的逐漸進行的運轉或發(fā)展，如化學過程，生物過程，經濟學過程等。工業(yè)生產過程的特征是，被處理為流體，過程，經濟學過程等。工業(yè)生產過程的特征是，被處理為流體，包括液體、氣體和粉體。包括液體、氣體和粉體。l補充補充2：控制系統(tǒng)常用術語：控制系統(tǒng)常用術語l被控

44、對象被控對象（對象）（對象）自動控制系統(tǒng)中，工況參數需要控制生產自動控制系統(tǒng)中，工況參數需要控制生產過程、生產設備或機器。過程、生產設備或機器。l被控變量被控變量被控對象內要求保持設定值的工藝參數?？叵到y(tǒng)通被控對象內要求保持設定值的工藝參數。控系統(tǒng)通常用該變量的名稱來稱呼，如溫度控制系統(tǒng)，壓力制系統(tǒng)等。常用該變量的名稱來稱呼，如溫度控制系統(tǒng)，壓力制系統(tǒng)等。l操縱變量操縱變量（調節(jié)變量調節(jié)變量）對被控變量具有較強的直接影響且便對被控變量具有較強的直接影響且便于調節(jié)（操縱）的變量。或實現控制作用的變量。于調節(jié)（操縱）的變量?；驅崿F控制作用的變量。l操縱介質操縱介質(操縱劑操縱劑)用來實現控制作用的

45、物料。用來實現控制作用的物料。儀表與自動化儀表與自動化教學課件教學課件1.自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念l干擾干擾被控對象中除操縱變量外，能對被控變量具有影響作用被控對象中除操縱變量外，能對被控變量具有影響作用的所有變量。的所有變量。l偏差偏差設定值或給定值與測量值之差。設定值或給定值與測量值之差。l給定值給定值（或設定值或期望值）（或設定值或期望值）人們希望控制系統(tǒng)實現的目標，人們希望控制系統(tǒng)實現的目標，即被控變量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序變化即被控變量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序變化的。的。l定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)給定值恒定的控制系統(tǒng)。給定值恒定的控制系統(tǒng)。l隨動控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)（自動跟蹤系統(tǒng)）（自動跟蹤系統(tǒng)）給定值隨機變化的系統(tǒng)。給定值隨機變化的系統(tǒng)。l程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)給定值按一定時間程序變化的系統(tǒng)。給定值按一定時間程序變化的系統(tǒng)。