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1、1 化 工 儀 表 及 自 動(dòng) 化 第 一 章 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 基 本 概 念 2 內(nèi) 容 提 要 化 工 自 動(dòng) 化 的 主 要 內(nèi) 容 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 基 本 組 成 及 方 塊 圖 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 分 類 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡 過(guò) 程 和 品 質(zhì) 指 標(biāo)控 制 系 統(tǒng) 的 靜 態(tài) 與 動(dòng) 態(tài)控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡 過(guò) 程控 制 系 統(tǒng) 的 品 質(zhì) 指 標(biāo)影 響 控 制 系 統(tǒng) 過(guò) 渡 過(guò) 程 品 質(zhì) 的 主 要 因 素 1 3 內(nèi) 容 提 要 工 藝 管 道 及 控 制 流 程 圖圖 形 符 號(hào)字 母 代 號(hào)儀 表 位 號(hào) 2 4 第 一

2、 節(jié) 化 工 自 動(dòng) 化 的 主 要 內(nèi) 容 1. 自 動(dòng) 檢 測(cè) 系 統(tǒng) 2. 自 動(dòng) 信 號(hào) 和 聯(lián) 鎖 保 護(hù) 系 統(tǒng) 3. 自 動(dòng) 操 縱 及 自 動(dòng) 開(kāi) 停 車 系 統(tǒng) 4. 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 3 5 第 二 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 基 本組 成 及 方 塊 圖 4圖 1-2 人 工 操 作 圖 圖 1-3 液 位 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 圖 n人 工 操 作 與 自 動(dòng) 控 制 比 較 圖控 制 速 度 和 精 度 不 能 滿 足 大 型現(xiàn) 代 化 生 產(chǎn) 的 需 要 6 第 二 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 基 本組 成 及 方 塊 圖 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的

3、 組 成 5組成 自 動(dòng) 化 裝 置被 控 對(duì) 象 測(cè) 量 元 件 與 變 送 器自 動(dòng) 控 制 器執(zhí) 行 器 7 第 二 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 基 本 組成 及 方 塊 圖 液 位 自 動(dòng) 控 制 的 方 塊 圖在 研 究 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 時(shí) ， 為 了 便 于 對(duì) 系 統(tǒng)分 析 研 究 ， 一 般 都 用 方 塊 圖 來(lái) 表 示 控 制 系統(tǒng) 的 組 成 。下 頁(yè) 圖 為 液 位 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 地 方 塊 圖 每 個(gè)環(huán) 節(jié) 表 示 組 成 系 統(tǒng) 的 一 個(gè) 部 分 ， 稱 為 “ 環(huán)節(jié) ” 。 6 8 方 塊 圖 中 ， x 指 設(shè) 定 值 ； z 指 輸 出

4、 信 號(hào) ；e 指 偏 差 信 號(hào) ； p 指 發(fā) 出 信 號(hào) ； q 指 出 料流 量 信 號(hào) ； y 指 被 控 變 量 ； f 指 擾 動(dòng) 作 用 。當(dāng) x 取 正 值 ， z取 負(fù) 值 ， e= x- z， 負(fù) 反 饋 ；x 取 正 值 ， z取 正 值 ， e= x+ z， 正 反 饋 。第 二 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 基 本組 成 及 方 塊 圖n液 位 自 動(dòng) 控 制 的 方 塊 圖圖 1-4 液 位 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 方 塊 圖 7 9 第 二 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 基 本 組成 及 方 塊 圖 其 他 控 制 系 統(tǒng) 用 同 一 種 形 式 地 方 塊

5、 圖 可 以 代 表 不 同 的 控 制 系統(tǒng) 圖 1-5 蒸 汽 加 熱 器 溫 度 控 制 系 統(tǒng) 這 個(gè) 控 制 系 統(tǒng) 同 樣 可以 用 上 頁(yè) 中 的 方 塊 圖表 示8 10 第 二 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 基 本組 成 及 方 塊 圖 注 意 ！ 方 塊 圖 中 的 每 一 個(gè) 方 塊都 代 表 一 個(gè) 具 體 的 裝 置 。 9n方 塊 與 方 塊 之 間 的 連 接 線 ， 只 是 代 表 方 塊 之 間 的 信 號(hào) 聯(lián) 系 ，并 不 代 表 方 塊 之 間 的 物 料 聯(lián) 系 。 方 塊 之 間 連 接 線 的 箭 頭 也只 是 代 表 信 號(hào) 作 用 的 方 向

6、， 與 工 藝 流 程 圖 上 的 物 料 線 是 不同 的 。n工 藝 流 程 圖 上 的 物 料 線 是 代 表 物 料 從 一 個(gè) 設(shè) 備 進(jìn) 入 另 一 個(gè)設(shè) 備 ， 而 方 塊 圖 上 的 線 條 及 箭 頭 方 向 有 時(shí) 并 不 與 流 體 流 向相 一 致 。n自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 是 一 個(gè) 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 11 第 二 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 基 本組 成 及 方 塊 圖 小 結(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 是 具 有 被 控 變 量 負(fù) 反 饋 的 閉 環(huán) 系統(tǒng) 。 與 自 動(dòng) 檢 測(cè) 、 自 動(dòng) 操 縱 等 開(kāi) 環(huán) 系 統(tǒng) 比 較 ， 最 本質(zhì) 的 區(qū) 別 ， 就

7、 在 于 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 有 負(fù) 反 饋 ， 開(kāi)環(huán) 系 統(tǒng) 中 ， 被 控 （ 工 藝 ） 變 量 是 不 反 饋 到 輸 入端 的 。 10舉 例 化 肥 廠 的 造 氣 自 動(dòng) 機(jī) 就 是 典 型 的 開(kāi) 環(huán) 系 統(tǒng) 的 例 子自 動(dòng) 操 縱 裝 置 對(duì) 象操 縱 作 用 工 藝 參 數(shù)操 縱 指 令 12 第 二 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 基 本 組 成 及方 塊 圖 小 結(jié)開(kāi) 環(huán) 系 統(tǒng) ： 自 動(dòng) 機(jī) 在 操 作 時(shí) ，一 旦 開(kāi) 機(jī) ， 就 只 能 是 按 照 預(yù)先 規(guī) 定 好 的 程 序 周 而 復(fù) 始 地運(yùn) 轉(zhuǎn) 。 這 時(shí) 被 控 變 量 如 果 發(fā)生 了 變 化

8、 ， 自 動(dòng) 機(jī) 不 會(huì) 自 動(dòng)地 根 據(jù) 被 控 變 量 的 實(shí) 際 工 況來(lái) 改 變 自 己 的 操 作 。 比 較 閉 環(huán) 系 統(tǒng) ： 有 針 對(duì) 性地 根 據(jù) 被 控 變 量 的 變化 情 況 而 改 變 控 制 作用 的 大 小 和 方 向 ， 從而 使 系 統(tǒng) 的 工 作 狀 態(tài)始 終 等 于 或 接 近 于 所希 望 的 狀 態(tài) 。 11 13 第 三 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 分 類 幾 種 分 類 方 法 按 被 控 變 量 來(lái) 分 類 ， 如 溫 度 、 壓 力 等 控 制 系 統(tǒng) ； 按 控 制 器 具 有 的 控 制 規(guī) 律 來(lái) 分 類 ， 如 比 例 、 比例

9、積 分 、 比 例 微 分 、 比 例 積 分 微 分 等 控 制 系 統(tǒng) ； 將 控 制 系 統(tǒng) 按 照 工 藝 過(guò) 程 需 要 控 制 的 被 控 變 量的 給 定 值 是 否 變 化 和 如 何 變 化 來(lái) 分 類 ， 這 樣 可將 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 分 為 三 類 ， 即 定 值 控 制 系 統(tǒng) 、隨 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 和 程 序 控 制 系 統(tǒng) 。 12 其 中 第 三 種 分 類 方 法 最 普 遍 14 第 三 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 分 類 “ 定 值 ” 是 恒 定 給 定 值 的 簡(jiǎn) 稱 。 工 藝 生 產(chǎn)中 ， 若 要 求 控 制 系 統(tǒng) 的 作 用 是

10、使 被 控 制 的 工 藝 參數(shù) 保 持 在 一 個(gè) 生 產(chǎn) 指 標(biāo) 上 不 變 ， 或 者 說(shuō) 要 求 被 控變 量 的 給 定 值 不 變 ， 就 需 要 采 用 定 值 控 制 系 統(tǒng) 。 13 給 定 值 隨 機(jī) 變 化 ， 該 系 統(tǒng) 的 目 的 就 是 使 所控 制 的 工 藝 參 數(shù) 準(zhǔn) 確 而 快 速 地 跟 隨 給 定 值 的變 化 而 變 化 。 15 第 三 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 分 類3.程 序 控 制 系 統(tǒng) （ 順 序 控 制 系 統(tǒng) ） 給 定 值 變 化 ， 但 它 是 一 個(gè) 已 知 的 時(shí) 間 函 數(shù) ，即 生 產(chǎn) 技 術(shù) 指 標(biāo) 需 按 一 定

11、的 時(shí) 間 程 序 變 化 。 這類 系 統(tǒng) 在 間 歇 生 產(chǎn) 過(guò) 程 中 應(yīng) 用 比 較 普 通 。 14 16 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡 過(guò)程 和 品 質(zhì) 指 標(biāo) 一 、 控 制 系 統(tǒng) 的 靜 態(tài) 與 動(dòng) 態(tài) 15自 動(dòng) 控 制 目 的 ： 希 望 將 被 控 變 量 保 持 在 一 個(gè) 不 變 的 給 定值 上 ， 這 只 有 當(dāng) 進(jìn) 入 被 控 對(duì) 象 的 物 料 量 （ 或 能 量 ） 和 流出 對(duì) 象 的 物 料 量 （ 或 能 量 ） 相 等 時(shí) 才 有 可 能 。 靜 態(tài) 被 控 變 量 不 隨 時(shí) 間 而 變 化 的 平 衡 狀 態(tài) （ 變 化 率為

12、 0， 不 是 靜 止 ） 。 17 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡 過(guò)程 和 品 質(zhì) 指 標(biāo) 當(dāng) 一 個(gè) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 輸 入 （ 給 定 和干 擾 ） 和 輸 出 均 恒 定 不 變 時(shí) ， 整 個(gè) 系 統(tǒng) 就處 于 一 種 相 對(duì) 穩(wěn) 定 的 平 衡 狀 態(tài) ， 系 統(tǒng) 的 各個(gè) 組 成 環(huán) 節(jié) 如 變 送 器 、 控 制 器 、 控 制 閥 都不 改 變 其 原 先 的 狀 態(tài) ， 它 們 的 輸 出 信 號(hào) 也都 處 于 相 對(duì) 靜 止 狀 態(tài) ， 這 種 狀 態(tài) 就 是 靜 態(tài) 。 16 18 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡 過(guò)程 和

13、品 質(zhì) 指 標(biāo) 17 動(dòng) 態(tài) 被 控 變 量 隨 時(shí) 間 變 化 的 不 平 衡 狀 態(tài) 。 從 干 擾 作 用 破 壞 靜 態(tài) 平 衡 ， 經(jīng) 過(guò) 控 制 ， 直 到 系 統(tǒng) 重新 建 立 平 衡 ， 在 這 一 段 時(shí) 間 中 ， 整 個(gè) 系 統(tǒng) 的 各 個(gè) 環(huán) 節(jié) 和信 號(hào) 都 處 于 變 動(dòng) 狀 態(tài) 之 中 ， 這 種 狀 態(tài) 叫 做 動(dòng) 態(tài) 。結(jié) 論 ： 在 自 動(dòng) 化 工 作 中 ， 了 解 系 統(tǒng) 的 靜 態(tài) 是 必 要 的 ， 但 是 了解 系 統(tǒng) 的 動(dòng) 態(tài) 更 為 重 要 。 因 為 在 生 產(chǎn) 過(guò) 程 中 ， 干 擾 是 客 觀 存在 的 ， 是 不 可 避 免 的 ，

14、就 需 要 通 過(guò) 自 動(dòng) 化 裝 置 不 斷 地 施 加 控制 作 用 去 對(duì) 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(chǎn) 所 要 求 控 制 的 技 術(shù) 指 標(biāo) 上 。 19 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡 過(guò)程 和 品 質(zhì) 指 標(biāo) 二 、 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡 過(guò) 程系 統(tǒng) 由 一 個(gè) 平 衡 狀 態(tài) 過(guò) 渡 到 另 一 個(gè) 平 衡狀 態(tài) 的 過(guò) 程 。 18 當(dāng) 干 擾 作 用 于 對(duì) 象 ， 系 統(tǒng) 輸出 y發(fā) 生 變 化 ， 在 系 統(tǒng) 負(fù) 反饋 作 用 下 ， 經(jīng) 過(guò) 一 段 時(shí) 間 ，系 統(tǒng) 重 新

15、 恢 復(fù) 平 衡 。舉 例 圖 1-7 控 制 系 統(tǒng) 方 塊 圖 20 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡 過(guò) 程和 品 質(zhì) 指 標(biāo)系 統(tǒng) 在 過(guò) 渡 過(guò) 程 中 ， 被 控 變 量 是 隨 時(shí) 間變 化 的 。 被 控 變 量 隨 時(shí) 間 的 變 化 規(guī) 律 首先 取 決 于 作 用 于 系 統(tǒng) 的 干 擾 形 式 。在 生 產(chǎn) 中 ， 出 現(xiàn) 的 干 擾 是 沒(méi) 有 固 定 形 式的 ， 且 多 半 屬 于 隨 機(jī) 性 質(zhì) 。 在 分 析 和 設(shè)計(jì) 控 制 系 統(tǒng) 時(shí) ， 為 了 安 全 和 方 便 ， 常 選擇 一 些 定 型 的 干 擾 形 式 ， 其 中 常 用 的 是

16、階 躍 干 擾 。 19 21 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡 過(guò)程 和 品 質(zhì) 指 標(biāo)采 用 階 躍 干 擾 的 優(yōu) 點(diǎn) ： 這 種 形 式 的 干 擾 比 較 突 然 、危 險(xiǎn) ， 且 對(duì) 被 控 變 量 的 影 響也 最 大 。 如 果 一 個(gè) 控 制 系 統(tǒng)能 夠 有 效 地 克 服 這 種 類 型 的干 擾 ， 那 么 一 定 能 很 好 地 克服 比 較 緩 和 的 干 擾 。 這 種 干 擾 的 形 式 簡(jiǎn) 單 ， 容 易實(shí) 現(xiàn) ， 便 于 分 析 、 實(shí) 驗(yàn) 和 計(jì)算 。 圖 1-8 階 躍 干 擾 作 用 20 22 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò)

17、 渡 過(guò)程 和 品 質(zhì) 指 標(biāo)自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 在 階 躍 干 擾 作 用 下 過(guò) 渡 過(guò) 程 的四 種 形 式 21 非 周 期 衰 減 過(guò) 程衰 減 震 蕩 過(guò) 程等 幅 震 蕩 過(guò) 程 發(fā) 散 震 蕩 過(guò) 程 X ？ 對(duì) 于 控 制 質(zhì) 量 要 求 不高 的 場(chǎng) 合 ， 如 果 被 控變 量 允 許 在 工 藝 許 可的 范 圍 內(nèi) 振 蕩 （ 主 要指 在 位 式 控 制 時(shí) ） ，才 可 采 用 。 23 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡 過(guò)程 和 品 質(zhì) 指 標(biāo) 三 、 控 制 系 統(tǒng) 的 品 質(zhì) 指 標(biāo) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡 過(guò) 程 是 衡 量 品 質(zhì)

18、的 依 據(jù) 。 22圖 1-10 過(guò) 渡 過(guò) 程 品 質(zhì) 指 標(biāo) 示 意 圖 假 定 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 在 階 躍 輸 入 作 用 下 ， 被 控 變 量 的變 化 曲 線 如 上 圖 所 示 ， 這 是 屬 于 衰 減 振 蕩 的 過(guò) 渡 過(guò) 程 多 數(shù) 情 況 下 ， 希 望 得 到 衰 減 振 蕩 過(guò) 程 ， 在 此 取 這 種過(guò) 程 形 式 討 論 控 制 系 統(tǒng) 的 品 質(zhì) 指 標(biāo) 。 24 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡 過(guò)程 和 品 質(zhì) 指 標(biāo) 23 五種重要品質(zhì)指標(biāo)之一1. 最 大 偏 差 或 超 調(diào) 量 最 大 偏 差 是 指 在 過(guò) 渡 過(guò) 程 中 ，

19、 被 控 變 量 偏 離 給 定 值 的最 大 數(shù) 值 。 在 衰 減 振 蕩 過(guò) 程 中 ， 最 大 偏 差 就 是 第 一 個(gè) 波 的峰 值 。 特 別 是 對(duì) 于 一 些 有 約 束 條 件 的 系 統(tǒng) ， 如 化 學(xué) 反 應(yīng) 器的 化 合 物 爆 炸 極 限 、 觸 媒 燒 結(jié) 溫 度 極 限 等 ， 都 會(huì) 對(duì) 最 大 偏差 的 允 許 值 有 所 限 制 。 超 調(diào) 量 也 可 以 用 來(lái) 表 征 被 控 變 量 偏 離 給 定 值 的 程 度 。 25 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡過(guò) 程 和 品 質(zhì) 指 標(biāo)2. 衰 減 比 衰 減 比 是 衰 減 程 度 的 指

20、 標(biāo) ， 它 是 前 后相 鄰 兩 個(gè) 峰 值 的 比 。 習(xí) 慣 表 示 為 n:1， 一 般 n 取 為 4 10之 間 為 宜 。五種重要品質(zhì)指標(biāo)之二 24 26 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡過(guò) 程 和 品 質(zhì) 指 標(biāo)五種重要品質(zhì)指標(biāo)之三3. 余 差 當(dāng) 過(guò) 渡 過(guò) 程 終 了 時(shí) ， 被 控 變 量 所 達(dá) 到的 新 的 穩(wěn) 態(tài) 值 與 給 定 值 之 間 的 偏 差 叫 做 余差 ， 或 者 說(shuō) 余 差 就 是 過(guò) 渡 過(guò) 程 終 了 時(shí) 的 殘余 偏 差 。 有 余 差 的 控 制 過(guò) 程 稱 為 有 差 調(diào) 節(jié) ，相 應(yīng) 的 系 統(tǒng) 稱 為 有 差 系 統(tǒng) 。

21、反 之 就 為 無(wú) 差調(diào) 節(jié) 和 無(wú) 差 系 統(tǒng) 。 25 27 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡 過(guò)程 和 品 質(zhì) 指 標(biāo)五種重要品質(zhì)指標(biāo)之四4. 過(guò) 渡 時(shí) 間 從 干 擾 作 用 發(fā) 生 的 時(shí) 刻 起 ， 直 到 系 統(tǒng)重 新 建 立 新 的 平 衡 時(shí) 止 ， 過(guò) 渡 過(guò) 程 所 經(jīng) 歷的 時(shí) 間 叫 過(guò) 渡 時(shí) 間 。 一 般 在 穩(wěn) 態(tài) 值 的 上 下規(guī) 定 一 個(gè) 小 范 圍 ， 當(dāng) 被 控 變 量 進(jìn) 入 該 范 圍并 不 再 越 出 時(shí) ， 就 認(rèn) 為 被 控 變 量 已 經(jīng) 達(dá) 到新 的 穩(wěn) 態(tài) 值 ， 或 者 說(shuō) 過(guò) 渡 過(guò) 程 已 經(jīng) 結(jié) 束 這個(gè) 范

22、圍 一 般 定 為 穩(wěn) 態(tài) 值 的 （ 也 有 的規(guī) 定 為 ） 。 26 28 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡 過(guò)程 和 品 質(zhì) 指 標(biāo)五種重要品質(zhì)指標(biāo)之五5.震 蕩 周 期 或 頻 率 過(guò) 渡 過(guò) 程 同 向 兩 波 峰 （ 或 波 谷 ） 之 間的 間 隔 時(shí) 間 叫 振 蕩 周 期 或 工 作 周 期 ， 其 倒數(shù) 稱 為 振 蕩 頻 率 。 在 衰 減 比 相 同 的 情 況 下 ，周 期 與 過(guò) 渡 時(shí) 間 成 正 比 ， 一 般 希 望 振 蕩 周期 短 一 些 為 好 。 27 29 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡 過(guò)程 和 品 質(zhì) 指 標(biāo) 28

23、 某 換 熱 器 的 溫 度 控 制 系 統(tǒng) 在 單 位 階 躍 干 擾 作用 下 的 過(guò) 渡 過(guò) 程 曲 線 如 下 圖 所 示 。 試 分 別 求出 最 大 偏 差 、 余 差 、 衰 減 比 、 振 蕩 周 期 和 過(guò)渡 時(shí) 間 （ 給 定 值 為 200 ） 。舉 例 圖 1-11 溫 度 控 制 系 統(tǒng) 過(guò) 渡 過(guò) 程 曲 線 30 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡 過(guò)程 和 品 質(zhì) 指 標(biāo)解 最 大 偏 差 A 230-200 30 余 差 C 205-200 由 圖 上 可 以 看 出 ， 第 一 個(gè) 波 峰 值 B 230-205 25 ，第 二 個(gè) 波 峰 值

24、B 210 205 5 ，故 衰 減 比 應(yīng) 為 B:B 25:5 5:1。振 蕩 周 期 為 同 向 兩 波 峰 之 間 的 時(shí) 間 間 隔 ，故 周 期 T 20-5 15（ min） 29 31 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡過(guò) 程 和 品 質(zhì) 指 標(biāo) 分 析 過(guò) 渡 時(shí) 間 與 規(guī) 定 的 被 控 變 量 限 制 范 圍大 小 有 關(guān) ， 假 定 被 控 變 量 進(jìn) 入 額 定 值 的 2 ， 就 可 以 認(rèn) 為 過(guò) 渡 過(guò) 程 已 經(jīng) 結(jié) 束 ， 那 么限 制 范 圍 為 200 （ 2 ） 4 ， 這 時(shí) ，可 在 新 穩(wěn) 態(tài) 值 （ 205 ） 兩 側(cè) 以 寬 度

25、 為 畫(huà) 一 區(qū) 域 ， 上 圖 中 以 畫(huà) 有 陰 影 線 的 區(qū) 域表 示 ， 只 要 被 控 變 量 進(jìn) 入 這 一 區(qū) 域 且 不 再越 出 ， 過(guò) 濾 過(guò) 程 就 可 以 認(rèn) 為 已 經(jīng) 結(jié) 束 。 因此 ， 從 圖 上 可 以 看 出 ， 過(guò) 渡 時(shí) 間 為 22min。 30 32 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡 過(guò)程 和 品 質(zhì) 指 標(biāo) 四 、 影 響 控 制 系 統(tǒng) 過(guò) 渡 過(guò) 程 品 質(zhì) 的 主要 因 素 31 一 個(gè) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 可 以 概 括 成 兩 大 部 分 ， 即 工 藝 過(guò) 程 部分 （ 被 控 對(duì) 象 ） 和 自 動(dòng) 化 裝 置 部

26、 分 。 前 者 指 與 該 自 動(dòng) 控 制 系統(tǒng) 有 關(guān) 的 部 分 。 后 者 指 為 實(shí) 現(xiàn) 自 動(dòng) 控 制 所 必 需 的 自 動(dòng) 化 儀 表設(shè) 備 ， 通 常 包 括 測(cè) 量 與 變 送 裝 置 、 控 制 器 和 執(zhí) 行 器 等 三 部 分 。 33 第 四 節(jié) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 的 過(guò) 渡過(guò) 程 和 品 質(zhì) 指 標(biāo) 對(duì) 于 一 個(gè) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) ， 過(guò) 渡 過(guò) 程 品質(zhì) 的 好 壞 ， 在 很 大 程 度 上 決 定 于 對(duì) 象 的 性質(zhì) 。 例 如 在 前 所 述 的 溫 度 控 制 系 統(tǒng) 中 ， 屬于 對(duì) 象 性 質(zhì) 的 主 要 因 素 有 ： 換 熱 器

27、的 負(fù) 荷大 小 ， 換 熱 器 的 結(jié) 構(gòu) 、 尺 寸 、 材 質(zhì) 等 ， 換熱 器 內(nèi) 的 換 熱 情 況 、 散 熱 情 況 及 結(jié) 垢 程 度等 。 不 同 自 動(dòng) 化 系 統(tǒng) 要 具 體 分 析 。 32 34 第 五 節(jié) 工 藝 管 道 及 控 制 流 程 圖 工 藝 流 程 和 控 制 方 案 的 確 定 后 ， 根 據(jù) 工 藝 設(shè) 計(jì) 給 出 的 流 程 圖 ， 按 其 流 程 順 序 標(biāo) 注 出 相 應(yīng) 的 測(cè) 量 點(diǎn) 、 控 制點(diǎn) 、 控 制 系 統(tǒng) 及 自 動(dòng) 信 號(hào) 與 聯(lián) 鎖 保 護(hù) 系 統(tǒng)等 ， 便 成 了 工 藝 管 道 及 控 制 流 程 圖 （ PID圖 ）

28、。 33 35 第 五 節(jié) 工 藝 管 道 及 控 制 流 程 圖 34圖 1-12脫 乙 烷 塔 的 工 藝 管 道 及 控 制 流 程 圖 舉 例 右 圖 是 乙 烯 生 產(chǎn) 過(guò)程 中 脫 乙 烷 塔 的 工藝 管 道 及 控 制 流 程圖 舉 例 36 第 五 節(jié) 工 藝 管 道 及 控 制 流 程 圖 一 、 圖 形 符 號(hào)1. 測(cè) 試 點(diǎn) （ 包 括 檢 出 元 件 、 取 樣 點(diǎn) ） 35 檢 試 點(diǎn) 是 由 工 藝 設(shè) 備 輪 廓 線 或 工 藝 管 線 引 到 儀 表 圓圈 的 連 接 線 的 起 點(diǎn) ， 一 般 無(wú) 特 定 的 圖 形 符 號(hào) ， 如 下 圖所 示 。 必 要

29、 時(shí) ， 檢 測(cè) 元 件 也 可 以 用 象 形 或 圖 形 符 號(hào) 表示 。 圖 1-13 測(cè) 試 點(diǎn) 的 一 般 表 示 方 法 37 第 五 節(jié) 工 藝 管 道 及 控 制 流 程 圖2. 連 接 線 36 通 用 的 儀 表 信 號(hào) 線 均 以 細(xì) 實(shí) 線 表 示 。 連 接 線 表 示 交 叉及 相 接 時(shí) ， 采 用 下 圖 的 形 式 。 必 要 時(shí) 也 可 用 加 箭 頭 的 方式 表 示 信 號(hào) 的 方 向 。 在 需 要 時(shí) ， 信 號(hào) 線 也 可 按 氣 信 號(hào) 、電 信 號(hào) 、 導(dǎo) 壓 毛 細(xì) 管 等 采 用 不 同 的 表 示 方 式 以 示 區(qū) 別 。圖 1-14

30、聯(lián) 系 線 的 表 示 法 38 第 五 節(jié) 工 藝 管 道 及 控 制 流 程 圖3. 儀 表 （ 包 括 檢 測(cè) 、 顯 示 、 控 制 ） 的 圖形 符 號(hào) 儀 表 的 圖 形 符 號(hào) 是 一 個(gè) 細(xì) 實(shí) 線 圓 圈 ， 直徑 約 10mm， 對(duì) 于 不 同 的 儀 表 安 裝 位 置 的 圖形 符 號(hào) 如 下 表 所 示 。 37 39 第 五 節(jié) 工 藝 管 道 及 控 制 流程 圖 38 序號(hào) 安 裝位 置 圖 形 符號(hào) 備 注 序號(hào) 安 裝 位置 圖 形符 號(hào) 備 注1 就 地安 裝儀 表 嵌 在 管道 中 4 集 中 儀表 盤 后安 裝 儀表2 集 中儀 表盤 面安 裝儀 表

31、5 就 地 儀表 盤 面安 裝 儀表表 1-1 儀 表 安 裝 位 置 的 圖 形 符 號(hào) 表 示 40 第 五 節(jié) 工 藝 管 道 及 控 制 流 程 圖 39 對(duì) 于 處 理 兩 個(gè) 或 兩 個(gè) 以 上 被 測(cè) 變 量 ， 具 有 相 同 或 不 同功 能 的 復(fù) 式 儀 表 時(shí) ， 可 用 兩 個(gè) 相 切 的 圓 或 分 別 用 細(xì) 實(shí) 線 圓與 細(xì) 虛 線 圓 相 切 表 示 （ 測(cè) 量 點(diǎn) 在 圖 紙 上 距 離 較 遠(yuǎn) 或 不 在 同一 圖 紙 上 ） ， 如 下 圖 所 示 。圖 1-15 復(fù) 式 儀 表 的 表 示 法 41 第 五 節(jié) 工 藝 管 道 及 控 制 流 程 圖

32、二 、 字 母 代 號(hào) 在 控 制 流 程 圖 中 ， 用 來(lái) 表 示 儀 表 的 小 圓 圈 的 上 半 圓 內(nèi) ，一 般 寫(xiě) 有 兩 位 （ 或 兩 位 以 上 ） 字 母 ， 第 一 位 字 母 表 示 被 測(cè) 變量 ， 后 繼 字 母 表 示 儀 表 的 功 能 ， 常 用 字 母 代 號(hào) 見(jiàn) 下 表 。 40 42 字 母 第 一 位 字 母 后 繼 字 母被 測(cè) 變 量 修 飾 詞 功 能ACDEFIKLMPQ RSTVWYZ 分 析電 導(dǎo) 率密 度電 壓流 量電 流時(shí) 間 或 時(shí) 間 程 序物 位水 分 或 濕 度壓 力 或 真 空數(shù) 量 或 件 數(shù)放 射 性速 度 或 頻 率溫

33、 度黏 度力供 選 用位 置 差比 （ 分 數(shù) ）積 分 、 累 積安 全 報(bào) 警控 制 （ 調(diào) 節(jié) ）檢 測(cè) 元 件指 示自 動(dòng) -手 動(dòng) 操 作 器積 分 、 累 積記 錄 或 打 印開(kāi) 關(guān) 、 聯(lián) 鎖傳 送閥 、 擋 板 、 百 葉 窗套 管繼 動(dòng) 器 或 計(jì) 算 器驅(qū) 動(dòng) 、 執(zhí) 行 或 未 分 類 的 終 端 執(zhí)行 機(jī) 構(gòu) 表 1-2 被 測(cè) 變 量 和 儀 表 功 能 的 字 母 代 號(hào) 41 43 第 五 節(jié) 工 藝 管 道 及 控 制 流 程 圖 42 舉 例以 脫 乙 烷 塔 控 制 流 程 圖 ， 來(lái) 說(shuō) 明 如 何 以 字 母 代 號(hào)的 組 合 來(lái) 表 示 被 測(cè) 變 量

34、 和 儀 表 功 能 。 塔 頂 的 壓 力 控 制 系 統(tǒng) 中 的 PIC-207， 其 中 第 一位 字 母 P表 示 被 測(cè) 變 量 為 壓 力 ， 第 二 位 字 母 I表 示具 有 指 示 功 能 ， 第 三 位 字 母 C表 示 具 有 控 制 功 能 ，因 此 ， PIC的 組 合 就 表 示 一 臺(tái) 具 有 指 示 功 能 的 壓 力控 制 器 。 該 控 制 系 統(tǒng) 是 通 過(guò) 改 變 氣 相 采 出 量 來(lái) 維持 塔 壓 穩(wěn) 定 的 。 44 第 五 節(jié) 工 藝 管 道 及 控 制 流 程 圖 回 流 罐 液 位 控 制 系 統(tǒng) 中 的 LIC-201是 一 臺(tái) 具 有 指

35、 示 功能 的 液 位 控 制 器 ， 它 是 通 過(guò) 改 變 進(jìn) 入 冷 凝 器 的 冷 劑 量 來(lái) 維持 回 流 罐 中 液 位 穩(wěn) 定 的 。 塔 下 部 的 溫 度 控 制 系 統(tǒng) 中 的 TRC-210表 示 一 臺(tái) 具 有 記錄 功 能 的 溫 度 控 制 器 ， 它 是 通 過(guò) 改 變 進(jìn) 入 再 沸 器 的 加 熱 蒸汽 量 來(lái) 維 持 塔 底 溫 度 恒 定 的 。 塔 底 的 液 位 控 制 系 統(tǒng) 中 的 LICA-202代 表 一 臺(tái) 具 有 指 示 、報(bào) 警 功 能 的 液 位 控 制 器 ， 它 是 通 過(guò) 改 變 塔 底 采 出 量 來(lái) 維 持塔 釜 液 位 穩(wěn)

36、定 的 。 43 45 第 五 節(jié) 工 藝 管 道 及 控 制 流 程 圖 三 、 儀 表 位 號(hào) 44 儀 表 位 號(hào) 是 由 字 母 代 號(hào) 組 合 和 阿 拉 伯 數(shù) 字 編 號(hào) 兩 部分 組 成 。 阿 拉 伯 數(shù) 字 編 號(hào) 寫(xiě) 在 圓 圈 的 下 半 部 ， 其 第 一 位數(shù) 字 表 示 工 段 號(hào) ， 后 續(xù) 數(shù) 字 （ 二 位 或 三 位 數(shù) 字 ） 表 示 儀表 序 號(hào) 。 舉 例 脫 乙 烷 塔 的 工 藝 管 道 及 控 制 流 程 圖 中 PIC-206表 示測(cè) 量 點(diǎn) 在 加 熱 蒸 汽 管 線 上 的 蒸 汽 壓 力 指 示 儀 表 ， 該儀 表 為 就 地 安 裝 ， 工 段 號(hào) 為 2， 儀 表 序 號(hào) 為 06。 46