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化工仪表及自动化（2013-12-28） 第一章 自动控制系统基本概念 ◆化工自动化的内容：自动检测系统、自动信号和联锁保护、自动操纵及自动开停车系统、自动控制系统。 ◆自动控制系统的目的：对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到外界干扰(扰动)的影响而偏离正常状态时，能自动地控制而回到规定的数值范围内。 ◆自动控制系统的主要组成：起控制作用的全套自动化装置、受自动化装置控制的被控对象。 其中自动化装置还包括测量元件与变送器、自动控制器、执行器等。 各部分的作用： 1、测量元件与变送器：用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的、统一的输出信号。 2、自动控制器：它接受变送器送来的信号，与工艺需要保持的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号发送出去。 3、执行器：通常指控制阀，能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变阀门的开启度，克服扰动的影响，最终实现控制要求。 方块图 是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。 【方块图中要具体化的东西：给定值、操纵变量、被控对象、被控变量】 每一个方块代表系统中的一个组成部分，称为“环节”。方块内填入表示其自身特征的数学表达式。 方块间用带有箭头的线条表示其信号的相互关系及信号的流向。【不代表物料联系】 线旁的字母表示相互间的作用信号。 ◆与工艺管道及控制流程图的区别：【流程图比方块图具体，且图中各项箭头指向含义不同】 1、采用方块图可直观地显示系统中各组成部分以及他们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。 2、而工艺管道及控制流程图则是在控制方案确定以后，根据工艺设计给出的流程图，按其流程顺序标注有相应的测量点、控制点、控制系统及自动信号、联锁保护系统的图。在工艺管道及控制流程图上设备间的连线是工艺管线，表示物料的流动方向，与方块图中线段的含义截然不同。 被控对象：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。 被控变量：被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。 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 量：除操纵量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。 设 定 值：被控变量的预定值。 偏 差：被控变量的设定值与实际值之差。 反 馈：把系统（或环节）的输出信号直接或经过一些环节重新引回输入端的作法。 负反馈：反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差。 正反馈：反馈信号的作用方向与设定信号相同，即偏差信号为两者之和。 负反馈在自动控制中的重要意义：被控变量y受到干扰的影响而升高时，只有负反馈才能使反馈信号z升高，经过比较，到控制器去的偏差信号e将降低，此时控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化，变化的方向为负，从而使被控变量下降回到给定值，这样就达到了控制的目的。 ◆自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。他与自动检测、自动操纵等开环系统比较，最本质的区别就是自动控制系统有负反馈。 ◆管道及仪表流程图（P＆ID）上常用符号的意义（仪表图形符号、字母代号、仪表位号）： 1、仪表图形符号：  就地安装仪表 集中仪表盘面安装仪表 就地仪表盘面安装仪表 2、字母代号：在用来表示仪表的小圆圈的上半圆内，第一字母表示被测变量，后继字母表示仪表的功能。 F——流量 L——物位 P——压力或真空 T——温度 C——控制（调节） I——指示 R——记录或打印 当一台仪表同时具有指示、记录功能时，只需标注字母代号“R”，不标“I”。 3、仪表位号：写在圆圈的下半部，其第一位数字表示工段号，后续数字表示仪表序号。 第三节 自动控制系统的分类 1、按基本结构形式分：开环自动控制系统（控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系） 闭环自动控制系统 2、按被控变量来分：温度、压力、流量、液位等控制系统 3、按控制规律来分：比例、比例积分、比例微分、比例积分微分等控制系统。 4、按给定值不同形式：定值控制、随动控制、程序控制系统。 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 一、控制系统的静态与动态 ◆静态：在自动化领域中，被控变量不随时间而变化的平衡状态。 ◆动态： 被控量随时间变化的不平衡状态。 在静态下，自动控制系统的输入和输出都保持在某一常数不变，系统中各信号的变化率为零，而此时生产仍在进行，物料和能量仍然有进有出。因此，静态反映的是相对平衡状态。 而动态是指，当一个原来处于相对平衡状态的系统，受到扰动作用的影响，其平衡状态受到破坏，被控变量偏离设定值。此时，控制器就会改变原来的状态，产生相应的控制作用，改变操纵变量克服扰动影响，系统建立新的平衡