化工仪表及自动化期末复习

绪论

1. 化工自动化：化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产的不同程度上自动的进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。

2. 自动化目的：（1）加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。（2）减轻劳动强度，改善劳动条件。（3）能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。（4）能根本上改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步的消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。 第一章

1.化工生产过程自动化包括：自动检测、自动保护、自动操作、自动控制四个方面。 2.自动检测系统：利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量、指示、记录。

3.自动控制系统：对化工生产中的某些关键性参数进行自动控制，是他们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时，能自动的控制而回到规定的数值范围内。

4.自动控制系统的基本组成：被控对象、测量变送系统、控制器、执行器。

5.对象：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做被控对象，简称对象。

6.自动控制系统是一个具有被控变量负反馈的闭环系统。被控变量不是被控对象。

7.反馈：把系统（或环节）的输出信息直接或经过一些环节重新返回到输入端的做法叫做反馈。反馈的信号取负值就叫做负反馈。

8.自动控制系统按需要控制的被控变量的给定值是否变化和如何变化分:定值控制、随动控制和程序控制系统。

9.控制系统静态：当一个自动控制系统的输入和输出据恒定不变时，整个系统就处于一种相对稳定的平衡状态，系统的各个组成环节入变送器、控制器、控制阀都不改变其原先的状态，他们的输出信号也都处于相对静止状态，即静态（被控变量不随时间而变化的平衡状态）。 10.控制系统动态：从干扰发生开始，经过控制，直到系统重新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和信号都处于变动状态之中，即动态（被控变量随时间而变化的不平衡状态）。

11.系统的过渡过程：系统有一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，称为系统的过渡过程。

12.自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程形式：非周期衰减过程、衰减震荡过程、等幅震荡过程、发散震荡过程。

13.控制系统的品质指标：最大偏差、衰减比、余差、过渡时间。前后相邻两个峰值之比称为衰减比。当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳定值遇给定值之间的偏差称为余差。从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间称为过渡时间。

13.输入包括：给定和干扰

第一节 例 题 分 析 1.

在石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂

解气体的热量，使裂解气体的温度下降到规定的数值上。

图1-9是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。被冷却的物料是乙烯裂解气，其温度要

制药过程控制原理与仪表

求控制在(15±1.5)℃。如果温度太高，冷却后的气体会包含过多的水分，对生产造成有害影响；如果温度太低，乙烯裂解气会产生结晶析出，堵塞管道。

图1-9丙烯冷却器温度控制系统示意图

(1)指出系统中被控对象、被控变量和操纵变量各是什么？ (2)试画出该控制系统的组成方块图。

(3)试比较图1-9及它的方块图，说明操纵变量的信号流向与物料的实际流动方向不同。 解

(1)在丙烯冷却器温度控制系统中，被控对象为丙烯冷却器；被控变量为乙烯裂解气的出口温度；操纵变量为气态丙烯的流量。

(2)该系统方块图如图1-10所示。

图1-10丙烯冷却器温度控制系统方块图

注：θ为乙烯裂解气的出口温度；θsp为乙烯裂解气的出口温度设定值

(3)在图1-9中，气态丙烯的流向是由丙烯冷却器流出。而在方块图中，气态丙烯作为操纵变量，其信号的流向是指向丙烯冷却器的。

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制药过程控制原理与仪表

2. 某化学反应器工艺规定的操作温度为(900±10)℃。考虑安全因素，控制过程中温度偏离给定值最大不得超过80℃。现设计的温度定值控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-13所示。试求最大偏差、衰减比和振荡周期等过渡过程品质指标，并说明该控制系统是否满足题中的工艺要求。

图1-13 过渡过程曲线

解 由过渡过程曲线可知 最大偏差 A=950-900=50℃ 衰减比

第一个波峰值B=950-908=42℃ 第二个波峰值B'=918-908=10℃

衰减比n=42:10=4.2 振荡周期 T=45-9=36min 余差

C=908-900＝8℃

过渡时间为 47min。

由于最大偏差为50℃，不超过80℃，故满足题中关于最大偏差的工艺要求。

第二节 习 题

2.锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。水位过高，会使蒸汽带液，降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备。而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。因此，必须对汽包水位进行严格的控制。图1-27是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求：

(1)画出该控制系统方块图；

(2)指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么？

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制药过程控制原理与仪表

图1-27 锅炉汽包水位控制示意图

答：(1)锅炉汽包水位控制系统方块图如图1-36所示。

图1-36锅炉汽包水位控制系统方块图

注：h为锅炉汽包水位；h0为锅炉汽包水位设定值

(2)被控对象：锅炉汽包。

被控变量：锅炉汽包水位。 操纵变量：锅炉给水量。

扰动量：冷水温度、压力，蒸汽压力、流量，燃烧状况等。

6.图1-31为一组在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线。 (1)指出每种过程曲线的名称；

(2)试指出哪些过程曲线能基本满足控制要求？哪些不能？为什么？

(a) (b) (c) (d) 图1-31 过渡过程曲线

答：

(1) (a)等幅振荡；(b)衰减振荡；(c)非振荡衰减；(d)发散振荡。

(2) (b)，(c)能基本满足控制要求，(a), (d)不能。因为(b), (c)对应的过渡过程是稳定的。

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