1、化工自动化控制系统培训材料东至县危险化学品安全生产攻坚工作主要内容l1、目标：安全管理标准化、过程管理自动化、隐患排查和运行监控信息化。l2、提高自动化控制水平：园区“两重点一重大”已基本完成自动化控制系统改造。蒸馏系统自动化控制正在落实。在役装置自动化控制系统改造，实现远程中控室监控是全面实现自动化的最终目标。自动控制系统概述l引言什么是控制系统l控制系统的重要性l控制系统的组成及应用例子l为什么绝大多数控制系统均具有反馈l自动控制系统的分类l自动控制原理的发展历史引言什么是控制系统l在家里，为了舒适地生活，我们需要控制室内的温度和湿度。l在交通领域，我们需要控制汽车精确而又安全地从一个地方
2、到达另一个地方。l在工业上，制造过程中大量的生产产品需要满足产品质量和成本效益的要求。要回答这个问题，我们可以联系日常生活中那些需要实现某种“目标”的例子：再比如一个人，可以完成许多种类的目标，包括再比如一个人，可以完成许多种类的目标，包括作决定。其中有些目标作决定。其中有些目标比如捡起地上的物品比如捡起地上的物品后再从一个地方走到另一个地方后再从一个地方走到另一个地方它的完成方它的完成方式是以一种程序化的方式来完成的。但有些目标式是以一种程序化的方式来完成的。但有些目标在人们要完成它时，不仅要考虑如何完成，还要在人们要完成它时，不仅要考虑如何完成，还要考虑如何更好地完成考虑如何更好地完成比如
3、：比如：l百米运动员在一百米短跑中，他考虑的是：百米运动员在一百米短跑中，他考虑的是：在尽可能短的时间内跑完这段距离在尽可能短的时间内跑完这段距离l马位松选手在他的比赛中，他考虑的是：马位松选手在他的比赛中，他考虑的是：在尽可能短的时间内跑完这段距离在尽可能短的时间内跑完这段距离在整个在整个过程中控制好能量的消耗并设计最佳过程中控制好能量的消耗并设计最佳的比赛策略的比赛策略l综上所述：综上所述：所谓的控制系统就是为完成某所谓的控制系统就是为完成某种种“目标目标”而采用的一整套的完成方法和而采用的一整套的完成方法和步骤。而这些方法和步骤通常又包含能够步骤。而这些方法和步骤通常又包含能够更好实现这
4、些更好实现这些“目标目标”的最佳策略。的最佳策略。l在工业领域，自动控制系统常常是指那些在工业领域，自动控制系统常常是指那些在没有人直接参与的情况下，利用控制装在没有人直接参与的情况下，利用控制装置，对生产过程、工艺参数、目标要求等置，对生产过程、工艺参数、目标要求等进行自动的调节与控制，使之按照预定的进行自动的调节与控制，使之按照预定的方案达到要求的指标的设备。方案达到要求的指标的设备。 自动控制系统的重要性l近年来控制系统在现代文明和技术发展与进步上扮演了越近年来控制系统在现代文明和技术发展与进步上扮演了越来越重要的角色。我们日常活动的每一个方面几乎都受到来越重要的角色。我们日常活动的每一
5、个方面几乎都受到了某种控制系统的影响。控制系统已经大量地应用到了工了某种控制系统的影响。控制系统已经大量地应用到了工业的所有部门。如产品质量、自动装配线、机床控制、空业的所有部门。如产品质量、自动装配线、机床控制、空间技术与武器系统、计算机控制、交通运输、动力系统、间技术与武器系统、计算机控制、交通运输、动力系统、机器人、微机系统、纳米技术等。机器人、微机系统、纳米技术等。本次培训是落本次培训是落实安全攻坚任务中一个主要方面，实安全攻坚任务中一个主要方面，因此化工自动化控制尤其重要。因此化工自动化控制尤其重要。控制系统的应用实例开环控制与闭环控制开环控制与闭环控制 开环控制和闭环控制 开环控制
6、系统开环控制系统若系统的输出量不被引回来对系统的控制若系统的输出量不被引回来对系统的控制部分产生影响，则这样的系统称为开环控部分产生影响，则这样的系统称为开环控制系统。制系统。l闭环控制系统闭环控制系统若系统输出量通过反馈环节返回来作用于若系统输出量通过反馈环节返回来作用于控制部分，形成闭合环路，则这样的系统控制部分，形成闭合环路，则这样的系统称为闭环控制系统，又称为反馈控制系统。称为闭环控制系统，又称为反馈控制系统。 开环控制和闭环控制的概念开环控制和闭环控制的概念 开环控制和闭环控制的概念开环控制和闭环控制的概念 由于开环系统无反馈环节由于开环系统无反馈环节, ,一般结构简单一般结构简单,
7、 ,系统稳定系统稳定性好，成本也低，这是开环系统的优点。因此，性好，成本也低，这是开环系统的优点。因此，在输在输出量和输入量之间的关系固定，且内部参数或外部负出量和输入量之间的关系固定，且内部参数或外部负载等扰动因素不大，或这些扰动因素产生的误差可以载等扰动因素不大，或这些扰动因素产生的误差可以预计确定并能进行补偿预计确定并能进行补偿, ,则应尽量采用开环控制系统。则应尽量采用开环控制系统。开环控制的缺点是当控制过程受到各种扰动因素影开环控制的缺点是当控制过程受到各种扰动因素影响时，将会直接影响输出量，而系统不能自动进行补响时，将会直接影响输出量，而系统不能自动进行补偿。特别是当无法预计的扰动
8、因素使输出量产生的偏偿。特别是当无法预计的扰动因素使输出量产生的偏差超过允许的限度时差超过允许的限度时 ，开环控制系统便无法满足技术，开环控制系统便无法满足技术要求，这时就应考虑采用闭环控制系统。要求，这时就应考虑采用闭环控制系统。 开环系统的特点反馈控制可以自动进行补偿，这是闭反馈控制可以自动进行补偿，这是闭环控制的一个突出的优点。环控制的一个突出的优点。闭环控制要增加检测、反馈比较，调闭环控制要增加检测、反馈比较，调节器等部件节器等部件, ,会使系统复杂、成本提高。会使系统复杂、成本提高。而且闭环控制会带来副作用，使系统的而且闭环控制会带来副作用，使系统的稳定性变差，甚至造成不稳定。这是采
9、稳定性变差，甚至造成不稳定。这是采用闭环控制时必须重视并要加以解决的用闭环控制时必须重视并要加以解决的问题。问题。 闭环系统的特点为什么大多数控制系统均有反馈l提高系统的相对稳定性l增加系统带宽和总增益l提高系统的输入阻抗、降低系统的输出阻抗l提高系统的敏感度 自动控制系统的组成 例 水位控制系统通过对工作通过对工作原理进行分原理进行分析，可以得析，可以得到该系统的到该系统的系统框图。系统框图。 自动控制系统的分类 l恒值控制系统恒值控制系统l恒值系统的特点是：控制系统的输入量是恒值系统的特点是：控制系统的输入量是恒量，并且要求系统的输出量相应地保持恒量，并且要求系统的输出量相应地保持恒定。恒
10、定。l恒值控制系统是最常见的一类控制系统。恒值控制系统是最常见的一类控制系统。按输入量变化的规律分类按输入量变化的规律分类n随动系统随动系统n随动系统的特点是：输入量是变化着随动系统的特点是：输入量是变化着的的( (有时是随机的有时是随机的) )，并且要求系统的输，并且要求系统的输出量能跟随输入量的变化而作出相应的出量能跟随输入量的变化而作出相应的变化。变化。 l过程控制系统过程控制系统l生产过程通常是指把原料放在一定的外界条生产过程通常是指把原料放在一定的外界条件下，经过物理或化学变化而制成产品的过件下，经过物理或化学变化而制成产品的过程。在这些过程中，往往要求自动提供一定程。在这些过程中，
11、往往要求自动提供一定的外界条件，例如温度、压力、流量、液位、的外界条件，例如温度、压力、流量、液位、粘度、浓度等参量在一定的时间内保持恒值粘度、浓度等参量在一定的时间内保持恒值或按一定的程序变化。或按一定的程序变化。l在化工、轻工、食品等生产过程中对温度、在化工、轻工、食品等生产过程中对温度、流量、压力、湿度等的控制流量、压力、湿度等的控制过程控制系过程控制系统。统。图为产品加图为产品加工的在线调工的在线调和流量控制和流量控制（生产复配（生产复配农药）农药）工厂中的温度、工厂中的温度、压力、流量的压力、流量的控制控制 自动控制系统的性能指标l系统的稳定性系统的稳定性l稳定系统稳定系统: :当扰
12、动作用当扰动作用( (或给定值发生变化或给定值发生变化) )时，输时，输出量将会偏离原来的稳定值，这时，由于反馈环出量将会偏离原来的稳定值，这时，由于反馈环节的作用，通过系统内部的自动调节，系统可能节的作用，通过系统内部的自动调节，系统可能回到回到( (或接近或接近) )原来的稳定原来的稳定( (或跟随给定值或跟随给定值) )稳定下稳定下来。来。l不稳定系统不稳定系统: :由于内部的相互作用，使系统出现发由于内部的相互作用，使系统出现发散而处于不稳定状态。散而处于不稳定状态。 不稳定的系统是无法进行工作的；因此，对任何自不稳定的系统是无法进行工作的；因此，对任何自动控制系统，首要的条件便是系统
13、能稳定正常运行。动控制系统，首要的条件便是系统能稳定正常运行。 复杂控制系统l按控制系统的结构特征分类，控制系统所谓的复杂，是相对于简单而言的。凡是多参数具有两个以上变送器、两个以上控制器或两个以上调节阀组成的多回路的自控系统，称之为复杂控制系统。l 目前常用的复杂控制系统有串级、分程、三冲量、前馈、选择、比值等。并且随着生产需要和科学技术的进步，又出现了许多新型的控制系统串级控制系统l一、串级控制系统l 串级控制系统的特点：两个调节器相串联，主调节器的输出作为副调节器的给定，适用于时间常数及纯滞后较大的对象。l串级控制系统的基本概念与方框图串级控制系统的实际应用 加热炉原料出口温度控制系统若
14、采用简单温度控制，当负荷发生变化时，由温变、控制器和调节阀组成一个单回路控制系统，去克服由于变化而引起的原料出口温度的波动，以保持出口温度在设定值上。 但是，当燃料气压力波动大且频繁时，由于加热炉滞后很大，将引起原料出口温度的大幅度波动。为此，先构成一个燃料气压力（或流量）的控制系统（回路），首先稳定燃料气的压力（或流量），而把原料出口温度控制器的输出，作为压力控制器的设定值，形成回路，使压力控制器随着原料出口温度控制器的需要而动作，这样就构成了如图中所示的温度压力串级控制系统。TTTCPT原料PC主回路副回路串级控制系统的方框图l在这个控制系统中，原料出口温度称为被控变量，简称主变量。调节阀
15、阀后燃料气压力称为副被控变量，简称为副变量。温度控制器称为主控制器，压力控制器称为副控制器。从燃料阀阀后到原料出口温度这个温度对象称为主对象。阀后压力对象称为副对象。由副控制器、调节阀、副对象、副测量变送器组成的回路称为副回路。而整个串级控制系统包括主对象、主控制器、副回路等效环节和主变量测量变送器，称为主回路，又称主环和外环。主测量变送单元主调节器调节阀副调节器副对象主对象副测量变送单元 串级控制系统的特点：l1）、对进入副回路的扰动具有较迅速、较 强的克服能力；l2) 、可以改善对象特性，提高工作效率；l3) 、可消除调节阀等非线性的影响；l4）、串级控制系统具有一定的自适应能力。分程控制
16、系统l一般来讲，一台调节器的输出仅控制一个调节阀。若一台调节器去控制几个阀门，并且是按输出信号的不同区间操作不同的阀门，这种控制方式习惯上称为分程控制。分程控制系统简图如下：调节器0.020.06Mpa0.060.1Mpa分程控制系统图分程控制方案中，阀的开闭形式，可分为同向和异向两种阀门开度01000.020.060.1Mpa气开阀阀门开度01000.020.060.1Mpa气关阀同向分程控制方案阀门开度10000.020.060.1Mpa气关阀气开阀00.020.060.1Mpa气关阀气开阀异向分程控制方案培训材料l同向或异向规律的选择,根据工艺需要来决定。l设计分程控制系统的主要目的：
17、一、 扩大调节阀的可调范围,改善控制品质; 二、 满足工艺的特殊要求。l工艺特殊要求的分程控制系统 例如：实行氮封的技术要求是,要始终保持储罐内的氮气微正压.储罐内物料增减时,将引起罐顶压力的升降,应及时进行控制,否则将使储罐变形。因此，当储罐内液面上升时，应停止补充氮气，并将压缩的氮气适量排出。反之，液面下降时停止放出氮气。只有这样才能做到隔绝空气，又保证容器不变形的目的。甲醇储罐氮封分程控制系统甲醇氮气PCAB氮气PT气开气关阀门开度10000.020.060.1Mpa气关阀气开阀异向分程控制方案给定值三冲量控制系统l如锅炉汽包液位的控制。l 所谓三冲量就是一个前馈加串级的控制系统。冲量实
18、际就是变量，多冲量控制中的冲量是指引入系统的测量信号。其主要冲量是水位，辅助冲量是蒸汽负荷和给水流量，它是为提高控制品质而引入的。一般我们都采用水位、蒸汽流量和给水流量三冲量控制。三冲量控制系统举例LCFC蒸汽汽包给水前馈控制系统l简单控制系统属于反馈控制，它的特点是按被控变量的偏差进行控制，因此只有在偏差产生后，控制器才对操纵变量进行控制，以补偿扰动变量对被控变量的影响。若扰动已经产生，而被控变量尚未变化，控制作用是不会产生的，所以，这种控制作用总是落后于扰动作用的，是不及时的控制。l对于滞后大的对象，或扰动幅度大而频繁时，采用简单控制往往不能满足工艺的要求，若引入前馈控制，实现前馈反馈控制
19、就能获得显著的控制效果。前馈-反馈控制系统l前馈控制的基本原理就是测取进入过程的扰动量（包括外界扰动和设定值变化），并按照其信号产生合适的控制作用去改变控制量，使被控制变量维持在设定值上。换热器的前馈控制S选择控制系统l 在我们生产中自动控制系统的主要任务之一就是要保证生产的安全、平稳地进行。但在生产过程中，不可避免地会出现不正常的工况以及其他特殊情况。这样正常设计的控制系统往往适合不了工况的要求。目前通常采用报警后由人工处理或自动连锁停车的对策，但随着装置的大型化，一次开、停车过程要消耗大量的原料，并排放出大量的不合格产品，这样显然是很不经济的；再者出现不正常工况后全部转由人工处理，则可能造
20、成操作人员的过分忙乱和紧张。所以必须考虑在非正常工况下由别的调节器按照适合当时特殊情况的另一套规律来进行控制，此外有一些工艺变量的控制，受到多种条件的约束和限制，因而也必须根据不同的情况来分别对待。在这样的指导思想下就发展出了自动选择控制系统。l 选择性控制系统的基本设计思想就是把在某些特殊场合下工艺过程操作所要求的控制逻辑关系叠加到正常的自动控制中去，它也被叫超驰控制系统或者取代控制系统。选择性控制系统l在正常情况下，选择器选正常调节器A，使输出送至调节阀，实现对参数A的正常控制；但参数B要达到危险值，选择器就自动选中控制器B，从而取代调节器A，这时对参数A来说，可能控制质量不高，但生产仍能
21、继续进行，并通过B调节器，使生产逐渐趋于正常，待到恢复正常后，控制器A又取代调节器B的工作，这样就保证在参数B达到越限前就自动采取新的控制手段，不必硬性停车。参数A调节器A调节器B选择器调节阀参数B比值控制系统l 在化工生产中经常要求两种物料以一定的比例混合以后参加反应，以保证反应充分并安全节能等。l 工业生产上为保持两种或两种以上物料比值一定的控制叫比值控制系统。l常见的比值控制系统有单闭环比值、双闭环比值和串级比值控制系统。单闭环比值控制系统l从物料流量的控制部分看，是一个随动的闭环控制回路，而主物料流量的控制部分则是开环的，主流量经比值运算后使输出信号与输入信号成一定比例，并作为副流量控
22、制器的给定值。 l在稳态时，主、副流量满足工艺要求的比值。当主流量负荷变化时，其流量信号经变送器到比值器，比值器则按预定的比值使输出成比例变化，即成比例地改变了流量控制器的给定值，则从物料经调节自动跟随主物料变化，使得在新的稳态下保持不变。当副流量由于扰动作用而变化时，因主流量不变，即控制器的给定值不变，这样，对于副流量的扰动，闭合回路相当于一个定值控制系统加以克服，使工艺要求的流量比值不变。KFC主物料从物料单闭环比值控制系统双闭环比值控制系统l双闭环比值控制系统实质上是由一个定值系统和一个随动控制系统所组成，它不仅能保持两个流量之间的比值关系，而且能保证流量不变。与采用两个单回路流量控制系
23、统相比，其优越性在于主流量一旦失调，仍能保持原定的比值。并且当主流量因扰动而发生变化时，在控制过程中仍能保持原定的比值关系从物料KF2C主物料F1C串级比值控制系统l上面两种比值控制系统，其流量比是固定的不变的，故也称为定比值控制系统。然而在某些生产过程中，却需要两种物料的比值按具体工况而改变，比值大小由另一个控制器来设定，比值控制作为副回路，从而构成串级比值控制系统，也称为变比值控制系统。这种控制系统的特点是控制精度高。RC主物料从物料TC付回路主回路其它先进控制系统l其它先进控制系统：l解耦控制、内模控制、预测控制、软测量、推断控制及稳态优化控制等。 l有时间、有精力可以参考相关书籍。小结
24、：l复杂控制系统的定义及分类l串级控制系统l分程控制系统l三冲量控制系统l前馈控制系统l选择控制系统l比值控制系统l其它控制系统自动控制系统组成自动控制系统组成自动控制系统的组成举例自动控制系统的组成举例进料蒸汽凝液出料tTCTT蒸汽凝液进料出料图13-1 蒸汽加热器温度人工控制图13-2 蒸汽加热器温度自动控制系统图图1、称为、称为工艺控制流程图工艺控制流程图TT温度变送器温度变送器 TC温度控制器温度控制器FT流量变送器流量变送器 FC流量控制器流量控制器 PT压力变送器压力变送器 PC压力控制器压力控制器LT液位变送器液位变送器 LC液位控制器液位控制器 自动控制系统自动控制系统由由测量
25、变送、控制器、测量变送、控制器、执行器和被控对象执行器和被控对象等组成。等组成。返回返回任何一个自动控制系统，均可采用方框图来描述。任何一个自动控制系统，均可采用方框图来描述。自动控制系统组成及分类自动控制系统组成及分类反馈控制系统反馈控制系统测量值控制器调节阀被控对象偏差给定值操纵值操纵变量干扰D测量变送器-SvPvDvMvq被控变量y+图13-3 自动控制系统的方块图特点：特点：1. 构成负反馈闭环控制系统。构成负反馈闭环控制系统。反馈反馈：将系统输出直接或经某些环节后又返回到输入端。将系统输出直接或经某些环节后又返回到输入端。负反馈：负反馈：反馈信号与输入信号极性相反。反馈信号与输入信号
26、极性相反。自动控制系统绝不能单独采用正反馈。自动控制系统绝不能单独采用正反馈。返回返回2. 控制作用由偏差引起。控制作用由偏差引起。 自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统，控制自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统，控制作用由偏差产生作用由偏差产生。三、自动控制系统的分类三、自动控制系统的分类1. 定值控制系统定值控制系统给定值恒定不变给定值恒定不变的控制系统。的控制系统。2. 随动控制系统随动控制系统给定值不固定给定值不固定，随时间而变。，随时间而变。目的是使所控制的工艺参数准确快速地跟随给定值变化。目的是使所控制的工艺参数准确快速地跟随给定值变化。3. 程序控制系统程序控制系统给
27、定值给定值变化，但它变化，但它是一个已知的时间函数是一个已知的时间函数。自动控制系统组成及分类自动控制系统组成及分类返回返回 简单控制系统的设计简单控制系统的设计二、被控变量选择二、被控变量选择寻找对产量、质量、安全等方面起决定作用的变量。寻找对产量、质量、安全等方面起决定作用的变量。选择原则：选择原则： 尽量选用直接指标（或间接指标）；尽量选用直接指标（或间接指标）；应可测并有足够灵敏度；应可测并有足够灵敏度；应独立可调；应独立可调；考虑工艺过程的合理性及仪表的现状。考虑工艺过程的合理性及仪表的现状。三、操纵变量选择三、操纵变量选择用以克服干扰实现控制作用的变量。用以克服干扰实现控制作用的变
28、量。执行器控制的变量，最常见为执行器控制的变量，最常见为流量、电压、转速流量、电压、转速等。等。选择原则：选择原则： 工艺的合理性、经济性工艺的合理性、经济性；克服干扰能力强克服干扰能力强，控制通道放大系数较大、控制通道放大系数较大、滞后尽量小。滞后尽量小。返回返回简单控制系统的设计简单控制系统的设计干扰操纵变量被控变量图12-1 对象的输入、输出量控制通道：控制通道： 操纵变量至被控变量的信号联系；操纵变量至被控变量的信号联系；干扰通道：干扰通道： 干扰作用至被控变量的信号联系。干扰作用至被控变量的信号联系。被控对象：被控对象： 自动控制系统中所要控制的工艺生产设备。自动控制系统中所要控制的
29、工艺生产设备。 对象特性对象特性: 被控对象的输出量随输入量及时间而变化的特性。被控对象的输出量随输入量及时间而变化的特性。 返回返回简单控制系统的设计简单控制系统的设计例：例：将浓缩乳液干燥成乳粉。将浓缩乳液干燥成乳粉。选间接参数选间接参数T作被控变量作被控变量影响干燥筒出口影响干燥筒出口温度的因素：温度的因素：滞后最小，但为生产滞后最小，但为生产负荷，不宜选用。负荷，不宜选用。乳化物流量乳化物流量控制通道滞后较大，控制通道滞后较大，对干燥温度校正作用对干燥温度校正作用灵敏度较差。灵敏度较差。旁路空旁路空气量气量因换热器时间常数因换热器时间常数T大，对干燥温度校正大，对干燥温度校正作用灵敏度
30、最差。作用灵敏度最差。加热蒸加热蒸汽量汽量选用旁路空气选用旁路空气量做操纵变量量做操纵变量返回返回简单控制系统的设计简单控制系统的设计四、气动执行器选择四、气动执行器选择1. 流量特性选择流量特性选择若广义对象为线性且若广义对象为线性且S值接近于值接近于1，可采用直线特性。，可采用直线特性。 对非线性对象或对非线性对象或S给定给定 希望阀开度希望阀开度Mv反作用反作用选用选用气开阀。气开阀。控制器控制器正作用正作用测量测量给定给定 希望阀开度希望阀开度Mv正作用正作用气开气开返回返回简单控制系统的设计简单控制系统的设计（二）控制规律的选取（二）控制规律的选取根据广义对象特性和工艺要求选择。根据
31、广义对象特性和工艺要求选择。1. 比例控制器比例控制器适用：适用：控制通道滞后小，负荷变化小，允许有余差的系统。控制通道滞后小，负荷变化小，允许有余差的系统。 特点：特点：输出与偏差成比例，调节作用快，克服干扰能力强。输出与偏差成比例，调节作用快，克服干扰能力强。 存在余差，且存在余差，且KP 余差余差。 2. 比例积分控制器比例积分控制器特点：特点：输出与偏差存在时间成比例，可消除余差。输出与偏差存在时间成比例，可消除余差。 但会降低系统稳定性，可适当增加但会降低系统稳定性，可适当增加PB ( KP )保持稳保持稳 定性，定性，A相应会增大，相应会增大，Ts加长。加长。 适用：适用：控制通道
32、滞后较小，负荷变化小，不允许有余差的控制通道滞后较小，负荷变化小，不允许有余差的 系统。系统。返回返回控制系统的投运控制系统的投运一、投运前的准备工作一、投运前的准备工作 熟悉工艺过程、控制方案和所用自动化仪表情况，进行熟悉工艺过程、控制方案和所用自动化仪表情况，进行全面检查全面检查。二、投运二、投运1. 检测系统投运检测系统投运2. 调节阀手动遥控调节阀手动遥控进料精馏塔2TCTT13塔顶回流液图14-9 精馏塔塔顶温度控制系统原理图控制器：控制器：切换至切换至“手动手动”，打开阀打开阀1与与2，关闭旁路阀，关闭旁路阀3。3. 自动控制自动控制 将将PID参数放置到需要值上，参数放置到需要值
33、上，检查控制器正、反作用检查控制器正、反作用，当当偏差为零偏差为零(Dv=0)时，时，切换至切换至“自动自动”。改变手动输出调整塔顶回流量，使塔顶温度接近给定值。改变手动输出调整塔顶回流量，使塔顶温度接近给定值。返回返回控制系统的投运控制系统的投运三、控制器参数的工程整定三、控制器参数的工程整定 观察过渡过程曲线，进一步观察过渡过程曲线，进一步调整控制器参数。调整控制器参数。注意：注意：无论手、自动操作状态，无论手、自动操作状态，旁路阀旁路阀3均不允许打开，否则调均不允许打开，否则调节阀特性会产生畸变。节阀特性会产生畸变。进料精馏塔2TCTT13塔顶回流液图14-9 精馏塔塔顶温度控制系统原理
34、图 在控制器在控制器“手动手动自动自动”切换中，要做到切换中，要做到无扰动切换无扰动切换。即要求调节阀阀位保持不变，保持被控变量不变。即要求调节阀阀位保持不变，保持被控变量不变。 按照确定的控制方案，求取控制质量最佳的控制器参数。按照确定的控制方案，求取控制质量最佳的控制器参数。即：即：确定最佳的确定最佳的Kp(PB )、TI和和TD 。 采用采用“内给定内给定”且控制器组态为且控制器组态为“自动跟踪自动跟踪”，控制平，控制平稳，稳， 可可“手动手动自动自动”相互无扰动切换相互无扰动切换。否则否则须须Dv=0Dv=0时切换时切换。返回返回小小 结结一、简单控制系统的设计一、简单控制系统的设计二
35、、控制系统的投运二、控制系统的投运简单控制系统：简单控制系统：由一个被控对象、测量变送、控制器和由一个被控对象、测量变送、控制器和 执行器所组成的单回路反馈控制系统。执行器所组成的单回路反馈控制系统。如何选择被控变量、操纵变量、执行器、控制器等。如何选择被控变量、操纵变量、执行器、控制器等。选择的主要原则。选择的主要原则。投运前的准备工作和投运步骤。投运前的准备工作和投运步骤。返回返回自动控制原理的发展历史l经典控制理论：经典控制理论：40405050年代形成的年代形成的SISOSISO系统系统 基于：二战军工技术基于：二战军工技术 目标：反馈控制系统的镇定目标：反馈控制系统的镇定 基本方法：
36、传递函数，频率法，基本方法：传递函数，频率法，PIDPID调节器调节器( (频频域域) )l现代控制理论：现代控制理论： 60607070年代形成年代形成 MIMOMIMO系统系统 基于：基于： 冷战时期空间技术，计算机技术冷战时期空间技术，计算机技术 目标：最优控制目标：最优控制 基本方法：状态方程（时域）基本方法：状态方程（时域）l智能控制技术：智能控制技术： 9090年代开始发展年代开始发展 专家系统专家系统 模糊控制模糊控制 神经网络神经网络l正在发展的各个领域正在发展的各个领域 自适应控制自适应控制 大系统理论大系统理论 鲁棒控制鲁棒控制 非线性控制（微分几何，混沌，变结构）非线性控
37、制（微分几何，混沌，变结构）危险化工工艺控制要求及控制方法介绍l安全控制的基本要求：一般为反应器温度、压力报警与联锁；进料介质流量控制与联锁；反应系统紧急切断进料联锁；液位控制；物料比例控制与联锁；可燃和有毒气体检测报警装置；紧急冷却系统；安全泄放系统。紧急停车系统。l宜采用的控制方法：一般都设立联锁关系，一旦发生异常工况启动联锁，紧急切断所有进料，并将反应器进行冷却、降温。l安全设施，包括安全阀、防爆膜、紧急切断阀及紧急排放系统等。l该控制要求与控制方法与自动化控制操作是有区别的，国家推荐的控制方案主要为安全联锁自动化控制，而自动化操作是以上所讲到的反馈，调节，自动操作。l举例：某工厂氯化亚
38、砜氯化工艺按控制要求设计了超温联锁切断氯化亚砜滴加，其主要内容是非正常工况下联锁，要实现自动化操作是用温度检测仪表反馈、调节、计算机控制氯化亚砜滴加阀，实现自动操作，基本不出现非正常工况。自动化控制系统管理制度自动化控制系统管理制度l为确保自动化控制系统的安全运行，提升装置本质安全水平，特制定本制度。l1、自动化控制系统必须由仪表人员专门管理，并取得相应的资格。l2、自动化控制系统必须定期实施检维修，检维修作业应遵守相关的安全操作规程。l3、开车前、停车后，应对自动化控制系统进行联动调试，确保运行正常，符合生产要求。l4、自动化联锁控制系统必须定期进行试验，确保运行正常，重要自动调节回路在开车
39、前必须进行室内外行程校对。l5、仪表人员必须对自动化控制系统进行日常维护保养，出现问题及时处理，确保运行正常。l6、对有毒有害、易燃易爆监测报警装置必须按期检测。l7、DCS系统必须定期进行清扫。l8、UPS、CPU电池必须按期更换。l9、控制参数的更改必须经工艺技术人员同意并由主管领导批准，方可实施。l10、自动化控制系统的任何部位故障必须由专门的仪表人员进行确认处置，其他任何人不得私自处理。l11、自动化控制系统应建立相应的管理台帐。l12、自动化控制系统的任何联锁装置不得私自摘除，如需摘除必须由工艺技术人员同意，经主管领导批准，并做好记录，采取相应的安全防范措施，方可实施。l13、冬季应
40、对自动化控制系统的室外仪表采取必要的保温措施。l14、自动化控制系统应根据科学技术进步，进行必要的设备设施更新和技术提升，以满足安全生产的需要。自动化控制系统管理制度l第一章 总 则l第一条 为了规范公司自动化控制系统的管理，确保自动化控制系统安全经济运行，依据国家相关法律、法规和公司仪表及自动化控制设备管理办法，制定本规定。l第二条 本规定明确了自动化控制系统的管理、维护、运行和l安全注意事项、自动化控制系统备品备件及UPS的管理、自动化控制系统点检的内容以及外委检修、点检的批准。l第三条 各单位应加强自动化控制系统的管理，保证自动化控l制系统在安全平稳状态下运行。l第四条 各单位应积极采用
41、国内外先进的自动化控制系统管理l方法和检维修技术，不断提高工业自动化控制系统管理水平。l第五条 本规定适用于公司及所属各单位集散控制系统（DCS）、l安全仪表系统（SIS、ESD）、可编程控制器（PLC）以及在先进过程控制（APC）和优化过程控制（OPC）系统中使用的上位计算机等的管理。自动化控制系统管理制度l第二章 管理职责l第六条 公司自动化管理部职责：l对各单位自动化控制系统硬件、软件管理、自动化控制系统运行管理及点检工作的情况进行监督检查；l自动化控制系统外委检修、点检的审批，承包方选择及点检、检修的组织工作。l第七条 各单位职责：l自动化控制系统硬件管理及日常检查、维护、保养工作；自
42、动化控制系统软件程序、网络文件管理，软件及相关数据修定管理；lUPS电源及网络机房管理；l自动化控制系统运行管理；l自动化控制系统备品备件的管理；l自动化控制系统档案的管理；l自动化控制系统的点检管理。自动化控制系统管理制度l第三章 自动化控制系统的硬件管理l第八条 各单位仪表维护单位应按装置建立自动化控制系统软、硬件设备档案及台帐，档案、台帐应实行微机管理。台帐应说明名称、型号、规格、数量、用途、制造厂、出厂日期等。档案对单台设备而言，其内容包括应用装置和投用时间、通讯速度、安装地点、运行情况、发生的故障、原因、处理和检修经过及结果等。l第九条 各单位维护单位根据不同的自动化控制系统各自特点
43、，做好自动化控制系统定期检查、维护、保养及紧急故障处理等各项工作，一般应包括以下工作内容： l定期（每两月一次）对操作站、机柜等设备及空气过滤网进行清灰；l定期（每半年一次）整理操作站及工程师站硬盘文件存储，并做好移动硬盘、刻录光盘双重备份；对于重要系统文件，应光盘刻录备份两份，并做好登记工作；l对于冗余的数据通讯通道，在条件具备时进行切换检查，以确认两条数据通讯通道互备功能完好；l制定并完善自动化仪表控制系统紧急故障处理应急预案，并报经本单位机械动力部门、和分管领导（总工程师）批准后，仪表维护单位组织学习以备急用；l及时在设备档案上填写检查、维修、保养记录，并作好原始记录的保存工作。自动化控
44、制系统管理制度l第四章 自动化仪表控制系统的软件管理l第十条 软件系统程序、文件管理各单位仪表维护单位对自动化控制系统软件、系统启动程序、测试程序、诊断程序、考核程序、网络组态文件、应用软件以及制造厂提供的一些专用软件包（如回路自整定、预测控制、先进控制、专家系统）等至少应具备两套媒体，一备一用。l对系统备份文件应建立文件清单，并要指定专人负责保管。l系统组态文件严禁擅自修改，确需修改时，需提出申请报告，说明修改理由、方法和步骤，经单位机械动力部门、生产技术部门和分管领导（总工程师）批准后方可修改。l第十一条 软件、数据修改管理在工艺控制条件和要求不变的情况下，如需对有关的应用软件或某些组态数
45、据进行修改时，由仪表维护单位提出修改方案，经生产车间、机械动力部门、生产技术部门会签后方可修改。仪表维护单位应制定出具体的修改方法和步骤，填写组态数据表，指定专人实施。l若要修改工艺控制条件和要求，或要增加某些控制系统，应先由生产车间提出工艺控制方案，经生产技术部门审批后（重要工艺控制方案的修改必须经单位总工程师审批），通过机械动力部门交仪表维护单位。后者可提出相应的软件实施方案、方法和步骤。经生产车间、机械动力部门、生产技术部门会签后组织实施。l增改的应用软件须作摸拟调试，确认其功能完全满足工艺要求，并经机械动力部门、生产技术部门签字确认方可投入运行。l增改后的应用软件在投运成功后，有关技术
46、资料要及时整理归档、备份。l第十二条 由通用计算机、工业控制微机组成的控制、数据采集等系统，应执行专机专用，严禁任何人运行与系统无关的软件，以防病毒对系统的侵袭。l第十三条 为推进技术进步，提高生产装置自动化水平，应随时做好系统软件版本升级工作。自动化控制系统管理制度l第五章 UPS管理l第十四条 UPS电源管理lUPS供电电源应保证说明书上的技术要求，如达不到应采取措施满足要求。l对UPS供给中控室仪表的电源应保证在220VAC10%（100VAC10%）范围内。l电网供电转为蓄电池供电时，中控室必须有声光报警装置。l蓄电池应定期检查充放电情况，并记录存档。l第十五条 自动化控制系统机房管理
47、自动化控制系统机房应有单独的空调系统，确保机房温l度在1825之间，变化率3/hr，相对湿度在4565%之间，变化率6%hr。l机房内严禁吸烟、饮食、堆放杂物，每周清扫一次，确保整洁。l外单位人员进入机房，必须经各单位主管部门同意，方可进入。l进入机房必须换拖鞋，穿整洁工作服。接触机柜内卡件、端子前要带接地良好的防静电手镯。l机房内要有消防设施，车间安全员要定期检查，确保完好可靠。l机房内电缆通道等入口，应用防火密封材料堵好与外界隔绝，以免可燃气体串入。机房内要有防鼠类小动物、进出口防水措施，以防意外事故。l机房内不允许铺设会产生静电的地毯。自动化控制系统管理制度l第六章 自动化控制系统运行管
48、理l第十六条 仪表维护单位应制定自动化控制系统运行管理具体l要求，明确规定每日定时检查内容。一般应包括：l向工艺人员了解系统运行情况；l调出系统状态画面，检查系统的通讯和设备的运行状态是否正常；l检查系统外设备工作状况包括触屏、打印机；l检查系统各硬件设备有无异常噪声，散热风扇工作是否正常；l检查系统的工作环境，尤其是环境温度。l第十七条 建立自动化控制系统运行日志（也可制成报表形式），班组要把每日定时检查的结果、自动化控制系统各设备及系统运行情况、发生的问题及处理结果，按时详细记录。自动化控制系统管理制度l第七章 自动化控制系统备品备件的管理l第十八条 仪表维护单位应建立自动化控制系统备品备
49、件台l帐，逐步建立备件数据资料库，实行协作储备方式，以降低储备量。l第十九条 各种卡件至少有10%的备量（至少一件），专用的各类熔断器应有100%的备量，以确保控制系统正常运转。l第二十条 单台整机备件及各种卡件应存放在有空调的房间l中。各种卡件应垂直放置，以防底板变形。l第二十一条 备用的各种卡件要有计划地安排在线卡交替使l用。自动化控制系统管理制度l第八章 自动化控制系统档案的管理l第二十二条 仪表维护单位应备有一套完整的最终设计图纸l资料及文件（包括外商提供的图纸、资料及文件）。l第二十三条 外商提供的原始说明书，操作手册及有关图纸、l资料以及文件应交单位档案室存档保管，不能作为日常使用
50、。单位档案室应负责向仪表维护单位提供一套完整的复制件。l第二十四条 系统或软件修改后有关资料应由仪表维护单位技术组及时整理归档，各单位机械动力部门备案。自动化控制系统管理制度l第九章 自动化控制系统的点检l第二十五条 自动化控制系统的点检随装置大检修同步进行，点检的内容一般包括：l对插件、LCD、机架、插槽及框架除尘；l对操作站主机、键盘、打印机、散热风扇及空气过滤网除尘；l检查所有接线端子、插件是否良好；l检查备用的电池电压是否符合规定；l检查各接地端接地电阻是否符合说明书上的要求；l对存档的最终版用户软件资料和运行的用户软件进行核对；l如果需要进行软件修改，应按本规定第十一条款进行；lDC
