化工装置仪表自动控制理论知识.docx

其次部分第六章化工仪表自动化6.1 雌在化工等连续性生产设备上，配备一些自动扮装置，代苗操作人员的部分干脆劳动，使生产在不同程度上自动地进行，称为化工自动化.实现化工自动化的目的是：加快生产速度，降低生产成本，提高产品数量和质地;降低劳动强度，改善劳动成本;确保生产平安。6.2 自动调整系统基本概念化工自动化的主要内容：自动检测：自动爱惜及报警：自动操纵及启停：自动调整。自动调整系统的蛆成四部分：测量仪表.显示记录仪表.调盛器.执行机构。自动调整系统的表示方法攵送心限制流程图符号意义序号安装位置图形符号备注序号安装位图形符号备注1就地安装仪表O4集中仪表盘后安装仪表OC嵌在管道中2仪而仪中盘装集表安表.5就地仪表盘后安装仪表O3仪面仪地楸装就表安表O限制流程图字母意义字母第一位字母后继字母字母第一位字母后继字母被测变量修饰词功能被测变显修饰词功能A分析报警P压力C电导率限制Q数量积分累积D密度差R放射性记录E电压S速度平安开关F流量比T温度传送I电流指示V粘度阀K时间W力1.物位YM水分Z位置执行机构自动调整系统的分类I）按被调参数分类：流量调整，温度调整，压力调整，物位调整等.2）按调整规律分类：比例调整,比例微分调整，比例枳分调整,比例微分积分调整。3）按被调参数的变更规律分类：（1）定值调整系统：给定值为常数：（2）随动调整系统：给定值为变数，要求跟随变更；（3）程序限制调整系统：按预定时间依次限制参数。4）按信号种类分类：气动调整系统，电动调整系统。自动调整的过度过程和系统品质指标I）限制系统的过渡过程：在扰动或给定值变更的状况卜.，被控量偏离给定值和在限制调整作用卜.，接近给定值或跟随给定值变更的过程。2）限制系统的动态特性被控参数向绐定值变更过程的特性。3）限制系统的冷态特性经过调整作用后，被控参数处于稳定范囤时的特性。4）飞升曲线：在单位阶跃输入（因扰动或设定值变更，使被控参数和设定值之间出现阶跃性变更）下，过度参数的变更曲线.t升曲线的四种形式5）限制系统的品质指标最大偏差A：衰减比（A-C）/（B-C）;4:1-10:1余差C：过渡时间I：振荡周期T.6.3 调整对象的特性化工对象的特点及其描述方法调整效果取决了调整对以（内因）和调整系统（外因）两个方面。外因只有通过内因起作用，内因是最终效果的确定因素。设计调推系统的前提是：正确驾驭工艺系统调挖作用（输入）及调整结果（输出）之间的关系一对象的特性。.1对象特性的分类及探时方法所谓探讨对缴的特性，就是用数学的方法来描述出对象输入量及输出量之间的关系。对象的数学模型可以分为踊态数学模型和动态数学模型。静态数学模型描述的是时象在稔定时（解态）的输入及输出关系；动态数学模型描述的是在输入量变更以后输出量践随变更的规律：动态数学模型是更精确的模型，静态数学模型是动态数学模型在对象达到平衡时的特例。.2系统的动态特性对象受到干扰作用或调整作用后，被调参数跟随变更规律。探讨系统动态特性的核心是：找寻系统输入及输出之间的（函数）规律。系统输入量：干扰作用.调整作用。系统输出量：系统的主要被调参数.副作用。数学模型的表示方法：非参量模型：用曲线,图表表示的系统输入及输出量之间的关系。参员模型：用数学方程式表示的系统输入及输出员之间的关系。.3对象动态特性的探讨方法I）理论分析:依据系统工艺实际过程的数质量关系，分析计堂输入量及输出量之间的关系。2）试验探讨:仃些系统的输入及输出之间的关系是比较难以通过计算来获得的.须要在实际系统或试验系统中，通过一组输入来考察输出的跟随变更规律反映输入及输出关系的阅历曲线和阅历函数关系。对象理论数学模型的建立阶对彖：系统辘入.输H1.关系（动态特性）可以用阶微分方程来表示的限制对象.积分对象:系统动态特性可以用一阶积分方程来表示的限制对象。二阶对象：系统动态特性可以用二阶微分方程来表示的限制对象。示例一：一阶对象由体积守恒可得：（Q-Qndt=Adh其中：Q2hR*Rs局部阻力项由此可得：RsQ=h+ARs（dh/dt）或：示例二：积分对象KQ1=h+T（dhdt）由体积守恒可得：(QI-Q2)dt=Adh其中：Q2=CC常数由此可得:Q1.=Q2+A(dhdt)或：h=(1.A)(QI-C)dt示例三：二阶对象1。，由体积守恒可得：I.：1(QQ')dt=Adh(Q2-Q2)dt=A2dh2J由此可得：I二二二二二二二二4R>Q1=h2+(A1Ri+AaRiXdhWt)+AiI-1_R?AaRYd2Hyd1.)土-Io,1或：彳KQ1.=W+(T1.+TMdhdd1.)HQ+TT2(d2dt2)描述对象特性的参数D放大倍数K在系统稔定条件下，输入量及输出量之间的对应关系系统的睁态特性如：h=KQ+C或Ah=KAQK值超大，系统灵敏度越高。在实际工艺系统中，通常接受比较K值的方法来选择主要限制参数。当然，由丁工艺条件和生产成本的制约，事实上并不愿定都选择K值最大的因素作为主控参数。2)时间常数T在确定的输入作用下，被调参数完成其变更所需时间的参数.当对象受到阶跃输入作用后，被调参数假如保持初始速度变更，达到新的稳定值所须的时间。由于调整量越大，被调参数的变更越大。随着调整作用的进行，相对调整量变小，被调参数的变更减小。所以，在阶跃输入后,被调参数的实际变更速度是越来越小的.因此，被调参数变更到新的稳定值(及新输入量相对应的输出量)所需的时间事实上应当是无限长。3)滞后时间T在输入参数变更后，仃的输出参数不能立刻发生变更,而须要等待段时间才起先产生明显变更，这个时间间隔称为滞后时间。滞后时间按其产生缘由可以分为：传递滞后：滞后期内无变更新参数的作用结果还没有传递到输出点；容积滞后：滞后期内逐步产生微弱变更-新参数的作用结果受到容积显的缓冲。示例四：一阶对象的放大倍数和时间常数（Qi-QiMi=Adh其中QjfthR对于1.意Q1输入，最终总能形成确定的h.使得：Qi=QKh出一个QI对应一个确定的h。参数氐事实上确定了稳定液位高度及给料量之间的对应关系比例系数或放大倍数.当某一瞬间Q1从a增加/削减到b时，h须要经过一段时间才能从对应的hi增加/削减到h2,时间常数T即用于描述此过程的快慢。示例五：二阶对象传递滞后及容积滞后当QI发生变更后,须要经过时间5其新潦用才能进入被控系统传递滞后。Q1变更后的流量进入被控系统后，首先使%逐步发生变更；经过时间12后，有了较大变更,才引起Qw发生明显变更,并进而导致。起先发生显著变更容积滞后。对象特性的试验探讨"科学''和“技术''具有不同的范西，许多困雄的过程不能通过理论分析得出显性表达式：理论推导通常忽视些影响因索，而这些因素对实际结果具有相当的影响:通过试验获得阅历方程有时比理论推算更便利。对象特性探讨的目的在于获得以卜参数：输入及输出的对应关系对彖的静态特性：调整作用的时间常数及滞后时间对象的动态特性。对象特性的试验探讨方法1）多点拟合法：在调整量的全部变更范围内，按确定规律依次取值试验，分别记录被调参数变更规律，并进而分析各种静态特性和动态特性参数。优点:结果比较精确.缺点：时间长，代价大。2）阶跃反应曲线法：通过调整取的一个阶跃变更我寻对象的动态特性。优点：简洁易行。缺点：精度低。3）周期脉冲法：通过谢整量的周期变更（矩形波或正弦变更），获得对象的动，冷态特性.优点：能反应条件波动时的结果.缺点：不能用丁大滞后系统。对象特性试除留意事项试验应在其它条件相对相对稳定时进行：条件变更及结果记录应同时进行,以便分析滞后时间：试险结果的记录应持续到输出员达到稳定态为止：尽可能增加试验点数，必要时可进行亚复试验，以提高精度；对试验数据中的奇异点，要细致分析，尽量解除。留意试验中的异样变更，必要时做好预防措施，以策平安。6.4测量元件及交换器概述.1参数的濡量1）参数检测：将被测参数经过次或多次能室的交换.获得种便于显示被测变肽依据信号的不同，参数检测仪表可以分为气动检测仪表和电动检测仪表两类。2）非电量的电测法：将非电量工艺参数，如压力,温度.流量,物位等,转换为电流，电压等电路参数（信号）的检测方法。.2检泅仪表的性能I）精确度及误差（1）精确度：测量值及被测量真值的接近程度：C2）确定误差：测量值及被测限真值之差：（3）相时误差：确定误差及被测量现值之比；（4）实际相对误差：确定误差及被测增久值之比：（5）示值相对误差：确定误差及仪表指示值之比：（6）引用相对误差：确定误差及仪表满刻度值之比。（7）允许误差：最大引用相对误差.2）指示变差及精密度（1）指示变差：同一仪表对相同的被测参数进行正.反行程测量时，其显示值的差异。（2）精密度（简称精度）：仪表检测微小参数变更的实力。（3）仪表精度等级：用允许误差的确定值表示：常用仪表等级有：0.005,0.02.0.05.0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5.4.0,5.0等。（4）精确度：仪表精密而精确的程度“3）灵敏度,灵敏限及辨别率（1）灵敏度：仪表的指示位移变更量及被测参数变更量之比。（2）灵敏限：能引起仪表指针发生位移变更的被测参数的最小变更显，（3）辨别率：测试仪表数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变更量。4）线性度及反应时间（1）线性度：测量仪表在全量程范围内实际校准值及理论对应值的吻合程度。（2）反应时间：显示值变更相时于实际值变更的滞后时间。.3检窝系统的构成显示被测卷致敏感元件信号变换信号传除信号测量记#:AjD*P1.C.1压力的表示及单位确定压力：单位面积所受到的力相对压力（表压）：确定压力及大气压之差真空度：大气压及踊定压力之差表压标准大气压真空度确定压力压力（压强）的单位：压强（俗称压力）：单位面积所受到的垂直作用力。工程上的“压力”及力学中的“压力”不表示同一个概念。帕PaNm2亮米汞柱mm兆帕MPa106Nm2水柱in工程大气压10mH2O巴dyncm2物理大气压200C海平面psi1.bin2.2压力计的分类及工作原理工业压力计通常按极感元件的类型进行分类：液柱式压力计，活塞式压力计.冲性式压力计.电气式压力计1）液柱式压力计测量原理：P=hy所以h=P单容压力计U型管压力计2）活塞式压力计测量原理：P=GZS所以G=PS精确度高，常用作标准仪表，检脸