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1.自动控制系统的基本概念

更新时间  2021-03-27 15:33 阅读

77化工自动化的主要内容有哪些?

         为了实现化工生产过程自动化,化工自动化的主要内容包括自动系统,程序控制、自动联锁保护系统和自动控制系统等。自动控制系统包含了自动和自动功能,是自动化系统的核心问题。

78自动控制系统有哪几部分组成?

 
      自动控制系统由三部分组成。
      ①测量元件及变送器(LT):将测得的物理量转换为另一个特定的物理量(如气压信号、电流信号)。这部分称测量变送。
      ②自动调节器(LC):它接受变送器送来的信号,与工艺需要保持的参数相比较得出偏差,并按某种运算规律算出结果,然后用特定信号(气压或电流)发送出去。
      ③执行机构:本书指调节阀,它能自动地根据接受到的信号值改变阀门开度。
 

79方块图的作用是什么?如何画方块图?

 
      为清楚地说明自动控制系统的结构及各部分(环节)之间相互关系和信号联系,一般可用方块图表示。
     方块图中每个方块代表系统中一个环节,方块之间用一条带箭头的直线表示它们相互间的联系,箭头所指方向表示信号传递方向,线上字母说明信号的名称。以图2-1为例,图中的水槽可用一个“被控对象”方块表示。
 
    如图2-1所示,其液位就是生产过程中要求保持定值的参数,在自动控制系统中称为被调参数,用符号y表示,y是对象方块的输出信号。在本例中,若影响y波动的因素是进料量的变化,这种引起被调参数y波动的外来因素称为干扰(或称扰动)作用,用符号y表示。干扰作用是作用于对象的输入信号,用箭头指向“被控对象”方块。由图可见,出料流量的改变是由于调节阀动作引起的,那么出料流量调节阀方块的输出信号。同时,出料流量的变化影响液位起到调节作用,所以也是作用于”被控对象“的输入信号,箭头指向”被控对象“方块,而尾端连接于”调节阀“方块。水槽的液位信号是测量元件及变送器的输入,而变送器的输出信号z进入比较机构与给定值信息x进行比较,得到偏差信与e(e=x-z),并被送往调节器。调节器根据偏差信号e,按某种运算规律算出结果,发出控制信号p(气压或电流)调节阀,使阀门动作,改变其开度,使被调参数稳定在要求的范围。
      按前面所述作出自动控制系统方块图,如图2-2所示。
 
      需要说明一点,调节器前面的比较机构实际上是调节器的一部分,不是独立元件,在图中将其画出,为的是说明其比较作用。
 

80为什么自动控制系统是一个采用负反馈的闭环回路?

 
        对于一个简单的自动控制系统,其方块图不论在表面上有多大差别,它的各个组成部分在信号传递关系上总会形成一个闭合的环路。其中一个信号,只要沿着箭头方向方向前进,通过若干个环节后,终又会回到原来的起点。所以,自动控制系统是一个闭环系统。
     再看“自动控制系统方块图”,系统的输出参数是被调参数,但是它经过测量元件和变送器后,又返回在到系统输入端,与给定值进行比较。这种反系统(或环节)的输出信号直接或经过一些环节重新返回输入端的做法叫做反馈。从“自动控制系统方块图”还可以看到,在反馈信号z帝有一个负号“一”而在给定值x旁有一个正事情“+”(也可省略),这里正和负的意思是指在比较时,以x作为正值,以x作为负值,也就是到调节器的偏差信息e=x-z。因为“自动控制系统方块图”中的反馈信号z取负值,所以叫做负反馈,负反馈信号能够使原来的信号减弱。如果反馈信号不取负值,而取正值,反馈信号使原来的信号加强,那么就叫做正反馈。在这种情况下,方块图中反馈信号z旁则要用正号“+”,此时偏差e=x+z。在自动控制系统中都采用负反馈。因为只有负反馈才能使被调 参数y受到干扰的影响而升高时,反馈信号z将升高,经过比较而到调节器去的偏差信号e将,此时调节器将发出信号而使调节阀的开充发生变化,变化的方向为负,从而使被调参数下降回到给定值。这样就达到了调节的目的。如果采用正反馈的形式,那么调节作用不仅不能克服干扰的影响,反而起到推波助澜的作用,即当被调参数受到干扰升高时,z亦升高,调节阀的动作方向是使被调参数进一步上升,而且只要有一点微波的偏差,调节作用就会使偏差越来越大,直被调参数超出范围而破坏生产。所以,调节系统不能单独采用正反馈。
       综上所述,自动调节系统是具有被调参数负反馈的闭环系统。
 

81什么是被控对象、给定值和偏差?

 
       自动控制系统的工艺生产设备叫做被控对象或简称对象。生产中要求保持的工艺指标,被称为给定值。在自动控制系统中,习惯上采用给定值x减去测量值z作为偏差e,即e=x-z,给定值x大于测量值z时为正偏差,而给定值x小于测量值z时为负偏差。
 

第二节简单的调节系统

 

82构成方块图重要的一步是什么?

 
       构成方块图重要的是确定被控对象,随即需要选定对象的输入信号——调节参数与对象的输出信号——被调参数。一旦调节参数与被调参数选定后,调节通道中对象特性也就能确定了。
       有时,选择被调参数与调节参数并不难。自动控制系统是为工艺上某一目的的服务的,若工艺参数是液位、压力、流量、温度等,显然被调参数就是液位、压力、流量、温度;于调节参数,则往往是能够调整的物料量或能量参数。
        被调参数的选择重要,它是决定控制系统有无价值的关键。若被调参数选择不当,仪表、调节器配备再好也是无用的。

83怎样选择被调参数?被调参数的个数选择怎样确定?

 
       对于一个生产过程,要实现自动控制,其被调参数的选择实质上反映在两个方面。
       ①应该选择几个被调参数,选哪几个为好?
       ②构成简单调节回路后,回路之间有否影响?相互关联的程度如何?用下例说明以上两个方面内容的考虑。
       例如,要对一个产生饱和蒸汽的锅炉蒸汽质量进行控制,提出了三种方案?
       ①压力p与温度T皆为被调参数;
       ②温州T为被调参数;
       ③压力P为被调参数。
       被调参数个数选择应按照被调参数个数等于自由度确定。
       根据物理化学中介绍的相律关系,自由度表达式为F=C-P+2
式中  F——自由度;C——组分数;P——相数。
       作为饱和蒸汽,实质上存在着气、液两相,即P=2,而组分数皆为水,即C=1,故得F=1-2+2=1
       表示饱和蒸汽的自由度为1,或独立变量只有一个。所以,要反映蒸汽质量,不必选两个被调参数,只要选取温度或压力其中之一就够了。于选压力还是温度,可从测量元件时间常数小、元件简单可靠等方面来考虑,一般以选择压力为宜。
      如果不按照被调参数的个数等于自由度的原则,设计出既有温度又有压力作为被调参数的方案,那么,这种控制系统将是无法投运的。

84选择被调参数的原则是什么?

 
     选择被调参数的原则如下:
      ①选择质量指标作为被调参数,它直接也有效。
      ②当不能用质量指标作为被调参数时,应选择一个与产品质量有单值对应关系的参数作为被调参数。