77化工自動化的主要內(nèi)容有哪些？

         為了實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程自動化，化工自動化的主要內(nèi)容包括自動系統(tǒng)，程序控制、自動聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)等。自動控制系統(tǒng)包含了自動和自動功能，是自動化系統(tǒng)的核心問題。

78自動控制系統(tǒng)有哪幾部分組成？

 
      自動控制系統(tǒng)由三部分組成。
      ①測量元件及變送器(LT)：將測得的物理量轉(zhuǎn)換為另一個(gè)特定的物理量(如氣壓信號、電流信號)。這部分稱測量變送。
      ②自動調(diào)節(jié)器(LC)：它接受變送器送來的信號，與工藝需要保持的參數(shù)相比較得出偏差，并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，然后用特定信號(氣壓或電流)發(fā)送出去。
      ③執(zhí)行機(jī)構(gòu)：本書指調(diào)節(jié)閥，它能自動地根據(jù)接受到的信號值改變閥門開度。
 

79方塊圖的作用是什么？如何畫方塊圖？

 
      為清楚地說明自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及各部分（環(huán)節(jié)）之間相互關(guān)系和信號聯(lián)系，一般可用方塊圖表示。
     方塊圖中每個(gè)方塊代表系統(tǒng)中一個(gè)環(huán)節(jié)，方塊之間用一條帶箭頭的直線表示它們相互間的聯(lián)系，箭頭所指方向表示信號傳遞方向，線上字母說明信號的名稱。以圖2-1為例，圖中的水槽可用一個(gè)“被控對象”方塊表示。     如圖2-1所示，其液位就是生產(chǎn)過程中要求保持定值的參數(shù)，在自動控制系統(tǒng)中稱為被調(diào)參數(shù)，用符號y表示，y是對象方塊的輸出信號。在本例中，若影響y波動的因素是進(jìn)料量的變化，這種引起被調(diào)參數(shù)y波動的外來因素稱為干擾（或稱擾動）作用，用符號y表示。干擾作用是作用于對象的輸入信號，用箭頭指向“被控對象”方塊。由圖可見，出料流量的改變是由于調(diào)節(jié)閥動作引起的，那么出料流量調(diào)節(jié)閥方塊的輸出信號。同時(shí)，出料流量的變化影響液位起到調(diào)節(jié)作用，所以也是作用于”被控對象“的輸入信號，箭頭指向”被控對象“方塊，而尾端連接于”調(diào)節(jié)閥“方塊。水槽的液位信號是測量元件及變送器的輸入，而變送器的輸出信號z進(jìn)入比較機(jī)構(gòu)與給定值信息x進(jìn)行比較，得到偏差信與e(e=x-z),并被送往調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差信號e，按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，發(fā)出控制信號p（氣壓或電流）調(diào)節(jié)閥，使閥門動作，改變其開度，使被調(diào)參數(shù)穩(wěn)定在要求的范圍。
      按前面所述作出自動控制系統(tǒng)方塊圖，如圖2-2所示。       需要說明一點(diǎn)，調(diào)節(jié)器前面的比較機(jī)構(gòu)實(shí)際上是調(diào)節(jié)器的一部分，不是獨(dú)立元件，在圖中將其畫出，為的是說明其比較作用。
 

80為什么自動控制系統(tǒng)是一個(gè)采用負(fù)反饋的閉環(huán)回路？

 
        對于一個(gè)簡單的自動控制系統(tǒng)，其方塊圖不論在表面上有多大差別，它的各個(gè)組成部分在信號傳遞關(guān)系上總會形成一個(gè)閉合的環(huán)路。其中一個(gè)信號，只要沿著箭頭方向方向前進(jìn)，通過若干個(gè)環(huán)節(jié)后，終又會回到原來的起點(diǎn)。所以，自動控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。
     再看“自動控制系統(tǒng)方塊圖”，系統(tǒng)的輸出參數(shù)是被調(diào)參數(shù)，但是它經(jīng)過測量元件和變送器后，又返回在到系統(tǒng)輸入端，與給定值進(jìn)行比較。這種反系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的輸出信號直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)重新返回輸入端的做法叫做反饋。從“自動控制系統(tǒng)方塊圖”還可以看到，在反饋信號z帝有一個(gè)負(fù)號“一”而在給定值x旁有一個(gè)正事情“+”（也可省略），這里正和負(fù)的意思是指在比較時(shí)，以x作為正值，以x作為負(fù)值，也就是到調(diào)節(jié)器的偏差信息e=x-z。因?yàn)?ldquo;自動控制系統(tǒng)方塊圖”中的反饋信號z取負(fù)值，所以叫做負(fù)反饋，負(fù)反饋信號能夠使原來的信號減弱。如果反饋信號不取負(fù)值，而取正值，反饋信號使原來的信號加強(qiáng)，那么就叫做正反饋。在這種情況下，方塊圖中反饋信號z旁則要用正號“+”，此時(shí)偏差e=x+z。在自動控制系統(tǒng)中都采用負(fù)反饋。因?yàn)橹挥胸?fù)反饋才能使被調(diào) 參數(shù)y受到干擾的影響而升高時(shí)，反饋信號z將升高，經(jīng)過比較而到調(diào)節(jié)器去的偏差信號e將，此時(shí)調(diào)節(jié)器將發(fā)出信號而使調(diào)節(jié)閥的開充發(fā)生變化，變化的方向?yàn)樨?fù)，從而使被調(diào)參數(shù)下降回到給定值。這樣就達(dá)到了調(diào)節(jié)的目的。如果采用正反饋的形式，那么調(diào)節(jié)作用不僅不能克服干擾的影響，反而起到推波助瀾的作用，即當(dāng)被調(diào)參數(shù)受到干擾升高時(shí)，z亦升高，調(diào)節(jié)閥的動作方向是使被調(diào)參數(shù)進(jìn)一步上升，而且只要有一點(diǎn)微波的偏差，調(diào)節(jié)作用就會使偏差越來越大，直被調(diào)參數(shù)超出范圍而破壞生產(chǎn)。所以，調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能單獨(dú)采用正反饋。
       綜上所述，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)是具有被調(diào)參數(shù)負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。
 

81什么是被控對象、給定值和偏差？

 
       自動控制系統(tǒng)的工藝生產(chǎn)設(shè)備叫做被控對象或簡稱對象。生產(chǎn)中要求保持的工藝指標(biāo)，被稱為給定值。在自動控制系統(tǒng)中，習(xí)慣上采用給定值x減去測量值z作為偏差e，即e=x-z，給定值x大于測量值z時(shí)為正偏差，而給定值x小于測量值z時(shí)為負(fù)偏差。
 

第二節(jié)簡單的調(diào)節(jié)系統(tǒng)

 

82構(gòu)成方塊圖重要的一步是什么？

 
       構(gòu)成方塊圖重要的是確定被控對象，隨即需要選定對象的輸入信號——調(diào)節(jié)參數(shù)與對象的輸出信號——被調(diào)參數(shù)。一旦調(diào)節(jié)參數(shù)與被調(diào)參數(shù)選定后，調(diào)節(jié)通道中對象特性也就能確定了。
       有時(shí)，選擇被調(diào)參數(shù)與調(diào)節(jié)參數(shù)并不難。自動控制系統(tǒng)是為工藝上某一目的的服務(wù)的，若工藝參數(shù)是液位、壓力、流量、溫度等，顯然被調(diào)參數(shù)就是液位、壓力、流量、溫度；于調(diào)節(jié)參數(shù)，則往往是能夠調(diào)整的物料量或能量參數(shù)。
        被調(diào)參數(shù)的選擇重要，它是決定控制系統(tǒng)有無價(jià)值的關(guān)鍵。若被調(diào)參數(shù)選擇不當(dāng)，儀表、調(diào)節(jié)器配備再好也是無用的。

83怎樣選擇被調(diào)參數(shù)？被調(diào)參數(shù)的個(gè)數(shù)選擇怎樣確定?

 
       對于一個(gè)生產(chǎn)過程，要實(shí)現(xiàn)自動控制，其被調(diào)參數(shù)的選擇實(shí)質(zhì)上反映在兩個(gè)方面。
       ①應(yīng)該選擇幾個(gè)被調(diào)參數(shù)，選哪幾個(gè)為好？
       ②構(gòu)成簡單調(diào)節(jié)回路后，回路之間有否影響？相互關(guān)聯(lián)的程度如何？用下例說明以上兩個(gè)方面內(nèi)容的考慮。
       例如，要對一個(gè)產(chǎn)生飽和蒸汽的鍋爐蒸汽質(zhì)量進(jìn)行控制，提出了三種方案？
       ①壓力p與溫度T皆為被調(diào)參數(shù)；
       ②溫州T為被調(diào)參數(shù)；
       ③壓力P為被調(diào)參數(shù)。
       被調(diào)參數(shù)個(gè)數(shù)選擇應(yīng)按照被調(diào)參數(shù)個(gè)數(shù)等于自由度確定。
       根據(jù)物理化學(xué)中介紹的相律關(guān)系，自由度表達(dá)式為F=C-P+2
式中  F——自由度；C——組分?jǐn)?shù)；P——相數(shù)。
       作為飽和蒸汽，實(shí)質(zhì)上存在著氣、液兩相，即P=2，而組分?jǐn)?shù)皆為水，即C=1，故得F=1-2+2=1
       表示飽和蒸汽的自由度為1，或獨(dú)立變量只有一個(gè)。所以，要反映蒸汽質(zhì)量，不必選兩個(gè)被調(diào)參數(shù)，只要選取溫度或壓力其中之一就夠了。于選壓力還是溫度，可從測量元件時(shí)間常數(shù)小、元件簡單可靠等方面來考慮，一般以選擇壓力為宜。
      如果不按照被調(diào)參數(shù)的個(gè)數(shù)等于自由度的原則，設(shè)計(jì)出既有溫度又有壓力作為被調(diào)參數(shù)的方案，那么，這種控制系統(tǒng)將是無法投運(yùn)的。

84選擇被調(diào)參數(shù)的原則是什么？

 
     選擇被調(diào)參數(shù)的原則如下:
      ①選擇質(zhì)量指標(biāo)作為被調(diào)參數(shù)，它直接也有效。
      ②當(dāng)不能用質(zhì)量指標(biāo)作為被調(diào)參數(shù)時(shí)，應(yīng)選擇一個(gè)與產(chǎn)品質(zhì)量有單值對應(yīng)關(guān)系的參數(shù)作為被調(diào)參數(shù)。
      ③當(dāng)被表征的質(zhì)量指標(biāo)變化時(shí)，被調(diào)參數(shù)必須具有足夠的變化靈敏度或足夠大的信號。
      ④選擇被調(diào)參數(shù)時(shí)，必須考慮到工藝過程的合理性和國內(nèi)外儀表和生產(chǎn)的現(xiàn)狀。
 

85調(diào)節(jié)參數(shù)的作用是什么？

 
      當(dāng)對象的被調(diào)參數(shù)被選定以后，下一步是考慮如何構(gòu)成簡單控制回路，選擇什么調(diào)節(jié)參數(shù)去克服干擾對被調(diào)參數(shù)的影響。為此，在設(shè)計(jì)控制回路時(shí)，要認(rèn)真分析各種干擾，深入研究對象的特性，正確地選擇調(diào)節(jié)參數(shù)。干擾是影響控制系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的破壞因素，調(diào)節(jié)參數(shù)的作用則是克服干擾影響，使控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的因素。只要合理地確定調(diào)節(jié)參數(shù)，正確地選擇調(diào)節(jié)通道，組成一個(gè)性能良好的控制系統(tǒng)后，就能有效地克服干擾影響，使被調(diào)參數(shù)回復(fù)到給定值。
 

86選擇調(diào)節(jié)參數(shù)的原則是什么？

 
       選擇調(diào)節(jié)參數(shù)的原則是：首先要考慮工藝上的合理性，除物料平衡調(diào)節(jié)外，一般避免用主物料流量作為調(diào)節(jié)參數(shù)；同時(shí)調(diào)節(jié)參數(shù)的選擇應(yīng)從靜態(tài)和動態(tài)兩方面進(jìn)行考慮，即調(diào)節(jié)通道克服干擾的校正能力要強(qiáng)，調(diào)節(jié)通道的動態(tài)響應(yīng)要較干擾通道的動態(tài)響應(yīng)為快。