1.调节阀自动控制系统的基本概念

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。
      ③当被表征的质量指标变化时，被调参数必须具有足够的变化灵敏度或足够大的信号。
      ④选择被调参数时，必须考虑到工艺过程的合理性和国内外仪表和生产的现状。
 

85调节参数的作用是什么？

 
      当对象的被调参数被选定以后，下一步是考虑如何构成简单控制回路，选择什么调节参数去克服干扰对被调参数的影响。为此，在设计控制回路时，要认真分析各种干扰，深入研究对象的特性，正确地选择调节参数。干扰是影响控制系统平稳运行的破坏因素，调节参数的作用则是克服干扰影响，使控制系统正常运行的因素。只要合理地确定调节参数，正确地选择调节通道，组成一个性能良好的控制系统后，就能有效地克服干扰影响，使被调参数回复到给定值。
 

86选择调节参数的原则是什么？

 
       选择调节参数的原则是：首先要考虑工艺上的合理性，除物料平衡调节外，一般避免用主物料流量作为调节参数；同时调节参数的选择应从静态和动态两方面进行考虑，即调节通道克服干扰的校正能力要强，调节通道的动态响应要较干扰通道的动态响应为快。