化工自动化控制系统培训材料

化工自动化过程控制系统及管理池州新赛德颜料有限公司2014年7月24日周正节培训任务来源及主要目的国家安全监管总局关于进一步严格危险化学品和化工企业安全生产监督管理的通知安监总管三〔2014〕46号加强对危险化学品安全生产政策法规的培训力度。各地区要进一步加大有关法律、法规和规范性文件的宣贯培训工作力度，要把重大危险源、输送管道、安全生产标准化、隐患排查治理、化工过程安全管理，特别是《化工（危险化学品）企业保障生产安全十条规定》（国家安全监管总局令第64号）等方面规定要求纳入再培训内容。今年7月底前，市、县两级安全监管部门要督促本行政区域内所有危险化学品和化工企业完成其分管负责人、装置负责人和安全管理人员的再培训，并组织专题考试。考试不合格的人员要限期补考，补考不合格的，要依法取消其与安全生产有关的任职资格。确保企业在学习、理解的基础上，把有关法律法规及规章等要求转化为企业的安全管理制度，并切实得到认真执行。自动化过程控制系统与管理是化工过程安全管理的重要内容。东至县危险化学品安全生产攻坚工作主要内容1、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。2、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引言——什么是控制系统控制系统的重要性控制系统的组成及应用例子为什么绝大多数控制系统均具有反馈自动控制系统的分类自动控制原理的发展历史引言——什么是控制系统在家里，为了舒适地生活，我们需要控制室内的温度和湿度。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到达另一个地方。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，包括作决定。其中有些目标——比如捡起地上的物品后再从一个地方走到另一个地方——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——比如：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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整个比赛过程中控制好能量的消耗并设计最佳的比赛策略综上所述：所谓的控制系统就是为完成某种“目标”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更好实现这些“目标”的最佳策略。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，使之按照预定的方案达到要求的指标的设备。自动控制系统的重要性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。本次培训是落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。控制系统的应用实例开环控制与闭环控制开环控制和闭环控制开环控制系统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。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,一般结构简单,系统稳定性好，成本也低，这是开环系统的优点。因此，在输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预计确定并能进行补偿,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因素使输出量产生的偏差超过允许的限度时，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。开环系统的特点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。闭环控制要增加检测、反馈比较，调节器等部件,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问题。闭环系统的特点为什么大多数控制系统均有反馈提高系统的相对稳定性增加系统带宽和总增益提高系统的输入阻抗、降低系统的输出阻抗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原理进行分析，可以得到该系统的系统框图。自动控制系统的分类恒值控制系统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定。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随动系统随动系统的特点是：输入量是变化着的(有时是随机的)，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变化。过程控制系统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程。在这些过程中，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、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。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——过程控制系统。图为产品加工的在线调和流量控制（生产复配农药）工厂中的温度、压力、流量的控制自动控制系统的性能指标系统的稳定性稳定系统:当扰动作用(或给定值发生变化)时，输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，系统可能回到(或接近)原来的稳定(或跟随给定值)稳定下来。不稳定系统:由于内部的相互作用，使系统出现发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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。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一、串级控制系统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。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Ⅱ），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Ⅰ，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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：1）、对进入副回路的扰动具有较迅速、较强的克服能力；2)、可以改善对象特性，提高工作效率；3)、可消除调节阀等非线性的影响；4）、串级控制系统具有一定的自适应能力。分程控制系统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0.02～0.06Mpa0.06～0.1Mpa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同向或异向规律的选择,根据工艺需要来决定。设计分程控制系统的主要目的：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。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如锅炉汽包液位的控制。所谓三冲量就是一个前馈加串级的控制系统。〝冲量〞实际就是变量，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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。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－反馈控制就能获得显著的控制效果。前馈-反馈控制系统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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。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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在化工生产中经常要求两种物