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摘要：化工生产过程自动化，就是在化工设备上配置一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行。自动化控制是综合利用自动控制器仪表，以及计算机的理论，使其服务于化学工程。本文主要从自动化控制理论分析，探究其在实际生产中的应用。
关键词：化工仪表；自动化；控制系统；应用研究
前言
化学工业是创造价值经济的重要组成部分，它直接影响国计民生还国民经济的其他部门密切相关。化工生产过程，往往是在密闭的容器和设备中，在对于工作人员不利的情况下连续进行的。此外，不少介质还具直接伤害人体的化学性质。因此，为了响应“以人为本”的号召，使化工生产正常地、高效地进行，就必须把各项工艺参数维持在某一最佳范围之内，并尽量使生产过程自动化，而这些数据的控制和维持，最直观的就是化工生产自动化仪表的部分。
1、化工仪表的概述及分类
自动化仪表分类方法很多，根据不同原则可以进行相应的分类。例如按仪表所使用的能源分类，可以分为气动仪表、电动仪表和液动仪表（很少见）；按仪表组合形式，可以分为基地式仪表、单元组合仪表和综合控制装置；按仪表安装形式，可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表；随着微处理机的蓬勃发展，根据仪表有否引入微处理机（器）又可分为自动化仪表与非自动化仪表。根据仪表信号的形式可分为模拟仪表和数字仪表等等。仪表覆盖面比较广，任何一种分类方法均不能将所有仪表分门别类地划分得井井有序，它们中间互有渗透，彼此沟通。例如变送器具有多种功能，温度变送器可以划归温度检测仪表，差压变送器可以划归流量检测仪表，压力变送器可以划归压检测仪表，若用兀压法测液位可以划归物位检测仪表，很难确切划归哪一类，中外单元组合仪表中的计算和辅助单元也很难归并。
2、自动化控制过程
2.1自动控制系统方块图
在研究自动控制系统时，为了便于对系统分析研究，一般都用方块图来表示控制系统的组成。图2.1为液位自动控制系统地方块图每个环节表示组成系统的一个部分，称为“环节”。两个方块之间用一条带有箭头的线条表示其信号的相互关系，箭头指向方块表示为这个环节的输入，箭头离开方块表示为这个环节的输出。线旁的字母表示相互间的作用信号。方块图中，x指设定值；z指输出信号；e指偏差信号；p指发出信号；q指出料流量信号；y指被控变量；f指扰动作用。当x取正值，z取负值，e=x-z，负反馈；x取正值，z取正值，e=x+z，正反馈。
2.2反馈
自动控制系统是一个闭环系统，是由于反馈的存在造成的，自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。它与自动测量、自动操纵等开环系统比较，最本质的差别就在于控制系统有无负反馈存在。下图2.2为自动操纵系统方块图。
3.自动控制系统分类
按被控变量来分类，如温度、压力等控制系统；按控制器具有的控制规律来分类，如比例、比例积分、比例微分、比例积分微分等控制系统；将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变量的给定值是否变化和如何变化来分类，这样可将自动控制系统分为三类，即定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
3.1定值控制方法
“定值”是恒定给定值的简称。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆工艺生产中，若要求控制系统的作用是使被控制的工艺参数保持在一个生产指标上不变，或者说要求被控变量的给定值不变，就需要采用定值控制系统。
3.2随动控制系统（自动跟踪系统）
给定值随机变化，该系统的目的就是使所控制的工艺参数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。
3.3程序控制系统（顺序控制系统）
给定值变化，但它是一个已知的时间函数，即生产技术指标需按一定的时间程序变化。这类系统在间歇生产过程中应用比较普通。
4.控制系统的控制指标
控制系统的过渡过程是衡量品质的依据。多数情况下，希望得到衰减振荡过程，在此取这种过程形式讨论控制系统的品质指标。
控制指标主要有两类，一类是时间域的单项指标，另一类是时间域的综合指标。以下是五种重要品质指标。
4.1最大偏差或超调量
最大偏差是指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。在衰减振荡过程中，最大偏差就是第一个波的峰值。特别是对于一些有约束条件的系统，如化学反应器的化合物爆炸极限、触媒烧结温度极限等，都会对最大偏差的允许值有所限制。超调量也可以用来表征被控变量偏离给定值的程度。
4.2衰减比
衰减比是衰减程度的指标，它是前后相邻两个峰值的比。习惯表示为n：1，一般n取为4～10之间为宜。
4.3余差
当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差叫做余差，或者说余差就是过渡过程终了时的残余偏差。有余差的控制过程称为有差调节，相应的系统称为有差系统。反之就为无差调节和无差系统。
4.4过渡时间
从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间叫过渡时间。一般在稳态值的上下规定一个小范围，当被控变量进入该范围并不再越出时，就认为被控变量已经达到新的稳态值，或者说过渡过程已经结束这个范围一般定为稳态值的±5%（也有的规定为±2%）
4.5震荡周期或频率
过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。在衰减比相同的情况下，周期与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短一些为好。
5.影响控制指标的主要因素
一个自动控制系统可以概括成两大部分，即工艺过程部分（被控对象）和自动化装置部分。前者指与该自动控制系统有关的部分。后者指为实现自动控制所必需的自动化仪表设备，通常包括测量与变送装置、控制器和执行器等三部分。
对于一个自动控制系统，过渡过程品质的好坏，在很大程度上决定于对象的性质。例如在前所述的温度控制系统中，属于对象性质的主要因素有：换热器的负荷大小，换热器的结构、尺寸、材质等，换热器内的换热情况、散热情况及结垢程度等。不同自动化系统要具体分析。
6.总结
随着化工自动化技术应用的日益深入及应用范围与规模的不断扩大，使仪表实现高速、高效、多功能、高机动灵活等性能，我国的化工仪器仪表产业的发展水平必将快速迈向更高阶段，而化工自动化仪表的应用也将发挥其不可估量的作用.
论文作者:史迎春,黄普正
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/1
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