自动控制系统简介
一、自动控制系统的组成
1、看以下框图
2、被控对象：需要实现控制的设备、机械或生产过程成为对象，如下塔、主冷、空冷塔、粗氩冷凝器。

3、被控变量：对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的物理量称为被控变量。

如下塔液空液位、空冷塔液位、粗氩冷凝器液位。

4、控制变量（操作变量）：受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值的物料或能量称为控制变量。

如由下塔进入上塔经过液空节流阀（LV1）的液空。

5、干扰：除控制变量外作用于对象并能引起被控变量变化的一切因素。

比如进下塔空气量改变，影响液空产量，对下塔液空液位有影响。

6、给定值：工艺规定被控变量要保持的数值。

7、偏差：设定值与测量值之差。

8、控制器：对来自变送器的测量信号与给定值相比较所产生的偏差，并根据一定的规律进行运算（PID运算），并输出控制信号给执行器。

9、检测与变送装置：它测量被控变量，并将被控变量转换为特定的信号送给控制器的比较环节。

10、执行器：它根据控制器送来的信号相应地改变控制变量，以达到控制被控变量的目的。

如LV1根据控制器送来的信号，可以改变进入上塔的液空量（操作变
量），从而控制了被控变量下塔液空液位。

11、正作用环节：输出信号随输入信号增加而增加的环节称为正作用，输出信号随输入信号的增加而减小的环节称为反作用环节。

12、执行器、变送器、被控对象三个环节组成广义对象，当广义对象为正作用时，控制器为反作用特性。

13、选择控制器的正反作用：
13.1判断被控对象的正反作用方向。

当控制变量增加时，被控对象的输出（被控变量）也增加，控制变量减小时，被控对象的输出（被控变量）也减小，则被控对象为正作用方向。

如果被控变量与控制变量的变化方向相反，则被控对象为反作用方向。

13.2确定执行器的正、反作用方向。

气开阀为正作用，气闭阀为反作用。

执行器气开、气闭是根据工艺安全角度考虑。

13.3确定广义对象的正、反作用，一般变送器为正作用，只需根据被控对象和执行器的作用方向判断广义对象的作用方向，这两个环节同向，则广义对象为正作用，反之为反作用。

13.4确定控制器的正反作用。

若广义对象为正作用方向，则控制器为反作用方向，若广义对象为反作用方向，则控制器为正作用方向。

14、自动控制系统运行的基本要求：要实现自动控制，系统必须闭环。

闭环控制系统的稳定运行最基本的必要条件是负反馈。

系统要构成负反馈，则广义对象为正作用特性时，控制器为反作用特性；当广义对象为反作用特性时，则控制器为正作用特性。

被控对象与执行器的特性由实际的现场工艺条件确定，所以应通过控制器的正反作用特性来满足系统的负反馈要求。

二、过程参数的检测
1、一个检测系统主要由被测对象、传感器、变送器和显示装置等部分组成。

对某一个具体的检测系统而言，被测对象、检测元件和显示装置部分总是必需的。

2、传感器又称为检测元件或敏感元件，它直接响应被测变量，经能量转换并转化成一个与被测变量成对应关系的便于传送的输出信号，如电压、电流、频率等。

3、变送器是把传感器的输出转换为4～20mA的标准统一的模拟量信号或者满足特定标准的数字信号的检测仪表。

4、对于一个检测系统而言，传感器和变送器可以是两个独立的环节，也可以是一个有机整体。

变送器的输入输出特性通常是指包括敏感元件和变送环节的整体特性，敏感元件的某些特性需要通过变送环节进行处理和补偿以提高测量的精度。

5、压力检测：所谓压力是指均匀而垂直作用于单位面积上的作用力，用符号p 表示。

国际单位是帕斯卡（Pa）。

压力变送传感器是利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电量进行测量的仪表。

6、温度检测：接触式的敏感元件分为热电偶和热电阻，热电偶是基于热电效应的原理，热电阻是基于导体和半导体的电阻值随温度的变化而变化的原理进行测量。

7、流量检测：空分装置的流量检测一般是指体积流量检测。

7.1空分装置流量检测元件是基于速度法原理进行的，即先测量出管道内的平均速度，再乘以管道截面积来求取流体的体积流量。

7.2节流式流量计。

又称为差压式流量计，如果在管道中安置一个固定的阻力件，它的中间开一个比管道截面小的孔，当流体流过该阻力件时，由于流体的流速加快、静压力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大压差，压差的大小与流体流速有关，流速越大，压差越大，只要测出压差就可以推算出流速，所以可以计算出流体的流量。

通过节流元件检测出压差值，然后通过变送器将该差压值转换成标准的电信号。

7.3此外空分装置中还使用了电磁流量计、涡街流量计、转子流量计、一体式均速管流量计，其中一体式均速管流量计也是基于差压原理来测量的。

8、差压式液位计：
gh p p p ρ=-=∆21
这样就可以得到了一个对应关系，即对应一个液位就对应一个差压值，然后将差压值转变为标准的电信号送给DCS 控制系统的现场控制站。

9、空分装置的精馏塔的阻力也是根据差压变送器原理进行测量的。

三、控制器的控制规律
1、所谓的控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之间的关系。

控制器的输入信号是指变送器送来的测量信号与给定值信号之差。

偏差就是指测量值与给定值之差。

2、比例控制（P ）：是指控制器的输出信号的变化量与输入信号的变化量之间成比例关系。

即)()(t Kpe t u = Kp 是比例放大系数。

一般用比例度衡量控制器输出对输入的响应程度。

%1001⨯⨯=Kp
C δ 式中C 为仪表系数。

比例度与放大系数成反比。

比例度越小，控制器的放大系数越大，它将偏差放大的能力越强。

比例度越大，控制器的放大系数越小，它将偏差放大的能力越弱
3、比例积分控制（PI ）：通过引入积分控制，可以使被控变量消除余差。

⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+=⎰dt t e Ti t e Kp t u )(1)()( T i :积分时间 积分时间表示了积分速度的大小，积分时间越大，在同样的输入作用下，输出的
变化速度越慢，即积分作用越弱。

积分时间越小，积分速度越快，积分作用越强，但系统容易出现振荡。

4、比例微分控制（PD ）：微分控制是根据偏差变化的快慢进行调节， 具有超前调节的作用。

⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+=dt t de T t e Kp t u d )()()( 微分控制主要是为了用来克服被控对象的容量滞后和惯性滞后，但不能克服纯滞后。

5、比例积分微分控制（PID ）：⎥⎦⎤⎢⎣
⎡++=⎰dt t de T dt t e T t e Kp t u d i )()(1)()( 比例作用的输出与偏差值成正比，积分作用输出的变化速度与偏差值成正比，微分作用的输出与偏差的变化速度成正比。

在被控变量的偏差刚出现时，比例微分同时先起作用。

由于微分的超前调节作用，可以使起始偏差幅度减小，降低超调量，由于比例作用是经常的、起主要作用的控制作用，可使系统比较稳定。

接着积分作用会慢慢消除余差。

四、执行器
1、执行器由执行机构和调节机构组成。

2、执行器有正、反作用两种方式，当输入信号增大时，执行器的流通截面积增大，即流过执行器的流量增大，称为正作用；当输入信号增大时，流过执行器的流量减小，称为反作用。

正反作用的气动调节阀通常分别称为气开阀、气闭阀。

3、执行器辅助装置包括：阀门定位器、电磁阀、仪表气过滤器、减压器、限位开关、行程开关。

4、带电磁阀的气动调节阀，电磁阀失电，气开阀关闭，气闭阀全开。

5、电磁阀的作用是能够迅速使气动调节阀关闭或全开。

6、仪表气源至关重要，如果仪表气源失压，则对安全生产造成了重大影响。

日常工作中务必要将此项工作抓好。

7、阀门定位器作用是将来自调节器的控制信号，成比例地转换成气压信号输出到执行机构，使阀杆产生位移，其位移量通过机械机构反馈到阀门定位器，当位移反馈信号与输入控制信号相平衡时，阀杆停止动作，调节阀的开度与控制信号相对应。

8、空分装置空气压缩系统选用了ITCC 控制系统，为压缩机综合控制系统，将汽
轮机、主空气压缩机、增压机的运行与维护等操作集中在该系统中进行。

主空气压缩机、循环增压机采用恒压调节，即通过调节入口导叶对压缩机机后压力进行控制。

空分装置的精馏过程需要在恒压条件下进行，压缩机选用恒压调节，有利于保证空分装置的稳定运行。

汽轮机的有关操作也在ITCC中进行。