A. 化工儀表自動控制系統的應用研究 什麼是自動控制系統
摘 要：化工生產過程自動化，就是在化工設備上配置一些自動化裝置，代替操作人員的部分直接勞動，使生產在不同程度上自動地進行。自動化控制是綜合利用自動控制器儀表，以及計算機的理論，使其服務於化學工程。本文主要從自動化控制檔拆理論分析，探究其在實際生產中的應用。
關鍵詞：化工儀表；自動化；控制系統；應用研究
前言
化學工業是創造價值經濟的重要組成部分，它直接影響國計民生還國民經濟的其他部門密切相關。化工生產過程，往往是在密閉的容器和設備中，在對於工作人員不利的情況下連續進行的。此外，不少介質還具直接傷害人體的化學性質。因此，為了響應「以人為本」的號召，使化工生產正常地、高效地進行，就必須把各項工藝參數維持在某一最佳范圍之內，並盡量使生產過程自動化，而這些數據的控制和維持，最直觀的就是化工生產自動化儀表的部分。
1、化工儀表的概述及分類
自動化儀表分類方法很多，根據不同原則可以進行相應的分類。例如按儀表所使用的能源分類，可以分為氣動儀表、電歷虛動儀表和液動儀表（很少見）；按儀表組合形式，可以分為基地式儀表、單元組合儀表和綜合控制裝置；按儀表安裝形式，可以分為現場儀表、盤裝儀表和架裝儀表;隨著微處理機的蓬勃發展，根據儀表有否引入微處理機（器）又可分為自動化儀表與非自動化儀表。根據儀表信號的形式可分為模擬儀表和數字儀表等等。儀表覆蓋面比較廣，任何一種分類方法均不能將所有儀表分門別類地劃分得井井有序，它們中間互有滲透，彼此溝通。例如變送器具有多種功能,溫度變送器可以劃歸溫度檢測儀表，差壓變送器可以劃歸流量檢測儀表，壓力變送器可以劃歸壓檢測儀表，若用兀壓法測液位可以劃歸物位檢測儀表，很難確切劃歸哪一類，中外單元組合儀表中的計算和輔助單元也很難歸並。
2、自動化控制過程
2.1自動控制系統方塊圖
在研究自動控制系統時，為了便於對系統分析研究，一般都用方塊圖來表示控制系統的組成。圖2.1為液位自動控制系統地方塊圖每個環節表示組成系統的一個部分，稱為「環節」。兩個方塊之間用一條帶有箭頭的線條表示其信號的相互關系，箭頭指向方塊表示為這個環節的輸入，箭頭離開方塊表示為這個環節的輸出。線旁的字母表示相互間的作用信號。方塊圖中，x指設定值；z指輸出信號；e指偏差信號；p指發出信號；q指出料流量信號；y指被控變數；f指擾動作用。當x取正值，z取負值，e=x-z，負反饋；x取正值，z取正值，e=x+z，正反饋。
2.2反饋
自動控制系統是一個閉環系統，是由於反饋的存在造成的，自動控制系統是具有被控變數負反饋的閉環系統。它與自動測量、自動操縱等開環系統比較，最本質的差別就在於控制系統有肢蠢燃無負反饋存在。下圖2.2為自動操縱系統方塊圖。
3.自動控制系統分類
按被控變數來分類，如溫度、壓力等控制系統；按控制器具有的控制規律來分類，如比例、比例積分、比例微分、比例積分微分等控制系統；將控制系統按照工藝過程需要控制的被控變數的給定值是否變化和如何變化來分類，這樣可將自動控制系統分為三類，即定值控制系統、隨動控制系統和程序控制系統。
3.1定值控制方法
「定值」是恆定給定值的簡稱。工藝生產中，若要求控制系統的作用是使被控制的工藝參數保持在一個生產指標上不變，或者說要求被控變數的給定值不變，就需要採用定值控制系統。
3.2隨動控制系統（自動跟蹤系統）
給定值隨機變化，該系統的目的就是使所控制的工藝參數准確而快速地跟隨給定值的變化而變化。
3.3程序控制系統（順序控制系統）
給定值變化，但它是一個已知的時間函數，即生產技術指標需按一定的時間程序變化。這類系統在間歇生產過程中應用比較普通。
4.控制系統的控制指標
控制系統的過渡過程是衡量品質的依據。多數情況下，希望得到衰減振盪過程，在此取這種過程形式討論控制系統的品質指標。
控制指標主要有兩類,一類是時間域的單項指標，另一類是時間域的綜合指標。以下是五種重要品質指標。
4.1最大偏差或超調量
最大偏差是指在過渡過程中，被控變數偏離給定值的最大數值。在衰減振盪過程中，最大偏差就是第一個波的峰值。特別是對於一些有約束條件的系統，如化學反應器的化合物爆炸極限、觸媒燒結溫度極限等，都會對最大偏差的允許值有所限制。超調量也可以用來表徵被控變數偏離給定值的程度。
4.2衰減比
衰減比是衰減程度的指標，它是前後相鄰兩個峰值的比。習慣表示為n:1，一般n取為4～10之間為宜。
4.3餘差
當過渡過程終了時，被控變數所達到的新的穩態值與給定值之間的偏差叫做余差，或者說余差就是過渡過程終了時的殘余偏差。有餘差的控制過程稱為有差調節，相應的系統稱為有差系統。反之就為無差調節和無差系統。
4.4過渡時間
從干擾作用發生的時刻起，直到系統重新建立新的平衡時止，過渡過程所經歷的時間叫過渡時間。一般在穩態值的上下規定一個小范圍，當被控變數進入該范圍並不再越出時，就認為被控變數已經達到新的穩態值，或者說過渡過程已經結束這個范圍一般定為穩態值的±5%（也有的規定為±2%）
4.5震盪周期或頻率
過渡過程同向兩波峰（或波谷）之間的間隔時間叫振盪周期或工作周期，其倒數稱為振盪頻率。在衰減比相同的情況下，周期與過渡時間成正比，一般希望振盪周期短一些為好。
5.影響控制指標的主要因素
一個自動控制系統可以概括成兩大部分，即工藝過程部分（被控對象）和自動化裝置部分。前者指與該自動控制系統有關的部分。後者指為實現自動控制所必需的自動化儀表設備，通常包括測量與變送裝置、控制器和執行器等三部分。
對於一個自動控制系統，過渡過程品質的好壞，在很大程度上決定於對象的性質。例如在前所述的溫度控制系統中，屬於對象性質的主要因素有：換熱器的負荷大小，換熱器的結構、尺寸、材質等，換熱器內的換熱情況、散熱情況及結垢程度等。不同自動化系統要具體分析。
6.總結
隨著化工自動化技術應用的日益深入及應用范圍與規模的不斷擴大,使儀表實現高速、高效、多功能、高機動靈活等性能,我國的化工儀器儀表產業的發展水平必將快速邁向更高階段,而化工自動化儀表的應用也將發揮其不可估量的作用。