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自动控制设计的思路和方法摘要：自动化技术已深刻影响着人们的生活。本文从自动控制设计的目的和意义出发，讨论自动控制设计的思路和方法，并且通过脱乙烷塔的操作流程研究了基本控制规律对系统过渡过程的影响。关键词：自动化技术自动控制设计前言：在生产过程中，各设备相互关联。且不同的设备反应所用的物料不一样，反应条件也不同，当其中的一个设备的反应条件发生变化时，都有可能引起其他设备某些条件的变化。而这些，人工的观察而我们采用自动化控制的装置，则可以精准的测量到细微的变化。例如温度、浓度的变化。自动化控制是指在生产过程中，在一些设备上按照既定工艺，科学地安装自动化装置，并使得自动化装置在使用过程中能够科学合理地替代部分直接劳动，促进工艺改进和劳动生产率提升的一系列生产过程的方式。作为一个涉及范围很广的研究领域，自动化控制及其应用目前正受到越来越多的关注。1、自动化的意义及目的生产过程自动化，在设备、装置及管道上，配置一些自动化装置，替代操作工人的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行。这种部分地或全部地用自动化装置来管理化工生产过程的办法，就称为生产过程自动化，简称为自动化。自动化是提高社会生产力的有力工具之一。实现生产过程自动化的主要目的如下。1、加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。在人工操作的生产过程中，由于人的五官、手、脚，对外界的观察与控制的精确度和速度是有一定限度的。而且由于体力关系，人直接操纵设备的力量也是有限的。如果用自动化装置代替人的操作，.则以上情况可以得到避免和改善，并且通过自动控制系统，使生产过程中最佳条件下进行，从而可以大大加快生产速度、降低能耗、实现优质高产。2、减轻劳动强度、改善劳动条件。多数化工生产过程是在高温、高压或低温低压下进行，还有的是易燃、易爆或有毒、有腐蚀性、有刺激性气味。实现了化工自动化，工人只要对自动化装置的运转进行监控，而不需要再直接从事大量而又危险的现场操作。3、能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命、提高设备利用率、保障人身安全的目的。4、生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，以适应当代信息技术革命和信息产业革命的需要。2、自动控制设计的思路以脱乙烷塔的工艺流程为例脱乙烷流程图本设计围绕该流程的操作下进行的脱乙烷工艺，以脱乙烷塔为主将原料液中的的乙烷脱除。在裂解气深冷分离中用于分离乙烷(包括更轻组分)与丙烯及更重组分的精馏塔。塔顶出乙烷和更轻组分(如乙烯、甲烷)，塔底出丙烯和更重组分。2.1液位控制原理液位自动控制是通过控制投料阀来控制液位的高低，当传感器检测到液位设定值时，阀门关闭，防止物料溢出；当检测液位低于设定值时，阀门打开，使液位上升，从而达到控制液位的目的。在制浆造纸工厂常见有两种方式的液位控制：常压容器和压力容器的液位控制，例如浆池和蒸汽闪蒸罐。液位自动控制系统由液位变送器（或差压变送器）、电动执行机构和液位自动控制器构成。根据用户需要也可采用控制泵启停或改变电机频率方式来进行液位控制。结构简单，安装方便，操作简便直观，可以长期连续稳定在无人监控状态下运行。2.2参数确定控制器参数的整定，对PID控制规律来说，就是恰当选择比例度（或比例放大系数）、积分时间常数和微分时间常数的值。控制器参数整定的方法有两类，一类是理论计算法，一类是工程整定法.已知被控对象较准确的数学模型，可以应用理论计算法。用传统的时域法、频率法、根轨迹法都可以进行整定，利用计算机进行参数整定和优化的方法也很多。往往由于数学模型的原因，理论计算得到的数据精度不高，但它却可以为工程整定法提供指导。工程整定法易于掌握，是比较实用的方法。常用的工程整定法有稳定边界法、衰减曲线法、响应曲线法等。3、操作控制装置选择3.1流量指示控制记录仪表原理：节流法即通过元件截取一段流体计算流量。选型：孔板流量计，安装在进料口处。用比例积分控制3.2压力指示控制仪表原理：压差法选型：弹簧管压力计，安装在塔的顶部选择开关控制理由：当压力超过极限值即关闭阀门3.3液位控制仪表利用比例微分控制与流量多少有关还与液位升高快慢有关（变化速度）安装在塔釜3.4温度控制仪表原理：热胀冷缩3.5其他部件Pt100热电阻、Cu热电阻、E分度热电阻、聚氯乙烯增强管、哈氏合金压力变送器等。4、自动控制设计的方法4.1被控变量的选择在构成一个自动控制系统时，被控变量的选择是十分重要的，它关系到系统能否达到稳定操作、增加产量、提高质量、改善劳动条件、保证安全等目的，关系到控制方案的成败。被控变量的选择是与生产工艺密切相关的，而影响一个生产过程正常操作的因素是很多的，但并非所有影响因素都要加以控制的。所以，必须深入实际，调查研究，分析工艺，找出影响生产的关键变量加以控制。选择被控变量时，一般要遵循下列原则：（1）被控变量应能代表一定的工艺操作状态，一般都是工艺过程中比较重要的变量。（2）被控变量在工艺操作过程中经常受到一些干扰影响而变化。为维护被控变量的恒定，需要较频繁的调节。（3）尽量采用直接指标作为被控变量。当无法获得直接指标信号，或其测量和变送信号滞后很大时，可选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。（4）被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。（5）选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状。（6）被控变量应是独立可控的。4.2操纵变量的选择在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量称为操纵变量。最常见的操纵变量是介质的流量。4.3测量元件特性的影响测量、变送装置是控制系统中获取信息的装置，也是系统进行控制的依据。所以，要求它能正确地、及时地反映被控变量的状况。假如测量不准确，使操作人员把不正常工况误认为是正常的，或把正常工况认为不正常，形成混乱，甚至会处理错误造成事故。测量不准确或不及时，会产生失调或误调，影响之大不容忽视。4.4控制器规律的选择目前工业上常用的控制器主要有三种控制规律：比例控制规律、比例积分控制规律、比例积分微分控制规律。选择哪种控制规律主要是根据广义对象的特性和工艺的要求来决定的。（1）比例控制器适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统，例如中间贮槽的液位、精馏塔塔釜液位以及不太重要的蒸汽压力控制系统等。（2）比例积分控制是使用最普遍的控制器。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统，例如流量、压力和要求严格的液位控制系统，常采用比例积分控制。（3）比例积分微分控制器适用于通道滞后较大、负荷变化大、控制质量要求高的系统，应用最普遍的是温度控制系统与成分控制系统。5、结论在自动控制设计的过程中，首先是要确定设计的具体思路，包括用什么样的塔，怎样处理废液，怎样运用余热，怎样控制温度的问题，然后由基本的轮廓出发开始考虑联结点的问题，该控制温度还是压力，怎样控制，运用什么样的仪表。最后应该考虑控制系统，灵活地运用四种控制系统，并将它们混合使用会给自动控制带来很大的方便。在自动控制设计的过程中要及时发现出现的问题和现象，以便提出正确的解决办法，要能在处理各种技术问题时，应用一些控制论、系统论、信息论的观点来分析思考，寻求考虑整体条件、考虑事物间相互关联的综合解决办法。参考文献[1]朱开宏.化工过程流程模拟[M].北京：中国石化出版社，2003：64-66.[2]历玉鸣.化工仪表及自动化[M].北京：化学工业出版社，2011.[3]俞金寿.过程自动化及仪表[M].北京：机械工业出版社，2007.[4]孟华，刘娜，历玉鸣.化工自动化及仪表[M]，北京：化学工业出版社，2009