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过程控制系统1-1

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过程控制系统PCS(Process Control System)的介绍及应用

过程控制系统PCS(Process Control System)的介绍及应用

过程控制系统PCS(ProcessContro1System)的介绍及应用过程控制系统(ProcessContro1System,PCS)是在自动化技术的支持下对生产过程进行实时监测、控制和优化的一种系统。

PCS通过传感器、执行器、计算机和网络等技术手段，对现场各种参数进行实时监测、分析和控制，以确保产品质量、提高生产效率和降低成本。

以下是PCS的介绍及应用。

1.过程控制系统的基础功能核心模块：输入模块、控制模块和输出模块这三个模块是过程控制系统的基础。

其中输入模块主要负责采集现场的数据，如温度、压力、流量等；控制模块则对这些数据进行处理、分析，并制定相应的控制策略；输出模块则将控制信号传送给执行器，如阀门、电机等，来实现对生产过程的控制。

2.过程控制系统的应用2.1化工行业化工行业中存在许多高危作业环节，PCS可以帮助企业降低生产事故风险。

例如，作为一个严格遵循生产规范要求的工业领域，PCS能够在化学反应过程中确保反应的安全性，从而防止不必要的人员伤害和财产损失。

3.2石油行业在石油工业中，过程控制系统也发挥着至关重要的作用。

由于石油生产环境复杂，PCS可以通过对石油采集、加工、储存等环节的实时监测，精准掌握各个环节的生产数据，提高生产效率和节约成本。

4.3电力行业电力行业是一个需要高度自动化技术支持的领域，PCS通常被用来监测、控制和优化发电机组的运行状态。

例如，在燃气发电机组中，使用PCS能够实现自动控制温度、压力和电压等参数，以提高发电效率和减少排放。

5.4制药行业制药行业需要严格遵守安全、卫生、环保等法规标准，PCS在制药过程中的应用非常重要。

例如，通过对药品生产过程进行实时监测和控制，PCS能够确保药品的生产量和质量达到最佳效果，同时满足药品的安全标准。

6.5食品行业食品行业也是PCS的一个重要应用领域。

在生产食品过程中，PCS可以对温度、湿度、氧气等多项参数进行实时监测和控制，提高食品的生产效率和质量，并且确保生产过程符合卫生安全标准。

自动控制原理课后习题答案

自动控制原理课后习题答案
• 1932年，Nyquist提出了一种根据系统的开环频率 响应(对稳态正弦输入) 。
• 20世纪40年代，Evans提出并完善了根轨迹法。
• 20世纪50年代末，最优控制系统设计。
• 20世纪50年代末，基于时域分析的现代控制理 论。
• 60年代～80年代：最优控制、随机系统的最优控 制、复杂系统的自适应控制和学习控制得到了研 究。
5. 干扰量(Disturbance)：引起被控量偏离预定运 行规律的量。除给定值之外，凡能引起被控量变 化的因素，都是干扰。干扰又称扰动
6.反馈(Feedback)：将系统输出量引回输入端，并 与参考输入进行比较的过程。
7.前向通路 (Forward Channel)：从给定量到被控 量的通道。
缺点: 闭环控制系统的参数如果匹配得不好，会造成被控量的 较大摆动，甚至系统无法正常工作。
例: 飞机自动驾驶控制
被控对象: 飞机
被控量： 飞机的俯仰角 θ
控制任务：系统在任何扰动作用下，保持飞机俯仰角不变。
仰俯角控制系统方块图
IV 复合控制
开环控制和闭环控制相结合的一种控制。实质上，它是在 闭环控制回路的基础上，附加了一个输入信号或扰动作用 的顺馈通路，来提高系统的控制精度。
an
d
n n
c(t
)
dt n
+
an-1
d n-1n-1c(t ) dt n-1
+"+
a1
dc(t) dt
+
a0c(t )
=
bm
d m m r (t ) dt m
+ bm-1
d m-1m-1r (t ) dt m-1
+" + b1

1—控制系统的基本概念1

1—控制系统的基本概念1

分类法小结（补充28、29）
• 开环与闭环(Open-loop / Closed-loop)系统 • 线性与非线性 (Linear/Nonlinear)系统 • 集中参数与分布参数 (Lumped / Distributed Parameter)系统 • 时变与时不变 (Time-variant / Time-invariant or Stationary / Non-stationary)系统 • 确定性与随机(Deterministic / Random)系统 • 单变量与多变量 (Single variable / Multivariable or SISO / MIMO)系统 • 连续与离散(Continuous / Discrete)系统
§1-4 控制工程发展概况
控制工程是一门新型的技术科学，也是一 门边缘科学。它的理论基础是工程控制论。 早在一千多年以前，我国就先后发明了铜 壶滴漏计时器、指南针以及天文仪器等多种自 动控制装置，这些发明促进了当时社 会经济的发展。即使从1788年瓦特（J.Watt） 发明蒸汽机飞球调速器算起，控制工程也已有 了二百多年的历史。然而，控制工程作为一门 学科，它的形成并迅速发展却是最近五六十年 的事。
1.1.3 闭环控制系统的组成
§1-2 控制系统的基本类型
一、按输入量的特征分类 1.恒值控制系统 生产中温度、压力、流量、液面控制； 原动机速度控制、机床位置控制； 电力系统电网电压、频率控制 2. 程序控制系统
液位控制系统
§1-2 控制系统的基本类型
2. 程序控制系统（数字控制、计算机控制） 变化规律预知
不连续系统 (Discontinuous Variable System)
离散系统(Discrete Variable System)

过程控制系统 第1章

过程控制系统 第1章

1.1控制理论与过程控制系统的发展状况（续）

1970年左右起，为了解决大规模复杂系统的 优化与控制问题，现代控制理论和系统理论相 结合，逐步发展形成了大系统理论 （Mohammad，1983）。
核心思想是系统的分解与协调，多级递阶优化与
控制（Mesarovie，1970）正是应用大系统理论的 典范。 大系统理论仍未突破现代控制理论的基本思想与 框架，除了高维线性系统之外，它对其它复杂系 统仍然束手无策。
③操纵变量：受控制器操 纵的用以克服干扰的影 响，使被控变量保持设 定值的物料量或能量 （流过控制阀介质的流 量）。 ④扰动：除操纵变量外， 作用于被控过程并引起 被控变量变化的因素 （使被控变量偏离
图7-4 锅炉汽包水位控制
操纵变量：水的流量 扰动：水压力、蒸汽压力
⑤设定值：工艺参数 所要求保持的数值 ⑥偏差：被控变量设 定值与实际值之差
蒸汽 汽 包
给水
操作人员所进行的工作有三方面:
①检测
用眼睛观察玻璃管液位计液位的高 低,并通过神经系统告诉大脑. 大脑根据眼睛看到的液位高度 , 加以思考分析 , 然后根据操作经 验,经思考决策后发出命令。 根据大脑发出的命令 , 通过双手去 改变阀门开度.
②运算、命令 ③执行
2 自动控制
自动化装置的三个部分分别是 ： ①测量元件与变送器
控制变压器活动触点的位 置即改变了输入电压，则 通过电阻丝的电流将产生 变化，使恒温箱得到不同 的温度。 被控变量是恒温箱的温度， 经热电偶测量并与设定值 比较后，其偏差经过放大 器放大，控制电动机的转 向，然后经过传动装置， 移动变压器的活动触点位 置。结果使偏差减少，直 到温度达到给定值为止。
随动控制系统
1.2.4 控制系统的分类

第1章过程控制系统概述习题与思考题

第1章过程控制系统概述习题与思考题

第1章 过程控制系统概述习题与思考题1.1 什么是过程控制系统，它有那些特点？1.2 过程控制的目的有那些？1.3 过程控制系统由哪些环节组成的，各有什么作用？过程控制系统有那些分类方法？1.4 图1.11是一反应器温度控制系统示意图。

A 、B 两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器的温度保持不变。

试画出该温度控制系统的方框图，并指出该控制系统中的被控过程、被控参数、控制参数及可能影响被控参数变化的扰动有哪些？1.5 锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。

汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。

水位过高，会使蒸汽带液，降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备；而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。

因此，必须对汽包水位进行严格控制。

图1.12是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求：1）画出该控制系统方框图。

2）指出该控制系统中的被控过程、被控参数、控制参数和扰动参数各是什么。

3）当蒸汽负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制的。

V-1图1.12 锅炉汽包水位控制示意图1.6 评价过程控制系统的衰减振荡过渡过程的品质指标有那些？有那些因素影响这些指标？1.7 为什么说研究过程控制系统的动态特性比研究其静态特性更意义？1.8 某反应器工艺规定操作温度为800 10℃。

为确保生产安全，控制中温度最高不得超过850℃。

现运行的温度控制系统在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图1.13所示。

1）分别求出稳态误差、衰减比和过渡过程时间。

2）说明此温度控制系统是否已满足工艺要求。

T/℃图1.13 某反应器温度控制系统过渡过程曲线1.9 简述过程控制技术的发展。

1.10 过程控制系统与运动控制系统有何区别？过程控制的任务是什么？设计过程 控制系统时应注意哪些问题？第3章 过程执行器习题与思考题3.1 试简述气动和电动执行机构的特点。

3.2 调节阀的结构形式有哪些？3.3 阀门定位器有何作用？3.4 调节阀的理想流量特性有哪些？实际工作时特性有何变化？3.5 已知阀的最大流量min v q =50m 3，可调范围R=30。

过程控制系举例

过程控制系举例

控制信号
操作量、控制参数（进水流量）
与输出量液位成正比的电压信号
f (t )-- 扰动信号
4– 调节阀
例2：液位控制系统
2、方框图
x(t ) z(t )
检测变送
f (t )
调节器
e(t )
u(t )
调节阀
q(t )
被控过程
y(t )
x(t )-- 输入量（与贮罐设定液位对应的电压量）
y(t )-- 输出量、被控量（贮罐的实际液位）
e(t ) -- 误差信号
q(t ) -z (t ) -u(t ) --
y(t )-- 输出量、被控量（过热蒸汽的实际温度）
e(t ) -- 误差信号（一般为电压量）
u(t ) --
控制信号
q(t ) --
操作量、控制参数
与输出量成正比的测量信号 f (t ) -- 扰动信号
z (t ) --
例2：液位控制系统
1、原理图 图中： 1– 贮罐 2– 差压变送器 3– 液位调节器
过程控制系统的举例
例1：发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统
1、原理图
图中：
1– 热电阻
2– 温度变送器 3– 温度调节器 4– 调节阀
例1：发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统
2、方框图
x(t ) z(t )
检测变送
f (t )
调节器
e(t ) )
被控过程
y(t )
x(t )-- 输入量（与过热蒸汽的设定温度对应）

过程控制第一章


操纵 变量
给定 值

1.2.2 过程控制系统的分类：
1.按系统的开环和闭环分类 （1）开环控制系统
系统的被控量对系统的控制作用没影响，结构简单，没有 闭合回路，控制精度取决于系统各组成环节的精度。 有干扰时无法自动补偿，精度不能保证。只适用于输入和 输出关系已知，且不存在干扰或干扰很弱的场合。

态值上下振荡的次数；

上升时间tr：该时间是指系统的输出量第一次到达输出稳态 值所对应的时刻。对于无振荡的系统，常把输出量从输出稳 态值的10%到输出稳态值的 90%所对应的时间叫为上升时间；

延迟时间：响应曲线首次达到静态值的一半所需的时间， 记为td;
衰减比N：第一个波峰与第二个波峰之比，是反应过程稳定 性的一个指标。N>1为衰减振荡，N=1为等幅振荡，N<1为 发散振荡。 振荡周期T：从第一个波峰到第二个波峰的时间。 T的倒数为振荡频率，T越短。快速性越好。
被控对象中要求保持 设定值的工艺参数
除操纵变量外，作用于被 控对象并引起被控变量变 化的因素 给定值与实际值 蒸汽复合负荷的变化 之差 冷却水温度的变化
扰动 量
偏 差
被控 对象 锅炉汽包
被控变量 锅炉给水量 汽包的期望水位 的预定值 受控制器操纵，用以克服扰 动的影响使被控量保持设定 值的物料量或能量
过程控制
第一章 绪论
课程考核
平时成绩（占40% ）：出勤+课堂提 问+作业；

大作业（占60% ）。

先修课程：自动控制原理
第一章 绪论

人工控制与自动控制：
1.1 概述--过程控制及发展历史

一、什么是过程控制？
过程（工业生产过程）：在生产装置或设备中 进行的物质和能量的相互作用和转换过程。 工业生产过程可分为： 连续生产过程和离散生产过程。 连续生产过程、离散生产过程和间歇生产过程 （批量生产过程）。

过程控制系统第一章


锅筒
FT
开环控制的优点：
控制及时，对较频繁的主要扰
动起到补偿效果。 缺点：仅在蒸汽扰动信号对液 位有影响时，才进行补偿，对 其他影响液位的扰动无控制作 用，不能保证液位无误差。
35
FFC
省煤器
给水
开环的液位控制系统
1.2 过程控制系统简介—控制系统的组成
比较机构：比较设定值 根据偏差的正负、大小 接收控制器的输出，相 与测量值并输出其差值 及变化情况，按预定规 应地改变操纵变量 扰动 f(t) 律给出控制作用 控制器
息称为输出信号。上一环节的输出信号就是下一环节的输入信号。
6
控制理论的发展过程
复杂的工业过程难于推广现 代控制理论
大系统理论 主要方法：现代控制理论与系统理论相结合
无法广泛应用于工业过程控 制
智能控制 主要方法：人工智能（专家系统；模糊控制；人工神经网 络控制）与自动控制的结合
7
1.1 控制理论与过程控制系统的发展状况
过程控制发展概况
• 20世纪40年代前后，处于手动状态，从50年代前后开 始，划分为如下几个阶段： • 50年代前后——第一阶段，实现了仪表和局部自动化， 主要特点： (1) 仪表为气动式，普遍采用基地式仪表和部分单元组 合仪表； （2）单输入单输出系统； （3）被控参数主要是温度、压力、流量、液位； （4）控制的目的是保证参数稳定，消除或减小扰动； （5）控制理论：频率法和根轨迹法。
18
智能交通物联网
19
1.2 过程控制系统简介
请描述一下驾驶员如何驾驶汽车？
20
1.2 过程控制系统简介
• 请描述一下家庭热水器如何工作？
温度调节装置
控制器
加热棒

过程控制第1章_绪论


36
§1-3 方块图与流程图
反馈： 闭环控制系统中，输出变量（或信号）沿着回路中的 信号流动方向总会返回到系统的输入端，与给定值进 行比较。这种把系统（或方块）的输出信号引回到系 统输入端的做法叫做反馈。
若反馈信号（被控变量测量值z）与给定值信号的方 向相反，即反馈信号z 取负值，则叫做负反馈。 测量信号与给定值信号方向相同，则叫做正反馈。 闭环控制系统是靠负反馈来达到控制的目的。 例：储槽液位控制系统；炉温控制系统
1

一、生产过程及其特点 连续生产过程主要有以下几种形式： 1 ．传热过程 通过冷热物流之间的热量传递，达到控制介质温 度、改变介质相态或回收热量的目的。典型设备：换 热器 2 ．燃烧过程 通过燃料与空气混合后燃烧为生产过程提供动力 和热源。典型设备：加热炉
2
一、生产过程及其特点 3 ．化学过程 由两种或几种物料化合成一种或多种更有价值的 产品的反应过程。典型设备：反应器
按被控变量的名称分类 温度，压力，流量，液位，成分等控制系统
按被控变量的数量分类 单变量控制系统，多变量控制系统
按控制器的控制规律分类 比例P控制系统，比例积分PI控制系统，比例微积分PID 控制系统 按控制系统的结构分类 反馈控制系统，前馈控制系统，前馈-反馈控制系统，
21
二、过程控制系统的分类
41
§1-3 方块图与流程图
图1-7 液体贮槽的工艺控制流程图
图中所示，工艺控制流程图主要是由工艺设备、 管道、元件以及构成控制系统的仪表符号及信号线等 图形符号组成。
42
§1-3 方块图与流程图 仪表图形符号： 仪表图形符号可用来表达工业自动化仪表所 处理的被测变量和功能，还可以表示仪表或元件 的名称。 仪表图形符号是直径为12mm的细实圆圈， 并在其中标有仪表位号。 仪表位号由字母代号和数字编号组成，如下例所示：

过程控制 习题与答案

第1章绪论思考题与习题1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。

组成：控制器，被控对象，执行机构，检测变送装置。

1-3简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、设定（给定）值和偏差的含义？解答：被控对象自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。

被控变量被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。

操纵变量受控制器操纵的，用以克服扰动的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。

扰动量除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。

设定值被控变量的预定值。

偏差被控变量的设定值与实际值之差。

1-4按照设定值的不同形式, 过程控制系统可分为哪几类？解答：按照设定值的不同形式又可分为:1．定值控制系统定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统.定值控制系统的作用是克服扰动对被控变量的影响,使被控变量最终回到设定值或其附近.以后无特殊说明控制系统均指定值控制系统而言.2.随动控制系统随动控制系统的设定值是不断变化的.随动控制系统的作用是使被控变量能够尽快地,准确无误地跟踪设定值的变化而变化3.程序控制系统程序控制系统的设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。

1-5 什么是定值控制系统?解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？为什么说研究控制系统的动态比其静态更有意义？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。

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• 另外，各厂家相继推出了各种数字化智能变送器和智能化 数字执行器，以现场总线（Fieldbus）为标准，实现以微 处理器为基础的现场总线网络控制系统FCS（Fieldbus Control System）。现场总线控制系统FCS进一步将控 制功能分散，增强了系统的灵活性和可靠性。在控制装置 发展的同时，产生出许多智能传感器和执行器。能提供仪 表状态和诊断的信息，具有通讯功能，便于调试、投运、 维护和管理。 • 一些重要的生产过程逐渐采用技术先进在线分析仪器，如： 近红外、质谱、色谱、专用生化过程传感器等等。随着各 种光、机、电传感技术以及厚膜电路等先进加工工艺的广 泛应用，使工业仪表显得异彩纷呈。
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液位控制系统示例 当系统受到外界扰动的影响时 为使被控变量（液位）与设定 值保持一致 检测被控变量，并与设定值比 较得到偏差 按一定控制规律对偏差运算 输出信号驱动操纵变量（流量） 最终使被控变量回复到设定值 变送器检测液位 控制器对偏差运算 执行器改变操纵变量
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简单控制系统、复杂控制系统、先进或高级控制系统
按控制器形式分类：
常规仪表过程控制系统、计算机过程控制系统
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四 性能指标
1、准、快、稳
准确性、稳定性和快速性。
定值控制系统在于恒定，要求克服干扰，使系统的被控参数能稳、 准、快地保持接近或等于设定值。 随动（伺服）控制系统的主要目标是跟踪，即稳、准、快地跟踪 设定值。
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一 过程控制与自控原理的关系
工业生产过程
自动化工具
控制理论
SCAU
二 过程控制的任务与目标
生产过程：
– 是指物料经过若干加工步骤而成为产品的过程
生产过程的总目标：
–将原物料加工成预期的产品.
过程控制的任务:
–了解工艺流程和动静态特性 –实现生产过程的控制目标.
SCAU
1、过程控制的任务 充分了解生产过程的工艺流程和动态特性 的基础上，应用理论对系统进行分析与综 合，以生产过程中物流变化信息作为被控 量，选用适宜的技术手段，实现生产过程 的控制目标。 2、常见的被控变量： 温度、压力、液位、流量、湿度、PH值、 粘度等参数
SCAU
3、过程控制系统的特点 1）.被控过程的多样性 石油化工过程、钢铁生产中的冶炼过程、核工业中的动力核反 应过程。 过程控制系统中的被控对象（被控量）是多样的. 2）.控制方案的多样性 生产工业的特点、被控过程的多样性决定控制方案的多样性。 系统硬件和控制算法、软件设计。 过程检测控制仪表:调节仪表，控制器、执行机构（调节阀） 和检测与变送仪表。
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5）．过程控制多种分类方法 • 按被控参数分类：
温度、压力、流量、液位或物位控制系统、物性控 制系统、成分控制系统
• 按被控量数分类：
单变量过程控制系统、多变量过程控制系统
• 按设定值分类：
定值控制系统、随动（伺服）控制系统
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按参数性质分类：
集中参数控制系统、分布参数控制系统
按控制算法分类：
• 简单控制 PID • 复杂控制：串级、比值、前馈、Smith预估 • 先进控制：解耦、预测、模糊控制、自适 应、人工神经网络等等
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本章小结
• 1.过程控制主要是指连续过程工业的控制，其被 控量是温度、压力、流量、液位（或物位）、物 理特性和化学成分。 • 2.过程控制系统一般由控制器（调节器）、执行 机构、用于生产过程参数检测与变送仪表、被控 过程（或对象）以及相关的报警、保护和连锁等 其它部件组成。 • 3.多样性、慢过程、参数控制以及定值控制。 • 4.衰减比和衰减率是衡量振荡过程控制系统的过 程衰减程度指标
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• 近年来，以太网技术逐渐渗入到工业自动化领域。随着高 速以太网的到来，智能以太网交换机的使用和耐工业环境 （防尘、防潮、防爆、耐腐蚀、抗电磁干扰等）以太网器 件的面市，工业以太网将会更加广泛地在工业自动化中得 到应用，从而使过程控制系统更为灵活、方便和经济。Biblioteka SCAU六控制策略与算法进展
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学习章节
• • • • • • • • 第一章 绪论 第二章 系统动态特性及其建模方法 第三章 简单控制系统——单回路控制系统的设计（重点） 第四章 PID调节原理（重点） 第五章 串级控制（重点） 第六章 特殊控制 第七章 补偿控制 第八章 计算机过程控制系统（重点）
注：内容涉及比较多，但是需要掌握的内容较少，多为介绍 性的内容，为以后从事自动化行业的同学打下基础。
温度控制系统示例 • 当系统受到外界扰动的影响时 为使被控变量（温度）与设定值 保持一致检测被控变量，并与设 定值比较得到偏差按一定控制规 律对偏差运算 输出信号驱动操纵变量（流量） 最终使被控变量回复到设定值 • 变送器检测温度 • 控制器对偏差运算 • 执行器改变操纵变量
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教学方法和要求
• 课堂理论讲授为主 • 结合工程项目，要求同学们能进行分析工 业过程的控制原理 • 能够设计简单的单回路控制系统 • 使用Matlab完成特殊控制的仿真
考试和成绩评定方法
•考试方式：闭卷 •期末成绩比例：平时20%+作业实验20%+ 考试60%
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第一章 绪论
• • • • • • 过程控制与自控原理的关系 过程控制的任务与目标 过程系统的组成和特点 性能指标 过程控制发展的概况 控制策略与算法进展
过程控制系统
华南农业大学工程学院 自动化系 毕敏娜
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课程安排
《过程控制系统》专业限选课 • 课时：48学时/40学时 • 上课时间：1-10周
• 教材及参考书目： • 《过程控制系统》 武汉理工大学出版社，方康玲 • 参考书目[1]《过程控制工程》机械工业出版社，邵裕森 [2]《过程控制系统和应用》机械工业出版社，俞 金寿 [3]《过程控制》清华大学出版社，金以慧
• 在二十世纪40年代以前，处于手工操作状态，操作工人通 过对火候、冷热、色泽、形状等的观察来调整生产过程。 • 二十世纪50年代前后，实现仪表控制和局部自动化。采用 的是基地式仪表和部分组合仪表， • 二十世纪60年代随着电子技术的迅速发展，采用单元组合 仪表（包括气动与电动）以及组装仪表。以4～20mA和 0～10mA电动模拟信号为统一标准信号的电动模拟控制 系统。 • 与此同时，计算机开始用于过程控制领域。 1946年世界 上第一台计算机诞生。 1959年工业控制计算机 （Process Control Computer,如TR300等）便在化肥厂 和炼油厂试用于控制生产过程。 SCAU
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• 过程控制系统基本结构图
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转炉供氧控制系统
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2．过程工业的特点 过程控制是指连续过程工业， 特点主要指连续过程生产。 过程工业是十分复杂的大系统， 存在不确定性、时变性以及非线性等因素。 过程控制的难度是显而易见的. 工业过程生产环境恶劣，生产条件苛刻，
采用智能控制方法和计算机控制技术。
4.调节时间ts和振荡频率 调节时间ts是从过渡过程开始到结束的时间。 过渡过程的振荡频率是振荡周期的倒数，即 在同样的振荡频率下，衰减比越大则调节时间越短；当衰减比相 同时，则振荡频率越高，调节时间越短。
振荡频率在一定程度上也可作为衡量过程控制系统快速性的指标。 SCAU
五 过程控制发展概况
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1．衰减比和衰减率 衰减比等于两个相邻同向波峰值之比。 衡量振荡过程衰减程度的指标。
衰减率经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数
衡量振荡过程衰减程度的另一种指标。
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过程控制系统的衰减比为4：1到10：1， 相当于衰减率=0.75到0.9。 若衰减率=0.75,大约振荡两个波系统进入稳态。 2.最大动态偏差和超调量
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3 生产过程的要求 安全性：生产过程中，确保人身和设备安全， 是最重要和最基本的要求. 稳定性：系统抑制外部干扰、保持生产过程 长期稳定运行的能力. 经济性：低成本高效益是过程控制的另一个 目标.
4 举例 液位控制 火力发电厂 热交换温度控制系统
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三过程控制系统的组成和特点
1、组成： Ø 被控过程（或对象） Ø 用于生产过程参数检测的检测与变送仪表 Ø 控制器 Ø 执行机构 Ø 报警、保护和连锁等其他部件
最大动态偏差是指在阶跃响应中，被控参数偏离其最终稳态值的 最大偏差量，表现在过渡过程开始的第一个波峰.
超调量为最大动态偏差占被控量稳态值的百分比。 最大动态偏差是过程控制系统动态准确性的衡量指标。 SCAU
3.余差 余差是指过渡过程结束后，被控量新的稳态值与设定值的差值。
它是过程控制系统稳态准确性的衡量指标。
SCAU
仪表控制系统：由被控过程和过程检测控制仪表两部分组成。 控制方法上:单变量过程控制系统、多变量过程控 制系统。 控制算法：PID控制、智能控制等。 3）.被控过程属慢过程、多参数控制 连续工业过程大惯性和大滞后的特点决定了被控过程为慢过 程。 4）.定值控制 被控参数的设定值为一个定值，减小或消除外界干扰，使被控 量尽量保持接近或等于设定值。
• 60年代中期，出现了用计算机实现的直接数字控制DDC （Direct Digital Control ）系统和计算机监控 SCC(Supervisory Computer Control)系统。 • 二十世纪70年代中期，推出了分布式计算机控制系统 DCS（Distributed Control System，集散系统）和可编 程序控制器（PLC）. • 二十世纪80年代以来，一方面分布式计算机控制系统 DCS成为流行的过程控制系统；另一方面，兼顾连续控制 和逻辑控制/顺序控制功能的复合控制系统HCS（Hybrid Control System）得到发展。它可以是基于DCS而增添 逻辑顺序功能的系统，也可以是基于PLC而增添连续控制 功能的系统。