过程控制课件绪论

致命的问题：由于可靠性差， 致命的问题：由于可靠性差， 一旦出现故障，全部瘫痪。 一旦出现故障，全部瘫痪。
70年代 年代——第三阶段，大规模集成电路 第三阶段， 年代 第三阶段 研制成功，微处理器问世， 研制成功，微处理器问世，进入计算机 时代。 时代。 特点： 特点： （1）集中控制、多参数控制、多台计算 ）集中控制、多参数控制、 机控制和经营管理； 机控制和经营管理； （2）智能单元组合仪表； ）智能单元组合仪表； （3）在线成分检测与数据处理的测量变 ） 送器的应用； 送器的应用； 仪表品种增多， （4）DDZ仪表品种增多，可靠性加强； ） 仪表品种增多 可靠性加强； 系统。 （5）70年代中期出现了集散控制系统。 ） 年代中期出现了
按给定值信号的特点来分类： 按给定值信号的特点来分类：
（1）定值控制系统 ） （2）程序控制系统 ） （3）随动控制系统 ）
定值控制系统： 定值控制系统：系统被控量的给定值保 持在规定值不变，或在小范围变化。控 持在规定值不变，或在小范围变化。 制的目的是使被控量保持定值，或在小 制的目的是使被控量保持定值， 范围变化。 范围变化。
数理与机电基础 知识领域
控制知识层的知识领域
传感与检测： 传感与检测：信息获取 通信与网络：信息传输 通信与网络： 6个 知识领域 计算与处理： 计算与处理：信息处理 控制与智能： 控制与智能：信息控制 执行与驱动： 执行与驱动：信息应用 模型与仿真： 模型与仿真：
控制知识层的知识单元
传感与检测 传感器、自动检测技术、 传感器、自动检测技术、 测量信号处理等 通信原理、计算机网络、 通信原理、计算机网络、 通信与网络 自动化系统计算机网络、 自动化系统计算机网络、 现场总线技术、 现场总线技术、组态技术 应用、多媒体技术等。 应用、多媒体技术等。
按被控量的多少分： 按被控量的多少分：单变量和多变量控 制系统。 制系统。 按采用控制仪表和计算机来分： 按采用控制仪表和计算机来分：仪表过 程控制系统和计算机过程控制系统。 程控制系统和计算机过程控制系统。
最基本的分类方法
按过程控制系统的结构特点来分：
（1）反馈控制系统 ） （2）前馈控制系统 ） （3）前馈 反馈控制系统 ）前馈-反馈控制系统
过程控制系统的基本概念
控制(control)：人们为了达到某种目的 ： 控制 而采取的行动，叫做控制，它分为人工 而采取的行动，叫做控制，它分为人工 控制和自动控制。 控制和自动控制。
过程(process)：过程本身的含义是非常 ： 过程 广泛的，可以指某个工程系统、 广泛的，可以指某个工程系统、某个生物 学系统，也可以指某个经济的或社会系统。 学系统，也可以指某个经济的或社会系统。 本课程所说的过程主要指工业过程，例 本课程所说的过程主要指工业过程， 如加热炉、化工装置、锅炉设备、 如加热炉、化工装置、锅炉设备、核反应 堆、造纸设备、换热器等生产过程。 造纸设备、换热器等生产过程。
执行与驱动
自动化仪表、电力电子技术、 自动化仪表、电力电子技术、 电源变换与控制等
模型与仿真
MATLAB程序设计、虚拟仪器 程序设计、 程序设计 技术应用、 技术应用、CAD仿真技术等 仿真技术等
系统知识层
知识单元： 知识单元： 系统与工程 知识领域 ◆运动控制系统 运动控制系统 ◆过程控制系统 ◆集散控制系统
面向对象的程序设计、 面向对象的程序设计、大型 计算与处理 数据库、信号与系统、 数据库、信号与系统、数字 信号处理、数据结构、 信号处理、数据结构、操作 系统等
自动控制原理、 自动控制原理、现代控制理 控制与智能 模糊控制技术、 论、模糊控制技术、智能控 制技术、微机控制技术、 制技术、微机控制技术、系 统工程导论等
90年代以后 年代以后——第五阶段，主要特点： 第五阶段， 年代以后 第五阶段 主要特点： （1）工厂综合自动化技术的应用； ）工厂综合自动化技术的应用； （2）现场总线控制技术的应用； ）现场总线控制技术的应用； 3）智能控制得到了广泛的应用； （3）智能控制得到了广泛的应用； （4）各种工控设备（如PLC、变频器、直 ）各种工控设备（ 、变频器、 流调速器、控制仪表、检测变送仪表等） 流调速器、控制仪表、检测变送仪表等） 功能更加强大，并且带有通讯接口。 功能更加强大，并且带有通讯接口。
（1）仪表为气动式，普遍采用基地式仪 ）仪表为气动式， 表和部分单元组合仪表； 表和部分单元组合仪表； （2）单输入单输出系统； ）单输入单输出系统； （3）被控参数主要是温度、压力、流量、 ）被控参数主要是温度、压力、流量、 液位； 液位； （4）控制的目的是保证参数稳定，消除 ）控制的目的是保证参数稳定， 或减小扰动； 或减小扰动； （5）控制理论：频率法和根轨迹法。 ）控制理论：频率法和根轨迹法。
过程控制工程 绪论
主要内容
自动化专业的知识结构 过程控制系统的基本概念 控制的基本问题 过程控制的分类 过程控制系统的发展 关于本课程的说明
自动化专业的知识结构
系统知识层 控制知识层 基础知识层 1个知识领域 个知识领域 6个知识领域 个知识领域 1个知识领域 个知识领域
基础知识层
知识单元： ◆数学 ◆物理 ◆系统科学 ◆管理科学 ◆电工电子基础 ◆机械工程基础 ◆计算机基础及语言 ◆微机原理
综合自动化：在自动化技术、信息技术、 综合自动化：在自动化技术、信息技术、 计算机控制和各种生产加工技术的基础 从生产过程的全局出发， 上，从生产过程的全局出发，通过生产 活动所需的各种信息集成，把控制、 活动所需的各种信息集成，把控制、优 调度、管理、经营、决策融为一体， 化、调度、管理、经营、决策融为一体， 形成一个能适应各种生产环境的市场需 多变性的、总体最优的高质量、 求、多变性的、总体最优的高质量、高 效益、高柔性的管理生产系统——管控 效益、高柔性的管理生产系统 管控 一体化。 一体化。
控制的基本问题
扰动 指令输入
控制器
信息反馈
广义过程
输出
信息检测
控制器：系统运动和作业的规划；动力学修正， 控制器：系统运动和作业的规划；动力学修正， 改变闭环特征。 改变闭环特征。 信息检测：传感问题、信息处理、 信息检测：传感问题、信息处理、信息融合 广义过程：受控对象 工作环境 扰动） 工作环境（ 广义过程：受控对象+工作环境（扰动）
过程控制发展概况
20世纪 年代前后，处于手动状态，从 世纪40年代前后 处于手动状态， 世纪 年代前后， 50年代前后开始，划分为如下几个阶段： 年代前后开始，划分为如下几个阶段： 年代前后开始 50年代前后 年代前后——第一阶段，实现了仪表 第一阶段， 年代前后 第一阶段 和局部自动化，主要特点： 和局部自动化，主要特点：
传感与检测 反映自动化 专业特点的 知识领域 控制与智能 执行与驱动 模型与仿真 系控制与智能 模型与仿真 系统与工程
◆以电力电子、变频技术为 以电力电子、 核心的运动控制技术 核心的运动控制技术 ◆以微处理器芯片与接口技 计算机控制技术。 术为核心的计算机控制技术 术为核心的计算机控制技术。 专业知识体系 ◆以自动检测、标准工控设 以自动检测、 备为核心的过程控制技术。 备为核心的过程控制技术。 过程控制技术 ◆以网络通信、电子技术为 以网络通信、 核心的信息技术， 核心的信息技术，包括对信 信息技术 息的获取、处理、 息的获取、处理、传输和信 息挖掘等技术的综合应用。 息挖掘等技术的综合应用。
过程控制（ 指石油、 过程控制（process control) :指石油、化 指石油 工、电力、轻工、冶金、纺织、建材、原子 电力、轻工、冶金、纺织、建材、 能等工业部门生产过程的自动化。 能等工业部门生产过程的自动化。 过程控制系统（process control system) : 指工业生产过程中自动控制系统的被控量是 温度、压力、流量、液位、成分、 温度、压力、流量、液位、成分、粘度和 PH值等这样一些过程变量的系统。 值等这样一些过程变量的系统。 值等这样一些过程变量的系统
控制问题：对于给定的广义过程， 控制问题：对于给定的广义过程，如何 设计控制器使闭环系统满足希望的性能 要求。 要求。
过程控制系统的分类
按被控参数的名称分：温度、压力、 按被控参数的名称分：温度、压力、流 量、液位等控制系统。 液位等控制系统。 按完成的功能分：比值、均匀、 按完成的功能分：比值、均匀、分程和 选择性控制系统。 选择性控制系统。 按调节器的控制规律分： 、 、 、 按调节器的控制规律分：P、PI、PD、 PID等。 等
（5）集中控制实现： ）集中控制实现： 1）随着生产规模的扩大，操作人员需了 ）随着生产规模的扩大， 解多点信息， 解多点信息，需按多点信息进行操作控 于是出现了气动、 制，于是出现了气动、电动单元组合仪 表和集中控制室。现场的0.02MPa、 表和集中控制室。现场的 、 0~10mA、4~20mA、1~5V的信号送 、 、 的信号送 到集中控制室， 到集中控制室，操作人员可在控制室了 解现场状况； 解现场状况；
60年代 年代——第二阶段，电子技术迅速发展。 第二阶段， 年代 第二阶段 电子技术迅速发展。 特点： 特点： （1）大量采用气动和电动单元组合仪表； ）大量采用气动和电动单元组合仪表； （2）计算机控制技术开始应用 ）计算机控制技术开始应用——DDC 系统和SPC系统； 系统； 系统和 系统 （3）复杂控制开始开发应用 串级控制、 ）复杂控制开始开发应用——串级控制、 串级控制 前馈-反馈控制 比值控制、分程控制、 反馈控制、 前馈 反馈控制、比值控制、分程控制、 选择性控制； 选择性控制； 现代控制理论开始应用， （4）控制理论 ）控制理论——现代控制理论开始应用， 现代控制理论开始应用 由单变量转入多变量（由于建模困难， 由单变量转入多变量（由于建模困难， 应用较少）； 应用较少）；
程序控制系统： 程序控制系统：被控量的给定值按预定 的时间程序变化工作的， 的时间程序变化工作的，控制的目的就 是使系统被控量按工艺要求规定的程序 自动变化。例如， 自动变化。例如，加热炉工艺要求按照 加热升温、保温、降温等程序工作。 加热升温、保温、降温等程序工作。