过程控制系统_齐卫红第五章

过程控制系统教案一、教学目标1. 了解过程控制系统的概念、分类和基本组成。

2. 掌握过程控制系统的常见参数及其作用。

3. 熟悉过程控制系统的典型应用和优点。

4. 学会分析过程控制系统的设计和实施方法。

二、教学内容1. 过程控制系统的概念及分类1.1 过程控制系统的定义1.2 过程控制系统的分类1.3 过程控制系统的基本组成2. 过程控制系统的常见参数2.1 流量参数2.2 压力参数2.3 温度参数2.4 液位参数3. 过程控制系统的典型应用3.1 工业生产过程控制3.2 楼宇自动化控制3.3 环保监测与控制4. 过程控制系统的优点4.1 提高生产效率4.2 保障产品质量4.3 降低能源消耗4.4 提高系统安全性三、教学方法1. 采用案例分析法，结合实际应用场景，让学生了解过程控制系统的原理和作用。

2. 利用仿真软件，让学生动手操作，掌握过程控制系统的参数调整和优化方法。

3. 开展小组讨论，培养学生团队合作能力和问题解决能力。

四、教学资源1. 教学课件：包含过程控制系统的相关理论知识、图片和案例。

2. 仿真软件：用于学生动手实践，如LabVIEW、组态王等。

3. 实际应用案例：涉及工业生产、楼宇自动化、环保监测等领域。

五、教学评价1. 课堂互动：学生参与课堂讨论、提问和回答问题的情况。

2. 课后作业：学生完成相关练习题的情况。

3. 实践操作：学生在仿真软件上的操作成绩。

4. 小组讨论：学生参与小组讨论的表现和成果。

教案剩余章节待您提供要求后，我将为您编写。

六、教学重点与难点教学重点：1. 过程控制系统的概念及其在各个领域的应用。

2. 过程控制系统的基本参数及其调整方法。

3. 过程控制系统的优点及其在提高生产效率和产品质量中的作用。

教学难点：1. 过程控制系统的设计原理和方法。

2. 不同类型过程控制系统的实现技术。

3. 过程控制系统在复杂环境下的性能优化。

七、教学安排课时安排：共计20课时，每课时45分钟。

第五章过程控制系统概述第一节 自动检测与自动控制系统一、自动检测系统实现被测变量的自动检测、数据处理及显示 （记录）功能的系统叫过程自动检测系统。

自动检 测系统由两部分组成：检测对象和检测装置。

如下 图所示：检测部分检测对象 转换放大 就地显示远传显示检测装置 数据处理计算机系统若检测装置由检测部分、转换放大和就地显示环节构 成，则检测装置实际为一块就地显示的检测仪表。

如单圈弹 簧管压力表、玻璃温度计等。

若检测装置由检测部分、转换放大和数据处理环节 与远传显示仪表（或计算机系统）组成，则把检测、转换 、数据处理环节称为“传感器”（如霍尔传感器、热电 偶、热电阻等），它将被测变量转换成规定信号送给远传显 示仪表（或计算机系统）进行显示。

若传感器输出信号为国 际统一标准信号4～20mA DC电流（或20~100KPa气 压），则称其为变送器（如压力变送器、温度变送器等）。

二、过程自动控制系统能替代人工来操作生产过程的装置组成了过程自动控制系统。

由 于生产过程中“定值系统”使用最多，所以常常通过“定值系统” 来讨论过程自动控制系统。

（利用自动控制装置对生产中某些关键性参数进行自动控制，使 他们在受到外界扰动的影响而偏离正常状态时，能自动的回到 规定范围。

）过程控制系统的组成框图过程控制系统的组成过程控制系统 检测元件和变送器比较机构 检测被控制的物理量，其作用是把被控变量转化为测量值 将设定值与测量值比较并产生偏差值工艺参数需要控制的工艺设备、机器或生产过程， 如上例中的水槽 对象 控制器 根据偏差的正负、大小及变化情况，按预定的控制规律实施控制作用，比较机构和控制器通常组合在一起，它可以是气动控制器、电动控制器、可编程序控制器、分布式控制系统（DCS ）等过程控制系统的组成被控变量 设定值被控对象中，通过控制能达到工艺要求设 定值的工艺变量，如上例中的水槽液位被控变量的希望值，由工艺要求决 定，如上例中的50%液位高度接受控制器送来的信号，相应地去改变操纵变 量q以稳定被控变y，最常用的执行器是气动薄膜 控制阀执行器过程控制系统的组成偏差e 操纵变量 操纵变量q q 设定值与被控变量的测量值（统一标准信号）之差由控制器操纵，能使被控变量恢复到设定值的物理量或能量，如上例中的出水量 被控变量的实际测量值 测量值Z扰动 扰动ff 除操纵变量外，作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素，如进料量的波动 起被控变量变化的随机因素，如进料量的波动第二节 传递函数与方块图变换传递函数可以直观、形象地表示出一个系统 的结构和系统各变量之间的关系。

第1章思考题与习题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51-21-4例（P121-5什么是定值控制系统?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？二者之间有什么关系？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。

被控对象的动态特性：。

系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。

二者之间的关系：1-7试说明定值控制系统稳态与动态的含义。

为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？解答：稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。

动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。

在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。

只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。

1-8频率；1-10衰减比n ：1:5900910900950=--=n 振荡周期T ：(min)36945=-=TA<80C ︒,且n>1(衰减振荡)，所以系统满足工艺要求。

第2章思考题与习题2-1①最大绝对误差=806-800=6②基本误差=6/1000=0.6%；1.0级③不能用，只能用0.5级的仪表2-2求：1）变差；2）基本误差；3）该表是否符合1.0级精度？2-3某压力表的测量范围为0～10MPa ，精度等级为1.0级。

《过程控制系统》习题解答课件《过程控制系统》习题解答1-2 与其它自动控制相比，过程控制有哪些优点？为什么说过程控制的控制过程多属慢过程？过程控制的特点是与其它自动控制系统相比较而言的。

一、延续生产过程的自动控制延续控制指延续生产过程的自动控制，其被控量需定量控制，而且应是延续可调的。

若控制动作在时光上是离散的（如采纳控制系统等），但是其被控量需定量控制，也归入过程控制。

二、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电子计算机等自动化技术工具，对囫囵生产过程举行自动检测、自动监督和自动控制。

一个过程控制系统是由被控过程和检测控制仪表两部分组成。

三、被控过程是多种多样的、非电量的现代工业生产过程中，工业过程日趋复杂，工艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有大惯性、大滞后、非线性特性。

有些过程的机理（如发酵等）复杂，很难用目前过程辨识办法建立过程的精确数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。

四、过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制由于大惯性、大滞后等特性，打算了过程控制的控制过程多属慢过程；在一些特别工业生产过程中，采纳一些物理量和化学量来表征其生产过程情况，故需要对过程参数举行自动检测和自动控制，所以过程控制多半为参量控制。

五、过程控制计划非常丰盛过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。

过程特性：多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等。

单变量控制系统、多变量控制系统；仪表过程控制系统、计算机集散控制系统；复杂控制系统，满足特定要求的控制系统。

六、定值控制是过程控制的一种常用方式过程控制的目的：消退或减小外界干扰对被控量的影响，使被控量能稳定控制在给定值上，使工业生产能实现优质、高产和低耗能的目标。

1-3 什么是过程控制系统，其基本分类办法有哪些？过程控制系统：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、粘度、湿度和pH等这样一些过程变量的系统。

过程装备控制技术及应用第五章计算机控制系统CONTENTS 目录第三节测试软件设计第一节概述第二节计算机控制系统的组成及分类第四节直接数字控制系统一、计算机直接数字控制系统构成二、计算机控制系统的控制步骤1. 实时数据采样：测量被控量的当前值，转换成离散数字化信号；2. 实时判断：判断被控量当前值与给定值的偏差e ；3. 实时控制：根据偏差e ，作出控制决策，即按照预定的算法对偏差进行运算，向执行机构发出控制信号；控制信号包括：a. 经过D/A转换输出的模拟控制信号；b. 开关量输出(控制电平、脉冲)：报警、限位＼延时等特定操作；c. 数字量输出。

三、计算机控制系统的优点1. 用分时操作实现对多个被控对象、多个回路的控制；2. 操作由计算机程序完成，扩充修改方便，硬件改动少；3. 在模拟控制系统中很多由硬件难以完成的功能，可以方便地由软件完成。

如：大时间常数的滤波，线性补偿、系统的误差补偿。

5.2计算机控制系统的组成及分类一、计算机控制系统的组成1. 硬件部分①主机②过程输入输出通道③操作设备④外部设备⑤通讯设备⑥系统支持功能监控定时器、掉电保护、后备存储器、实时日历、总线匹配等2. 软件部分①系统软件：操作系统、数据库系统、通讯网络软件、调试程序及诊断程序等。

②应用软件：系统设计人员针对生产过程要求而编制的控制和管理程序。

包括：过程输入程序、过程控制程序、过程输出程序、打印显示程序、人机接口程序等。

二、计算机控制系统的分类1. 数据采集和数据处理系统①数据采集：由传感器把温度、压力、流量、位移等物理量转换来的模拟电信号经过处理并转换成计算机能识别的数字量，输入并存贮到计算机中。

②数据处理：计算机将采集来的数字量进行实时数据分析，得出所需要的结果。

计算机不直接参与过程控制，属于计算机应用于过程控制的低级阶段。

2. 直接数字控制系统(Direct Digital Control, DDC)①分时地对被控对象的状态参数进行测试；②将测试的结果与给定值比较得到偏差e，按预定的控制算法进行数字分析、运算；③将控制量直接输出到调节阀等执行机构上，使各个被控参数保持在给定值上，实现对被控对象的闭环自动调节。