过程控制系统设计概论

过程控制系统概述杨峰电信学院06自动化3班学号：40604010321所谓过程控制（Process Control）是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。

一﹑过程控制的特点随着生产过程的连续化﹑大型化和不断强化, 随着对过程内在规律的进一步了解,以及仪表﹑计算机技术的不断发展, 生产过程控制技术近年来发展异常迅速.所谓生产过程自动化, 一般指工业生产中(如石油﹑化工﹑冶金﹑炼焦﹑造纸﹑建材﹑陶瓷及热力发电等)连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制.凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数(如温度﹑压力﹑流量等)进行的自动控制统称为过程控制.生产过程的自动控制, 一般要求保持过程进行中的有关参数为一定值或按一定规律变化. 由于被控参数不但受内﹑外界各种条件的影响, 而且各参数之间也会相互影响, 这就给对某些参数进行自动控制增加了复杂性和困难性. 除此之外, 过程控制尚有如下一些特点:1. 被控对象的多样性.对生产过程进行有效的控制, 首先得认识被控对象的行为特征, 并用数学模型给以表征, 这叫对象特性的辨识. 由于被控对象多样性这一特点, 就给辨识对象特性带来一定的困难.2. 被控对象存在滞后.由于生产过程大多在比较庞大的设备内进行, 对象的储存能力大, 惯性也大. 在热工生产过程中, 内部介质的流动和热量转移都存在一定的阻力, 因此对象一般均存在滞后性. 由自动控制理论可知, 如系统中某一环节具有较大的滞后特性, 将对系统的稳定性和动态质量指标带来不利的影响, 增加控制的难度.3. 被控对象一般具有非线性特点.当被控对象具有的非线性特性较明显而不能忽略不计时, 系统为非线性系统, 必需用非线性理论来设计控制系统, 设计的难度较高. 如将具有明显的非线性特性的被控对象经线性化处理后近似成线性对象, 用线性理论来设计控制系统, 由于被控对象的动态特性有明显的差别, 难以达到理想的控制目的.4. 控制系统比较复杂.控制系统的复杂性表现之一是其运行现场具有较多的干扰因素. 基于生产安全上的考虑, 应使控制系统具有很高的可靠性.由于以上特点, 要完全通过理论计算进行系统设计与控制器的参数整定至今乃存在相当的困难, 一般是通过理论计算与现场调整的方法, 达到过程控制的目的.二﹑过程控制系统的组成过程控制系统的组成, 一般可用如下框图表示被控参数（变量）y(t ) ;控制（操纵）参数（变量）q(t) ;扰动量f(t) ;给定值r(t) ;当前值z(t); 偏差e(t) ;控制作用u(t)三、过程控制系统的分类按系统的结构特点来分反馈控制系统，前馈控制系统，复合控制系统（前馈-反馈控制系统）按给定值信号的特点来分定值控制系统，随动控制系统1.反馈控制系统偏差值是控制的依据，最后达到减小或消除偏差的目的。

搅拌釜式反应器（ 基于 PCS7 的带搅拌釜式反应器（CSTR）系统的 ）系统的 过程控制系统设计 过程控制系统设计摘要： 摘要：带搅拌釜式反应器（CSTR）系统是一种常见的化工设备，工业生产时，一些很重 要的过程参数如进料流量、反应温度、反应物液位、反应压力等都需要加以控制。

本文针对 釜式反应器的工艺特点和控制要求，给出了一套基于 PCS 7 的控制方案。

在控制算法上，综 合应用了串级控制、 前馈控制、 变比值控制等多种控制方式。

尤其是对反应器升温曲线控制， 考虑到常规 PID 控制器的控制效果不佳， 本文给出了模糊 PID 控制器的控制方案。

MATLAB 仿真结果表明，模糊 PID 控制器较传统 PID 有更好的控制效果。

此外，本文还给出了控制 系统相应的硬件配置、网络拓扑结构，以及各控制回路在西门子 PCS7 环境下的实施框图。

关键词： 关键词：CSTR，PCS7，过程控制 ， ，Design of Process Control System Based on PCS7 of Continuous Stirred-Tank Reactor SystemAbstract：CSTR system is widely used in chemical production and some crucial parameters as ： feed flow, reaction temperature, reactant liquid level must be controlled. In this paper, an integrated control system based on Siemens PCS7 is designed according to the system characteristic and control requirement, which synthetically uses cascade control, feed-forward control, changing ratio control. Especially considering PID control may not be effective as object is reaction temperature with notable delay, fuzzy PID control is proposed and then simulated by MATLAB. The result demonstrates that it really improved the control effect. Then specific hardware configuration, network structure and software configuration is also given in order to carry out the system by Siemens PCS7. Keywords: CSTR，PCS7，process control ， ，1 引言反应器是任何化学品生产过程中的关键设备，决定了化工产品的品质、品种和生产能 力。

过程控制系统设计过程控制系统是指在工业生产中对生产过程进行监控、调节和控制的系统。

它是工业自动化的核心部分，直接关系到生产的稳定性、效率和质量。

因此，过程控制系统的设计非常重要，下面将从几个方面对过程控制系统的设计进行探讨。

首先，过程控制系统的设计需要确定控制目标和要求。

根据生产过程的特点和目标，确定系统的控制方式、控制参数和控制精度等指标。

例如，在化工生产中，常采用PID控制器进行温度、压力、流量等参数的控制，而在电力系统中，常采用分布式控制系统（DCS）进行电流、电压和功率的控制。

控制目标和要求的明确可以为后续的系统设计提供指导。

其次，过程控制系统的设计需要考虑传感器与执行器的选择和布置。

传感器的选择和布置将直接影响到系统对生产过程的感知能力和控制精度。

传感器应能准确、稳定地测量相关物理量，并能与控制系统进行数据交互。

同时，传感器的布置要考虑到实际生产过程的特点，尽可能地覆盖全部关键位置，以获得全面的数据信息。

类似地，执行器的选择和布置也需要根据实际情况进行决策，以实现对生产过程的精确控制。

其次，过程控制系统的设计需要考虑系统的可靠性和安全性。

作为一个关键系统，过程控制系统在设计时必须考虑到可能出现的各种故障情况，并采取相应的措施进行容错和备份。

例如，可以使用冗余设计，即在系统中引入多个备用组件，以备份主要组件的工作。

此外，还需考虑到系统的安全性，采取相应的措施防止非法操作和恶意攻击，确保生产过程的安全运行。

最后，过程控制系统的设计需要进行系统的集成和优化。

传感器、执行器、控制器以及相关的软件和通信设备需要在设计和实施阶段进行集成，确保各个组件之间的正常通信和协作。

同时，在系统实施后，还需对系统进行优化和调整，以满足实际生产过程的要求。

通过对系统的数据进行分析和处理，可以发现问题和改进的空间，提高生产过程的效率和质量。

综上所述，过程控制系统的设计是一个复杂而重要的过程。

需要明确控制目标和要求，选择合适的传感器和执行器，考虑系统的可靠性和安全性，并进行系统的集成和优化。

过程控制系统方案设计过程控制系统是指将传感器、执行器和控制算法等组成的一套系统，用于监测和控制工业过程中的温度、压力、流量等参数。

本文将从系统组成、功能设计、安全性设计和可扩展性设计等方面，详细介绍过程控制系统的方案设计。

1.系统组成-传感器：用于采集工业过程中的参数，如温度传感器、压力传感器、液位传感器等。

-执行器：用于根据控制算法的输出执行动作，如电动阀门、电机等。

-控制算法：通过对传感器采集的参数进行处理，并根据设定的控制策略输出控制信号给执行器。

-人机界面：通过图形化界面使操作人员能够监视和控制整个系统。

-通信网络：用于传输传感器采集的数据和控制信号。

-数据存储和处理单元：用于存储历史数据和对数据进行处理分析。

-电源供应：为系统提供电力。

2.功能设计-参数采集：通过传感器采集工业过程中的参数，并将其转化为数字信号。

-数据处理：对传感器采集的数据进行滤波、去噪等处理，以满足控制算法的要求。

-控制策略生成：根据设定的控制策略，利用控制算法对传感器采集的数据进行处理，从而生成控制信号。

-执行动作控制：将控制信号传递给执行器，通过调节执行器的状态来控制工业过程中的参数。

3.安全性设计-可靠性：系统需要具备高可靠性，能够正常工作并保证工业过程的稳定性。

-网络安全：通过加密通信、防火墙等措施，确保系统在网络通信中的安全性。

-级联保护：当系统中的一些部分出现故障时，能够及时发出警报并采取相应的保护措施。

-系统备份：对系统进行定时备份，以保证系统数据的安全性。

-权限管理：通过设定用户权限，限制非授权人员对系统的访问和操作。

4.可扩展性设计-模块化设计：将系统划分为多个模块，每个模块具有独立的功能和接口，方便对系统的扩展和维护。

-开放式接口：提供开放式接口，允许第三方设备和软件与系统进行集成。

-标准化协议：采用标准化协议，方便系统与其他设备进行通信和交互。

-可定制性：根据用户需求，对系统进行定制化开发，以满足不同工业过程的需求。

过程控制系统知识点总结）一、概论1、过程控制概念：五大参数。

过程控制的定义：工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。

2、简单控制系统框图。

控制仪表的定义：接收检测仪表的测量信号，控制生产过程正常进行的仪表。

主要包括：控制器、变送器、运算器、执行器等，以及新型控制仪表及装置。

控制仪表的作用：对检测仪表的信号进行运算、处理，发出控制信号，对生产过程进行控制。

3、能将控制流程图（工程图、工程设计图册）转化成控制系统框图。

4、DDZ -Ⅲ型仪表的电压信号制，电流信号制。

QDZ-Ⅲ型仪表的信号制。

它们之间联用要采用电气转换器。

5、电信号的传输方式，各自特点。

电压传输特点：1). 某台仪表故障时基本不影响其它仪表； 2). 有公共接地点；3). 传输过程有电压损耗，故电压信号不适宜远传。

电流信号的特点：1).某台仪表出故障时，影响其他仪表；2).无公共地点。

若要实现仪表各自的接地点,则应在仪表输入、输出端采取直流隔离措施。

6、变送器有四线制和二线制之分。

区别。

1、四线制：电源与信号分别传送，对电流信号的零点及元件的功耗无严格要求。

2、两线制：节省电缆及安装费用，有利于防爆。

活零点，两条线既是信号线又是电源线。

7、本安防爆系统的2个条件。

1、在危险场所使用本质安全型防爆仪表。

2、在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅，以限制流入危险场所的能量。

第一个字母：参数类型 T ——温度（Temperature ） P ——压力（Pressure ） L ——物位（Level ） F ——流量（Flow ） W ——重量（Weight ） 第二个字母：功能符号 T ——变送器（transmitter ） C ——控制器（Controller ） I ——指示器（Indicator ） R ——记录仪（Recorder ） A ——报警器（Alarm ）加热炉8、安全栅的作用、种类。

过程控制系统设计的主要内容
以下是 7 条关于过程控制系统设计的主要内容：
1. 确定控制目标呀，这就像你要去一个地方，得先明确目的地是哪儿。

比如说，要让一个化学反应釜的温度保持稳定，这就是一个明确的控制目标嘛！
2. 选择合适的传感器和执行器呢。

这不就好比给车子选对轮胎和发动机，能让它跑得又稳又好。

比如用温度传感器来检测温度，再用调节阀来控制介质流量呀。

3. 设计控制算法呀，这可太重要啦！就如同给机器注入智慧，让它知道该怎么根据情况做出反应。

像 PID 控制算法，那可是常用的好宝贝呢。

4. 构建控制系统架构哦。

这就像是搭积木一样，得把各个部分巧妙地组合在一起。

是集中式还是分布式呢，得好好琢磨一下呀。

5. 要进行系统调试和优化呀，这可不是一蹴而就的事儿。

这就好像雕刻一件艺术品，得一点点打磨完善。

看看参数设置得合不合理，有没有更好的调整空间。

6. 考虑人机界面的设计呢。

这得让人能轻松地和系统互动呀，不然多别扭。

就像手机界面一样，得简洁明了、方便操作才行。

7. 安全保障可不能忘啊！这好比给系统穿上铠甲，保护它和周围的一切呀。

各种故障诊断和保护措施都得准备齐全呀。

总之，过程控制系统设计可不是简单的事儿，每一步都得精心考量，才能让系统高效、稳定地运行呀！。