过程装备控制技术及应用

1. 过程装备的三项基本要求过程装备的三项基本要求：安全性、经济性和稳定性.A.安全性:指整个生产过程中确保人身和设备的安全B.经济性:指在生产同样质量和数量产品所消耗的能量和原材料最少，也就是要求生产成本低而效率高C.稳定性:指系统应具有抵抗外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力.2. 过程装备控制的主要参数：温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等.3. 流程工业四大参数：温度、压力、流量、液位（或物位）4. 控制系统的组成控制系统的组成:(1)被控对象 (2)测量元件和变送器 (3)调节器 (4)执行器5. 控制系统各参量及其作用:1.被控变量 y 指需要控制的工艺参数，它是被控对象的输出信号 2.给定值（或设定值) ys 对应于生产过程中被控变量的期望值 3.测量值 ym 由检测元件得到的被控变量的实际值 4.操纵变量（或控制变量）m 受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，它是调节阀的输出信号5.干扰（或外界扰动）f 引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素6.偏差信号 e 在理论上应该是被控变量的实际值与给定值之差7.控制信号u 控制器将偏差按一定规律计算得到的量。

6. 控制系统的分类（1）控制系统的分类：按给定值 a 定值控制系统；随动控制系统；程序控制系统（2） b c 按输出信号的影响 a 闭环控制；b 开环控制（3）按系统克服干扰的方式 a 反馈控制系统；b 前馈控制系统；c 前馈-反馈控制系统7. 控制系统过度过程定义：从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给定值附近范围内，然而这一回复并不是瞬间完成的，而是要经历一个过程，这个过程就是控制系统的过渡过程。

8. 阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点（1）发散振荡过程：这是一种不稳定的阶跃干扰下过渡过程的基本形式及其使用特点：过渡过程，因此要尽量避免（2）等幅振荡过程：被控变量在某稳定值附近振荡，而振荡幅度恒定不变，这意味着系统在受到阶跃干扰作用后，就不能再稳定下来，一般不采用（3）衰减振荡过程：被控变量在稳定值附近上下波动，经过两三个周期就稳定下来，这是一种稳定的过渡过程（4）非振荡的过渡过程：是一个稳定的过渡过程，但与衰减振荡相比，其回复到平衡状态的速度慢，时间长，一般不采用。

大学过程装备控制技术及应用教案大学过程装备控制技术及应用教案一、课程名称大学过程装备控制技术及应用二、教学目标本门课程是一门面向化工、机械、材料等相关专业学生的，旨在培养学生的过程装备控制技术，使其能够掌握现代化工、机械、材料等领域中过程装备的运转方式，掌握常用的过程控制技术，并在实际工程中进行应用。

三、教学内容1. 过程装备控制概述2. 过程控制基础3. 过程控制器件与仪器4. 过程控制方法5. 通信方式与网络6. 工业过程控制应用实例四、教学方法1.讲授法通过教师的讲解、演示，介绍课程中的基础概念、基本理论和方法等。

2.实验法通过实验，经验化地掌握过程控制技术，在实验的过程中培养思考问题的能力。

3.案例分析法引导学生参与案例分析，加深对过程控制技术的理解。

五、教学资源1.教材本课程使用的教材为《过程控制技术及应用》。

2.实验设备本课程使用的实验设备为过程控制模拟实验箱、过程控制系统等。

六、考核方式：1.平时成绩包括课堂参与、作业情况等。

2.实验报告实验过程和结果的总结。

3.期末考试四大模块知识内容的综合考试。

七、参考文献1.丁松等，《过程控制技术及应用》，机械工业出版社2.张勇等，《过程控制技术与综合测试方法》，中国石化出版社3.钟颖，《工业自动化控制基础》，电子工业出版社八、教学总结通过本课程的学习，学生能够掌握现代化工、机械、材料等专业中常用的过程装备控制技术，培养学生独立思考和实践能力，为日后从事相关工作提供一定的基础。

同时，本课程也为学生自主学习以及后续职业规划提供了一个较好的基础。

过程装备控制技术及应用习题及参考答案第一章控制系统的基本概念1.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。

主要包含：①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。

2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。

自动控制系统常用的术语有：被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度；给定值（或设定值）y s——对应于生产过程中被控变量的期望值；测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值；操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号；干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=y m-y s控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。

3.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。

其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。

采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。

而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。

过程装备控制是指在过程设备上，配上一些自动化装置以及合适的自动控制系统来代替操作人员的部分或全部直接劳动，使设计制造、装配、安装等在不同程度上自动的进行。

生产过程自动化系统所包含的内容：自动检测系统、信号连锁系统、自动操作系统、自动控制系统。

工业生产对过程装备控制的要求是多方面的，最终可概括为三项要求：安全性、经济性和稳定性。

安全性是指在整个生产过程中，确保人身和设备的安全，这是最重要也是最基本的要求。

控制系统的分类：1、按给定值的特点划分：定值控制系统，随动控制系统、程序控制系统2、按系统输出信号对操纵变量的影响：闭环控制、开环控制；3、按系统的复杂程度划分：简单控制系统、复杂控制系统；4、按系统克服干扰的方法：反馈控制、前馈控制、前馈-反馈控制系统。

控制系统的过渡过程：发散振荡过程、等幅振荡过程、衰减振荡过程、非振荡的单调过程。

控制系统的性能指标：1、一阶跃响应曲线形式表示的质量指标：最大偏差A(超调量σ)、衰减比n 、回复时间t s 、余差e(∞)、震荡周期T 。

2、偏差积分性能指标：平方误差积分指标（ISE ）j = e 2∞0(t )dt →min 、时间乘平方误差积分指标(ITSE)：J = te 2∞0(t )dt →min 、绝对误差积分指标(IAE):J = e (t ) dt →min ∞0、时间乘绝对误差积分指标(ITAE)J = t e (t ) dt →min ∞被控对象的特性，就是当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律（包括变化的大小、速度等）。

被控对象的特性参数有：放大系数K 、时间常数T 、滞后时间τ放大系数：是被控对象重新达到平衡的输出变化量与输入变化量之比。

对控制通道，放大系数适宜最好；对干扰通道越小越好。

时间常数：反应了被控对象受到输入作用后，输出变量达到新稳态值的快慢，他决定了整个动态过程的长短。

对控制通道，时间常数T 大，被控变量变化缓慢，时间常数小，被控变量变化速度快，不易控制，所以适宜最好。

《过程装备控制技术及应用》教学大纲二、课程目的和任务本课程为“过程装备与控制工程”专业的核心专业课。

过程装备技术的创新，其关键首先应着重于装备内件技术的创新，而其内件技术的创新又与过控原理和技术的创新以及成套装置工艺流程技术的创新密不可分，相辅相成。

要求学生将过程机械、计算机自动测试、控制、自动化等方面的知识有机的结合在一起，培养学生成为多学科知识与技能的复合型人才。

三、本课程与其它课程的关系本课程是在电工学、电子技术、普通物理、化工原理等课程的基础上，综合运用先修课程的基础知识，分析和解决化工类型生产中各种单元操作的控制问题的工程学科，是过程装备与控制工程专业的重要专业课程之一。

在本门课程中有关流量测量和化工原理的流量测量内容相近，互相补充。

四、教学内容、重点、教学进度、学时分配（一）控制系统的基本概念（4学时）1、主要内容概述；控制系统的组成；控制系统的方框图；控制系统的分类；控制系统的过渡过程及其性能指标。

2、重点自动控制系统的组成。

3、教学要求了解自动控制系统组成部分；掌握方块图的意义及画法，控制系统过渡过程。

（二）过程装备控制基础（14学时）1、主要内容被控对象的特性；单回路控制系统；复杂控制系统。

2、重点单回路控制系统的设计和调节规律。

3、教学要求掌握单回路和复杂控制系统的设计，调节规律。

（三）过程检测技术（30学时）1、主要内容测量基本知识；误差基本知识；压力测量；温度测量；流量测量；液位测量。

2、重点测量过程与测量误差，仪表的性能指标；弹性式压力计，电气式压力计，压力计的选用及安装；差压式流量计，转子流量计；差压式液位变送器；热电偶温度计。

3、教学要求了解工业四大量（压力，温度，流量和液位）的测量仪表。

五、实践教学内容要求本课程无实践教学环节。

六、课程考核方式考试课，闭卷考试。

七、建议教材与教学参考书1、建议教材[1]王毅主编．过程装备控制技术及应用[M]．北京．化学工业出版社．20012、教学参考书[1]编写组合编．化工测量仪表[M]．上海．上海科学技术出版社．1989[2]厉玉鸣主编．化工仪表及自动化[M]．北京．化学工业出版社．1999。

《过程装备控制技术及应用》《过程装备控制技术及应用》是一本介绍过程装备控制技术及其应用的专业书籍。

本书主要涵盖了过程装备控制技术的基本原理、控制系统的组成和结构、控制策略的设计与优化、控制系统的应用案例等内容。

下面将从几个方面对本书进行详细的回答。

首先，本书详细介绍了过程装备控制技术的基本原理。

过程装备控制技术是指利用自动化技术对工业过程中的装备进行控制和调节的技术。

本书通过对过程装备控制技术的基本概念、控制对象的建模与仿真、控制系统的基本要素等方面的介绍，使读者对过程装备控制技术有了更加深入的了解。

其次，本书详细介绍了过程装备控制系统的组成和结构。

过程装备控制系统是由传感器、执行器、控制器和人机界面等组成的。

本书通过对传感器的种类和原理、执行器的种类和原理、控制器的种类和原理等方面的介绍，使读者对过程装备控制系统的组成和结构有了更加全面的了解。

再次，本书详细介绍了过程装备控制策略的设计与优化。

过程装备控制策略是指根据控制目标和要求，设计出合理的控制策略，并对其进行优化。

本书通过对PID控制、模糊控制、神经网络控制等常用的控制策略的原理和应用进行介绍，使读者对过程装备控制策略的设计和优化有了更加深入的了解。

最后，本书还介绍了过程装备控制系统的应用案例。

通过对不同行业的过程装备控制系统的应用案例进行介绍，读者可以了解到过程装备控制技术在实际工程中的应用情况，从而更好地理解和掌握过程装备控制技术。

总之，《过程装备控制技术及应用》是一本介绍过程装备控制技术及其应用的专业书籍。

通过对过程装备控制技术的基本原理、控制系统的组成和结构、控制策略的设计与优化、控制系统的应用案例等内容的介绍，本书使读者对过程装备控制技术有了更加全面和深入的了解。

同时，本书还通过大量的实例和案例，使读者能够更好地理解和应用过程装备控制技术。

1:生产过程自动化系统包含的内容——①自动检测系统②自动操纵系统③自动控制系统④信号联锁系统2：过程装备控制的任务：就是在了解、掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础上，根据安全性、经济性和稳定性三项要求，应用理论对控制系统进行分析和综合，最后采用合适的技术手段加以实现。

3：被控变量y：指需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位、反应器的温度、物料流量等。

给定值(或设定值)ys：对应于生产过程中被控变量的期望值。

可由调节器内部或由外界给定。

测量值ym：由检侧元件得到的被控变量的实际值。

操纵变量(或控制变量)m：受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量，它是调节阀的输出。

控制信号u：控制器将偏差按一定规律计算得到的量。

干扰（或外界扰动）f 引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素。

偏差信号 e e=)ys-ym:4：5：控制系统的过渡过程：1）发散振荡过程它表明系统在受到阶跃干扰的作用后，不但不能使被控变量回到给定值，反而越来越偏离给定值，以致超出生产的规定限度，严重时引起事故。

这是一种不稳定的过渡过程，因此要尽量避免。

2）衰减振荡过程被控变量在稳定值附近上下波动经过二三个周期就稳定下来。

这是一种稳定的过渡过程，在过程控制中，多数情况下都希望得到这样的过渡过程。

3）等幅振荡过程被控变量在某稳定值附近振荡，而振荡幅度恒定不变。

这意味着系统在受到阶跃干扰作用后，就不能再稳定下来，一般不采用。

只是在某些工艺上允许被控变量在一定范围内波动、控制质量要求不高的场合，这种形式的过渡过程才被采用。

4）非振荡的单调过程它表明被控变量最终稳定下来了，是一个稳定的过渡过程。

但与衰减振荡相比，其回复到平衡状态的速度慢、时间长，因此一般不采用。

6：过渡过程的质量指标：以系统受到单位阶跃输入作用后的响应曲线（又称过渡过程曲线）的形式给出的，如最大偏差(或超调量)、衰减比、余差、回复时间等，称为过渡过程的质量指标;1）最大偏差A（或超调量σ）：对一个定值控制系统来说，最大偏差是指过渡过程中被控变量第一个波的峰值与给定值的差；2）衰减比：是过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比，即B1: B2一般用n:1表示。

过程装备控制技术及应用课程设计一、课程简介本课程旨在介绍过程装备控制技术的基本理论和应用，着重讲解工业过程中的自动化、过程参数控制和仪器测量技术，以及现代化工生产过程中过程控制的各种模型和算法。

同时，本课程还将培养学生灵活应用过程装备控制技术解决各种实际问题的能力。

二、课程大纲1. 过程控制基础知识•过程控制的定义和概念•过程控制中的信号、控制器、执行器以及过程变量•过程控制系统的基本要求2. 过程仪表的性能和选择•仪表的性能指标•传感器的选择和应用•仪表的安装和调试3. 控制回路基础•控制回路的基本原理•PID控制器原理及其参数调整•不同类型的控制回路4. 过程模型和仿真技术•过程建模的方法和基本概念•常用过程模型的详细介绍•仿真软件的应用和使用5. 其他过程装备控制技术•自适应控制技术•分布式控制系统•先进控制技术三、课程设计1. 题目设计一套工业液体混合设备的自动化控制系统，要求控制系统能够自动调整设备中各种液体的流量和温度，使得最终混合后的液体符合特定的生产要求。

2. 基本要求•设计一套完整的液体混合控制系统，包含传感器、控制器、执行器等多种元件。

•设计一个完整的控制回路，能够根据温度、压力等参数自动调整液体的流量和比例。

•在控制中应用PID控制技术和自适应控制技术，并对控制系统进行模型仿真。

•实现控制系统与计算机数据采集、处理和显示的接口，能够实时监测液体的流量、温度，输出相应的控制信号。

•设计系统的图形化界面，使得操作和监测更加方便。

3. 设计方法•了解液体混合设备的工作原理，理解流量和温度对混合液体质量的影响。

•选择合适的传感器和执行器，根据不同参数选择不同的采集方式。

•设计PID和自适应控制算法，优化控制回路参数，保证监测结果准确和稳定。

•利用MATLAB或Simulink等仿真软件进行模拟实验，验证控制系统的有效性和稳定性。

•设计图形界面，实现整个控制系统的可视化操作和监测。

四、课程考核1. 实验报告实验报告要求详细描述液体混合控制系统的设计思路、设计流程和仿真结果，包括图表、实验数据和分析等。

过程装备控制技术及应用引言过程装备控制技术是在工业生产中，通过对各种工艺过程中的装备进行控制，提高生产效率和产品质量的一种技术手段。

本文将介绍过程装备控制技术的相关概念、分类以及应用。

过程装备控制技术的概念过程装备控制技术是利用先进的自动化技术、控制理论和信息技术，对生产和制造过程中的设备和工艺进行控制和管理的一种技术手段。

过程装备控制技术的分类过程装备控制技术可以根据控制方式的不同进行分类，主要包括以下几种：1.开环控制：开环控制是指控制系统只根据输入信号进行操作，无法对输出进行实时的监测和调整。

在开环控制中，反馈信号不起作用，只有一次性地进行控制。

2.闭环控制：闭环控制是指通过对输出信号进行监测和反馈，对输入信号进行调整，使输出信号接近预期的目标值。

闭环控制可以实现实时的监测和调整，提高了控制系统的性能和稳定性。

3.模糊控制：模糊控制是一种基于模糊逻辑和模糊推理的控制方法。

它通过建立模糊规则库，将输入和输出之间的关系进行映射，实现对非线性、模糊和复杂系统的控制。

4.自适应控制：自适应控制是一种能够根据系统自身状态和外界环境变化来自动调整控制参数和控制策略的控制方法。

它可以提高控制系统的鲁棒性和适应性，适用于复杂和变化的控制系统。

过程装备控制技术的应用过程装备控制技术在工业生产中有广泛的应用，主要集中在以下几个方面：1.生产自动化：过程装备控制技术可以实现生产线的自动化控制，提高生产效率和产品质量，降低生产成本。

例如，在汽车制造过程中，可以使用过程装备控制技术实现汽车生产线的智能控制，提高生产线的运行效率和稳定性。

2.工艺优化：过程装备控制技术可以通过对生产过程中的装备和工艺参数进行控制和调整，实现工艺的优化。

通过对温度、压力、流量等参数进行实时的监测和调整，可以提高工艺的稳定性和可控性，进而提高产品质量。

3.能耗管理：过程装备控制技术可以通过对装备和工艺过程的控制，降低能源的消耗。

例如，在电力系统中，可以利用过程装备控制技术对发电装备和输电过程进行控制，实现能源的高效利用和节约。

1. 过程装备的三項基本要求过程装备的三項基本娈求：安全性济忡和稳定忱.А.安全性:指格个生产过程中确保人身和a备的安全B.经济性:指在生产问忭侦识和数W 产品所消耗的能姑和哚材敊圾少.也就足耍求生产成本低而效率尚C. f3 记性:衔系统应兵有抵抗外瑯于扰.保持生产过程长期稔记运行的能力.2. 过程装备控制的主要参数：温沒、压力、流说、液位（或物位）、成分和物性筠.3. 流程工业四大参数：涡度、压力、流说、液位（成物位〉4. 控制系统的组成控制系统的组成:＜1）被挖对象（2〉湖攮元件和变送雅⑶调节器（4＞执行器5. 控制系统各参最及其作用：1.被控戈祕y指滞逛控刺的工艺参数，它足被控对象的输出倍号2.给定值（或没定值〉ys对应子生产过柺屮被拧变钻的期盟值3. 測量佰ym由检测元件得到的披控变世的实际值4.棟纵变ft （或控制变量＞m受控于调节阀，用以兑服干扰影响，其休实现控«作用的变诏称力俠纵变尕，它足调节阀的输出倍亏5.千扰（或外界扰动）f引起被校变KfW离给定值的.除操纵变ffl以外的各种因H6.偏袪估号e在理论上应该足被挖变从的实际值与给定伍之差7.校制估兮u控利器将馅趋按一定规怵计笄捋詞的51.б.控制系统的分类（1＞控咧系统的分类：按洽定伧a定馅控削系统：陆动挖釗系统：稈序控制系统＜2＞b c按输出佶号的影响a ffl坏控利：b开坏挖钊（3）按系统克吸乎忧的方式a反馈控制系统：b前馈控制系统：c前馏反馈控制系统7. 控制系统过度过枵定义：从被控对袋受到干抗作用使被控交:W偏离给定值时起，调节難开始发挥作用，使戏打e到给定值附近范围内.然而这•回复并不足瞬间完成的.而是荽经历-•个过程.这个过程就足控制系统的过渡过程.8. 阶跃+扰下过波过程的基木形式及其使用特点（1〉发收振谋过程：这足一祌不炫定的阶跃干扰卞过渡过柙的棋本形式及其使用特贞：过渡过相.w此要尽w 迢免（2）苕哝报荡过稅：被挖变狃在某敉定值附近振保.而报荡w度但定不变. 这意味矜系统在受到阶跃干扰作用后，就不能再稳定下來.一般不采用（3）Hit 振荡过稈：被控变噪在挖5ir馅附近上下波动，经过两三个岡期就祛定下來，这足一种稳记的过渡过稃（4＞非抿荡的过渡过e: S—个稔记的过渡过稃.但与衮减抿荡扣比.其0SL鈎肀衡状态的速度攸.时间长.-•般不采用.9. 评价控制系统的性能指标（丨）以阶跃响应曲线形式农示的妩讯指标：A.Ai大侬茬A （或评价拽科系统的蚀陡拒标：超调峡0 ＞ B.袞减比nC.过渡时间ts D.氽差eE.振荡岡期T ＜2＞偏浚积分性能衔标：A.平方误差积分指标（ISE） B. 时1川染T方误差积分指标＜ITSE） C.绝对误差积分指标（IAIi）梁绝对误差积分指杨（ITAE）10. 被控对象特性的定义被控对象特性的定义：我足当被授对泶的输入变14发生变化时.其输出变讯随时问的变化规诈（包拈变化的大小.速度等）。