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过程控制 绪论

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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

高等过程控制-第1章绪论

高等过程控制-第1章绪论

☆工业生产过程的目标 在可能获得的原料和能源条件下，以最经济的途径将
原材料加工成预期的合格产品。
原材料
理想条件
合格产品
干扰
控制
产品？
过程控制主要是指连续过程工业的过程控制
过程控制
☆过程控制的任务：
在充分了解生产过程的工艺流程和动静态特性基础基 础上，应用理论对系统进行分析与综合，以生产过程中物 流变化信息量作为被控量，选用适宜的技术手段，实现生 产过程的控制目标。
最大动态偏差ym或超调量 衰减率衰减比n
静态偏差 y()或e()
时域指标
1．静态偏差y()或e()
静态偏差，也称余差，是指被调量的稳态 值与给定值的长期偏差。
e()= r()—y() 静态偏差是衡量控制系统准确性的重要指 标之一，它反映了控制系统的调节精度 。
2．控制过程时间（调节时间，回复时间）ts
对于定值控制系统，控制过程时间是指阶跃响应曲 线由开始起到最后一次进入偏离稳态值为±△范围，并 且以后不再越出此范围的时间即 t≥ts 时 ｜ y（t）－ y（∞）｜≤ △ ， △= 5%或2%
（5%y1或2%y1）
对于随动控制系统，控制过程时间是指被调量与其 稳态值之差不超过稳态值的±5%或±2%所需要的时间， 就认为控制过程已经结束。即 t≥ts 时 y（t）－ y（∞）≤ ±5%y（∞）
二、什么是高等过程控制？
1、由来
为实现上述工业生产过程的目标
工业自动化
现代化大型企业过程控制已采用先进的DCS系统
但是 绝大多数控制回路仍采用PID控制
（Proportional Integral and Differential）
据报道：85% —95%控制回路采用传统PID控制； 约5% —15%控制回路PID控制不能奏效或效果不好 Why？

过程控制习题与答案

过程控制习题与答案

过程控制习题与答案(总10页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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。

过程控制第一章

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）。

过程控制第1章_绪论

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：

第1章 过控绪论

第1章 过控绪论

1.1.3 过程控制系统的组成、分类及性能指标
(一）过程控制系统的组成（图1－3、图1－4）
（1）被控参数（亦称系统输出）y(t)： 被控过程内要求保持稳定的工艺参数；
（2）控制参数（亦称操作变量控制介质） q(t)：使被控参数保持期望值的物料 量或能量；
（3）干扰量f(t)：除被控参数外，作用 于被控过程并引起被控参数变化的各 种因数；
80年代初，随着计算机性能提高、体积缩小， 出现了内装CPU的数字控制仪表。基于 “集中管 理，分散控制” 的理念，在数字控制仪表和计算 机与网络技术基础上，开发了集中、分散相结合的 集散型控制系统（ DCS， Distributed Control System） 。
DCS系统实行分层结构，将控制故障风险分 散、管理功能集中。得到广泛应用。
1.组成（被控过程，系列化仪表）； 2.设计难（过程的复杂性，模型的不精确性）； 3.要求高（控制方案丰富）； 4.慢过程、参量控制； 5.定值控制
西安仪表厂
渭河电厂
巴基斯坦古杜电厂
核电厂
新疆炼油厂
武钢
哈尔滨伊兰煤气
哈尔滨伊兰煤气
污水处理厂
哈尔滨第三水厂
渭河化肥厂
扬子石化
项特征量作为性能指标，而偏差积分性能指标则是一 种综合性指标。由于在多数情况下，都希望得到衰减 振荡过程，所以以衰减振荡的过渡过程形式为例，讨 论控制系统的品质指标。
1. 系统阶跃响应的单项性能指标 单项性能指标包含了对控制系统的稳定性、准
确性和快速性三方面的评价。
1）衰减比n和衰减率ψ
设第一个波振幅为 B1、第三个波振幅为 B2
Tp
T
TS
t
闭环控制系统对设定值的阶跃扰动的响应曲线

过程控制系统 复习总结!

过程控制系统 复习总结!

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。

过程控制绪论金以慧清华大学出版社共30页文档

过程控制绪论金以慧清华大学出版社共30页文档

谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
过程控制绪论金以慧清华大学出版社
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光ห้องสมุดไป่ตู้明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。

过程控制系统教学大纲精选全文完整版

过程控制系统教学大纲精选全文完整版

可编辑修改精选全文完整版教学大纲英文课程名称：Process Control课程编号：0201508总学时：48 （其中理论课学时：44 实验学时：4）总学分：3先修课程：微机原理与接口技术、自动控制理论Ⅰ、检测仪表及检测技术适用专业：自动化开课单位：电子信息与控制工程学院自动化教研室执笔人：张新荣审校人：刘星萍一、课程教学内容第一章绪论第一节过程控制系统的组成及其分类简单控制系统的组成；控制系统按照给定信号分类；按照控制结构分类。

第二节过程控制系统的特点第三节过程控制系统的质量指标第四节过程控制系统的发展概况自动化控制系统的几个发展时期的时间。

第二章被控过程的数学模型第一节概述建立被控过程数学模型的目的；被控过程数学模型的类型。

第二节解析法建立过程的数学模型单容水槽过程、双容水槽过程数学模型机理建模方法；液阻、液容的概念；阶跃响应曲线特点；有时延单容水槽过程、有时延双容水槽过程数学模型；多容过程数学模型。

第三节响应曲线辨识过程的数学模型由对象阶跃响应曲线用作图法及两点法确定对象的传递函数。

第三章变送单元第一节概述变送的基本概念。

各种差压变送器结构、原理、特点。

第三节温度变送器温度变送器组成、工作原理及线性化原理。

第七节微型化、数字化和智能化变送器变送器的发展趋势；各种微型化、数字化和智能化变送器的结构、原理。

第四章调节单元概述调节器基本概念；PID控制规律；各控制规律的特点；参数改变对控制质量的影响。

第一节 DDZ—Ⅲ型调节器DDZ-Ⅲ型调节器输入部分；PI部分；PD部分；硬手动；软手动电路；输出部分工作原理。

第二节改进型调节器抗积分饱和调节器；微分先行PID调节器；比例微分先行PID调节器。

第三节数字式调节器数字式调节器组成、特点、应用。

第五章执行单元第一节概述执行器的作用；执行器的分类。

第二节电动执行机构电动执行机构结构、工作原理。

第三节气动执行机构气动执行机构结构、工作原理、作用形式。

第四节气动薄膜调节阀调节阀的工作原理；调节阀的分类；调节阀的选择。

过程控制- 第1章绪论

过程控制- 第1章绪论
经济性： 要求生产成本低而效率高。
稳定性：系统具有抑制外部扰动，保持生产过程长期稳 定运行的能力。
过程控制是控制理论、工艺知识、计算机技术和自 动化仪表等知识相结合而构成的一门应用科学。
以具体实例来说明过程控制任务的具体实现
1.确定控制目标 ⑴ 在安全运行条件下，保证热油出口温度稳定。
⑵ 在安全运行条件下，保证热油出口温度和烟气 含氧量稳定。
㈡ 按给定值的信号特点分类
1.定值控制系统 x（t）=常数 2.随动控制系统 x（t） =RND（t） （自动跟踪系统）
目的是使所控制的工艺参数准确快速地跟随给定 值变化。 3.程序控制系统 x（t） =f（t） （顺序控制系统）
退火炉温度控制系统的给定值： 按升温、保温与逐次降温等程序自动变化的。
ISE e2 t dt min 0
时间乘误差的平方积分（ITSE）
ITSE te2 t dt min 0
误差绝对值积分（IAE）
IAE
0
e
t
dt
min
时间乘误差绝对值的积分（ITAE）
ITAE
0
t
et
dt
min
工艺管道及工艺流程图
控制流程图符号意义
序号
安装位置
图形符号
备注
周四现场教学分组：
学号 1001～1028 1029～1057 1058～最后
时间 8:30 ～9:00 9:00 ～9:30 9:30 ～10:00
地点：机电楼C129
回路编号
被测变量
工段号
功能
1.字母代号 2.仪表位号的书写规则
控制流程图字母意义
字
第一位字母
后继字母 字
母 被测变量 修饰词 功能 母

过程控制系统

过程控制系统

分析可知，以风量作控制参数为最佳选择。
§2-3 执 行 器 选 择
0、概述
1. 作用
•在自动控制系统中，接受调节器的指令；
•经执行机构将其转换为相应的角位移或直线位移；
•去操纵调节机构，改变被控对象进、出的能量或
物料。
2.
组成
执 行 机 构 调 节 机 构
3. 类型
薄 膜 机 构 － － 应 用 最 广
快开特性：适于要求快速开、闭的控制系统。
抛物线特性：介于直线特性与对数特性之间，弥补了直线特 性小开度时控制性能差的缺点。
三、控制阀作用方式的选择
(一)、气开气关方式的选择
• 选气开还是气关式，由生产工艺的要求决定。 1、从生产的安全出发 2、从保证产品质量考虑 3、从降低原料和动力的损耗考虑 4、从介质特点考
过程控制系统
第一章 绪论 第二章 单回路控制系统 第三章 串级控制系统
第一章 绪论
1、过程控制的概念
凡是采用数字或模拟控制方式对生产过程的某一或某些 物理参数进行的自动控制通称为过程控制。
2、过程控制的特点
过程控制的目的：保持过程中的有关参数为一定值或按 一定规律变化。
过程控制的特点：
1、被空对象的多样性 2、普遍存在滞后 3、特性往往具有非线性
一般希望控制通道克服扰动的应使扰动作用点位置远离被控 量能力要强，动态响应应比扰动通道快,要突出干扰作用,应使扰 动作用点位置远离被控量。
(三).实例讨论
例1：喷雾式乳粉干 燥设备的控制 。
1.控制要求：干燥后的 产品含水量波动要小。
2.被控参数选择：干 燥器里的温度
3.控制参数的选择 (三种方案如图所示)
8、调节器输出：根据偏差值、经一定算法得到的输出值。
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控制系统的调试和投用：控制系统安装完毕后，
按控制要求检查和调整各控制仪表和设备的工作状况 (包括控制器参数的在线整定)，依次将其投入运行。
举例：精馏塔控制系统
控制目标
TC
CV、MV选择
FC LC
进料
精 馏 塔
FC LC
控制方案
塔顶产品
控制算法
塔底产品
加热蒸汽
控制系统 调试与投用
常用控制算法

PID类（包括：单回路PID、串级、前馈、均匀、
控制系统的设计与实施（续）

调节阀的选择：根据被控变量与操作变量的工艺条
件及对象特性，选择合适大小与流量特性的调节阀；

控制算法的选择：依据控制方案选择合适的控制算
法。通常对于SISO系统，PID控制算法能满足大部分 情况；而对于MIMO系统，可采用的控制算法很多， 但一般都需要对象模型，仅适用于计算机控制系统。

选择被控变量：选择与控制目标直接或间接相关的
可测量参数作为控制系统的被控变量；

选择操作变量：从所有可操作变量中选择合适的操
作变量，要求对被控变量的调节作用尽可能大而快；

确定控制方案：当被控变量与操作变量多于1个时，
既可以直接用MIMO（多输入多输出）控制方案；也 可以将系统分解成几个SISO（单输入单输出）子系统 再进行设计（当然这里存在最佳分解问题）。
比值、分程、选择或超驰控制等）， 特点：主要适用于SISO系统、基本上不需要对 象的动态模型、结构简单、在线调整方便。

APC类（先进控制方法，包括：解耦控制、内
模控制、预测控制、自适应控制等）， 特点：主要适用于MIMO或大纯滞后SISO系统、 需要动态模型、结构复杂、在线计算量大。
过程控制与其它相关学科
设计单回路控制系统需分析的几 个问题



如何正确的选择被控变量和控制变量。 如何正确选择控制阀的开、闭形式及其 流量特性。 如何正确选择控制器的控制规律及正反 作用。 如何正确选择测量变送装置。 系统关联性分析。
控制系统的设计与实施

确定控制目标：依据生产过程安全性、经济性与稳
定性的要求，针对具体工业对象确定控制目标；
(Setpoint - SP, Setpoint Value - SV )


操纵变量/操作变量 (Manipulated Variable, MV) 扰动/扰动变量 (Disturbance Variable, DV) 对控制器而言，测量/测量信号 (Measurement ) ，控制/控制信号/控制变量 （Control Variable ）
同一个检测点，有两个 或多个测量，可用两个 或多个相切的圆表示
仪表符号除了图形之外，圆圈之中还应有一串有字母和数字组成的代号 称为“仪表位号”。例如：
PIC－207
TRC－210 指示 控制
……
(4)字母代号
字母编号写在圆圈的上半部 第一位字母表示被测变量 后继字母表示仪表的功能
压力
PIC－207
控制系统的分类


定值控制（Regulatory Control, “调节控制”） 与伺服控制（Servo Control, “跟踪控制”） 对照举例：连续过程与间歇过程（Batch Processes）或飞行控制。 前馈控制（Feedforward Control）与反馈控制 （Feedback Control） 对照举例：热交换器的出口温度控制。
(3)图形符号——仪表符号
例如，国内设计院一般较少用多个 圆相切的形式来表示复合仪表，而国外 则更常见。
集中 仪表 盘面 安装 仪表 就地 仪表 盘面 安装 仪表 集中 仪表 盘后 安装 仪表 就地 仪表 盘后 安装 仪表
仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约10mm
就地 安装 仪表
就地 安装 仪表 嵌在 管道 中
被控变量的选择原则



应当尽量选择质量指标参数作为被控变量。 当不能选择质量指标作被控变量时，应当选择 一个与产品质量指标有单值对应关系的间接指 标参数作为被控变量。 所选择的间接指标参数应有足够大的灵敏度， 以便反映产品只量到变化。 选择被控变量时须考虑到工艺的合理性和国内 外仪表生成的现状。
控制原理 与方法 最优化 方法与技术
系统仿真 技术
控制工程
计算机 与网络技术
化工原理 与对象机理
测量与控制 仪表
设定值 hsp + _
偏差 e(t)
液位 控制器
控制信号 uLeabharlann t)出水 控制阀操纵变量 Qo(t)
测量值 hm(t)
液位传感 测量变送器
一般的单回路控制系统
被控对象 扰动 D 干扰通道 GD (s) 偏差 e 控制器 Gc (s) 控制变量 u 操纵变量 q 执行器 Gv (s) 设定值 ysp 被控变量 y
进料
扰动 RF (t), Ti (t) 热交换器 干扰 通道 控制 通道 + + 被控变量 T(t)
温度 控制器
控制信号 u(t)
蒸汽 控制阀
蒸汽量 RV (t)
测量值 Tm(t)
温度测量 变送器
过程控制系统的重要术语

被控变量/受控变量
（Controlled Variable - CV）

设定值/给定值
第2工段 仪表序号为07
(5)数字代号
数字编号写在圆圈的下半部 第一位数字表示段号 后续数字(二位或三位数字)表示仪表序号。
实际工艺过程流程图举例
液位控制系统的方块图
Qi h
LC
hsp Qo
问题：指出每一条连接线 所对应的变量信号的物理 意义与单位，以及每一个 方块所表示的意义？
扰动 Qi(t) 液体贮罐 干扰 通道 控制 通道 + + 被控变量 h(t)
控制系统的目标


过程控制系统的目标： 在扰动存在的情况下，通过调节操纵变量使被 控变量保持在其设定值。 应用过程控制系统的主要原因：
（1）安全性：确保生产过程中人身与设备的安全，保 护或减少生产过程对环境的影响； （2）稳定性：确保产品质量与产量的长期稳定，以抑 制各种外部干扰； （3）经济性：实现效益最大化或成本最小化。
控制在哪里实现的？
现场调节 现场 显示 传感器、现场 显示和阀门 都在生产现场
中央控制室
电缆，可能有几百米长 中央控制室中进行变量显示、 计算以及操纵阀门
工艺过程控制流程图
Qi
h
LC
hsp Qo
(1)图形符号——检测点
一般是由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪表圆圈的连接线的起点
ATTENTION 管道、仪表流程图的图形符号不是 完全标准一致的，国内与国外、不同设 必要时也可以用象形或图形符号表示 计单位之间、甚至不同设计人员之间， 有些方面会有不同的标注习惯，一般来 (2)图形符号——连线 通用的仪表信号线均以细实线表示 说P&ID图会有图例给出。
《过程控制工程》绪论
课程性质



过程控制是自动化的一门分支学科，其研究任 务是对过程控制系统进行分析与设计 。 目的就是将在此之前学习的自动化和与其相关 的理论课程和技术课程同实际被控过程有机的 结合起来，用已学过的理论完成对生产过程系 统的有效控制。 控制理论中讲过的这些方法在应用于实际系统 中需要考虑的问题是过程控制这门课的主要任 务。
+
控制通道 Gp (s)
+
+
_ 测量值 ym
测量变送 Gm (s)
被控变量：温度(T)、压力(P)、流量(F)、液位或料位 (L)、成分与物性等六大参数。
热交换器温度控制系统方块图
Tsp
TC
蒸汽 u(t) RV
问题：画出热交换器温度 控制系统的方块图。
RF , Ti
Tm
T 凝液
设定值 Tsp + _ 偏差 e(t)
本课程的教学要求





了解控制系统的设计目的，掌握控制系 统方块图描述法 掌握过程对象的建模方法 掌握PID类常规控制策略，能够结合具体 的工业过程设计合理的控制方案 了解先进控制算法，掌握其设计思想、 概念、特点及适用场合 了解控制系统的设计与实施
本章要求


了解控制系统的组成 掌握单回路控制系统的方块图描述法，并 掌握方块图中线与方框图的物理意义 掌握过程控制中的常用术语 了解控制系统的主要分类 了解控制系统的设计与实施
控制系统的由来
Qi
LC
h
hsp Qo
传感测量器：液位计+人眼 控制器：大脑 执行机构：手+手动阀
差压传感变送器 电动调节器 自动调节阀
控制系统的基本组成
期望值
控制器
末端 执行器 输入
传感器
过程
输出
控制在哪里实现的？
现场调节 现场 显示
传感器、现场 显示和阀门 都在生产现场 电缆，可能有几百米长 中央控制室中进行变量显示、 计算以及操纵阀门
前馈与反馈控制系统举例
蒸汽 RV Tm RF T 凝液 进料 Ti u(t) Tsp 前馈 控制器
Tsp
TC
蒸汽 u(t) RV
Tm RF , Ti T 凝液 进料
前馈控制
反馈控制
控制系统的分类（续）



开关量控制（Switch Control）与连续量控制 （Continuous Control） 举例：热水器的控制 连续时间控制（Continuous-Time Control）与 离散时间控制（Discrete-Time Control, 也称 “采样控制”/“数字控制”） 举例：计算机控制系统 多变量控制与单变量多回路控制 线性控制与非线性控制等