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过程控制系统与装置1讲解

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过程控制讲义课件(全套)

过程控制讲义课件(全套)

3. 过程控制：
为了按所希望的效率，质量和产量生产出产品， 将过程内各部分的变量控制在所希望的值．即完成对 诸如温度，压力，流量，液位（物位）等参数量的生 产过程的自动调节。
4
1.2 过程控制的任务
4. 过程控制的任务：
在了解、掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特 性基础上，根据生产工艺的要求，应用控制理论对系统
计算机过程控制系统框图
计算机代替模拟调节 器 计算机过程控 制系统
15
1.3 过程控制系统的组成
例3 集散控制系统（DCS)
(1)过程输入－输出接口 (2)过程控制单元 (3)数据高速通路 (4)CRT操作站 (5)管理计算机(－上位机)
集散控制系统基本组成框图
16
1.3 过程控制系统的组成
(1) 过程输入—输出接口：它是带有微处理器的智能装置， 主要用于采集过程信息(模拟量和数字量)，故又称其为 数据采集站。它能完成数据采集与预处理，对实时数据 作进一步的加工，提供CRT操作站的显示与打印。同时， 在有管理计算机的情况下，它可以用模拟量与开关量的 方式向过程终端输出计算机的控制指令。
过程控制
第一章
本章主要内容
1. 过程控制的基本概念 2. 过程控制的任务 3. 过程控制系统的组成 4. 过程系统的分类 5. 过程控制的特点 6. 过程控制的发展状况 7. 课程内容简介
绪论
2
1.1 过程控制的基本概念
1. 工业自动化：
利用各种自动化装置对工厂或企业的生产设备或生 产过程进行的自动监测,自动调节,自动控制,自动显示 及管理等。
13
1.3 过程控制系统的组成
转炉供氧量控制系统框图
控制系统均由测量元件、变送器、调节器、调节阀和 被控过程等环节构成。如果把测量元件、变送器、调 节器和调节阀统称为过程检测控制仪表，则一个简单 的过程控制系统是由被控过程和过程检测控制仪表两 部分组成的。
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
第1章 过程控制系统概述ppt课件

第1章 过程控制系统概述ppt课件


三、过程控制系统的分类
１. 按结构特点分类 (１) 反馈控制系统 (２) 前馈控制系统
(３) 前馈—反馈控制系统（复合控制系统）
２. 按给定信号的特点分类 (１) 定值控制系统
(２) 程序控制系统 (３) 随动控制系统
(１) 方框图中每一个方框表示一个具体的实物。 (２) 方框之间带箭头的线段表示它们之间的信号联系，与 工艺设备间物料的流向无关。 (３) 比较点不是一个独立的元件，而色色 ２. 控制过程多属缓慢过程和参量控制形式 ３. 控制方案多种多样 ４. 定值控制是过程控制的一种主要控制形式
要求学生能应用控制理论和工程处理方法，掌握 过程控制系统控制方案的分析、设计和工程实施能 力。
§１—２ 过程控制系统的组成、特征及分类
一、过程控制系统的组成
１. 常用术语（见表１—２—１）
２. 方框图
方框图是控制系统或系统中每个环节的功能和信号流向的 图解表示，是控制系统进行理论分析、设计中常用到的一种形 式。每一个方框表示系统中的一个组成部分（也称为环节）， 方框内填入表示其自身特性的数学表达式或文字说明。
学习目标
１. 了解过程控制的发展历程和发展方向。 ２. 了解本课程的地位和性质。 ３. 掌握过程控制的定义，弄清过程控制的目的。 ４. 掌握过程控制系统的组成和特点。 ５. 掌握过程控制系统的分类以及相互之间的区别。
§1—1 绪论
一、过程控制概述
1．定义 过程控制系统是以表征生产过程的参量为被控制量，使 之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。这里 “过程” 是指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。表征过程的主要参量有温度、压力、 流量、液位、成分和浓度等。过程控制系统的任务就是通 过对过程参量的控制，使生产过程中产品的产量增加、质 量提高、能耗减少，实现工业生产过程自动化。
第一章过程控制系统基本概念讲义.

第一章过程控制系统基本概念讲义.

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二
过程控制系统的过渡过程
当自动控制系统的输入发生变化后，被控变量（即输出） 随时间不断变化，它随时间而变化的过程称为系统的过渡 过程。也就是系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态 的过程。
对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系统都是稳 定系统）要分析其稳定性、准确性和快速性，常以阶跃作 用为输入时的被控变量的过渡过程为例，因为阶跃作用很 典型，实际上也经常遇到，且这类输入变化对系统来讲是 比较严重的情况。
2019/1/1 4
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图1-1 锅炉汽包水位控制示意图
5
二、过程控制系统组成
1、控制系统常用术语（教材P4）
①被控过程（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。 ②被控变量：被控过程内要求保持设定值的工艺参数。 ③给定值：工艺参数所要求保持的数值。 ④操纵变量：受控制器操纵，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）。 ⑤扰动量：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（使被控变量偏离给定值）。 ⑥偏差：测量值与设定值之差。
图1.4 锅炉汽包管道及仪表流程图
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图1.5 发酵罐管道及仪表流程图
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§1-2过程控制系统主要类型
按控制系统基本结构形式 -----闭环控制系统和开环控制系统。 重点介绍闭环控制系统
1、闭环控制系统：（视频播放：2－01：49~27）
定义：闭环控制系统是指控制器与被控对象之间既有顺向控 制又有反向联系的控制系统；凡是系统的输入端和输出端 之间存在反馈支路，使得输出变量对控制作用有直接影响12
2．反馈概念
反馈——通过测量变送装置将被控变量的测量值送回到系统 的输入端，这种把系统的输出信号直接或经过一些环节引 回到输入端的做法叫做反馈。 负反馈——引回到输入端的信号是减弱输入端作用的称为负 反馈，用“－” 号表示。将被控变量送回输入端并与输入 变量相减。 （重点理解） 正反馈——引回到输入端的信号是增强输入端作用的称为正 反馈，用“＋”号表示。将被控变量送回输入端并与输入 变量相加。
过程控制系统及工程课件

过程控制系统及工程课件

过程控制系统及工程课件一、引言过程控制系统是指用于监控、调节和控制工业过程的设备和技术的集合体。

它在工业领域起着至关重要的作用，能够提高生产效率、确保产品质量并降低成本。

本课件将介绍过程控制系统及工程的基本概念、主要组成部分和实际应用。

二、过程控制系统概述2.1 过程控制系统定义过程控制系统是指一组硬件设备、软件系统和控制策略，用于监测和操纵工业过程以满足特定的要求和性能指标。

它通常包括传感器、执行器、控制器和人机界面等组成部分。

2.2 过程控制系统的作用和优势过程控制系统在工业生产中发挥着重要作用，主要体现在以下几个方面：•自动化控制：过程控制系统能够自动实现对工业过程的监控和控制，减少人工干预，提高生产效率和产品质量。

•系统集成：过程控制系统能够集成不同的硬件设备和软件系统，实现协同工作，提高系统的可靠性和一体化程度。

•数据采集与分析：过程控制系统能够采集大量的过程数据，并对其进行实时分析和处理，为决策提供支持，并优化生产过程。

•故障诊断与预测：过程控制系统能够及时检测和诊断设备故障，并通过数据分析和模型预测，提前预防故障的发生，减少停机时间和维修成本。

2.3 过程控制系统的工程流程过程控制系统的设计和实施需要遵循一定的工程流程，一般包括以下几个阶段：•系统需求分析：明确过程控制系统的功能需求和性能指标，制定详细的技术规格书。

•系统设计与选择：根据需求分析结果，选择合适的硬件设备和软件系统，并进行系统设计和配置。

•系统集成与调试：将选择的设备和系统进行集成，并进行调试和测试，确保各项功能正常运行。

•系统运行与维护：系统正式投入使用后，需要进行运行和维护，包括数据采集、故障诊断和维修等工作。

三、过程控制系统组成3.1 传感器传感器是过程控制系统中的重要组成部分，用于将被控对象的物理量转换为可测量的信号。

常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等。

3.2 执行器执行器是过程控制系统用来实现对被控对象进行操作和调节的设备。

过程控制技术-第一章过程控制系统的基本概念

过程控制技术-第一章过程控制系统的基本概念


1 过程控制系统的基本概念
过程控制系统有多种分类方法，每一种 分类方法都是反映了控制系统某一方面的 特点。为了便于分析反馈控制系统的特性， 我们将按设定值的形式不同，分为三种类 型。
定值控制系统 随动控制系统 程序控制系统
1 过程控制系统的基本概念
过程控制系统的方块图及其号联系，常用方块 图来表示，如图１-２所示。
1 过程控制系统的基本概念
若系统的输出信号对控制作用没有影响，则称 作开环控制系统，即系统的输出信号不反馈到 输入端，不形成信号传递的闭合环路，如图１３所示。
1 过程控制系统的基本概念
由于闭环控制系统采用了负反馈，因而使 系统的输出信号受外来扰动和内部参数变化小， 具有一定的抑制扰动提高控制精度的特点。开 环控制系统结构简单容易构成，稳定性不是重 要问题，而对闭环控制系统稳定性始终是一个 重要问题。
1 过程控制系统的基本概念
当锅炉汽包水位控制系统处于平衡状态即 静态时，扰动作用为零，设定值不变，系统中 控制器的输出和控制阀的输出都暂不改变，这 时被控变量汽包水位也就不变。一旦设定值有 了改变或扰动作用于系统，系统平衡被破坏， 被控变量开始偏离设定值，此时控制器、控制 阀将相应动作，改变操纵变量给水量的大小， 使被控变量汽包水位回到设定值，恢复平衡状 态。
过程控制系统的组成及其分类 自动控制是在人工控制的基础上发展起来
的。下面先通过一个示例， 将人工控制与过程 控制进行对比分析，看过程控制系统是由哪些 部分组成的。
1 过程控制系统的基本概念
➢ 通过上述示例的对比 分析知道，一般过程 控制系统是由被控对 象和自动控制装置两 大部分或由被控对象、 测量变送器、控制器、 控制阀四个基本环节 所组成。
这里“过程”是指在生产装置或设备 中进行的物质和能量的相互作用和转换过 程。
过程控制系统ppt课件

过程控制系统ppt课件

2、调节原理 二、稳定边界法（临界比例度法）
4、变送器：一般为“＋”； 一般控制系统中，有效办法是采用串级控制。
当口径A和差压(P1-P2)一定时，流量Q仅随阻尼的
变化而变化。改变阀门的开启程度，可改变流通阻力而 控制介质流量。
二、控制阀的流量特性
1、概念
l Q ,L Q max
Ql f( )(33)
§2-2 被控参数和控制参数的选择
一、被控参数(即被控量)的选择
1.选择的意义
2. 选择方法
(1).选直接参数
即能直接发映生产过程产品产量和质量，以及安全 运行的参数。(如锅炉锅筒的水位控制。)
(2).选间接参数
当选直接参数有困难时采用。(如用反应釜的温度 控制间接实现化学反应的质量控制。)
3. 选间接参数的原则
它是每经过一个周期后，波动幅度衰减的百分数，即：
B1 B2
B1
2．超调量和最大动态偏差：
随动控制系统中，超调量（Overshoot）σ定义为：
B1 100%
C
定值控制系统采用最大动态偏差A表示超调程度。即：
3．余差：
A B1 C
它是控制系统的最终稳态偏差e(∞)。在阶跃输入作
用下，余差（Steady-state error）为：
以液体储槽的水位控制为例进行说明。
1、控制原理(如下图)
液位变送器 液位控制器
执行器
2、系统方块图
1-1典型单回路控制系统
3、主要组成部分
(1)、被控对象：生产过程中被控制的工艺设备或装置。 (2)、检测变送单元： (3)、控制器：实时地对被控系统施加控制作用。 (4)、执行器：将控制信号进行放大以驱动控制阀。常见的
• 必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状。 • 间接参数应与直接参数有某种单值函数关系。 • 间接参数要有足够的灵敏度。
1过程控制系统概述精品PPT课件

1过程控制系统概述精品PPT课件

《过程控制工程》,王树青,化工出版社 ,2008；
电气信息学院测控系
成绩评定与学习要求
一、成绩评定 （1）平时成绩 30%
出勤率、作业、课堂表现、实验等。 （2）考试成绩 70%
二、学习要求 （1）坚持听课，避免与考研的冲突； （2）掌握系统的原理； （3）勤于思考，灵活应用； （4）及时复习、总结。
电气信息学院测控系
示例分析：
工艺原理： 转炉是炼钢生产中的一种设备。熔融的
铁水装入转炉后，通过氧枪供给转炉一定的 氧气，进行吹氧。使铁水中的碳氧化燃烧， 不断降低铁水中的含碳量。 控制要求：
控制吹氧量和吹氧时间，可以获得不同 品种的钢产品。
电气信息学院测控系
控制系统工作原理： 由图可见，从节流装置
?检测与变送器调节器的设计?调节器的设计?执行器本课程主要内容电气信息学院测控系?简单控制系统?复杂控制系统串级比值前馈等?先进控制系统模糊神经网络预测解耦等?计算机过程控制系统过程控制的任务与目标11过程控制系统的组成与特点过程控制系统的组成与特点1212第一章概述电气信息学院测控系过程控制系统的性能指标过程控制的进展1314?生产过程
电气信息学院测控系
1.1 过程控制的任务与目标
• 生产过程：
– 是指物料经过若干加工步骤而成为产品的过程。
• 生产过程的总目标：
– 以最经济的途径将原物料加工成预期的产品。
• 过程控制的任务:
– 了解工艺流程和动静态特性， – 实现生产过程的控制目标。
电气信息学院测控系
• 生产过程的要求：安全性,稳定性,经济性。
界干扰，使被控量尽量保持接近或等于设定值。
电气信息学院测控系
5．过程控制有多种分类方法
• 按被控参数分类： 温度、压力、流量、液位或物位控制系统、物性
过程控制系统第1章-过程控制系统概述课件

过程控制系统第1章-过程控制系统概述课件

7
2.自动化仪表的发展
自动化仪表是一种“信息机器”，其主要功能是信息形式的转换 和表达，将输入信号转换成输出信号。信号可以按时间域或频 率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字 量形式。自动化仪表的发展一直适应着工业的需要，经历了自 力式、基地式、单元组合式、智能式和总线式几个发展阶段。 按照工作能源的不同，单元组合仪表还可分为电动单元组合仪 表(DDZ)和气动单元组合仪表(QDZ)两大类，它们都经历了Ⅰ型、 Ⅱ型、Ⅲ型3个阶段。智能仪表就是在普通的模拟仪表基础上增 加微处理器电路而形成的仪表。这里所谓的“智能”，是指现场 仪表具有普通模拟仪表拥有的信号变换、补偿、驱动等常规功 能以外，还具有一定的拟人智能的特性或功能，例如自适应、 自学习、自校正、自诊断和自组织等。
6
1.传递函数
图1-13 环节的输入-输出关系
31
2.框图变换 (1)框图的基本元素 (2)框图运算法则 (3)复杂框图的化简及应用
32
2.框图变换
图1-14 简单控制系统框图
33
(1)框图的基本元素 构成控制系统框图的基本元素包括信息、分支点、汇合点和 环节。 1)信息 2)分支点 3)汇合点 4)环节
4
1.控制理论的发展
自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学，它的发展 初期是以反馈理论为基础的自动调节原理。根据自动控制技术 发展的不同阶段，自动控制理论相应经历了从经典控制理论、 现代控制理论，到控制论、信息论、系统论等学科交叉的若干 发展阶段。 经典控制理论是指在20世纪40年代到50年代末期所形成的理论 体系，它主要是研究单输入单输出(SISO)线性定常系统的分析 和设计，其理论基础是描述系统输入-输出关系的传递函数，解 决SISO系统的稳定性问题。
第3章33过程控制装置及系统设计PPT课件

第3章33过程控制装置及系统设计PPT课件


它不仅能与气动调节仪表配套使用，而且还可以通过电／气转换器或电 ／气阀门定位器与电动调节仪表或工业控制计算机配套使用。
因此，广泛用于化工、石油、冶金、电力等工业部门。
2020/8/1
过程控制装置及系统设计
7
过程控制装置及系统设计
3.4部分组成
2020/8/1
过程控制装置及系统设计
8
过程控制装置及系统设计
3.4 执行器和防爆栅
上部为执行机构，下部为控制机构。
执行机构是执行器的推动装置，它按控制信号 压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动 作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位 移的装置。
控制机构是执行器的控制部分，它直接与被控 介质接触，控制流体的流量，所以它是将阀杆 的位移转换为流过阀的流量的装置。
直通单座控制阀
直通双座控制阀
角形控制阀
三通控制阀
隔膜控制阀
碟阀、球阀、凸轮挠曲阀、笼式阀等。
2020/8/1
过程控制装置及系统设计
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过程控制装置及系统设计
3.4 执行器和防爆栅
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过程控制装置及系统设计
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过程控制装置及系统设计
3.4 执行器和防爆栅
控制阀流量特性 控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对
程中基本上不使用。
因此，只对气动执行器和电动执行器以及电—气转换器进行介
绍。 2020/8/1
过程控制装置及系统设计
6
过程控制装置及系统设计
6
3.4 执行器和防爆栅
1.气动执行器 气动执行器是以压缩空气为能源的执行器。 它的主要特点：结构简单，输出推力大、动作可靠、
性能稳定、维护方便、价格便宜、本质安全防爆等。
过程控制系统与装置

过程控制系统与装置

过程控制系统与装置何离庆主编张寿明朱文嘉副主编重庆大学出版社内容提要本书内容包括过程控制装置、简单控制系统、复杂控制系统、过程计算机控制系统和过程控制系统应用及工程设计五部分内容。

主要介绍了过程控制系统的基本原理、结构特点、适用场合和设计应用等问题。

在分析系统静态和动态数学模型的基础上,重点介绍了各种控制系统的设计和参数整定的方法。

本书采用了将理论与实际相结合、连续系统与离散系统相结合、常规过程控制与新型控制策略相结合的编写特点,既强调了过程控制的基本理论,又反映了近年来过程控制的新发展,力求从生产的实际出发,应用各种控制规律,有效地满足生产控制的需要。

全书注重物理概念,内容深入浅出,阐述了各种过程工业的控制实例,除第15章外,每章均配有思考题与习题,方便教学。

选编的控制系统工程设计部分,目的在于培养学生的实际工作能力,增强了本书的工程应用性。

本书可作为高等学校自动化专业的专业课教材,也可作为石油、化工、冶金、轻工、电力等专业的教材,还可供有关工程技术人员和管理人员参考。

图书在版编目(CIP)数据过程控制系统与装置/何离庆主编.—重庆:重庆大学出版社,2003.7(自动化专业本科系列教材)ISBN7-5624-2851-4Ⅰ.过...Ⅱ.何...Ⅲ.①过程控制—自动控制系统—高等学校—教材②过程控制—自动控制装置—高等学校—教材Ⅳ.TP273中国版本图书馆CIP数据核字(2003)第019904号过程控制系统与装置何离庆主编张寿明朱文嘉副主编责任编辑:曾显跃版式设计:曾显跃责任校对:蓝安梅责任印制:秦梅*重庆大学出版社出版发行出版人:张鸽盛社址:重庆市沙坪坝正街174号重庆大学(A区)内邮编:400030电话:(023)6510237865105781传真:(023)6510368665105565网址:ht tp://w 邮箱:fxk@.c n(市场营销部)全国新华书店经销重庆大学印刷厂印刷*开本:787×10921/16印张:23.5字数:586千2003年7月第1版2003年7月第1次印刷印数:1—5000ISBN7-5624-2851-4/TP・398定价:28.00元本书如有印刷、装订等质量问题,本社负责调换版权所有翻印必究前言“过程控制”是现代工业自动化的一个重要领域。

过程控制仪表与装置概述ppt课件


器（显示仪表根据需要阀可门选：）调节阀、电磁阀、
气动蝶阀……
通常安装
泵：通开常安关装泵、变频泵
于控制室
x e = x-z 控制器
于 现场
干扰
p
q
y
控制阀
被控对象
-
z
显示 仪表
变送器
温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪
（通常输出：4~20mA、1～5V等标准信号）液位开关
、料位开关、接近开关 (通常输出on/off信号)传感器（
单元组合仪表类型
19
附图： 一、DDZ之变送单元类
(温度、压力、差压、流量、物位、成分等)
温度变送器 20
二、DDZ之转换单元类
(阻抗、电流、毫伏、气/电与电/气、频率、脉冲/电 压、峰值检测器等)
电流转换器 直流毫伏转换器 电/气转换器
21
三、DDZ之显示单元类
(比例或开方积算器、各种指示仪与警报器等)
配电器
隔离器
操作器 27
DDZ之辅助单元类
电源箱
28
分类及特点
（一）按安装场地分： 1.现场类仪表 2.控制室类仪表
（二）按能源形式分： 1.气动控制仪表 2.电动控制仪表 3.液动控制仪表
（三）结构形式分： 1.基地式控制仪表 2.单元组合式控制仪表 3.组装式
综合控制装置 4.数字化控制仪表 5.集散控制系统 6. 现场总线控制系统。 （四）按信号形式分：
11
计算机控制系统的发展特征
随着局域网、Internet、IT技术迅速发展，计算 机控制系统向集成化、网络化、智能化、信息化 发展成为一种趋势
系统结构向网络化、网络扁平化方向发展 系统功能向综合化方向发展 系统设备向多样化方向发展

过程控制系统课件第一章绪论(共67张PPT)

系统稳态准确性的指标。
C= y(∞) - r
y
y3
y1
r
Tp
C
y(∞)
T
t
TS
图1.5 闭环控制系统对设定值的阶跃扰动的响应曲线
共六十七页
第三节
过程控制系统的质量指标
2）衰减(shuāi jiǎn)比n和衰减率
ψ
设第一个波振幅
(zhènfú)为 y 、第三个波振幅为 y
1
3
y1y3
1

1
y1
过程
(guòchéng)
控制系统
Process Control System
共六十七页

自动化技术是信息科学与技术的一个重要分支。

过程控制等工程领域自动控制的理论基础是工程控制论，其
奠基性著作是钱学森先生于1954年发表的《工程控制论》。

控制论的四大应用领域：工程控制、生物(shēngwù)控制、经济
y()
y
y3
y1
r
Tp
C
y(∞)
T
t
TS
图1.5 闭环控制系统对设定值的阶跃扰动的响应曲线
共六十七页
第三节
过程(guòchéng)控制系统的质
量指标
4）过渡过程时间Ts
Ts是指从过渡过程开始(kāishǐ)到过渡过程结束所需的
时间。当被控参数与稳态值间的偏差进入稳态值的±5%
（或±2%）范围内，就认为过渡过程结束。
统的控制质量。
共六十七页
y(t )
二、过程控制系统
的分类
(kònɡ zhìxìtǒnɡ)
（二）按给定值信号分类
1．定值控制系统

过程控制装置讲解


u /(umax umin )
u emax emin
对于单元组合式仪表，输入输出 信号都是统一标准信号的调节器， 比例度与比例放大倍数互为倒数关 系，
1 100 %
Kp
即调节器的比例度越小，则比例放大 倍数越大，比例控制作用越强。
P控制（比例控制） 比例控制器的时域关系：
u(t)=KP ε(t)
1.5 比例积分微分调节规律(PID)
理想PID数学表达式为
1.1 位式调节规律 理想的双位调节规律的数学表达式为：
u umax
e umin
图2-16 理想双位调节规律
1.2 比例调节规律 （P）
（1）比例放大倍数(K) 比例关系：比例调节器的输出变化量Δu(t)与输入信号 e(t)成比例关系
ut Kpet
式中KP称为比例增益或比例放大倍数.
微分时间对过渡过程的影响 在比例微分控制系统中，若保持调节器的比例度不变，
微分时间对过渡过程的影响如图所示。微分时间TD太小，对 系统的品质指标影响甚微，如图中的曲线1，随着微分时间 的增加，微分作用增强；当TD适当时，控制系统的品质指标 将得到全面的改善，如图中的曲线2；但若微分作用太强， 反而会引起系统振荡，如图中的曲线3。可见，微分作用的 强弱用微分时间来衡量，对于控制系统TD要适当。
实际采用的PD调节规律是比例作用与近似微分作用的组合， 其数学表达式如下
u
t
KpA KpA
KD 1
e
KD TD
t
式中，KD为微分增益。
微分控制的作用：力图阻止被控变量的变化，适当 微分，有抑制振荡的效果。但是微分过强，反而不 利系统稳定。 适用场合：适用时间常数较大或容量滞后较大的被 控对象。
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1.4.4 静态偏差C
静态偏差：过渡过程结 束，设定值与被控参数 的稳态值之差。 （稳态偏差，残余误差， 简称残差，余差，静差）
1.4.5 性能准则
①误差积分IE （不合理） ②绝对误差积分IAE（公认，常用） ③平方误差积分ISE （抑制大误差） ④偏差绝对值与时间乘积积分（ITAE）（抑制长时间过 渡过程）
③综合自动化阶段
20世纪90年代，过程控制进入综合自动化 阶段，出现现场总线控制技术，计算机控制达 到新的层次，出现智能控制理论，将人工智能、 控制理论和运筹学组合，采用了模糊技术，神 经网络和专家系统。 综合自动化系统包括生产计划和调度操作 优化，基层控制和先进控制等内容的递阶控制 系统，也称为管理控制一体化的系统，称为计 算机集成过程系统CIPS。
过程控制系统及装置
教学基本要求：
(一)掌握常见变送器、运算器、控制器、执行器的结构、组 成、工作原理、特性以及在实际应用中的主要问题。 (二)掌握简单控制系统的原理及应用；理解其它复杂控制系 统的原理及应用。 (三) 掌握过程控制系统的设计原则、思路。
参考书：
1．《过程控制系统》 方康玲 武汉理工大学出版社 电子工业出版社
过程自动化系统在 韶钢2600m3高炉炼铁工艺控制上的应用
1.3 过程控制系统的组成及分类

锅炉控制

过程控制系统方框图
1.3.1 过程控制系统的组成 ①被控对象：被控制的生产设备或装置。需要进
行自动控制的参数称为被控量。
②传感器和变送器：实现信号的检测 ③控制器（调节器）：接受传感器的输入信号，以及
小结：
1.过程控制的特点？ 2.过程控制系统的3个主要发展阶段 3.过程控制系统的基本组成 4.定值控制系统、随动系统、程序控制系统的定 义 5.递减比、超调量、过渡过程时间静态偏差，相 应曲线评价准则（IAE/ISE/ITAE）
作业：
P12，1.1，1.3，1.4
设定值信号，按照事先所设定的控制规律产生控制输出。 扰动：使得被控量发生变化的作用。 内扰：控制通道内，控制阀不动作的情况下，由于通道内质 量或能量变化造成的扰动。（给水压力变化） 外扰：其它来自外部的影响统称（蒸汽负荷变化） 设定值r，被控量测量值z，偏差e＝r－z。 注意：仪表行业规定e＝z－r。
调整时间Tc：控制系统原处于平
衡状态，受到扰动后，由于系统的 控制作用，被控量过渡到被控量稳 态值的2％～5％时，达到新的平衡 状态所经历的时间。也称为过渡过 程时间、稳定时间
上升时间Ts ： ●过阻尼系统：从10％变到90％的时间 ●欠阻尼系统：从0到100％所经历的时间 延迟时间Td： ●响应曲线第一次到达稳态值50％的时间，
2．《自动化仪表与过程控制(第三版)》 施仁
3．《工业过程检测与控制》
孟华
北京航空航天大学出版社
4．《过程控制与仪表》 邵裕森
上海交通大学出版社
5. 《控制仪表及装置》吴勤勤。化工出版社 6。 《化工仪表及自动化》历玉鸣 化工出版社
第一章
绪
论
1.1 过程控制及其特点 1.2 过程控制系统的发展 1.3 过程控制系统的组成及分类 1.4 过程控制系统的性能指标
1.1 过程控制系统及其特点
1.过程控制的概念（Process Control） 指石油、化工、冶金、轻工、建材、核能 等工业生产中连续的，或者按照一定周期程序 进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重 要组成部分。 2.工业分类 连续型、离散型、混合型三类 6大类参数：温度、流量、压力、液位、成分 和物性
按照设定值可以分为（掌握定义） ①定值控制系统 ②随动控制系统，例如空气量随燃料量变 化而变化 ③程序控制系统 加热炉控制，按照曲线进行。

1.4 过程控制系统的性能指标
稳态：P8
动态：P8
典型过渡过程 曲线：
a：等幅振荡 b：发散振荡 c：衰减振荡 d：非周期振荡
1.4.1 递减比
n＝B1/B2 或 n=A1/A2， 4:1较好
③ 对象特性具有非线性 绝大多数对象的特性都具有非线性，负荷 变化（工作点变化），对象特性不同，把非线 性系统按照线性系统处理有一定前提。 ④控制系统复杂 要求生产过程平稳，不振荡，对象特性多 变，导致控制系统结构、参数的复杂性。
1.2 过程控制系统的发展
① 仪表自动化阶段

20世纪40年代，基地式仪表，就地控制
递减率：
Ψ =(B1-B2)/B1 反映了系统的快速性
1.4.2 最大动态偏差
扰动发生后，被控量偏离稳定 值（或设定值）的最大偏差， 称为最大动态偏差（或最大过 调量，过调量） 最大动态偏差占设定值的百分 比称为超调量。（不能过大）
B1 100% y ( )
重 要
1.4.3 调整时间Tc

20世纪60年代，DDZ（电动单元组合仪表）， QDZ（气动单元组合仪表），集中监控集中操 作，实现工厂仪表化，局部自动化。采用频率 法和根轨迹法为基础的经典控制理论，单入单 出定值控制。
②计算机控制阶段



20世纪70年代，采用计算机直接数字控制 （DDC），计算机监控（SCC）。 集散控制系统（DCS），具有控制分散，操作 管理集中的优势，发展较快。它集中了计算机、控 制、通信、图形显示技术。 控制结构：前馈，串级，比值，均匀，选择性控制。 现代控制理论：最优控制，推理控制，预测控制， 自适应控制等，多变量控制系统。
④执行器
接受控制器的控制信号，转换为一个动作， 推动控制阀去控制被控对象。 分为电动，气动两大类。
⑤控制阀
调节流体流量，改变对象的被控参数。
另需备一套手动控制回路，和显示通信联锁以 及自动保护回路
1.3.2

过程控制系统的分类

按照控制参数分：温度，压力…… 按照信号类型分：模拟，数字 按照设备：仪表控制，计算机控制（DDC，DCS， 现场总线） 按照功能：串级，均匀，自适应…… 按照控制动作规律：比例控制，积分微分 按照回路：单回路，多回路，开环，闭环。
重 要
3.过程控制的特点：
① 对象复杂 生产过程多种多样，存在各种物理变 化，化学反应，能量转换，状态改变，对 象的特性多种多样（滞后，惯性，参数相 互影响）。
②对象存在滞后
当流入（流出）对象的质量或能量发 生变化时，由于存在容量、惯性和足利， 被控参数不可能立即产生响应，这种现象 称为滞后。 滞后导致信号相应时间推迟，输出输 出之间产生相移，容易引起振荡，不利于 自动控制。
IE e(t )dt
0

IAE 0 e(t ) dtISE e (t )dt
2 0

ITAE t e(t ) dt
0


对于不同的系统，采用不同的指标。 定值控制系统：要求被控量很快衰减，过渡过程 时间短，采用IAE指标。 燃烧控制，燃料和控制比值控制：空气量跟随燃 料量，不产生大幅度振荡，选择最快的非振荡过 程，采用ITAE指标。