过程控制系统及仪表完全版_邵裕森主编

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优越性： 从表面上看——信息集中，集中型计算机控制可以实现各种 更复杂控制功能；便于实现优化控制和优化生产。 问 题：由于当时计算机总体性能低，容量小，容易出现负荷过载，控制 集中直接导致危险集中，高度集中使系统变得十分“脆弱”。 过程控制与自动化仪表
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集散控制系统 DCS
● 80年代---集散控制系统(DCS) 集散控制系统 是集计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术为一 体的装置。系统在结构上是分散的(生产过程是分散系统)，但过 程控制的监视、管理是集中的。 优点： 将计算机分布到车间或装置。使系统的危险分散，提高系统 的可靠性，方便灵活地实现各种新型的控制规律与算法，实现最
理论-----除经典控制理论，现代控制理论开始应用。 前馈控制-----按扰动来控制，在扰动可测的情况下，可以提高控制 质量。 选择性控制-----在生产过程遇到不正常工况或被控量达到安全极限 事，自动实现的保护性控制。
过程控制与自动化仪表
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●20世纪70年代以来(全盘自动化阶段)：发展到现代过程控制的新
被控过程的多样性
生产规模不同、工艺要求各异、产品品种多样导致过程的结构性、动态特性多 样。通常被控过程属于多变量、大惯性、大时延特征，还有非线性与时变特性。 （锅炉、热交换器、精馏塔）
控制方案的多样性
被控对象复杂导致控制方案多样性。单/多变量控制系统、常规仪表控制/计算 机集散控制系统、提高控制品质的和实现特定要求的控制系统。单回路、串级、 前馈、比值、均匀、分程、选择性、大时延、多变量系统，还有先进过程控制 系统(自适应、预测、补偿、智能、非线性控制等)。 过程控制与自动化仪表
佳管理。
控制分散
管理集中

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§2-2 被控对象特性的机理建模
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§2-2 被控对象特性的机理建模 (1）对象输出的变化特点 对式（2-9）求导，可得h在t时刻变化速度，即
d h K Q t / T dt T e
当t=0时，得h的初始变化速度 d h K Q h() | dt t 0 T T 当t=∞时，得h的最终变化速度
d h T h K Q i dt
（2-5）
其中：T为时间常数；K为放大系数。
如果上式各变量都以自己的稳态值为起算点， 即h0=Qs=0 ，则可去掉式中的增量符号，直接写成 dh (2-6) T h KQ i dt 式（2-6）就是描述简单水槽对象特性的数学模 型。它是一个一阶常系数微分方程式。
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§2-2 被控对象特性的机理建模 一、一阶对象的机理建模及特性分析 1．一阶对象的数学模型 当对象的动态特性可以用一阶线性微分方程式来 描述时，该对象一般称为一阶对象或单容对象。
以单容水槽为例，推导一阶对象的数学模型。
操纵 变量 被控 变量
水槽
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§2-2 被控对象特性的机理建模 工艺已确定出 水阀门开度
尽管这些对象的几何形状和尺寸各异，内部所进行的 物理、化学过程也各不相同，但是从控制的观点来看， 它们在本质上却有许多共性，这便是研究对象特性的基 础。
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§2-1 概述
被控对象的特性：对象的输入变量与输出变量 之间的相互关系。
操纵 变量
控制仪表 执行仪表
扰动 变量
被控对象 被控变量
设定值 —
1
被控对象的特性
设定值 — 被控变量控制仪表来自执行仪表被控对象
测量仪表
过程控制系统的控制品质，是由组成系统的各环节 的特性所决定的，特别是被控对象的特性对整个控 制系统的运行的好坏有着重大影响。

调节阀
5.3气动执行机构
5.3.1气动执行机构
气动执行器是接收气动控制器或阀门定位器输出的气压 信号，将其转换成相应的推杆直线位移，以推动调节阀 动作。 分为两种类型：薄膜式与活塞式。 气动执行器结构较简单，由执行机构和调节机构（调节 阀）组成。
执行机构按动作方式可分为正作用和反作用： ➢ 输入信号增大，阀杆下移，为正作用阀； ➢ 输入信号增大，阀杆上移，为反作用阀
输入信号
调节器 (控制器)
执行器
位置负反馈 5-1 执行器的
工作原理
阀门位置 y 发生单元
调节阀
5.1概述
根据能源种类，执行器可分为电动执行器、气动执行器、液动执 行器
主要特性 电动执行器 气动执行器 液动执行器
构造
复杂
简单
简单
体积
小
中
大
配管配线 简单
较复杂
复杂
推力
小
中
大
动作滞后 小
大
小
维护检修 复杂
5.4 电-气转换器和阀门定位器
阀门定位器的选择时遵循原则：
1.要求控制质量高的重要控制系统，用以提高阀门的定位精度及工作可靠性， 确保控制质量。
2.用以调节阀前后压差大的场合，通过提高气源压力，增大执行机构的输出 力，以克服流体对阀门芯产生的不平衡力。
3.用于控制高压介质的场合，克服流体对阀芯的不平衡力和由于填料密封紧 而造成较大的阀杆摩擦力。
5.3.2气动薄膜调节阀
对数流特性(等百分比流量特性)：对数流特性指单位相对
位移所引起的相对流量成百分比。即调节阀的放大系数
是变化的，随着对数流量的增大，K亦增大。用数字表示
为
dQ
Qm ax dl

过程控制仪表及控制系统
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第0章 引言
课程介绍 课程目的 学习要求 教学安排 本课程的主要知识点
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课程介绍
《过程控制》是由化工自动化，化工过程控制发展而来的； 是自动化专业、测控专业的核心课程。 《过程控制》是一门应用性学科。它以工艺过程分析、仪表 和计算机为两翼，以控制原理为基础，用于工业生产过程的 控制系统设计、分析和应用的综合性工程应用课程，是自动 化等专业为了培养适应飞速发展的现代自动化技术而开设的 一门非常重要的专业必修课程。
学时安排
– 控制PID－－6学时 • P规律；PI规律；PID规律；
– 执行－－6学时 • 气动薄膜阀原理； • 电动薄膜阀原理；
– 单回路－－12学时 • 设计方法；影响因素； • 设计方法；系统投运； • 设计例子；
学时安排
– 串联－－6学时 • 串联原理； • 串联例子；
– 特性－－6学时 • 前馈控制 • SMITH预估 • 比例控制； • 选择控制； • 均匀控制； • 集散控制；
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课程目的
• 过程控制是自动化专业必修的一门专业 技术基础课。
• 该课程以控制理论为基础，系统地介绍 过程控制系统的分析、设计、参数整定 等内容。
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学习要求
• 通过学习过程控制课程，要求掌握过程控制系统的概 念、基本原理和基本分析方法。
• 为设计调试自制对象、被控量、调节器和执行器以及检 测装置等主要环节。
课程考试
– 平时成绩——30% – 考试成绩——70%
学习方法
– 加强预习与复习 – 理论与实际相结合 – 学习与批判相结合 – 注重实际控制方法和控制效果
• 掌握过程控制系统的建模理论、设计方法，以保证过 程控制系统达到工业要求的动态和静态性能指标。