过程控制系统与装置1

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

温等程序变化的。
第一章 绪论
1.1 过程控制系统的组成和分类
1.1.2 过程控制系统的分类 三、按被控量分： 温度控制系统 压力控制系统 流量控制系统 液位控制系统 成分控制系统 四、按控制系统功能分： 比值控制系统 均匀控制系统 分程控制系统 选择控制系统
第一章 绪论
1.2 过程控制系统的特点
先进控制 控制水平要求更高（适应生产环境多变性、全局最优、 高经济效益和高管理水平等等）；
第一章 绪论
1.4 过程控制系统的控制质量指标
1.4.1 系统阶跃响应(step response )曲线指标
阶跃响应曲线：在系统处于稳定状态时，给系统输入一个阶跃扰动 信号，系统输出（被控量）随时间变化的曲线。 稳态（静态static state）：被控量不再随时间变化的平衡状态。 动态（瞬态instantaneous state）：由于扰动的影响，被控量随时 间变化，系统未处于平衡状态的状态。
第一章 绪论
1.4 过程控制系统的控制质量指标
1.4.1 系统阶跃响应曲线指标 一、余差(静态偏差static deviation)
y (t )
余差是指系统过渡过程达到稳态时，给定值与被控参数稳态值之差。
C r y()
y (t p )
B2
静态准确性指标：一般要求余差不超过预定值或为零。
B1
被控过程
前馈控制系统 (feed forward control system) ： 控制依据：扰动 控制目标：消除或减小扰动对被控量的影响 控制规律：比较复杂，与对象特性有关 只对特定扰动有补偿作用 开环系统：对控制效果无法检验。 “及时”的控制：控制作用发生在产生偏差之前
第一章 绪论
1.1 过程控制系统的组成和分类

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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。
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。
m
被控过程
被控变量
y
ym
测量元件及变送器
图 简单控制系统方框图
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3.4 执行器和防爆栅
执行器在现代生产过程自动化中起着十分重要作 用。
它在自动控制系统中接受调节器的控制信号，自 动地改变操作变量，达到对被调参数(如温度、压 力、液位等)进行调节的目的，使生产过程按预定 要求正常进行。
该机构可以用作一般控制阀的推动装置，组成气 动薄膜式执行器，习惯上称为气动薄膜控制阀， 其的结构简单、价格便宜、维修方便、应用广泛。

气动活塞式执行机构以气缸内的活塞输出推力， 故推力较大，主要适用于大口径、高压降的控制 阀或蝶阀的推动装置。
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因此，广泛用于化工、石油、冶金、电力等工业部门。
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Байду номын сангаас
过程控制装置及系统设计
3.4 执行器和防爆栅
气动执行器由执行机构和控制机构两部分组成
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3.4 执行器和防爆栅
上部为执行机构，下部为控制机构。

实验一：过程控制实验装置及调节器的认识与调整实验目的：(1) 了解过程控制实验装置的特点(2) 熟悉实验装置中各部件的作用及系统的组成(3) 掌握调节器中各参数的意义并能对其进行调整实验仪器：PCT－Ⅱ型过程控制实验系统调节器：AI708、AI808实验内容：1、PCT系列过程控制实验装置的特点①该装置由控制对象、控制屏、计算机三部分组成。

②控制对象元件全部来源于工业现场，真实性、直观性、综合性强。

控制屏正面有完整的系统结构图案，便于学生系统接线。

③参数全面，涵盖了液位、流量、压力、温度等典型的热工量参数。

④控制参数和控制方案的多样化。

通过对其管路上的阀门切换和对模拟信号接线板上信号的连接组合，可构成数十种过程控制实验。

⑤在PCT系列过程控制实验装置可供学生可自行设计实验方案，进行综合性、创造性的实验，培养学生的独立操作、独立分析问题和解决问题的能力。

2、通过过程控制实验应达到的目标①学习自动化仪表的初步使用，其中包括检测仪表、变送单元、执行单元和控制仪表。

②掌握测定控制对象特性的方法。

③单回路、复杂控制系统的参数整定。

④控制参数对控制系统品质指标的影响。

⑤控制系统的设计、计算、分析、接线、投运等综合能力。

3、实验基本程序①明确实验任务。

②提出实验方案。

③画实验接线图。

④进行实验操作，作好观测和记录，调整控制参数。

⑤整理实验数据，得出结论，撰写实验报告。

4、调节器的认识和调整（1）在本实验系统中采用两种型号的调节器：AI708（两台）、AI808（一台）。

（2）三只调节器的主输入为1～5V；主输出为4～20mA。

（3）AI708调节器采用模糊控制，无手动输出功能；AI808调节器采用PID参数控制，可手动输出。

AI808使用手动输出功能时，调整参数Run=0。

（4）掌握各参数的意义及调整方法。

调节器的主要参数有：①Ctrl控制方式：Ctrl=1，手动整定;Ctrl=2，启动自整定;Ctrl=3，自整定结束。