第1章_緒論-過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表-潘永湘

1、 第第1 1章章 緒論緒論1 1）掌握過(guò)程控制的定義、要求和任務(wù)，）掌握過(guò)程控制的定義、要求和任務(wù)， 了解過(guò)程控制的發(fā)展?fàn)顩r；了解過(guò)程控制的發(fā)展?fàn)顩r；2 2）掌握過(guò)程控制系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)、類型）掌握過(guò)程控制系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)、類型及其性能指標(biāo)；及其性能指標(biāo)；3 3）了解過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟和儀表的類）了解過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟和儀表的類型與發(fā)展；型與發(fā)展；4 4）掌握儀表的信號(hào)制及防爆系統(tǒng)的構(gòu)成。）掌握儀表的信號(hào)制及防爆系統(tǒng)的構(gòu)成。過(guò)程控制的特點(diǎn)、任務(wù)及功能要求過(guò)程控制的特點(diǎn)、任務(wù)及功能要求 一、什么是過(guò)程控制？它有何作用？適用的生產(chǎn)過(guò)程一、什么是過(guò)程控制？它有何作用？適用的生產(chǎn)過(guò)程? ? 二、過(guò)

2、程控制的特點(diǎn)、任務(wù)及功能要求二、過(guò)程控制的特點(diǎn)、任務(wù)及功能要求 （一）（一） 過(guò)程控制的特點(diǎn)過(guò)程控制的特點(diǎn) 1.1.組成（過(guò)程，系列化儀表）；組成（過(guò)程，系列化儀表）； 2.2.設(shè)計(jì)難（過(guò)程的復(fù)雜性，模型的不精確性）；設(shè)計(jì)難（過(guò)程的復(fù)雜性，模型的不精確性）； 3.3.要求高（控制方案豐富）；要求高（控制方案豐富）； 4.4.慢過(guò)程、參量控制；慢過(guò)程、參量控制； 5.5.定值控制定值控制 （二）（二） 過(guò)程控制的要求、任務(wù)及功能過(guò)程控制的要求、任務(wù)及功能 1.1.要求與任務(wù)（安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性），要求與任務(wù)（安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性），（了解工藝、獲取模型、分析設(shè)計(jì)、物理實(shí)現(xiàn)）；（了解工藝、獲

3、取模型、分析設(shè)計(jì)、物理實(shí)現(xiàn)）； 2.2.功能（圖功能（圖1 11 1） （1 1）測(cè)量變送與執(zhí)行；測(cè)量變送與執(zhí)行； （2 2）操作安全與環(huán)保；操作安全與環(huán)保； （3 3）常規(guī)與高級(jí)控制；常規(guī)與高級(jí)控制； （4 4）實(shí)時(shí)優(yōu)化；實(shí)時(shí)優(yōu)化； （5 5）決策與計(jì)劃決策與計(jì)劃 （一）加熱爐過(guò)程控制（圖（一）加熱爐過(guò)程控制（圖1 12 2）（二）設(shè)計(jì)步驟（二）設(shè)計(jì)步驟1.1.確定控制目標(biāo)確定控制目標(biāo) 1 1）熱油出口溫度穩(wěn)定；）熱油出口溫度穩(wěn)定； 2 2）出口溫度與煙道氣含氧量穩(wěn)定；）出口溫度與煙道氣含氧量穩(wěn)定； 3 3）溫度穩(wěn)定與熱效率最高。）溫度穩(wěn)定與熱效率最高。2.2.選擇被控參數(shù)選擇被控參數(shù) 直接

4、參數(shù)與間接參數(shù)直接參數(shù)與間接參數(shù)3 3 選擇控制量選擇控制量 燃料油流量與冷油流量燃料油流量與冷油流量出口溫度出口溫度 擋板開(kāi)度與送風(fēng)擋板擋板開(kāi)度與送風(fēng)擋板含氧量含氧量4.4.確定控制方案確定控制方案 簡(jiǎn)單與復(fù)雜、單輸入與多輸入、最優(yōu)控制簡(jiǎn)單與復(fù)雜、單輸入與多輸入、最優(yōu)控制5.5.選擇控制策略選擇控制策略 PIDPID、高級(jí)過(guò)程控制、高級(jí)過(guò)程控制6.6.選擇執(zhí)行器選擇執(zhí)行器 氣動(dòng)與電動(dòng)氣動(dòng)與電動(dòng)7.7.設(shè)計(jì)報(bào)警與聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)警與聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng) 高、低限值；加熱爐停車程序：停燃油泵高、低限值；加熱爐停車程序：停燃油泵關(guān)燃油閥關(guān)燃油閥停引風(fēng)機(jī)停引風(fēng)機(jī)切斷熱油閥切斷熱油閥8.8.工程化設(shè)計(jì)工程化

5、設(shè)計(jì)9.系統(tǒng)投運(yùn)、調(diào)試和整定參數(shù) （一）基于儀表的局部自動(dòng)化階段（一）基于儀表的局部自動(dòng)化階段 （5050年代，基地、單元組合、氣動(dòng)式，單輸入年代，基地、單元組合、氣動(dòng)式，單輸入/ /單輸出、單輸出、4 4大參數(shù)穩(wěn)定、經(jīng)典控制理論）大參數(shù)穩(wěn)定、經(jīng)典控制理論） （二）基于儀表（二）基于儀表/ /計(jì)算機(jī)的綜合自動(dòng)化階段計(jì)算機(jī)的綜合自動(dòng)化階段 （6060年代，單元組合、組裝式，高性能、特殊要求控年代，單元組合、組裝式，高性能、特殊要求控制，計(jì)算機(jī)控制，多輸入制，計(jì)算機(jī)控制，多輸入/ /多輸出，現(xiàn)代控制理論）多輸出，現(xiàn)代控制理論） （三）基于網(wǎng)絡(luò)的全盤自動(dòng)化階段（三）基于網(wǎng)絡(luò)的全盤自動(dòng)化階段 （707

6、0年代，智能儀表、成分在線、安全防爆、集散控年代，智能儀表、成分在線、安全防爆、集散控制、現(xiàn)場(chǎng)總線控制、制、現(xiàn)場(chǎng)總線控制、CIPSCIPS）1.1.3 1.1.3 ( (一）一） （1）被控參數(shù)（亦稱系統(tǒng)輸出）y(t)： 被控過(guò)程內(nèi)要求保持穩(wěn)定的工藝參數(shù)；（2）控制參數(shù)（亦稱操作變量控制介質(zhì)）q(t)：使被控參數(shù)保持期望值的物料量或能量；（3）干擾量f(t)：除被控參數(shù)外，作用于被控過(guò)程并引起被控參數(shù)變化的各種因數(shù)；（4）設(shè)定值r(t)：與被控參數(shù)相對(duì)應(yīng)的設(shè)定值；（5）反饋值z(mì)(t)：被控參數(shù)經(jīng)測(cè)量變送 后的實(shí)際測(cè)量值；（6）偏差e(t)：設(shè)定值與反饋值之差；（7）控制作用u(t)：控制器的輸

7、出值。 （二）過(guò)程控制系統(tǒng)的分類（二）過(guò)程控制系統(tǒng)的分類1.1.分類方法分類方法（被控量名稱、多少、特定工藝、（被控量名稱、多少、特定工藝、工具）；工具）；2.2.安結(jié)構(gòu)分類：安結(jié)構(gòu)分類：1）反饋控制；反饋控制；2）前饋控制；前饋控制；3）復(fù)合控制。復(fù)合控制。3.3.安設(shè)定值分類：安設(shè)定值分類：1）定值控制；定值控制；2）伺服控制；伺服控制；3）順序控制。順序控制。 (1)(1)衰減比衰減比n n（衰減率（衰減率）兩個(gè)相鄰的同向波峰值之比兩個(gè)相鄰的同向波峰值之比:衰減率定義為一個(gè)周期后波動(dòng)幅度衰減的程度衰減率定義為一個(gè)周期后波動(dòng)幅度衰減的程度:衰減比與衰減率的單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，如衰減比為衰減比與衰

8、減率的單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，如衰減比為4：1或或10：1時(shí)，則衰減率時(shí)，則衰減率為為0.75或或0.9。（2 2）最大動(dòng)態(tài)偏差和超調(diào)量）最大動(dòng)態(tài)偏差和超調(diào)量: : 二階系統(tǒng)： (3)(3)殘余偏差（穩(wěn)態(tài)誤差、靜差）殘余偏差（穩(wěn)態(tài)誤差、靜差）: : 定值系統(tǒng)： (4)(4)調(diào)節(jié)時(shí)間、上升時(shí)間、振蕩頻率調(diào)節(jié)時(shí)間、上升時(shí)間、振蕩頻率12BnB131BBB()()100%()pyyyt%1001n)()(yre)()(yemin)(0dtteIAEmin)(02dtteISEmin)(0dttetITAEmin)(02dttteITSE2 2）安全火花型防爆等級(jí)：）安全火花型防爆等級(jí)：30V30VDC;DC;

9、最小引爆電流（表最小引爆電流（表1 11 1）2.數(shù)字式儀表的通信標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字式儀表的通信標(biāo)準(zhǔn)（不統(tǒng)一；內(nèi)容：信息格式、編碼方式、信號(hào)發(fā)送與接收、接口標(biāo)準(zhǔn)等）（不統(tǒng)一；內(nèi)容：信息格式、編碼方式、信號(hào)發(fā)送與接收、接口標(biāo)準(zhǔn)等）3.能源供給能源供給直流集中供電的優(yōu)點(diǎn)直流集中供電的優(yōu)點(diǎn)：1）體積）體積、重量、重量、溫升、溫升 2）防停電能力）防停電能力 3）無(wú)交流，易于防爆）無(wú)交流，易于防爆1.2.3 防爆儀表與防爆系統(tǒng)防爆儀表與防爆系統(tǒng)1.安全防爆的基本概念安全防爆的基本概念 1）防爆性能：本質(zhì)安全與非本質(zhì)安全；）防爆性能：本質(zhì)安全與非本質(zhì)安全；2.安全火花型防爆系統(tǒng)安全火花型防爆系統(tǒng)（圖（圖19） 條件條件:現(xiàn)場(chǎng)儀表為安全現(xiàn)場(chǎng)儀表為安全火花型；安全防爆火花型；安全防爆柵隔離。柵隔離。n表表1-1 1-1 爆炸性混合物最小引爆電流的等級(jí)爆炸性混合物最小引爆電流的等級(jí)n如如DDZ-型儀表防爆等級(jí)為型儀表防爆等級(jí)為“He”：“H”-安全火花型；安全火花型；“”最小引爆電流為最小引爆電流為級(jí)，即低于級(jí)，即低于70mA；e-周圍氣體自燃溫度為周圍氣體自燃溫度為100，低于此溫度，即可保證在低于此溫度，即可保證在e組氣體中不自燃起爆。組氣體中不自燃起爆。級(jí)別級(jí)別最小引爆電流最小引爆電流（mAmA）爆炸性混合物種類爆炸性混