過(guò)程控制第1章

1、第一章第一章 緒論緒論第一節(jié)第一節(jié) 過(guò)程控制發(fā)展概論過(guò)程控制發(fā)展概論第二節(jié)第二節(jié) 過(guò)程控制的特點(diǎn)過(guò)程控制的特點(diǎn)第三節(jié)過(guò)程控制系統(tǒng)的組成及其分類(lèi)第三節(jié)過(guò)程控制系統(tǒng)的組成及其分類(lèi)第四節(jié)第四節(jié)“過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程”課程的性質(zhì)和任課程的性質(zhì)和任務(wù)務(wù)思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程第一節(jié)第一節(jié) 過(guò)程控制發(fā)展概論過(guò)程控制發(fā)展概論過(guò)程控制的概念：過(guò)程控制的概念： 通常是指石油、化工、電力、冶金、石油、化工、電力、冶金、輕工、紡織、建材、原子能等輕工、紡織、建材、原子能等工業(yè)部門(mén)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。118、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力等過(guò)程控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：過(guò)程控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：1、自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部

2、分2、實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)3、提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益4、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率5、節(jié)約能源6、改善勞動(dòng)條件7、保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生1過(guò)程控制技術(shù)的發(fā)展歷程：過(guò)程控制技術(shù)的發(fā)展歷程： 第一個(gè)階段第一個(gè)階段50年代前后：實(shí)現(xiàn)了儀表化和局部自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了儀表化和局部自動(dòng)化其特點(diǎn)：其特點(diǎn)： 1、過(guò)程檢測(cè)控制儀表采用基地式儀表和部分單元組合式儀表2、過(guò)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大多數(shù)是單輸入、單輸出系統(tǒng)3、被控參數(shù)主要是溫度、壓力、流量和液位四種參數(shù)4、控制的目的是保持這些過(guò)程參數(shù)的穩(wěn)定，消除或減少主要擾動(dòng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響5、過(guò)程控制理論是以頻率法和根軌跡法為主體的經(jīng)典控制理論，主要解決單輸入、單輸出的定值控制系統(tǒng)的分析和綜合問(wèn)

3、題1第二個(gè)階段第二個(gè)階段60年代來(lái)：大量采用氣動(dòng)和電動(dòng)單元組合儀表大量采用氣動(dòng)和電動(dòng)單元組合儀表其特點(diǎn)：其特點(diǎn)： 1、過(guò)程控制儀表開(kāi)始將各個(gè)單元?jiǎng)澐譃楦〉墓δ?，適應(yīng)比較復(fù)雜的模擬和邏輯規(guī)律相結(jié)合的控制系統(tǒng)2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)用于過(guò)程控制3、過(guò)程控制系統(tǒng)方面為了特殊的工藝要求，相繼開(kāi)發(fā)和應(yīng)用了各種復(fù)雜的過(guò)程控制系統(tǒng)（串級(jí)控制、比值控制、均勻控制、前饋控制、選擇性控制）4、在過(guò)程控制理論方面，現(xiàn)代控制理論的得到了應(yīng)用 1第三個(gè)階段第三個(gè)階段70年代以來(lái)：現(xiàn)代過(guò)程控制的新階段現(xiàn)代過(guò)程控制的新階段計(jì)算機(jī)時(shí)代計(jì)算機(jī)時(shí)代其特點(diǎn)：其特點(diǎn)： 1、對(duì)全工廠或整個(gè)工藝流程的集中控制、應(yīng)用計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行多參數(shù)綜合控

4、制2、自動(dòng)化技術(shù)工具方面有了新發(fā)展，以微處理器為核心的智能單元組合儀表和開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用3、在線(xiàn)成分檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理的測(cè)量變送器的應(yīng)用4、集散控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用1第四個(gè)階段第四個(gè)階段80年代以后：飛躍的發(fā)展飛躍的發(fā)展其特點(diǎn)：其特點(diǎn)： 1、現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用大大促進(jìn)了過(guò)程控制的發(fā)展2、過(guò)程控制的結(jié)構(gòu)已稱(chēng)為具有高度自動(dòng)化的集中、遠(yuǎn)動(dòng)控制中心3、過(guò)程控制的概念更大的發(fā)展1第二節(jié)第二節(jié) 過(guò)程控制的特點(diǎn)過(guò)程控制的特點(diǎn)一、連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制一、連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制連續(xù)控制指連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制，其被控量需定量控制，而且應(yīng)是連續(xù)可調(diào)的1二、過(guò)程控制系統(tǒng)由過(guò)程檢測(cè)、控制儀表組成二、過(guò)程控制系統(tǒng)由過(guò)程檢測(cè)、

5、控制儀表組成過(guò)程控制是通過(guò)各種檢測(cè)儀表、控制儀表和電子計(jì)算機(jī)等自動(dòng)化技術(shù)工具，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)監(jiān)督和自動(dòng)控制一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)是由被控和過(guò)程檢測(cè)控制儀表兩部分組成。1三、被控過(guò)程是多種多樣的、非電量的三、被控過(guò)程是多種多樣的、非電量的現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，工業(yè)過(guò)程日趨復(fù)雜，工藝要求各異，產(chǎn)品多種多樣；動(dòng)態(tài)特性具有大慣性、大滯后、非線(xiàn)性特性1四、過(guò)程控制的控制過(guò)程多屬慢過(guò)程，四、過(guò)程控制的控制過(guò)程多屬慢過(guò)程， 而且多半為參量控制而且多半為參量控制 因?yàn)榇髴T性、大滯后等特性，決定了過(guò)程控制的控制過(guò)程多屬慢過(guò)程；在一些特殊工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，采用一些物理量和化學(xué)量來(lái)表征其生產(chǎn)過(guò)程狀況，故需要

6、對(duì)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制，所以過(guò)程控制多半為參量控制1五、過(guò)程控制方案十分豐富五、過(guò)程控制方案十分豐富單變量控制系統(tǒng)、多變量控制系統(tǒng)；儀表過(guò)程控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)；復(fù)雜控制系統(tǒng)，滿(mǎn)足特定要求的控制系統(tǒng)1六、定值控制是過(guò)程控制的一種常用方式六、定值控制是過(guò)程控制的一種常用方式過(guò)程控制的目的： 消除或減小外界干擾對(duì)被控量的影響，使被控量能穩(wěn)定控制在給定值上，使工業(yè)生產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低耗能的目標(biāo)。1第三節(jié)第三節(jié) 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成及其分類(lèi)過(guò)程控制系統(tǒng)的組成及其分類(lèi) 一、過(guò)程控制系統(tǒng)的組成一、過(guò)程控制系統(tǒng)的組成過(guò)程控制系統(tǒng)：工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控量是溫度、壓力、流量、液位

7、、成分、粘度、濕度和pH等這樣一些過(guò)程變量的系統(tǒng)。11、發(fā)電廠鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng) a)控制流程圖控制流程圖熱電阻熱電阻溫度變送器溫度變送器溫度調(diào)節(jié)器溫度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥汽鼓1過(guò)熱蒸汽溫度控制系過(guò)熱蒸汽溫度控制系 b)框圖框圖12、轉(zhuǎn)爐供氧量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐供氧量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐供氧量控制系統(tǒng)模擬儀表構(gòu)成的過(guò)程控制系統(tǒng)模擬儀表構(gòu)成的過(guò)程控制系統(tǒng) 1計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)框圖計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)框圖13、集散控制系統(tǒng)（DCS)集散控制系統(tǒng)：集散控制系統(tǒng)：過(guò)程輸入過(guò)程輸入輸出輸出接口、過(guò)程控制接口、過(guò)程控制單元、數(shù)據(jù)高速單元、數(shù)據(jù)

8、高速通路、通路、CRT操作操作站、管理計(jì)算機(jī)站、管理計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)基本組成框圖集散控制系統(tǒng)基本組成框圖11、過(guò)程輸入、過(guò)程輸入輸出接口：輸出接口：采集過(guò)程信息，即數(shù)據(jù)采集站2、過(guò)程控制單元：、過(guò)程控制單元：完成常規(guī)調(diào)節(jié)器的運(yùn)算和控制功能3、數(shù)據(jù)高速通路：數(shù)據(jù)高速通路：數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)4、CRT操作站：操作站：是集散控制系統(tǒng)的人機(jī)接口裝置5、管理計(jì)算機(jī)：、管理計(jì)算機(jī)：下達(dá)各級(jí)高級(jí)命令，進(jìn)行集中管理與最優(yōu)控制1二、過(guò)程控制系統(tǒng)的分類(lèi)二、過(guò)程控制系統(tǒng)的分類(lèi) 1、按過(guò)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分來(lái)、按過(guò)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分來(lái) 1）反饋控制系統(tǒng)：）反饋控制系統(tǒng)： 是根據(jù)系統(tǒng)被控量的偏差進(jìn)行工作，偏差值是控制

9、的 依據(jù)，最后達(dá)到消除或減小偏差的目的。2）前饋控制系統(tǒng)：）前饋控制系統(tǒng)：直接根據(jù)擾動(dòng)量的大小進(jìn)行工作，擾 動(dòng)是控制的依據(jù)， 如圖：1計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)框圖計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)框圖13、前饋、前饋反饋控制系統(tǒng)（復(fù)合控制系統(tǒng)）：反饋控制系統(tǒng)（復(fù)合控制系統(tǒng)）： 充分結(jié)合兩者的有點(diǎn)，大大提高控制質(zhì)量，如圖：前饋前饋 - 反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)12、按給定值信號(hào)的特點(diǎn)來(lái)分類(lèi)、按給定值信號(hào)的特點(diǎn)來(lái)分類(lèi)定值控制系統(tǒng)：定值控制系統(tǒng)：是指系統(tǒng)被控量的給定值保持在規(guī)定值不變，或在小范圍附近不變。2、程序控制系統(tǒng)：、程序控制系統(tǒng)：是被控量的給定值按預(yù)定的時(shí)間程序變化工作，目的是使系統(tǒng)被控量按工藝要求規(guī)定的程序自動(dòng)變化。3、隨動(dòng)控制系統(tǒng)：、隨動(dòng)控制系統(tǒng)：是一種被控量的給定值隨時(shí)間任意變化的控制系統(tǒng)，主要作用是克服一切擾動(dòng)，使控量快速跟隨給定值而變化。1第四節(jié)第四節(jié) “ “過(guò)程控制工程過(guò)程控制工程”課程的性質(zhì)和任務(wù)課程的性質(zhì)和任務(wù)一、過(guò)程控制工程課程的性質(zhì)一、過(guò)程控制工程課程的性質(zhì)1、是工業(yè)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)必修課2、自動(dòng)化儀表、微型計(jì)算機(jī)是構(gòu)成過(guò)程控制的重要自動(dòng)化技術(shù)工具，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的重要裝置，也是實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制的前提3、在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，將生產(chǎn)過(guò)程控制在最佳的工況下運(yùn)行，減少原材料和動(dòng)力的消耗，降低成本，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗，保證安全生產(chǎn)，防止事故發(fā)生，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備