過程控制課件：第1章緒論

1、第1章 緒論1.1 過程控制系統(tǒng)的組成及其分類1.2 過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 過程控制系統(tǒng)的任務(wù)和要求1.3 過程控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)被控參數(shù)：溫度、壓力、流量、液位、成分、 粘度、濕度等1.1 過程控制系統(tǒng)的組成及其分類 一、過程控制系統(tǒng)的組成 1.手動控制與自動控制 眼 腦 手 觀察 思考 執(zhí)行測量變送器“眼”P、L、F、T 統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號（Z）調(diào)節(jié)器“腦”執(zhí)行器“手”蒸汽 給水 LCLT手動控制變送 器調(diào)節(jié) 器執(zhí)行器自動控制眼 腦 手 變送器 控制器 執(zhí)行器 （TT） （TC） （閥）2.自動控制系統(tǒng)的組成自動化裝置：測量變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器 被控過程 自動化裝置 在生產(chǎn)過程中,任何一個自動

2、化系統(tǒng)都是由兩大部分組成。即 被控過程（對象）：被控制的機(jī)器或設(shè)備。自動化裝置：實(shí)現(xiàn)自動化所要求的技術(shù)工具。PCPT冷物料蒸汽換熱器FCFTTTTCFCFT3.自動控制系統(tǒng)的方框圖 方框圖 名詞術(shù)語： 調(diào) 節(jié) 器:根據(jù)測量值與給定值的偏差按一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算 規(guī)律輸出控制作用（TC、LC、FC、PC表示）。執(zhí) 行 器:通常指調(diào)節(jié)閥，也可以是變頻調(diào)速機(jī)構(gòu)等。測量變送器:直接測量被控參數(shù)，并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信 號的儀表（TT、LT、FT、PT表示）。被控過程（對象）: 被控制的機(jī)器或設(shè)備。偏差信號e: 給定值與測量信號之差 (X-Z) 測量信號Z: 代表被控參數(shù)大小的信號給定信號X: 代表規(guī)定值之大小的

3、信號 被控參數(shù)y:生產(chǎn)中要求控制的工藝參數(shù)(L、P、F、T ) 擾動作用f:引起被控參數(shù)變化的各種外來因素 控制參數(shù): 受執(zhí)行器控制的物理量控制信號u: 用以改變控制作用大小的信號 注意 方框圖箭頭方向表示信號的流向，而不是物料或能量的流向。方框圖工藝流程圖 LT LT LCQ1 Q2 蒸汽 給水 LCLT 說明 二、過程控制系統(tǒng)的分類 按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類1.反饋控制系統(tǒng)2.前饋控制系統(tǒng)3.前饋反饋控制系統(tǒng)（復(fù)合控制系統(tǒng)）不變性原理偏差是控制依據(jù)擾動是控制依據(jù) 按給定值的信號特點(diǎn)分類1.定值控制系統(tǒng) x（t）=常數(shù)3.程序控制系統(tǒng) x（t） =f（t） 2.隨動控制系統(tǒng) x（t） =RND（

4、t） 目的是使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確快速地跟隨給定 值變化。（自動跟蹤系統(tǒng)）（順序控制系統(tǒng)）退火爐溫度控制系統(tǒng)的給定值：按升溫、保溫與逐次降溫等程序自動變化的。 1.2 過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 一、由過程檢測、控制儀表組成 二、被控過程是多種多樣的、非電量的 動態(tài)特性：大慣性、大時延、非線性特性 化工：精餾塔、化學(xué)反應(yīng)器、流體傳輸設(shè)備熱工：鍋爐、熱交換器冶金：轉(zhuǎn)爐、平爐機(jī)械：熱處理等 四、過程控制方案十分豐富 五、定值控制是過程控制的一種常用形式 單回路控制、串級控制、前饋反饋控制、比值控制、分程控制、選擇性控制等。 三、過程控制的控制過程多屬慢過程， 而且多半為參量控制 過程控制目的：消除或減小外

5、界擾動對被控參數(shù)的影響， 使被控參數(shù)能穩(wěn)定控制在給定值上。 過程控制系統(tǒng)的任務(wù)和要求 安全性：方案：參數(shù)越限報(bào)警、聯(lián)鎖保護(hù)、在線故障診斷和預(yù)測、 設(shè)計(jì)容錯控制系統(tǒng)等措施加以實(shí)現(xiàn)。經(jīng)濟(jì)性：穩(wěn)定性：指在整個生產(chǎn)過程中，確保人身和設(shè)備的安全。要求生產(chǎn)成本低而效率高。系統(tǒng)具有抑制外部擾動，保持生產(chǎn)過程長期穩(wěn)定運(yùn)行的能力。過程控制是控制理論、工藝知識、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動化儀表等知識相結(jié)合而構(gòu)成的一門應(yīng)用科學(xué)。 以具體實(shí)例來說明過程控制任務(wù)的具體實(shí)現(xiàn) 1.確定控制目標(biāo) 在安全運(yùn)行條件下，保證熱油出口溫度穩(wěn)定。 在安全運(yùn)行條件下，保證熱油出口溫度和煙氣 含氧量穩(wěn)定。 在安全運(yùn)行條件下，保證熱油出口溫度穩(wěn)定，

6、而且要求加熱爐熱效率最高。 2.選擇被控參數(shù) 3.控制參數(shù)的選擇 熱油出口溫度、煙氣含氧量、燃料油壓力、爐膛負(fù)壓等 燃料油控制熱油出口溫度 煙道擋板改變煙氣流量來保證煙氣中含氧量 4.控制方案的確定 第一個控制目標(biāo):熱油出口溫度簡單控制系統(tǒng)第二個控制目標(biāo):熱油出口溫度簡單控制系統(tǒng)煙氣含氧量簡單控制系統(tǒng)。第三個控制目標(biāo):溫度和含氧量采用定值控制外，還要隨時調(diào)整含氧量的設(shè)定值以保證加熱爐的熱效率最高，設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的控制方案來達(dá)到目的。5.選擇控制策略 6.執(zhí)行器的選擇 PID自適應(yīng)控制推理控制預(yù)測控制解耦控制結(jié)構(gòu)形式、流量特性 、口徑尺寸等7.設(shè)計(jì)報(bào)警和連鎖保護(hù)系統(tǒng) 8.控制系統(tǒng)的調(diào)試、投運(yùn)和調(diào)節(jié)

7、器的參數(shù)整定 聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)必須先停燃油泵，后關(guān)燃油閥，經(jīng)過一定時間后，再停引風(fēng)機(jī)，最后切斷熱油閥。 過程控制的工作者：除了掌握控制理論、計(jì)算機(jī)、儀表知識以及現(xiàn)代控制技術(shù)之外，還要十分熟悉生產(chǎn)過程的工藝流程，從控制的角度理解他的靜態(tài)和動態(tài)特性，這是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個好的控制系統(tǒng)的必要基礎(chǔ)。 1.3過程控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo) 1.系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)和擾動作用 靜態(tài)：被控參數(shù)不隨時間變化的平衡狀態(tài)。動態(tài)：被控參數(shù)隨時間變化的不平衡狀態(tài)。一、過渡過程 LT LT LCQ1 Q2 擾動作用 ：引起被控參數(shù)變化的外來因素。階躍擾動擾動0t0t斜坡擾動t擾動t擾動2.過渡過程 系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)進(jìn)入另一個平

8、衡狀態(tài)的過程。 過渡過程的幾種表現(xiàn)形式 發(fā)散振蕩、等幅振蕩屬于不穩(wěn)定過程；非周期衰減與衰減振蕩過程屬于穩(wěn)定過程。tyA5%BBC1.余差（靜態(tài)偏差）C新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之差。靜態(tài)質(zhì)量指標(biāo)，希望余差越小越好。二、系統(tǒng)過渡過程質(zhì)量指標(biāo) 2.衰減比B/B和衰減率 衰減率: 衰減比n：表示過渡過程的衰減程度，動態(tài)質(zhì)量指標(biāo)。n1 發(fā)散振蕩n1 等幅振蕩n1 衰減振蕩一般取 n=4:110:1習(xí)慣上表示為 n:1n=4:1 B=1 B=1/4 振蕩23次就能穩(wěn)定 n=10:1 B=1 B=1/10 振蕩12次就能穩(wěn)定 3.最大偏差A(yù)或超調(diào)量s最大偏差為第一個波的峰值超調(diào)量s 4.過渡時間ts5%tstp從

9、擾動發(fā)生起至被控參數(shù)建立新的平衡狀態(tài)的時間。規(guī)定:從擾動作用開始時起，至被控參數(shù)進(jìn)入新穩(wěn)態(tài) 值的5(或2) 范圍之內(nèi)所經(jīng)歷的時間。5.峰值時間tp ts愈短愈好！ tp值的大小反映了系統(tǒng)響應(yīng)的靈敏程度。 三、誤差（偏差）性能指標(biāo) 誤差平方值積分（ISE） 時間乘誤差的平方積分（ITSE） 偏差愈大，持續(xù)時間愈長，則系統(tǒng)的質(zhì)量就愈差。 積分指標(biāo)：偏差與時間的某種積分關(guān)系作為衡量 系統(tǒng)質(zhì)量的準(zhǔn)則。誤差絕對值積分（IAE） 時間乘誤差絕對值的積分（ITAE）控制流程圖符號意義序號安裝位置圖形符號備注序號安裝位置圖形符號備注1就地安裝儀表4集中儀表盤后安裝儀表嵌在管道中2集中儀表盤面安裝儀表5就地儀表

10、盤后安裝儀表3就地儀表盤面安裝儀表 工藝管道及工藝流程圖 一、圖形符號1.測量點(diǎn)TIPT2.連接線3.儀表的圖形符號FRPR二、儀表位號由字母代號和數(shù)字編號兩部分組成字母代號：表示被測變量和儀表的功能。數(shù)字編號：區(qū)域編號和回路編號組成。TRC-120被測變量功能工段號回路編號1.字母代號IRCTQSATRC101LIA101LFRQ1012.儀表位號的書寫規(guī)則控制流程圖字母意義字母第一位字母后繼字母字母第一位字母后繼字母被測變量修飾詞功能被測變量修飾詞功能A分析報(bào)警P壓力C電導(dǎo)率控制Q數(shù)量積分累積D密度差R放射性記錄E電壓S速度安全開關(guān)F流量比T溫度傳送I電流指示V粘度閥K時間W力L物位YM水分Z位置執(zhí)行機(jī)構(gòu)如圖 稱為帶控制點(diǎn)的工藝流程圖 TT溫度變送器 LT液位變送器 FT流量變送器 PT壓力變送器 AT成分變送器 AC成分控制器 LC液位控制器 FC流量控制器 TC溫度控制器 PC壓力控制器 如圖所示為一反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)流程圖，A、B兩種物料進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行