過控系統(tǒng)概述

1過程控制工程高玨電氣與自動化工程學(xué)院1聯(lián)系方式辦公室：檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（209-3）電子郵箱：gao_jue@手機(jī)：158508009102關(guān)于課程結(jié)構(gòu)自動化儀表過程控制檢測儀表第2章執(zhí)行器第3章控制器第5章過程特性第4章控制系統(tǒng)第7、8、9章控制策略第5、6章33第1章過程控制系統(tǒng)概述?

過程控制的定義和目的?

過程控制系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)?

過程控制系統(tǒng)的分類和區(qū)別?

過程控制的階躍響應(yīng)指標(biāo)主要內(nèi)容?

過程控制的發(fā)展歷程和方向?

本課程的地位和性質(zhì)441.1過程控制系統(tǒng)組成及特點(diǎn)1.1.1過程控制認(rèn)識1.過程控制根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)，采用自動化工具，應(yīng)用控制理論，設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程自動化。

2.工業(yè)生產(chǎn)過程離散過程：火箭、機(jī)械加工、汽車制造等連續(xù)過程：化工、石油、冶金等溫度、壓力、流量、物位和成分等變量。被控參數(shù)51.1過程控制系統(tǒng)組成及特點(diǎn)3.過程控制的認(rèn)識EX1:球磨給礦過程控制工作過程存在問題解決辦法6球磨給礦過程控制系統(tǒng)方框圖1.1過程控制系統(tǒng)組成及特點(diǎn)以流量為被控參數(shù)的工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，通過給礦過程的自動控制穩(wěn)定產(chǎn)量，并為后續(xù)工藝質(zhì)量的控制提供基礎(chǔ)?？偨Y(jié)71.1過程控制系統(tǒng)組成及特點(diǎn)81.1過程控制系統(tǒng)組成及特點(diǎn)化工行業(yè)硫酸生產(chǎn)工藝中，SO2主風(fēng)機(jī)以前采用手動調(diào)節(jié)蝶閥開度，控制風(fēng)機(jī)出口壓力，壓力波動大。采用變頻器，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來穩(wěn)定壓力，具有顯著的節(jié)能效果。EX2:硫酸工藝過程控制91.1過程控制系統(tǒng)組成及特點(diǎn)硫酸工藝流程過程控制系統(tǒng)方框圖4.過程控制目的抑制外界擾動的影響，確保過程的穩(wěn)定性，使生產(chǎn)過程的工況最優(yōu)化。

101.1過程控制系統(tǒng)組成及特點(diǎn)1.1.2過程控制系統(tǒng)組成被控過程運(yùn)行中的多種多樣的工藝生產(chǎn)設(shè)備

過程檢測控制儀表測量變送+控制器+執(zhí)行器被控變量擾動量控制變量控制作用偏差給定值SP當(dāng)前值PV111.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)圖示乙烯裂解氣溫度控制系統(tǒng)。采用液態(tài)丙烯，使其汽化吸收熱量以冷卻乙烯裂解氣。調(diào)節(jié)氣態(tài)丙烯流量使溫度控制在（15±1.5）℃。EX3:丙烯冷卻器過程控制121.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)1.指出系統(tǒng)中被控過程、被控參數(shù)和控制參數(shù)各是什么？

2.試畫出該控制系統(tǒng)的組成方塊圖。被控過程為丙烯冷卻器；被控參數(shù)為乙烯裂解氣的出口溫度；控制參數(shù)為氣態(tài)丙烯的流量。13在示意圖中，氣態(tài)丙烯的流向是由丙烯冷卻器流出。3.試比較示意圖和方塊圖，說明控制參數(shù)的信號流向與物料的實(shí)際流動方向不同。

在方塊圖中，氣態(tài)丙烯作為控制參數(shù)，其信號的流向是指向丙烯冷卻器的。141.1過程控制系統(tǒng)組成及特點(diǎn)被控過程行行色色控制過程多屬緩慢過程控制方案的多樣性定制控制是主要控制形式控制過程多屬參量控制形式1.1.3過程控制的特點(diǎn)151.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)1.2.1過程控制系統(tǒng)的分類按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來分

反饋控制系統(tǒng)

前饋控制系統(tǒng)

復(fù)合控制系統(tǒng)（前饋-反饋控制系統(tǒng)）

按給定值信號的特點(diǎn)來分

定值控制系統(tǒng)

隨動控制系統(tǒng)

161.反饋控制系統(tǒng)偏差值是控制的依據(jù)，控制目的是減小或消除偏差。屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)，反饋信號可能有多個，從而可以構(gòu)成多回路控制系統(tǒng)（如串級控制系統(tǒng)）。

1.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)172.前饋控制系統(tǒng)1.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)擾動量是控制的依據(jù)，控制目的是及時(shí)抑制干擾。屬于開環(huán)控制系統(tǒng)，在實(shí)際生產(chǎn)中不能單獨(dú)采用。

183.閉環(huán)與開環(huán)系統(tǒng)1.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)EX4:列管式換熱器過程控制蒸汽流量控制系統(tǒng)進(jìn)料流量控制系統(tǒng)191.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)20“反饋”是控制的核心！只有通過反饋才能實(shí)現(xiàn)對被控參數(shù)的閉環(huán)控制！開環(huán)控制系統(tǒng)不能自動地“察覺”被控參數(shù)的變化情況，也不能判斷控制參數(shù)的校正作用是否適合實(shí)際需要。1.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)總結(jié)211.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)4.復(fù)合控制系統(tǒng)充分發(fā)揮了“前饋”和“反饋”的各自優(yōu)點(diǎn)。221.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)5.定值和隨動控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)是被控量（溫度、壓力、流量、液位、成分等）的給定值是固定不變的過程控制系統(tǒng)。有時(shí)可在規(guī)定的小范圍附近不變。

隨動控制系統(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)。主要作用是克服擾動，使被控量隨時(shí)跟蹤給定值。231.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)典型的控制系統(tǒng)過渡過程曲線

不穩(wěn)定穩(wěn)定241.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)一個性能良好的過程控制系統(tǒng)，在受到外來擾動作用或給定值發(fā)生變化后，應(yīng)能迅速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確地達(dá)到或趨近給定值。過程控制系統(tǒng)性能的評價(jià)指標(biāo)可概括為：系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的系統(tǒng)應(yīng)提供盡可能優(yōu)良的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)（靜態(tài)指標(biāo)）；系統(tǒng)應(yīng)提供盡可能優(yōu)良的過渡過程（動態(tài)指標(biāo)）。1.過程控制系統(tǒng)的性能評價(jià)251.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)1.2.2過程控制的性能指標(biāo)過程控制系統(tǒng)的性能由組成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、被控過程與過程儀表（測量變送、執(zhí)行器和控制器）各環(huán)節(jié)特性所共同決定的?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)（單回路、串級、前饋-反饋控制等）；各組成環(huán)節(jié)特性：261.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)2.性能指標(biāo)的確定和分析方法

過程控制系統(tǒng)性能指標(biāo)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝過程的實(shí)際需要來確定。需同時(shí)注意靜態(tài)和動態(tài)性能指標(biāo)。分析方法：1.階躍響應(yīng)性能指標(biāo)，系統(tǒng)工程整定時(shí)采用；2.偏差積分性能指標(biāo)，計(jì)算機(jī)仿真時(shí)采用。271.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)EX5:階躍響應(yīng)性能指標(biāo)的求取某發(fā)酵過程工藝規(guī)定操作溫度為80±5℃。試確定該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差、衰減比、超調(diào)量和過渡過程時(shí)間。281.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)穩(wěn)態(tài)誤差ess=80-81=-1℃衰減比n=B1:B2=7:1第一個波峰值B1=88-81=7℃；第二個波峰值B2=82-81=1℃；超調(diào)量σ=（88-81）/81=8.64%過渡過程時(shí)間ts=18min給定值穩(wěn)態(tài)值291.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)階躍擾動作用下衰減振蕩過渡過程過渡時(shí)間穩(wěn)態(tài)誤差衰減比給定值穩(wěn)態(tài)值超調(diào)量301.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)零或越小越好。靜態(tài)性能指標(biāo)動態(tài)性能指標(biāo)1.衰減比:2.超調(diào)量:3.過渡過程時(shí)間:穩(wěn)態(tài)誤差:取衰減比為4:1~10:1

越小越好越小越好311.2過程控制系統(tǒng)分類及性能指標(biāo)階躍響應(yīng)性能指標(biāo)中各單項(xiàng)指標(biāo)清晰明了，但如何統(tǒng)籌（兼顧偏差和時(shí)間），則比較困難。偏差積分性能指標(biāo)可綜合偏差和時(shí)間關(guān)系，即可以兼顧衰減比、超調(diào)量和過渡過程時(shí)間等各單項(xiàng)指標(biāo)，屬于綜合性能指標(biāo)。一般來說，階躍響應(yīng)性能指標(biāo)便于工程整定，在工程應(yīng)用中使用廣泛；而偏差積分性能指標(biāo)則更便于計(jì)算機(jī)仿真和理論分析。3.階躍響應(yīng)和偏差積分性能指標(biāo)的比較321.3過程控制技術(shù)的發(fā)展1.3.1過程控制儀表的發(fā)展年代工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r儀表技術(shù)20世紀(jì)50年代化工、冶金、造紙等規(guī)模較小電子管時(shí)代儀表信號標(biāo)準(zhǔn)：20～100kPa氣動信號基地式儀表氣動單元組合式儀表氣動儀表控制器20世紀(jì)60年代分立元件的半導(dǎo)體技術(shù)計(jì)算機(jī)大型電站過程工業(yè)大型化電動儀表開始使用，DDZ-Ⅱ型，0～10mA儀表控制室電動單元組合式儀表DDC20世紀(jì)70年代集成電路技術(shù)微處理器工業(yè)現(xiàn)代化微機(jī)廣泛使用DDZ-Ⅲ型，信號標(biāo)準(zhǔn)：4～20mACAD機(jī)器人DCS，PLC20世紀(jì)80年代辦公自動化數(shù)字化技術(shù)通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)字化智能化儀表各種通信協(xié)議，RS232/485/422等DCS功能擴(kuò)展20世紀(jì)90年代智能控制工業(yè)控制高要求現(xiàn)場總線；分析儀器的在線應(yīng)用；優(yōu)化控制；管理與控制的集成331.3.2計(jì)算機(jī)在過程控制中的應(yīng)用及發(fā)展1.3過程控制技術(shù)的發(fā)展年代計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)20世紀(jì)60年代計(jì)算機(jī)開始應(yīng)用于自動控制集中控制及直接數(shù)字控制（DDC）20世紀(jì)70年代微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)生微處理機(jī)技術(shù)用于工業(yè)控制集散控制系統(tǒng)（DCS）產(chǎn)生小型機(jī)開始在企業(yè)管理中應(yīng)用20世紀(jì)80年代微機(jī)在企業(yè)管理信息系統(tǒng)（MIS）中應(yīng)用DCS在過程控制中推廣應(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù)在工業(yè)上應(yīng)用20世紀(jì)90年代工業(yè)生產(chǎn)過程自動化（PA），工廠自動化（FA）計(jì)算機(jī)集成過程控制系統(tǒng)（CIPS）企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展（FieldBus）管控一體化技術(shù)（MCIS）優(yōu)化控制軟件包341.3.3過程控制理論的發(fā)展1.3過程控制技術(shù)的發(fā)展上世紀(jì)40年代至60年代，經(jīng)典控制理論為主。60年代后，現(xiàn)代控制理論在生產(chǎn)過程控制中得到了越來越多的應(yīng)用。近年來，控制理論界已形成一個包括智能控制等在內(nèi)的多角度、多方位的研究態(tài)勢。351.3過程控制技術(shù)的發(fā)展1.3.4我國過程控制技術(shù)的發(fā)展上世紀(jì)50年代末期，主要采用機(jī)械式和氣動儀表；60年代，廣泛采用Ⅰ型電動單元組合儀表；70年代中期，Ⅱ型電動單元組合儀表成為過程檢測和控制的主流產(chǎn)品；80年代初，開始采用Ⅲ型電動單元組合儀表，相繼引進(jìn)了集散控制系統(tǒng)（DCS）、可編程序控制器（PLC）和工業(yè)PC機(jī)（IPC）等。目前，控制系統(tǒng)以DCS和PLC-SCADA系統(tǒng)為主。我國已有DCS、PLC的研發(fā)和生產(chǎn)能力。361.3過程控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCSPLC-SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用研究遠(yuǎn)程監(jiān)督與控制智能控制應(yīng)用研究過程控制與管理信息集成過程控制的幾個發(fā)展方向371.4本課程的地位和任務(wù)1.4.1本課程的地位1.4.2本課程的任務(wù)過程控制和運(yùn)動控制的區(qū)別。1.4.3過程控制