過程控制及儀表-dlh

第五章緒論過程控制及儀表（過程控制系統(tǒng)篇）1生產(chǎn)過程自動化的定義：

一般是指石油、化工、冶金、煉焦、造紙、建材、陶瓷及熱力發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定程序進(jìn)行的生產(chǎn)過程自動控制。一般不包括電力拖動、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)等過程的自動控制。過程控制系統(tǒng)：把工業(yè)生產(chǎn)過程中的某一或某些物理參數(shù)（如溫度、流量、壓力、液位、濃度、成份等）作為被控參數(shù)的控制系統(tǒng)，叫做過程控制系統(tǒng)。過程控制基本知識生產(chǎn)過程：廣義的生產(chǎn)過程是動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞的過程。由于各種干擾因素的影響，過程會出現(xiàn)不穩(wěn)定，表現(xiàn)為工藝參數(shù)（如溫度、流量、壓力、液位、濃度、成份等）的波動。舉例：水泥生產(chǎn)中的原料制備、煉油、陶瓷生產(chǎn)、原料輸送、鍋爐、發(fā)電、采礦、城市供水、化工、制藥……為了穩(wěn)定參數(shù)，必須對某些參數(shù)加以控制——生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。2第一節(jié)過程控制的特點(diǎn)一、被控對象的多樣化二、對象存在滯后現(xiàn)象：控制量改變時，輸出量經(jīng)歷一段時間才發(fā)生變化。原因：三、對象特性非線性

四、控制系統(tǒng)比較復(fù)雜

或無法得到傳遞函數(shù)。

Snn3n2n1nmm3m2m1me)1ST)......(1ST)(1ST)(1ST(S)1ST)......(1ST)(1ST)(1ST(K)S(Wt-++++++++=負(fù)荷變化時，對象特性（K,T,）發(fā)生變化，或隨時間發(fā)生變化。3第二節(jié)過程控制系統(tǒng)發(fā)展概況1、初級階段40年代，以基地式儀表為主的獨(dú)立的定值控制系統(tǒng)。2、儀表化階段50年代，以氣動、電動組合儀表和巡檢裝置為主的集中監(jiān)控、集中操作的控制系統(tǒng)。但系統(tǒng)之間的聯(lián)系仍然較少。3、綜合自動化階段60年代至今，各種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)按發(fā)展階段可以分成以下三個階段：4第二節(jié)過程控制系統(tǒng)發(fā)展概況過程控制的發(fā)展歷程，就是過程控制裝置（自動化儀表）與系統(tǒng)的發(fā)展歷程，按照過程控制裝置與系統(tǒng)的發(fā)展過程也可以將過程控制系統(tǒng)的發(fā)展過程分為三個階段：1．局部自動化階段（20世紀(jì)50～60年代）自動化儀表安裝在現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備上，只具備簡單的測控功能。適用于小規(guī)模、局部過程控制。2．模擬單元儀表控制階段（20世紀(jì)60～70年代）自動化儀表劃分成各種標(biāo)準(zhǔn)功能單元，按需要可以組合成各種控制系統(tǒng)?？刂苾x表集中在控制室，生產(chǎn)現(xiàn)場各處的參數(shù)通過統(tǒng)一的模擬信號，送往控制室。操作人員可以在控制室監(jiān)控生產(chǎn)流程各處的狀況。適用于生產(chǎn)規(guī)模較大的多回路控制系統(tǒng)。5第二節(jié)過程控制系統(tǒng)發(fā)展概況3．集散控制階段（20世紀(jì)70年代中期至今）

但DDC系統(tǒng)的故障危險高度集中，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，就會造成所有控制回路癱瘓，使生產(chǎn)過程風(fēng)險加大。因此，DDC系統(tǒng)并未得到廣泛應(yīng)用。

80年代初，隨著計(jì)算機(jī)性能提高、體積縮小，出現(xiàn)了內(nèi)裝CPU的數(shù)字控制儀表。基于“集中管理，分散控制”的理念，在數(shù)字控制儀表和計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上，開發(fā)了集中、分散相結(jié)合的集散型控制系統(tǒng)（DCS，DistributedControlSystem）。DCS系統(tǒng)實(shí)行分層結(jié)構(gòu)，將控制故障風(fēng)險分散、管理功能集中。得到廣泛應(yīng)用。

計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，大大簡化了控制功能的實(shí)現(xiàn)。最初，人們設(shè)想用一臺計(jì)算機(jī)取代所有回路的控制儀表，實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC，DirectDigitalControl）

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控制層網(wǎng)絡(luò)管理層網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)Web服務(wù)器

現(xiàn)場設(shè)備層操作站工程師站DCS的物理層次示意7隨著CPU進(jìn)入檢測儀表和執(zhí)行器，自動化儀表徹底實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、智能化?？刂葡到y(tǒng)也出現(xiàn)了由智能儀表構(gòu)成的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS，F(xiàn)ieldbusControlSystem)。

FCS系統(tǒng)把控制功能徹底下放到現(xiàn)場，依靠現(xiàn)場智能儀表便可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的檢測、控制。而用開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的通信網(wǎng)絡(luò)——現(xiàn)場總線，將分散在現(xiàn)場的控制系統(tǒng)的通信連接起來，實(shí)現(xiàn)信息集中管理。第二節(jié)過程控制系統(tǒng)發(fā)展概況8910過程隨控制全策略遍與算秋法發(fā)授展伴隨預(yù)著自濾動化壘儀表法的發(fā)散展，領(lǐng)過程繳控制煙策略痛與算可法也移經(jīng)歷得了由聞簡單座到復(fù)阻雜的宏發(fā)展賊歷程愉。以經(jīng)燭典控調(diào)制理穩(wěn)論為坑基礎(chǔ)距的PI滲D（Pr摟op荷or芳ti撈on艘al贈I悶nt將eg即ra勾l嗎D供er涼iv飲at償iv班e）控提制算雙法，欄由單舟回路鴿控制貿(mào)發(fā)展桶了串豎級控她制、曉比值水控制醒、前趟饋控乖制、跳均勻扔控制臥、Sm淋it頂h預(yù)估鋪控制教及選床擇性惹控制那等控華制策飯略。隨著窯現(xiàn)代總控制攪?yán)碚摃r和人煉工智抄能技通術(shù)的燒發(fā)展瞧，解守耦控鑼制、統(tǒng)推斷唯控制貴、預(yù)騎測控委制、渴模糊鄙控制仿、自斑適應(yīng)療控制栽等控巷制策邪略與蹦算法宮，也在日趨棵完善陶。第二蔽節(jié)權(quán)過程凈控制源系統(tǒng)皂發(fā)展津概況111、功喇能綜誰合化福，控桂制與煩管理廚一體扭化已天成為鋒趨勢愿，其沫應(yīng)用沫領(lǐng)域嬸和規(guī)范模越國來越漠大。2、技點(diǎn)術(shù)密屯集化判、系津統(tǒng)集葬成化炊，是擠控制懶技術(shù)激、通駕訊技櫻術(shù)、辨計(jì)算呼機(jī)技事術(shù)相鵲結(jié)合按的產(chǎn)村物。3、系姜統(tǒng)的邊智能誕化程必度日繳益提感高，酒控制養(yǎng)精度乖越來燥越高傷，控趴制手虹段日卸益豐憑富。第二怎節(jié)端過程拔控制灑系統(tǒng)俊發(fā)展令概況現(xiàn)代話自動它控制怕技術(shù)縮慧的主鍋要特幸點(diǎn)：12第三板節(jié)盜過程蓬控制專系統(tǒng)石的組糞成例：略鍋爐怒水位脈控制產(chǎn)系統(tǒng)竟。見健圖1-書1。輸入館量=輸出安量時美，系競統(tǒng)平頸衡，救水位丘不變盒。13第三隱節(jié)善過程搶控制擠系統(tǒng)潤的組調(diào)成一、占被控沈?qū)ο髺|（被古控過領(lǐng)程、鴉過程址、對魄象）生產(chǎn)傷過程嫁中被宋控制冶的工唉藝設(shè)堆備和突裝置光。如鍋曠爐、投加熱米爐、套窯爐蘋、球防磨機(jī)姑、分皺餾塔方、反賤應(yīng)釜慕、料滲倉、割輸送憤帶、樹管道薪等。二、狹檢測攔元件指和變泛送器被控防量：y單變偽量控廢制系落統(tǒng)：慎只有宵一個礎(chǔ)被控菊量多變蒜量控瓶制系暈統(tǒng)：逝兩個摸以上輔的被盈控量籠和(或)操縱允量被控戲量由歉傳感蹈器檢廉測，臭由變浮送器魂轉(zhuǎn)換期為標(biāo)丙準(zhǔn)信棗號。仍例如史將T、L、P、F、PH等轉(zhuǎn)答換成mV、位移舒、電級容等暮，由沈變送剪器轉(zhuǎn)閘換成4-做20蠅mA賊D猜C或20像-1京00拐kP平a輸出刷。變送全器的制輸出懲就是然被控臺量的斤測量夾值?？刂瓢倨鲌?zhí)行覽器控制卡對象測量公元件、變送巷器設(shè)定中值r偏差炸值e+-uqd擾動被控粒量y測量衫值z圖1-2過程貧控制歇系統(tǒng)預(yù)原理駐框圖14第三嫁節(jié)拍過程鞋控制壟系統(tǒng)慢的組講成三、蝕控制插器控制斜誤差：根肥據(jù)e買=渡z碧–廟r發(fā)出塌控制扮命令控制變通道：被箱控量丑與輸垃入控幻玉制作管用之辮間的壓聯(lián)系揀被稱仇為“施控制飽通道朵”。干擾愧通道：被架控量競與擾跪動之尋間的煮聯(lián)系忌被稱妖為“賺干擾誓通道宅”。干擾瞎、擾告動：使忽被控夠量發(fā)殲生變退化的氏任何柜作用司。內(nèi)擾：產(chǎn)扁生于年控制救通道養(yǎng)內(nèi)部累，如夜鍋爐樹給水塔壓力攪波動傾引起汁的水憤位變店化。外擾：產(chǎn)滲生于滑控制敵通道欺外部策，如趴蒸氣蓋負(fù)荷繁變化脈引起雞的水溪位變委化。擾動多產(chǎn)生裂時，e門=像z驚–r革0，控制柿器發(fā)努出控師制命奏令，演對系細(xì)統(tǒng)進(jìn)富行自配動控乖制。員控制攜器的眠輸出廢為u。15第三糟節(jié)方過程肚控制牛系統(tǒng)賊的組勤成四、錯執(zhí)行偽器控制寫器的四輸出窯送至財執(zhí)行融器，白控制躬各種旺閥門腳，調(diào)促節(jié)工僚藝參棒數(shù)。執(zhí)行接器的陽種類睛：電動泊、氣鵝動、回液動五、扶控制期閥改變震操縱劫量，孟使被膚控量蘿受控以制。閥門縮慧特性傻：線扇性、舅對數(shù)薯、快赤開、柴拋物如線等氣開族閥：有氣扭（信窯號壓鋼力）悄便打四開的豆閥稱偉為氣睜開閥棄，一婆旦信犧號中蜻斷閥便找回到蟻當(dāng)初生的原燃始狀增態(tài)（辭關(guān)閉換）。氣關(guān)收閥：有氣唯（信毀號壓并力）域才能經(jīng)關(guān)閉數(shù)的閥有稱為偶?xì)忾]鑰閥，薯一旦蓮信號襲中斷閥遼便回桶到當(dāng)糠初的鉆原始格狀態(tài)靈（打露開）繁。16第三么節(jié)淚過程撈控制歲系統(tǒng)鉆的組擦成控制禮器正崖、反喝作用沒的確游定過蹄程氣關(guān)e=籌z-平r觀察開關(guān)分析眼腦手給水蒸氣12345a給水蒸氣12345定值禿器控制其器變送勿器b圖1-1鍋爐航水位伯控制慶原理腥圖1-鍋筒2-省煤這器3-過濾腿器4-給水法閥門5-蒸氣科閥門hDhD正作樓用17第三密節(jié)青過程秋控制貨系統(tǒng)云的組堡成氣開汽閥:K淋V>牛0氣關(guān)例閥:K律V<堵0控制伴器正曬作用:Kp>0控制趴器反遣作用:Kp<0檢測洋量增鄰大變關(guān)送器錢輸出難增大:KM>0檢測還量減跳小變林送器緊輸出悼增大:KM<0當(dāng)ε=紐奉Xi-X要s時傷，必榨須滿魔足：Kp暫×K浪v×問K0醒×KM<0當(dāng)ε=慌Xs數(shù)-Xi時板，必泛須滿齊足：Kp汗×K童v×留K0勁×KM>0控制毀器正截反作懇用判禍別依苦據(jù)（吉構(gòu)成辣負(fù)反乎饋系燙統(tǒng)）:18第四璃節(jié)晃過程談控制問系統(tǒng)暫的類句別二、按設(shè)撞定值有的形覽式不旁同分：（一紀(jì)）、鞏定值拖控制芬系統(tǒng)設(shè)定肉值不屑變，憶系統(tǒng)艱克服極擾動巖的影落響，贈使被蜘控參貫數(shù)基榮本保越持不鞋變。（二昆）、粉隨動晉控制薄系統(tǒng)設(shè)定驢值是戴無規(guī)券律變?nèi)』耐?。系林統(tǒng)的繡動態(tài)比特性粥好，芽被控帖參數(shù)榜能快殃速地所跟隨節(jié)設(shè)定絨值的社變化獵。（三牢）、盲程序痛控制敲系統(tǒng)設(shè)定新值是粥按生倒產(chǎn)工昆藝要栽求有隱規(guī)律宿變化縮慧的，標(biāo)使被弓控對弱象按是規(guī)定憐的程鳥序自粉動運(yùn)么行。常規(guī)螺過程旨儀表舍控制六系統(tǒng)脫，傳授輸信克號是蹲連續(xù)團(tuán)變化搬的模倘擬信恩號。以定殘值系竿統(tǒng)為枕主。一、按是丘否采悟用計(jì)防算機(jī)挑分：常集規(guī)儀糊表控縮慧制系畝統(tǒng)、葛計(jì)算緊機(jī)控憶制系背統(tǒng)。19第五輕節(jié)尺過程柔控制杏系統(tǒng)遍的品垂質(zhì)指鮮標(biāo)動態(tài)乘：被控貝量隨妙時間炒變化齒的不歉平衡夸狀態(tài)恥，也崖叫瞬閉態(tài)。靜態(tài)薯：被控盟量不今隨時飯間變這化的漏平衡描狀態(tài)密，即陳穩(wěn)態(tài)幕。一、聚遞減踏比n（衰減刺比）表示也曲線袖變化神一個叫周期愉后的妻衰減管程度崖。一釣般用n：1表示抱。習(xí)慣禍用4：1，即決一周蠢衰減處了3/經(jīng)4，這型樣的內(nèi)系統(tǒng)物被認(rèn)淺為是盤好的舌。有時燒用10：1，如銹溫度蹈過程灰及其慚他變稠化緩污慢的用過程則。階躍惑擾動孤響應(yīng)岔曲線遞減刃比也刻有用特面積巨比來云表示籠的,圖中吸相應(yīng)轎曲線沫的遞辮減比:n=本A1旦/A舟220第五拘節(jié)秘過程衛(wèi)控制外系統(tǒng)絡(luò)的品賞質(zhì)指枝標(biāo)二、彈動態(tài)憑偏差B1（最大桌偏差心、最碌大過斑調(diào)量線、超民調(diào)量伸）擾動