第1章_绪论-过程控制与自动化仪表-潘永湘

1、 第第1 1章章 绪论绪论1 1）掌握过程控制的定义、要求和任务，）掌握过程控制的定义、要求和任务， 了解过程控制的发展状况；了解过程控制的发展状况；2 2）掌握过程控制系统的组成、特点、类型）掌握过程控制系统的组成、特点、类型及其性能指标；及其性能指标；3 3）了解过程控制系统设计步骤和仪表的类）了解过程控制系统设计步骤和仪表的类型与发展；型与发展；4 4）掌握仪表的信号制及防爆系统的构成。）掌握仪表的信号制及防爆系统的构成。过程控制的特点、任务及功能要求过程控制的特点、任务及功能要求 一、什么是过程控制？它有何作用？适用的生产过程一、什么是过程控制？它有何作用？适用的生产过程? ? 二、过

2、程控制的特点、任务及功能要求二、过程控制的特点、任务及功能要求 （一）（一） 过程控制的特点过程控制的特点 1.1.组成（过程，系列化仪表）；组成（过程，系列化仪表）； 2.2.设计难（过程的复杂性，模型的不精确性）；设计难（过程的复杂性，模型的不精确性）； 3.3.要求高（控制方案丰富）；要求高（控制方案丰富）； 4.4.慢过程、参量控制；慢过程、参量控制； 5.5.定值控制定值控制 （二）（二） 过程控制的要求、任务及功能过程控制的要求、任务及功能 1.1.要求与任务（安全性、稳定性、经济性），要求与任务（安全性、稳定性、经济性），（了解工艺、获取模型、分析设计、物理实现）；（了解工艺、获

3、取模型、分析设计、物理实现）； 2.2.功能（图功能（图1 11 1） （1 1）测量变送与执行；测量变送与执行； （2 2）操作安全与环保；操作安全与环保； （3 3）常规与高级控制；常规与高级控制； （4 4）实时优化；实时优化； （5 5）决策与计划决策与计划 （一）加热炉过程控制（图（一）加热炉过程控制（图1 12 2）（二）设计步骤（二）设计步骤1.1.确定控制目标确定控制目标 1 1）热油出口温度稳定；）热油出口温度稳定； 2 2）出口温度与烟道气含氧量稳定；）出口温度与烟道气含氧量稳定； 3 3）温度稳定与热效率最高。）温度稳定与热效率最高。2.2.选择被控参数选择被控参数 直接

4、参数与间接参数直接参数与间接参数3 3 选择控制量选择控制量 燃料油流量与冷油流量燃料油流量与冷油流量出口温度出口温度 挡板开度与送风挡板挡板开度与送风挡板含氧量含氧量4.4.确定控制方案确定控制方案 简单与复杂、单输入与多输入、最优控制简单与复杂、单输入与多输入、最优控制5.5.选择控制策略选择控制策略 PIDPID、高级过程控制、高级过程控制6.6.选择执行器选择执行器 气动与电动气动与电动7.7.设计报警与联锁保护系统设计报警与联锁保护系统 高、低限值；加热炉停车程序：停燃油泵高、低限值；加热炉停车程序：停燃油泵关燃油阀关燃油阀停引风机停引风机切断热油阀切断热油阀8.8.工程化设计工程化

5、设计9.系统投运、调试和整定参数 （一）基于仪表的局部自动化阶段（一）基于仪表的局部自动化阶段 （5050年代，基地、单元组合、气动式，单输入年代，基地、单元组合、气动式，单输入/ /单输出、单输出、4 4大参数稳定、经典控制理论）大参数稳定、经典控制理论） （二）基于仪表（二）基于仪表/ /计算机的综合自动化阶段计算机的综合自动化阶段 （6060年代，单元组合、组装式，高性能、特殊要求控年代，单元组合、组装式，高性能、特殊要求控制，计算机控制，多输入制，计算机控制，多输入/ /多输出，现代控制理论）多输出，现代控制理论） （三）基于网络的全盘自动化阶段（三）基于网络的全盘自动化阶段 （707

6、0年代，智能仪表、成分在线、安全防爆、集散控年代，智能仪表、成分在线、安全防爆、集散控制、现场总线控制、制、现场总线控制、CIPSCIPS）1.1.3 1.1.3 ( (一）一） （1）被控参数（亦称系统输出）y(t)： 被控过程内要求保持稳定的工艺参数；（2）控制参数（亦称操作变量控制介质）q(t)：使被控参数保持期望值的物料量或能量；（3）干扰量f(t)：除被控参数外，作用于被控过程并引起被控参数变化的各种因数；（4）设定值r(t)：与被控参数相对应的设定值；（5）反馈值z(t)：被控参数经测量变送 后的实际测量值；（6）偏差e(t)：设定值与反馈值之差；（7）控制作用u(t)：控制器的输

7、出值。 （二）过程控制系统的分类（二）过程控制系统的分类1.1.分类方法分类方法（被控量名称、多少、特定工艺、（被控量名称、多少、特定工艺、工具）；工具）；2.2.安结构分类：安结构分类：1）反馈控制；反馈控制；2）前馈控制；前馈控制；3）复合控制。复合控制。3.3.安设定值分类：安设定值分类：1）定值控制；定值控制；2）伺服控制；伺服控制；3）顺序控制。顺序控制。 (1)(1)衰减比衰减比n n（衰减率（衰减率）两个相邻的同向波峰值之比两个相邻的同向波峰值之比:衰减率定义为一个周期后波动幅度衰减的程度衰减率定义为一个周期后波动幅度衰减的程度:衰减比与衰减率的单值对应关系，如衰减比为衰减比与衰

8、减率的单值对应关系，如衰减比为4：1或或10：1时，则衰减率时，则衰减率为为0.75或或0.9。（2 2）最大动态偏差和超调量）最大动态偏差和超调量: : 二阶系统： (3)(3)残余偏差（稳态误差、静差）残余偏差（稳态误差、静差）: : 定值系统： (4)(4)调节时间、上升时间、振荡频率调节时间、上升时间、振荡频率12BnB131BBB()()100%()pyyyt%1001n)()(yre)()(yemin)(0dtteIAEmin)(02dtteISEmin)(0dttetITAEmin)(02dttteITSE2 2）安全火花型防爆等级：）安全火花型防爆等级：30V30VDC;DC;

9、最小引爆电流（表最小引爆电流（表1 11 1）2.数字式仪表的通信标准数字式仪表的通信标准（不统一；内容：信息格式、编码方式、信号发送与接收、接口标准等）（不统一；内容：信息格式、编码方式、信号发送与接收、接口标准等）3.能源供给能源供给直流集中供电的优点直流集中供电的优点：1）体积）体积、重量、重量、温升、温升 2）防停电能力）防停电能力 3）无交流，易于防爆）无交流，易于防爆1.2.3 防爆仪表与防爆系统防爆仪表与防爆系统1.安全防爆的基本概念安全防爆的基本概念 1）防爆性能：本质安全与非本质安全；）防爆性能：本质安全与非本质安全；2.安全火花型防爆系统安全火花型防爆系统（图（图19） 条件条件:现场仪表为安全现场仪表为安全火花型；安全防爆火花型；安全防爆栅隔离。栅隔离。n表表1-1 1-1 爆炸性混合物最小引爆电流的等级爆炸性混合物最小引爆电流的等级n如如DDZ-型仪表防爆等级为型仪表防爆等级为“He”：“H”-安全火花型；安全火花型；“”最小引爆电流为最小引爆电流为级，即低于级，即低于70mA；e-周围气体自燃温度为周围气体自燃温度为100，低于此温度，即可保证在低于此温度，即可保证在e组气体中不自燃起爆。组气体中不自燃起爆。级别级别最小引爆电流最小引爆电流（mAmA）爆炸性混合物种类爆炸性混