scada201308自动控制样式编辑母版文本样式

1、1自动控制李晓平机械与储运学院储运系7.1基本概念7.2典型应用7.3站控系统简介7.4中控系统简介21.过程控制 是指连续生产过程的自动控制。 任务 对生产过程中的有关参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度、pH值、物性）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化，从而保证生产能够连续自动地进行。 举例说明？32.过程控制的分类 按定值的形式不同划分 1.定值控制系统 被控参数保持恒定或在设定值的附近小范围波动。 2.随动控制系统 控制系统的设定值是变化的，被控参数随设定值的变化而变化。 3.程序控制系统 设定值按预订的时间程序变化，被控参数自动跟踪设定值。 举例说明？42.过程控制的分类 按

2、系统的结构特点分类 1.反馈控制系统 2.前馈控制系统 3.前馈-反馈复合控制系统52.1.反馈控制系统 反馈将系统的输出引入到输入端。 按照被控参数与设定值的偏差进行调解，达到减小或消除偏差的目的，偏差值是系统调节的依据。 由被控参数的反馈通道构成闭合回路，所以，又称闭环控制系统。 是过程控制系统最基本的形式。6闭环控制系统（反馈控制系统） 特点：系统输出信号与测量元件之间存在反馈回路。 “闭环”这个术语的含义，就是将输出信号通过测量元件反馈到系统的输入端，通过比较、控制来减小系统误差。7位移微型计算机放大器执行机构工作机床切削刀具反馈测量元件图纸2.2.前馈控制系统 根据扰动的大小进行控制

3、，扰动是控制的依据。没有被控参数的反馈，也称为开环控制系统。 最终无法检测控制的效果。 一般不单独采用。 举例说明？8开环控制系统 特点：系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统。9图纸程序指令（步进电机）微型计算机放大器执行机构工作机床切削刀具2.3.前馈-反馈复合控制系统 综合反馈以及前馈各自的优点。 可以显著提高系统的控制品质。2.4系统的状态 稳态 对于定值控制，当控制系统输入不变时，整个系统若能达到一种平衡状态，各个组成环节暂时不动作，输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态。 动态 外部扰动出现，系统的平衡遭到破坏，自动装置开始动作，各个环节的

4、参数都处于变化之中。这种状态称为动态。103.基本组成控制系统：输入部分、控制系统部分和输出部分。物理角度: 特定激励作用下的系统响应变化情况；数学角度: 研究的是输入与输出之间的映射关系。11输入输出控制系统3.3.1. 1. 实例分析实例分析温控系统温控系统人工控制12调压器温度计电热丝炉子2203.3.1. 1. 实例分析实例分析控制目标：控制目标：要求炉子的温度恒定在期望的数值上。控制过程：13输入信号（期望炉温）输出信号（实际炉温）脑（计算、比较）放大、执行（手臂、手）被控对象（电热丝、炉子）测量（眼睛）3.3.1. 1. 实例分析实例分析温控系统温控系统自动控制自动控制143.3.

5、1. 1. 实例分析实例分析控制目标：控制目标：要求炉子的温度恒定在期望的数值上。控制过程：15buu+_实际温度电压放大器功率放大器炉子热电偶电机、减速器、调压器期望温度ru3.2一般形式 输入信号 检测信号+目的信息（人的意志） 控制系统 主要完成对有关信号的变换、处理，发出控制量，驱动执行机构完成控制功能。 输出信号 控制结果，执行机构的行为。16输入信号输出信号放大比较执行被控对象测量3.3典型的反馈控制174.对控制的要求 稳定性 鲁棒性 适应性 动态特性：稳、准、快185.PID控制的原理和特点 PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 特点：

6、结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便。应用最为广泛。 适用： 被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时， 控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定， 这时应用PID控制技术最为方便。 即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。195.1比例(P)控制 最简单的控制方式。 控制器的输出与输入误差信号成比例关系。偏差一旦产生，控制器立即就发生作用即调节控制输出，使被控量朝着减小偏差的方向变化，偏差减小的速度取决于比例系数Kp，Kp越大偏差减小的越快。 但是很容易引起振荡，尤其是

7、在迟滞环节比较大的情况下，Kp减小，发生振荡的可能性减小但是调节速度变慢。 但单纯的比例控制存在稳态误差不能消除的缺点。 这里就需要积分控制。205.2积分(I)控制控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。实质就是对偏

8、差累积进行控制，直至偏差为零。积分控制作用始终施加指向给定值的作用力，有利于消除静差，其效果不仅与偏差大小有关，而且还与偏差持续的时间有关。简单来说就是把偏差积累起来，一起算总帐。215.3微分(D)控制控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。225.3微分(D)控制这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的。比例项的作用仅

9、是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。它能敏感出误差的变化趋势,可在误差信号出现之前就起到修正误差的作用,有利于提高输出响应的快速性,减小被控量的超调和增加系统的稳定性。但微分作用很容易放大高频噪声,降低系统的信噪比,从而使系统抑制干扰的能力下降。232425262728保持 吸入压力设定值， 避免气蚀 排除压力设定值， 避免超压29压缩机的控制界面30313.1

10、 3.1 入口条件对压缩机性能的影响入口条件对压缩机性能的影响3 3 压缩机性能分析与预测模型的建立压缩机性能分析与预测模型的建立入口温度降低，压比曲线、功率曲线向左上偏移入口温度降低，压比曲线、功率曲线向左上偏移 厂商提供的特性曲线是在厂商提供的特性曲线是在设计条件设计条件下进行性能试验获得，而下进行性能试验获得，而实际工况实际工况入口条件入口条件（入口温度、入口压力、气体分子量入口温度、入口压力、气体分子量）会对压缩机的运行特性产）会对压缩机的运行特性产生一定影响。生一定影响。31323.1 3.1 入口条件对压缩机性能的影响入口条件对压缩机性能的影响入口压力升高，轴功率曲线上移入口压力升

11、高，轴功率曲线上移其它各曲线影响较小其它各曲线影响较小 入口压力入口压力对压缩机的运行特性的影响对压缩机的运行特性的影响323334压缩机运行边界的确定 34右边界：Qmax左边界：Qmin 如何确定边界？A 根据我们前面建立的模型确定边界B 根据GE压缩机喘振控制参数及现场最大流量测试试验确定A、B两种模式，软件中都采用了，供现场人员参考选用开机台数是否回流35压 比标况流量裕量SLL喘振极限线（停机）1.940 260.06 SCL喘振控制线1.940 284.54 9.4%PCL过程控制线1.936 298.65 14.8%CLL控制极限线1.940 311.50 19.8%工作点1.9

12、48 367.45 41.3%确定最小流量边界GE压缩机喘振控制参数GE压缩机喘振控制图压缩机运行边界的确定_最小流量边界36现场最大流量试验试验点ABCDE进站压力（MPa）4.14.134.164.134.13出站压力（MPa）8.48.48.448.48.4进站温度（）15.9615.9615.9615.9615.96出站温度（）46.446.446.446.446.4瞬时流量（万方/时）23.322.721.921.320.5电流（A）725700676656640电机转速（rpm）15781550152015001480孔板压差（kPa）9.68.88.057.597.1确定最大流量

13、边界36压比：2.049流量：559.2万方/d压缩机运行边界的确定_最大流量试验功率增大电流增大转速提高较少现场发现：已 到 阻 塞 工况区37根据测试的根据测试的最大流量工最大流量工况点况点做出压缩机做出压缩机阻塞流阻塞流量线量线假设斜率与假设斜率与GEGE原厂特性原厂特性曲线阻塞线斜率相同曲线阻塞线斜率相同压比：压比：2.0492.049流量：流量：559.2 559.2 万万m m3 3/d/d（标况）（标况）5679.6 m5679.6 m3 3/h(/h(工况工况) )5.3 5.3 压缩机运行边界的确定压缩机运行边界的确定_ _最大流量试验最大流量试验测试的最大测试的最大流量工况

14、点流量工况点测试的最大测试的最大流量流量QmaxQmaxGEGE原厂曲线原厂曲线最大流量最大流量38最大流量试验的理论解释压缩机运行边界的确定_最大流量试验测试点入口压力MPa出口压力MPa压比入口温度功率kW流量104m3/h试验效率压缩机转速r/min查图效率A 4.13 8.40 2.03 15.96530020.50.7768 104110.8178 B4.13 8.40 2.03 15.96570021.30.7505 105520.8095 C4.16 8.44 2.03 15.96590021.90.7426 106920.8067 D4.13 8.40 2.03 15.9663

15、0022.70.7236 109030.7965 E4.10 8.40 2.05 15.96680023.30.6960 111000.7888 试验时压缩机的效率不到0.7试验现象：功率、电流、转速已出现阻塞工况试验时最大流量点的效率为0.696（比查询原厂曲线得到的效率小）39现场的条件影响特性曲线 喘振线 滞止线根据实际情况调节控制确保高效区工作相关设计 工艺设计 确定总的工艺和设备控制原则和自动化水平 仪表控制系统设计 确定为满足工艺需求所需要的仪表自动化专业内容， 发布监控I/O点表 工艺操作原理 工艺及设备的操作原理，作为自动化专业编程的原则和基础 逻辑图设计 根据工艺操作原则编制

16、的逻辑图，作为编程的指导文件40带控制回路的工艺流程图PID图内容 应根据工艺流程图和公用工程流程图的要求，详细地表示装置的全部设备、仪表、管道和其他公用工程设施，具体内容如下： a) 全部设备； b) 全部仪表（包括控制、测量及计算机联结）； c) 所有管道、阀门（低高点放空除外）、安全阀、大小头及部分法兰； d) 公用工程设施、取样点、吹扫接头； e) 工艺、仪表、安装等特殊要求。41管道和仪表流程图又称为P&IDP&ID的设计是在PFD的基础上完成的。它是化工厂的工程设计中从工艺流程到工程施工设计的重要工序，是工厂安装设计的依据。广义的P&ID可分为工艺管道和仪表流程图（即通常意义的P&ID）和公用工程管