过程控制系统与装置1

1、过程控制系统及装置过程控制系统及装置( (一一) )掌握常见变送器、运算器、控制器、执行器的结构、组掌握常见变送器、运算器、控制器、执行器的结构、组成、工作原理、特性以及在实际应用中的主要问题。成、工作原理、特性以及在实际应用中的主要问题。( (二二) )掌握简单控制系统的原理及应用；理解其它复杂控制系掌握简单控制系统的原理及应用；理解其它复杂控制系统的原理及应用。统的原理及应用。( (三三) ) 掌握过程控制系统的设计原则、思路。掌握过程控制系统的设计原则、思路。教学基本要求：教学基本要求：1 1过程控制系统过程控制系统 方康玲方康玲 武汉理工大学出版社武汉理工大学出版社2 2自动化仪表与过

2、程控制自动化仪表与过程控制( (第三版第三版) ) 施仁施仁 电子工业出版社电子工业出版社3 3工业过程检测与控制工业过程检测与控制 孟华孟华 北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社4 4过程控制与仪表过程控制与仪表 邵裕森邵裕森 上海交通大学出版社上海交通大学出版社5. 5. 控制仪表及装置控制仪表及装置吴勤勤。化工出版社吴勤勤。化工出版社6 6。 化工仪表及自动化化工仪表及自动化历玉鸣历玉鸣 化工出版社化工出版社参考书：参考书：第一章第一章 绪绪 论论1.1 过程控制及其特点过程控制及其特点1.2 过程控制系统的发展过程控制系统的发展1.3 过程控制系统的组成及分类过程控制系统的组成

3、及分类1.4 过程控制系统的性能指标过程控制系统的性能指标1.1 过程控制系统及其特点1.过程控制的概念过程控制的概念（Process Control） 指石油、化工、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的，或者按照一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。2.工业分类工业分类 连续型、离散型、混合型三类n6大类参数：温度、流量、压力、液位、成分温度、流量、压力、液位、成分和物性和物性重要 3.过程控制的特点： 对象复杂 生产过程多种多样，存在各种物理变化，化学反应，能量转换，状态改变，对象的特性多种多样（滞后，惯性，参数相互影响）。对象存在滞后 当流入（流出）对象的质

4、量或能量发生变化时，由于存在容量、惯性和足利，被控参数不可能立即产生响应，这种现象称为滞后滞后。 滞后导致信号相应时间推迟，输出输出之间产生相移，容易引起振荡，不利于自动控制。 对象特性具有非线性 绝大多数对象的特性都具有非线性，负荷变化（工作点变化），对象特性不同，把非线性系统按照线性系统处理有一定前提。控制系统复杂 要求生产过程平稳，不振荡，对象特性多变，导致控制系统结构、参数的复杂性。1.2 过程控制系统的发展 仪表自动化阶段n20世纪世纪40年代，基地式仪表，就地控制年代，基地式仪表，就地控制n20世纪世纪60年代，年代，DDZ（电动单元组合仪表），（电动单元组合仪表），QDZ（气动单

5、元组合仪表），集中监控集中操（气动单元组合仪表），集中监控集中操作，实现工厂仪表化，局部自动化。采用频率作，实现工厂仪表化，局部自动化。采用频率法和根轨迹法为基础的经典控制理论，单入单法和根轨迹法为基础的经典控制理论，单入单出定值控制。出定值控制。 计算机控制阶段n 20世纪70年代，采用计算机直接数字控制（DDC），计算机监控（SCC）。 集散控制系统（DCS），具有控制分散，操作管理集中的优势，发展较快。它集中了计算机、控制、通信、图形显示技术。n控制结构：前馈，串级，比值，均匀，选择性控制。n现代控制理论：最优控制，推理控制，预测控制，自适应控制等，多变量控制系统。 20世纪90年代，过

6、程控制进入综合自动化阶段，出现现场总线控制技术，计算机控制达到新的层次，出现智能控制理论，将人工智能、控制理论和运筹学组合，采用了模糊技术，神经网络和专家系统。 综合自动化系统包括生产计划和调度操作优化，基层控制和先进控制等内容的递阶控制系统，也称为管理控制一体化的系统，称为计算机集成过程系统CIPS。综合自动化阶段综合自动化阶段过程自动化系统在过程自动化系统在韶钢韶钢2600m3高炉炼铁工艺控制上的应用高炉炼铁工艺控制上的应用 1.3 过程控制系统的组成及分类n锅炉控制n过程控制系统方框图1.3.1 过程控制系统的组成被控对象：被控制的生产设备或装置。需要进行自动控制的参数称为被控量。传感器

7、和变送器：实现信号的检测控制器（调节器）：接受传感器的输入信号，以及设定值信号，按照事先所设定的控制规律产生控制输出。扰动：使得被控量发生变化的作用。内扰：控制通道内，控制阀不动作的情况下，由于通道内质 量或能量变化造成的扰动。（给水压力变化）外扰：其它来自外部的影响统称（蒸汽负荷变化） 设定值r，被控量测量值z，偏差erz。注意：仪表行业规定ezr。执行器 接受控制器的控制信号，转换为一个动作，推动控制阀去控制被控对象。 分为电动，气动两大类。控制阀 调节流体流量，改变对象的被控参数。另需备一套手动控制回路，和显示通信联锁以另需备一套手动控制回路，和显示通信联锁以及自动保护回路及自动保护回路

8、1.3.2 1.3.2 过程控制系统的分类过程控制系统的分类n按照控制参数分：温度，压力n按照信号类型分：模拟，数字n按照设备：仪表控制，计算机控制（DDC，DCS，现场总线）n按照功能：串级，均匀，自适应n按照控制动作规律：比例控制，积分微分n按照回路：单回路，多回路，开环，闭环。n按照设定值可以分为（掌握定义）定值控制系统随动控制系统，例如空气量随燃料量变化而变化程序控制系统加热炉控制，按照曲线进行。1.4 过程控制系统的性能指标a：等幅振荡 b：发散振荡 c：衰减振荡 d：非周期振荡稳态：P8动态：P8典型过渡过程曲线：1.4.1 递减比nB1/B2 或 n=A1/A2，4:1较好递减率

9、：=(B1-B2)/B1反映了系统的快速性1.4.2 最大动态偏差%100)(1yB扰动发生后，被控量偏离稳定扰动发生后，被控量偏离稳定值（或设定值）的最大偏差，值（或设定值）的最大偏差，称为称为最大动态偏差最大动态偏差（或最大过（或最大过调量，过调量）调量，过调量）最大动态偏差占设定值的百分最大动态偏差占设定值的百分比称为比称为超调量超调量。（不能过大）。（不能过大）重要1.4.3 调整时间Tc调整时间调整时间Tc：控制系统原处于平：控制系统原处于平衡状态，受到扰动后，由于系统的衡状态，受到扰动后，由于系统的控制作用，被控量过渡到被控量稳控制作用，被控量过渡到被控量稳态值的态值的25时，达到

10、新的平衡时，达到新的平衡状态所经历的时间。也称为过渡过状态所经历的时间。也称为过渡过程时间、稳定时间程时间、稳定时间上升时间上升时间Ts ：过阻尼系统：从过阻尼系统：从10变到变到90的时间的时间欠阻尼系统：从欠阻尼系统：从0到到100所经历的时间所经历的时间延迟时间延迟时间Td：响应曲线第一次到达稳态值响应曲线第一次到达稳态值50的时间，的时间，1.4.4 静态偏差静态偏差C静态偏差静态偏差：过渡过程结过渡过程结束，设定值与被控参数束，设定值与被控参数的稳态值之差。的稳态值之差。（稳态偏差，残余误差，（稳态偏差，残余误差，简称残差，余差，静差）简称残差，余差，静差）1.4.5 性能准则性能准则误差积分误差积分IE （不合理）（不合理）绝对误差积分绝对误差积分IAE（公认，常用）（公认，常用）平方误差积分平方误差积分ISE （抑制大误差）（抑制大误差）偏差绝对值与时间乘积积分（偏差绝对值与时间乘积积分（ITAE）（抑制长时间过）（抑制长时间过渡过程）渡过程）00200)( )()(IAE )(dttetITAEdtteISEdttedtteIE 对于不同的系统，采用不同的指标。n定值控制系统：要求被控量很快衰减，过渡过程时间短，采用IAE指标。n燃烧控制，燃料和控制比值控