过程控制绪论金以慧清华大学出版社

1、过程控制过程控制 绪论绪论过程控制主讲人：马平过程控制过程控制 绪论绪论什么是过程控制？什么是过程控制？ 工业生产过程工业生产过程 指原材料经过若干加工步骤转变成产品并具有一指原材料经过若干加工步骤转变成产品并具有一定生定生 产规模的过程。产规模的过程。 工业生产过程可分为：工业生产过程可分为： 连续生产过程连续生产过程 离散生产过程离散生产过程 间歇生产过程（批量生产过程）。间歇生产过程（批量生产过程）。过程控制过程控制 绪论绪论工业生产过程的目标工业生产过程的目标 在可能获得的原料和能源在可能获得的原料和能源条件条件下，以下，以最经济最经济的的途径将原材料加工成途径将原材料加工成预期预期的

2、的合格产品合格产品。过程控制主要是指连续过程工业的过程控制过程控制主要是指连续过程工业的过程控制过程控制过程控制 绪论绪论教教 材材： 过程控制过程控制 清华大学出版社，金以慧，清华大学出版社，金以慧，1993年年教学内容：教学内容：绪论绪论第一篇第一篇 简单控制系统简单控制系统第二篇第二篇 复杂控制系统复杂控制系统第十章第十章 火电厂热工过程控制系统火电厂热工过程控制系统过程控制过程控制 绪论绪论学习目的：学习目的：通过本课程的学习，建立过程控制系统的通过本课程的学习，建立过程控制系统的基本概念，掌握分析系统和设计系统的基本方基本概念，掌握分析系统和设计系统的基本方法。达到对典型系统能够分析

3、和设计的能力。法。达到对典型系统能够分析和设计的能力。过程控制过程控制 绪论绪论学习要求：学习要求：绪论：绪论： 建立过程控制系统的基本概念，了解建立过程控制系统的基本概念，了解现状及发展趋势现状及发展趋势第一篇：第一篇： 要求建立简单控制系统的基本概念；要求建立简单控制系统的基本概念；理解控制系统的品质指标，生产过程被控对象动态特理解控制系统的品质指标，生产过程被控对象动态特性的特点，调节规律及调节参数变化对调节过程的影性的特点，调节规律及调节参数变化对调节过程的影响，调节阀的结构和工作流量特性；掌握由阶跃响应响，调节阀的结构和工作流量特性；掌握由阶跃响应曲线建立被控对象动态特性的方法和简单

4、控制系统的曲线建立被控对象动态特性的方法和简单控制系统的工程整定方法工程整定方法过程控制过程控制 绪论绪论第二篇：要求建立串级控制、比值控制、前馈控第二篇：要求建立串级控制、比值控制、前馈控制、大迟延系统和解耦控制的基本概念，理解这制、大迟延系统和解耦控制的基本概念，理解这些控制的基本特点和设计原理，掌握这些控制系些控制的基本特点和设计原理，掌握这些控制系统的基本设计方法和基本整定方法统的基本设计方法和基本整定方法第十章：第十章： 要求了解火电厂热工控制基本组成，掌要求了解火电厂热工控制基本组成，掌握负荷控制、燃烧控制、给水控制及汽温控制的握负荷控制、燃烧控制、给水控制及汽温控制的常规设计方法

5、。常规设计方法。过程控制过程控制 绪论绪论参考书：参考书：1 热工自动控制系统热工自动控制系统 中国电力出版社，李遵基，中国电力出版社，李遵基，1999年年2 过程控制工程（第二版）过程控制工程（第二版） 中国石化出版社，蒋中国石化出版社，蒋慰孙、俞金寿编著，慰孙、俞金寿编著，1999年年3 工业过程控制工程工业过程控制工程 化学工业出版社，王树青等，化学工业出版社，王树青等，2003年年过程控制过程控制 绪论绪论答疑方式及安排答疑方式及安排1 课间答疑课间答疑2 每周三下午每周三下午4：30以后以后3 邮件答疑邮件答疑E-mail： 过程控制过程控制 绪论绪论过程控制过程控制 绪论绪论测量测

6、量变送器变送器控制器控制器（PID)执行器执行器水位水位H给水给水流量流量饱和蒸汽饱和蒸汽过热蒸汽过热蒸汽汽包炉汽水生产过程汽包炉汽水生产过程测量变送器测量变送器控制器控制器执行器执行器调节阀调节阀对象对象-定值定值+被被调调量量广义被控对象广义被控对象（广义过程）（广义过程）控制器控制器广义被控对象广义被控对象给定值给定值被调量被调量过程控制过程控制 绪论绪论1 1生产过程（被控对象）生产过程（被控对象） 生产设备以及所发生的物理和化学变化的过程。生产设备以及所发生的物理和化学变化的过程。 置于控制系统中过程称为被控对象置于控制系统中过程称为被控对象2控制系统控制系统 控制仪表和生产过程通过

7、信号的传递互相联系起控制仪表和生产过程通过信号的传递互相联系起来就构成控制系统。来就构成控制系统。3被调量（被控制量）被调量（被控制量） 表征生产过程是否正常运行并需要加以调节的表征生产过程是否正常运行并需要加以调节的物理量。物理量。 名词术语名词术语过程控制过程控制 绪论绪论4给定值给定值 按生产要求被调量必须维持的希望值（简称给定按生产要求被调量必须维持的希望值（简称给定值）。值）。5调节机构调节机构 可用来改变进入控制对象的物质或能量的装置。可用来改变进入控制对象的物质或能量的装置。6控制量（调节量）控制量（调节量） 由操作者或调节机构由操作者或调节机构(阀门、挡板等阀门、挡板等)改变的

8、输入物改变的输入物理量，用以控制被调量的变化。称为控制量。理量，用以控制被调量的变化。称为控制量。7扰动扰动 引起被调量偏离平衡状态的各种原因称为扰动。引起被调量偏离平衡状态的各种原因称为扰动。过程控制过程控制 绪论绪论 8控制过程（调节过程）控制过程（调节过程） 原来处于平衡状态的生产过程，一旦受到扰动作用，原来处于平衡状态的生产过程，一旦受到扰动作用，被调量偏离原来平衡状态，通过施加调节作用使被调被调量偏离原来平衡状态，通过施加调节作用使被调量重新恢复到新的平衡状态的过程，称为控制（调节）量重新恢复到新的平衡状态的过程，称为控制（调节）过程。过程。9系统工艺流程图系统工艺流程图：包括被控对

9、象和控制设备的控制：包括被控对象和控制设备的控制系统示意图系统示意图10控制系统结构方框图控制系统结构方框图：不包括被控对象，描述控：不包括被控对象，描述控制系统结构和控制功能的方框图制系统结构和控制功能的方框图11控制系统原理图控制系统原理图：用传递函数描述控制系统的方：用传递函数描述控制系统的方框图框图过程控制过程控制 绪论绪论过程控制的发展经历了三个阶段：过程控制的发展经历了三个阶段：50年代：经典控制理论，简单系统，基地式气动仪表。年代：经典控制理论，简单系统，基地式气动仪表。6070年代：现代控制理论，以状态空间分析为基础，年代：现代控制理论，以状态空间分析为基础，揭示系统内在的规律

10、性，为高水平的自动化奠定了基础，揭示系统内在的规律性，为高水平的自动化奠定了基础，电动单元组合仪表及早期的直接数字控制电动单元组合仪表及早期的直接数字控制DDC（计算机（计算机仪表）。仪表）。70年代年代20世纪末：智能控制理论，将控制理论与其它世纪末：智能控制理论，将控制理论与其它学科相互交叉、渗透和结合，学科相互交叉、渗透和结合，DCS集散控制系统集散控制系统21世纪：计算机网络技术的应用使控制设备之间的连接世纪：计算机网络技术的应用使控制设备之间的连接更加简便更加简便现场总线开始应用。现场总线开始应用。过程控制过程控制 绪论绪论生产过程对过程控制的要求：生产过程对过程控制的要求：安全性安

11、全性（要求在整个生产过程中确保人身和设备的安全）（要求在整个生产过程中确保人身和设备的安全）经济性经济性（要求在生产同样质量和数量产品所的能量的原材料最少要求在生产同样质量和数量产品所的能量的原材料最少）稳定性稳定性（要求系统具有抑制外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力）（要求系统具有抑制外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力）过程控制的任务过程控制的任务： 应用控制理论对控制系统进行分析和综合，采用适宜的技应用控制理论对控制系统进行分析和综合，采用适宜的技术手段使系统实现安全性、经济性和稳定性的要求。术手段使系统实现安全性、经济性和稳定性的要求。 过程控制过程控制 绪论绪论过程控制系统

12、的设计与实现步骤：过程控制系统的设计与实现步骤：确定控制目标确定控制目标选择测量参数（被调量）选择测量参数（被调量）选择操作量（调节量）选择操作量（调节量）确定控制方案确定控制方案选择控制算法选择控制算法选择执行器选择执行器设计报警和连锁保护系统设计报警和连锁保护系统控制系统的调试和投运控制系统的调试和投运 水位水位H给水流量给水流量饱和蒸汽饱和蒸汽过热蒸汽过热蒸汽测量测量变送器变送器控制器控制器（PID)执行器执行器过程控制过程控制 绪论绪论学习本课程的目的：学习本课程的目的：建立过程控制系统的基本概念，掌握分析系统和设计系建立过程控制系统的基本概念，掌握分析系统和设计系统的基本方法。对典型

13、系统能够分析和设计。统的基本方法。对典型系统能够分析和设计。 过程控制过程控制 绪论绪论本课程学习内容：本课程学习内容：1.过程控制系统的基本要求过程控制系统的基本要求2.生产过程的动态特性常用描述方法及特点生产过程的动态特性常用描述方法及特点3.调节器的动态规律及对控制系统的控制作用调节器的动态规律及对控制系统的控制作用4.简单控制系统分析和设计方法简单控制系统分析和设计方法5.串级控制、前馈串级控制、前馈反馈控制、比值控制反馈控制、比值控制6.多变量控制系统多变量控制系统7.火电厂热工控制系统实例分析火电厂热工控制系统实例分析过程控制过程控制 绪论绪论水位水位H给水给水流量流量饱和蒸汽饱和

14、蒸汽过热蒸汽过热蒸汽过程控制过程控制 绪论绪论水位水位H给水流量给水流量饱和蒸汽饱和蒸汽过热蒸汽过热蒸汽测量测量变送器变送器控制器控制器（PID)执行器执行器过程控制过程控制 绪论绪论水位水位H给水流量给水流量饱和蒸汽饱和蒸汽过热蒸汽过热蒸汽测量测量变送器变送器控制器控制器（PID)执行器执行器被调量被调量过程控制过程控制 绪论绪论水位水位H给水流量给水流量饱和蒸汽饱和蒸汽过热蒸汽过热蒸汽测量测量变送器变送器控制器控制器（PID)执行器执行器调节量调节量过程控制过程控制 绪论绪论水位水位H给水流量给水流量饱和蒸汽饱和蒸汽过热蒸汽过热蒸汽测量测量变送器变送器控制器控制器（PID)执行器执行器调节阀调节阀过程控制过程控制 绪论绪论测量变送器测量变送器控制器控制器执行器执行器调节阀调节阀对象对象-给定值给定值+被调量被调量扰动扰动1扰动