过程控制与自动化仪表 绪论

过程控制与自动化仪表

自动化学院授课教师：胡为Processcontrolandautomatedmeasuringappliance

2012主要参考资料潘永湘《过程控制与自动化仪表》

机械工业出版社2010侯志林《过程控制与自动化仪表》

机械工业出版社2003周小林《过程控制系统及仪表》

中国铁道出版社1999郎文鹏《智能自动化仪表及装置》

上海大学出版社1999

2012预修课程《自动控制理论A》《传感与检测技术》《计算机组成原理》

2012教学安排授课学时：32学时考核方式：考试课分数构成：平时成绩20％期末考试80％

2012课程的主要内容工业自动化仪表实现生产过程自动化的电子电气设备过程控制实现生产自动化的理论和技术

20121.1过程控制的发展概括1绪论1.2过程控制的特点、任务和要求1.3过程控制系统的分类及其性能指标

20121.1

过程控制的发展概况

自动化水平已经成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。过程控制是自动化技术的重要组成部分。

什么是过程控制？

石油、化工、电力、冶金、轻工、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制。

20121、手工操作状态（20世纪40年代前后）

2、仪表化与局部自动化阶段（50～60年代）

仪表：基地式仪表、部分单元组合式仪表结构：单输入-单输出、单回路定值参数：温度、压力、流量和位移目的：稳定、安全理论：频率法、根轨迹法1.1

过程控制的发展概况

2012

基地式仪表：检测装置、显示装置一体具有检测、控制与显示的功能结构简单、价格低廉、使用方便通用性差，信号不易传递应用于简单控制系统1.1

过程控制的发展概况

2012单元组合式仪表：按其功能分成若干单元各单元间以统一的标准信号相互联系具有高度的灵活性、通用性，各单元可适当组合，也可与计算机等设备配合，组合各种复杂、新型的控制系统气动组合仪表(QDZ)、电动单元组合仪表(DDZ)1.1

过程控制的发展概况

2012电动单元组合仪表1.1

过程控制的发展概况

2012电动单元组合仪表控制室1.1

过程控制的发展概况

2012电动单元组合仪表控制现场1.1

过程控制的发展概况

2012气动单元组合仪表1.1

过程控制的发展概况

20123、综合自动化（60-70年代中期）阶段1.1

过程控制的发展概况仪表：单元组合、组装式仪表结构：多变量、复杂控制系统目的：提高控制质量理论：现代控制理论逐步采用数字计算机以及以微处理器为基础的集散控制系统

DDC（DirectDigitalControl)

DCS(DistributedControlSystem)

2012积木式结构部分单元采用微电脑技术，可进行数字运算可编程数字调节器（如KMM仪表），最具代表性特点：内部结构微机化；运算数字化；编程方法简单；自整定、自诊断的功能；通讯功能；

数字控制仪表：1.1

过程控制的发展概况

2012DCS（分布式控制系统）1.1

过程控制的发展概况计算机控制系统高可靠性开放性灵活性协调性易于维护

2012PLC（可编程序逻辑控制器）1.1

过程控制的发展概况

2012实现全车间、全厂、全企业无人或很少人参与操作管理实现过程控制最优化与现代化的集中调度管理相结合

CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem)CIPS(ComputerIntegratedProcessSystem)FCS(FieldbusControlSystem)4、全盘自动化阶段（70年代中期至今）1.1

过程控制的发展概况

2012仪表：微处理器为核心智能仪表1.1

过程控制的发展概况结构：单变量→多变量；

PID控制→特殊控制；定值控制→最优、自适应控制；仪表控制系统→计算机分布式控制系统理论：最优控制、自适应控制、解耦控制

2012FCS（现场总线控制系统）1.1

过程控制的发展概况

20121.1

过程控制的发展概况

2012现场总线特点(1)全数字化通信

(2)开放型的互联网络

(3)互可操作性与互用性

(4)现场设备的智能化

(5)系统结构的高度分散性

(6)对现场环境的适应性

2012计算机集成制造系统(ComputerIntegratedManufacturingSystems，CIMS)和计算机集成过程系统(CIPS)1.1

过程控制的发展概况管理信息分系统设计自动化分系统制造自动化分系统质量保证分系统计算机网络分系统数据库分系统订货、销售、设计、制造和管理

2012我国过程控制技术的发展

50年代末：主要采用机械式和气动仪表

60年代：广泛采用Ⅰ型电动单元组合仪表

70年代中期：Ⅱ型电动单元组合仪表成为过程检测和控制的主流产品

80年代初：开始采用Ⅲ型电动单元组合仪表，相继引进分布式控制系统（DCS）、可编程序控制器（PLC）和工业PC机（IPC）1.1

过程控制的发展概况

20121.2过程控制的特点、任务和要求1、过程控制的特点

被控过程的多样性

由系列化生产的过程检测控制仪表组成控制方案的多样性控制过程属慢过程、多半属参量控制主要控制形式：定值控制

2012安全性：人身安全、设备安全

经济性：成本最低、效率最高

稳定性：抑制干扰、长期稳定

2、过程控制的要求

1.2过程控制的特点、任务和要求

2012了解掌握工艺流程和生产过程的静、动态特性以三项要求为约束应用控制理论对控制系统进行分析综合采用适宜的技术手段加以实现控制理论＋工艺知识＋计算机技术＋自动化仪表＝过程控制1.2过程控制的特点、任务和要求3、过程控制的任务

20121.3过程控制系统的分类及其性能指标按系统的结构特点来分反馈控制系统前馈控制系统复合控制系统（前馈-反馈控制系统）1、过程控制系统的分类按给定值信号的特点来分

定值控制系统随动控制系统顺序控制系统

2012又称为闭环控制系统根据系统被控量与给定值的偏差进行工作偏差值是控制的依据，最后达到减小或消除偏差的目的反馈信号可能有多个，可以构成多回路控制系统（如串级控制统）

反馈控制系统1.3过程控制系统的分类及其性能指标

2012也称为开环控制系根据扰动量的大小进行工作扰动是控制的依据在实际生产中不能单独采用前馈控制系统1.3过程控制系统的分类及其性能指标

2012复合控制系统（前馈-反馈控制系统）1.3过程控制系统的分类及其性能指标

2012定值控制系统有时在规定的小范围附近不变定值控制系统是工业生产过程中应用最多的一种过程控制系统在运行时，系统被控量（温度、压力、流量、液位、成份等）的给定值是固定不变的1.3过程控制系统的分类及其性能指标

2012随动控制系统

随动控制系统是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统

它的主要作用是克服一切扰动，使被控量随时跟踪给定值1.3过程控制系统的分类及其性能指标

2012顺序控制系统

顺序控制系统是被控量的给定量按预定的时间程序来变化的控制系统PLC对于顺序控制有其独特的优势1.3过程控制系统的分类及其性能指标

2012稳定性快速性准确性2、过程控制系统的性能指标1.3过程控制系统的分类及其性能指标

2012余差(静态偏差)c

系统过渡过程终了时给定值与被控参数稳定值之差。它是一个准确性的重要指标，是一个静态指标。一般要求余差不超过预定值或为零。衰减比n或衰减率ψ衰减比n----指振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标，反映了振荡的衰减程度。n＜l表示系统是不稳定的，振幅愈来愈大。n＝1表示为等幅振荡。n＝4表示系统为4：1的衰减振荡。有时亦用衰减率ψ()来表示系统的稳定程度。在工程上，应根据生产过程的特点来确定合适的ψ。一般取衰减率g＝0.75～O.91.3过程控制系统的分类及其性能指标

2012最大偏差A(或超调量σ)过渡过程时间ts过渡过程时间ts：表示系统过渡过程曲线进入新的稳态值的±5％或±2％范围内所需的时间。ts愈小表示过渡过程进行得愈快。它是反映系统过渡过程快慢的指标。峰值时间tp峰值时间tp：是指系统过渡过程曲线达到第一个峰值所需要的时间。其大小反映系统响应的灵敏程度。1.3过程控制系统的分类及其性能指标

2012误差（偏移）性能指标（1）误差积分（IE）（2）绝对误差积分（IAE）（3）平方误差积分（ISE）（4）时间与绝对误差乘积积分（ITAE）1.3过程控制系统的分类及其性能指标