过程控制-王再英

过程控制系统与仪表王再英陈毅静编著

例：发电厂示意图工作目标:安全生产。单位电能的能耗。排出烟气对环境的污染。通过良好的工业生产过程控制系统实现。图锅炉工艺流程汽包过热蒸汽饱和蒸汽炉墙炉膛热空气燃料过热器省煤器热空气送往炉膛給水G冷空气烟气PMD主要调节系统：1汽包水位调节系统2燃烧调节系统3过热蒸汽温度调节系统控制系统被控变量控制变量控制目的锅炉给水控制系统锅炉汽包水位给水流量锅炉内生产的蒸汽和给水的平衡锅炉燃烧控制系统蒸汽压力燃料流量蒸汽负荷的平衡烟气成分送风流量燃烧的完全和经济型炉膛负压引风流量锅炉运行的安全性过热蒸汽控制系统过热蒸汽温度减温水流量过热蒸汽温度和安全性f(t)f(t)燃料空气烟气給水f(t)f(t)过热蒸汽锅炉控制系统例目录:第1章绪论第2章检测仪表(2.1,2.4.2)第3章控制仪表(3.1)第4章执行器及安全栅(4.1)第5章被控过程的数学模型第6章简单控制系统的设计与参数整定第7章复杂控制系统第8章先进过程控制技术第9章计算机控制系统第10章过程控制系统应用实例主要参考书施仁，《自动化仪表与过程控制》电子工业出版社，2003侯志林，《过程控制与自动化仪表》机械工业出版社，2002历玉鸣，《化工仪表与自动化》化学工业出版社，2003刘元杨，《自动检测和过程控制》冶金工业出版社，2003金以慧，《过程控制》清华大学出版社，1998

过程控制相关资源

中国工控网：MATLAB大观圆：/；PAControl(过程自动化控制)：/index.html控制工程：/ctl/index.asp工业控制技术国家重点实验室：中国自动化在线：/magazine.asp西门子公司举办的过程控制仿真大赛学习本课程的目的了解工艺参数的基本测量方法，能正确选择使用自动化仪表。理解自控系统的工作原理及各环节的作用，掌握基本控制规律及其控制器参数对被控过程的影响，能对自动控制系统进行调试和维护。掌握常见的几种控制方案的原理，系统组成，特点，能对给出的常见的被控过程进行合理系统方案设计。了解常用过程控制设备，先进过程控制技术（PLC，DCS，现场总线技术等）第一章绪论了解过程控制系统的发展历程，特点理解过程控制系统设计时的性能指标的含义掌握简单控制系统的组成，过程控制系统的分类室温控制问题回风恒温室23送风热水M回水41图2室温自动控制系统示意图1—热水加热器；3—控制器；2—传感变送器；4—执行器TCTT第1章绪论送风回风恒温室温度计阀门图1室温人工控制示意图热水回水一般简单控制系统的组成（掌握）过程控制系统的定义：

为实现对某个工艺参数的自动控制，由相互联系、制约的一些仪表、装置及工艺对象、设备构成的一个整体。回风恒温室23送风热水M回水41图2室温自动控制系统工艺流程图1—热水加热器；3—控制器；2—传感变送器；4—执行器TCTT过程控制系统的主要任务是：对生产过程中的重要参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度等）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化。给定值被控变量干扰f

控制器监测变送器执行器加热器及房间

+e实测值－室温自动控制系统方框图控制系统由被控对象、检测变送器、控制器和执行器等组成一般控制系统的组成及框图控制系统由被控对象、检测变送、控制器和执行器等组成通常将执行器、被控对象和检测变送环节合并为广义对象。一般控制系统的框图变送器检测液位控制器对偏差运算执行器改变操纵变量

试指出被控对象，控制参数（操纵变量），被控参数（被控变量），扰动，并作出系统方框图。

课堂练习1。液位控制系统示例QiQoh-贮罐LTLChr-差压液位计-液位控制器-执行器课堂纳练习2：储焦罐液诱位控宰制系桨统hrQiQo-贮罐LTLCh下面威给出浪了两叉个液芽位控饮制系促统，最（1）试倦分别户指出潜两个虹系统谋的被覆控对日象，贞被控栽参数禾，操桂纵变景量，闭扰动鸣量。顶（2）画答出系钻统的闷方框兆图。老注意密：系钱统的久流入脆量，增流出所量和调系统朴的输霜入量伞，输评出量宽有何顿区别抚？图1hrQiQoh-贮罐LTLC图2控制器执行器储罐测量变送图1方框习图图2方框贱图控制器执行器储罐测量变送课堂已练习3。温旱度控扶制系壳统示宏例变送劲器检公测温唯度控制双器对悄偏差与运算执行骑器改蕉变操笨纵变题量试指俗出被宫控对研象，特控制归参数哲，被父控参那数，悟并作怖出系万统方捐框图1.金1过程施控制译的特春点（老了解惠）过程垄控制逝系统摄具有收以下腰特点讲：1．控潮制对阶象复党杂、扣控制听要求跟多样2．控篮制方军案丰粉富（单回渗路，摄串级更，前婶馈，塔比值获，均抽匀，命选择野，分挑程，鹊解耦和控制）3．控撞制对钻象大形多属醉于慢过后程4．大梅多数苹工艺逮要求咏定值购控制5．大誓多使目用标特准化替的检芦测、什控制举仪表内及装睁置1.患2过程冶控制密的发煤展概财况（诸了解穴）1.遍2.挤1过程榨控制日装置岔与系践统的唐发展摘过程1．局停部自蝇动化伪阶段（20世纪50～60年代胶）2．模丑拟单贫元仪伐表控勇制阶针段（20世纪60～70年代嚷）3．计益算机肃控制即阶段（20世纪70年代勉中期刘至今歌）直接详数字璃控制弓（DD避C，Di婶re吧ct胃D盼ig与it耍al者Co让nt御ro付l）－存－一啄台计融算机梢取代则所有绿回路救的控急制仪蜻表集散路型控优制系技统（DC庙S，Di慈st司ri土bu同te研d猪C胞on利tr厉ol橡Sy简st恨em）－笔－集中间管理灶，分里散控圆制”蓬的理过念，挠在数胖字控哥制仪于表和不计算董机与辜网络储技术框基础秋上，场集中质、分率散相峰结合现场钞总线月控制序系统浮（FC资S，Fi漠el治db嗽us鸽Co摆nt告ro梨l迹S嘴ys品te索m)。1.推2.珍2过程征控制延策略俊与算帖法发门展（药理解季）简单暮控制－－爱以经典寺控制盈理论为基策础的PI狗D（Pr上op罢or拴ti债on碌al蚊I蝇nt毁eg岔ra近l伴D贺er切iv君at煌iv边e）控逢制算漂法复杂贿控制避－－由单屋回路疏控制氧发展甘了串贩级控跑制、球比值您控制引、前圾馈控雪制、哗均匀兆控制壁、Sm史it他h预估艇控制字及选朱择性们控制躬等控飞制策庙略。先进浸过程盲控制业－－演现代狡控制桥理论她和人设工智丹能技可术的发劣展，扭解耦给控制繁、推吐断控球制、盼预测闭控制洞、模窑糊控门制、掉自适胆应控鹅制等言控制货策略析与算附法，塞也日阵趋完苗善。先进职控制邻（Ad多va添nc夺ed卧P哲ro预ce辞ss坟C厨on未tr拨ol艘--眼-A汉PC奋)各种迹先进他控制夏策略鲁棒控制综合专家控制模糊控制神经元控制最优控制非线性控制模型预测控制统计质量控制内模控制自适应控制变增益控制时滞补偿改进的PID算法正在研究的先进控制正在试用的先进控制流行的先进控制经典先进控制西安仪表厂渭河挽电厂巴基嗽斯坦趋古杜缓电厂核电甚厂新疆臂炼油泪厂哈尔乐滨伊拖兰煤并气污水叠处理躺厂哈尔淋滨第串三水肤厂扬子欣石化兰州容石化自来区水厂控制胞柜控制竭柜触局摸显商示屏控制柜内部控制柜内PLC过程凡控制割实验胜室1.按设悔定值主的形健式分沈类1）定值联控制恋系统——设定茄值恒耀定不宵变。2）随动瞒控制矩系统——设定蓄值随名时可写能变蒜化。3）程序狂控制类系统——设定杀值按垒预定著的时勤间程主序变贤化。给定紫值被控选变量干扰f控制扔器变送并器执行胳器被控抱对象+e实测冶值－1.殖3过程网控制拦系统罗分类寒及其露性能牛指标寨（掌顶握）1.受3.改1过程策控制鼻系统任的分掩类2.按系向统的处结构柿特点票分类1）反馈储控制掠系统筑（闭取环控福制系津统）给定值被控变量干扰f

控制器变送器执行器被控对象+e实测值－2）前馈缓控制新系统宵（开辨环控阴制系津统）测量值被控量干扰f

控制器执行器被控对象

开环控制系统原理框图检测变送器3）复合上控制畏系统给定值被控变量干扰f

控制器1变送器1执行器被控对象+e实测值－变送器2控制器2++前馈-反馈酒复合申控制厉系统否原理丽框图1.宵3.贺2.巴1稳态省与动盘态1、稳态—把被想控变轧量不晴随时狼间变损化的橡平衡兆状态宗称为丢系统吧的稳捷态（静态）。静态本特性—静态佛时系辆统各抚环节县的输缝入输使出关政系。静态静态动态ty1.遥3.疮2过程惕控制傍系统宴的性包能指敏标2、动哗态—把被胡控变刊量随槐时间蓬变化损的不众平衡骆状态糊称为耳系统尸的动农态。动态中特性—在动忧态过劣程中赌系统伐各环蛛节的雕输入远输出示变化猪关系瓶。系统接扰动1.南3.雪2.卡2控制民系统尤的过苗渡过籍程控制利系统唇的输入变化腊后，缓系统舱从原服来的洪平衡汁状态易，经添过动率态过归程到醋达新桃的平跌衡状咏态的越动态霸历程鸦称为鞠系统京的过渡锣过程淹。系统初的过装渡响坑应受内部和外部两种淋因素少的影裤响。给定拔值被控垄量干扰f控制梦器传感盛器执行言器被控愧对象+e实测领值－内部涝因素摧：系摄统特谜性外部缘瑞因素菌：输端入信路号。如图膀，输脚入信倍号在t慰=靠0时，蕉阶跃博上升啄幅度弦为A，其毅后保馆持。琴表达哑为f村(t)丹=A致(尖t)Atf（t）特定轰的输绪入信青号--志--阶跃童信号--葡--阶跃票信号在阶渗跃输超入的色扰动众作用旋下，定值扶控制库系统过渡考过程行有四种形式勺：②振隐荡衰慈减过金程①t0y②0y①单品调衰娘减过萄程④t0y③y0t③等讽幅振忧荡过楚程④振采荡发槽散过铅程过渡粉过程举的分降类（1）稳定曾的过蛋渡过肠程单调愁过程谦和衰盒减振交荡过核程是口稳定挑的过川渡过互程。（2）不稳急定过朝渡过某程－案－发散骆振荡屡过程（3）临界音过渡鸭过程(a泽)干扰蚀阶跃挺响应给定屈值被控策变量干扰f控制雕器传感耽器执行啦器被控肿对象+e实测凉值－t0y1.泊3.爆2.未3控制殖系统域的性耳能指设标Atf（t）给定秀值被控旦变量干扰f控制诱器传感炉器执行早器被控绣对象+e实测棉值－给定阶跃响应0tytAX（t）1）衰勇减比n和衰核减率ψ－－稳定粒程度图1.飘3闭环君控制逝系统料对设提定值瞧的阶摸跃扰摸动的壶响应铲曲线yry1y3Cy(∞)TpTSTt1.系统胖阶跃纲响应则的单猜项性附能指煌标2）最卵大动辜态偏希差A和超方调量σA3）余近差C,静差祥（稳债态误史差)4）调鞠节时派间Ts和振喇荡频嫩率ω,峰值往时间Tp（又给称上唱升时捎间）沿，[例]某换悄热器围的温榨度控泄制系塔统给逼定值汽为20窃0锄℃。在阶盒跃干葬扰作壤用下号的过来渡过完程曲卧线如肯图所碎示。费试求劣最大桑偏差拆、余侮差、犯衰减耻比、拒振荡乱周期栽和过铅渡时粮间。解：最大劲偏差A丑=货23喘0-戴20趋0辆=30治℃余差C=欣20偏5-炉20洞0训=5℃衰减毕比n棵=y1:y3=仓25翻:5乐=5:星1振荡哪周期T=看20隔–更5=袍15（mi曾n）设被惊控变猎量进秘入稳态值的厕土2％，怖就认慌为过日渡过俱程结冤束，稀则误其差区醉域=2话05×（±2％）蹲＝±4.纹1℃调节毒时间Ts=饶22显mi室n控制材系统洽的单房诚项品匀质指俘标小年结稳定鸟性衰减已比n雨=4:坐1~猎10岛:1最佳准确跑性余差C小好最大嚼偏差A小好快速报性过渡垮时间Ts短好振荡孤周期T短好2.系统盒阶跃序响应醒的综盼合性离能指抚标——偏差寒积分①偏赢差积轨分IE（In封te坊gr眯al膛o烂f挤Er利ro袋r）tyrCy(∞)yrCy(∞)t②绝鹊对偏玻差积添分IA乓E（In培te隶gr铺al蓝A员bs膏ol碰ut饺e爱va虑lu龙e姓of夫E勒rr御or）③平么方偏借差积培分IS缺E（In锡te塘gr催al秆o批f着Sq微ua恒re腊d石Er巧ro筋r）④时忌间与炒绝对掉偏差论乘积虽积分IT绸AE（In庄te桐gr挤al絮o斩f烘Ti漠me猎m雕ul僚ti爽