过程控制培训

第一章绪论1

工业生产过程控制工程概述2

工业生产过程运行操作3

工业生产过程控制设备发展过程4

工业过程控制技术发展过程返回1.1工业过程控制工程概述① 具体的基本建设项目。如:三峡水利工程、京九铁路工程。（有分项工程，子项工程）② 将自然科学的理论应用到具体工农业生产部门中形成的各学科的总称。这些学科应用数学、物理、化学等基础科学的原理，结合生产实践中积累的经验解决实践中遇到的具体问题。如:水利工程、化学工程、土木建筑工程、遗传工程、控制工程――亦称“工程学”工程的概念工业生产过程控制工程 是一门采用自动化工具、应用自动控制理论、结合工业生产知识，解决工业生产中自动控制系统的设计、分析、实施、运行等问题的学科。工程工业过程知识自动化工具自动控制理论水利工程控制工程化学工程土木工程运动控制工程电气控制工程工业过程控制工程相关学科的关系工业生产过程 具有一定规模的，以流体为主要处理对象的，采用化学（反应）的、物理（分离、混合、相变）的方法把原材料转变成产品的过程。工业生产过程原材料能源产品副产品、废物工业生产实例及工作目标1、锅炉2、奶粉干燥工作目标： 安全——防止汽包、炉膛爆炸 稳定——产量、质量 环保——烟气灰尘、硫化物含量 优质——蒸汽温度、压力符合要求 低耗——单位蒸汽的电耗、煤耗工作目标： 稳定——产量、质量 优质——奶粉含水量符合要求 低耗——单位奶粉的电耗、气耗控制系统设计的关键返回锅炉流程返回牛奶干燥流程高位槽AB过滤器干燥器换热器鼓风机蒸汽风管产品返回V1V2V31.2工业生产过程运行操作基本操作与控制内容开车与停车（锅炉点火）间隙式生产的循环操作设备切换（奶粉干燥的过滤器）负荷改变操作条件改变操作与控制要求集中监视、管理整个生产过程生产过程的优化操作生产调度经营决策影响生产过程稳定的基本因素是物料、能量平衡。主要因素有：1、原材料规格的变化2、产品质量指标要求的变化3、装置之间的关联4、生产设备、控制设备特性的漂移或故障1.2工业生产过程运行操作影响控制系统方案设计的因素信号测量：可测、防护、抗干扰大纯滞后过程特性差异大：静态特性、动态特性、干扰因素非线性特性（包括变送器、执行器）时变性分布参数特性开环不稳定性耦合、关联特性返回锅炉点火程序开始炉膛吹扫点火变压器工作点火气打开火焰检测工作气打开点火结束关闭点火变压器、点火气允许再点火允许点火关闭点火变压器、点火气故障报警停止是否正常异常否是返回10～20s3～6s5～10s3～5s1、电子真空管(50)年代：气动仪表、就地控制仪表2、晶体管分立元件(60)年代：电动（DDZ－II型）仪表；操作室控制；计算机DDC开始应用4、通讯、网络技术(80)年代：数字化、智能化仪表5、智能技术(90)年代：FCS、虚拟仪器、分析仪器3、集成元件(70)年代：电动（DDZ－III型）仪表；DCS；PLC1.3工业生产过程控制设备发展过程自动化仪表技术的发展1.3工业生产过程控制设备发展过程60年代：常规的DDC控制70年代：常规的DCS控制80年代：先进的DCS控制90年代：FCS、综合自动化计算机在过程控制中的地位和作用 采用计算机控制，在提高产品质量、保证安全运行、减少原料和能量消耗、控制和减少环境污染、提高企业的管理水平方面正在并将发挥越来越重要的作用。返回1.4工业生产过程控制技术发展过程常规控制：经典PID单变量控制先进控制：解决常规控制不适应的控制，进一步稳定产品质量、产量、动态优化优化控制：实现装置的整体操作优化（静态优化）决策调度：参与调度、经营管理常规控制、先进控制、优化控制的关系常规控制先进控制控制指标关系投资效益投资效益关系常规先进优化专业课、技术课课程的任务： 应用自动化基础理论、工业控制仪表技术结合生产过程知识，解决自动化工程的有关问题。课程的基础课程： 自动控制原理、过程检测仪表、过程控制仪表、计算机控制技术、化工原理课程的性质：课程的学习方法： 复习相关基础知识；做习题、实验；阅读有关期刊杂志。实践环节教学单独设课综合实验课程设计返回第二章控制系统组成及性能指标2.1

控制系统的组成返回2.2

控制系统的性能指标2.1控制系统的组成1、控制系统实例2、控制系统流程图表示3、控制系统方框图表示4、注意流程图与方框图之间的差异Gc(s)Gv(s)Gp(s)Gm(s)reuqyzfGf(s)2.1控制系统组成方框图相关术语受控变量：控制系统的输出操纵变量：即调节介质扰动：影响受控变量的各种输入变量（操纵变量除外）测量值：被控变量经检测变送后的信号给定值：即被控变量的设定值偏差值：给定值与测量值之差控制变量：根据偏差值、经一定算法得到的输出值调节通道：影响操纵变量与受控变量之间关系的相关工艺设备及部件扰动通道：影响扰动与受控变量之间关系的相关工艺设备及部件测量变送：过程检测仪表控制器：过程控制仪表执行装置：控制阀（变频器、可控硅）返回压力系统温度系统液位系统返回流程图反应器热水生成物反应物A冷水TAC01精馏塔蒸汽TC02LIC01FRC02FfY01TV－02ATV－02BLV－01FV－02TI11反应物BFT01文字代号： 参数类型（T，P，L，F，A） 功能（T，C，I，R，A）图例：仪表设备及信号线2.2控制性能指标1.控制系统的动态与静态2.阶跃输入和过渡过程tr0t0M阶跃输入非振荡过程te0稳定te0不稳定te0发散振荡te0等幅振荡te0衰减振荡振荡过程2.2控制性能指标3.性能指标频率域：相稳定余度φ、幅稳定余度γ、带宽ωb根平面：主导极点的位置及其它零极点的分布S平面阶跃响应曲线指标：衰减比（B/B1）超调量（B/C）或最大偏差（A）余差（r-y(∞)=r-C）峰值时间（tp）调节时间（ts）y：一般是测量值。随动系统定值系统2.2控制性能指标2.2控制性能指标偏差平方（ISE）偏差绝对值（IAE）时间与偏差平方乘积（ITSE）时间与偏差绝对值乘积（ITAE）偏差积分性能指标返回习题：第14页，课后1-11、课堂1-8第三章过程动态特性与建模3.1

典型受控过程返回3.2

实验法建立被控对象的数学模型3.1典型受控过程1.纯滞后过程 传递函数G（s）=e-τs3.1典型受控过程2.有自衡作用的单容过程3.1典型受控过程3.无自衡作用的单容过程AsH(s)=Qi(s)G(s)=1/As=1/Ts3.1典型受控过程QiQ1h1Q2h2--G（s）=R2/（T1s+1）（T2s+1）a）没有相互影响的双容过程4.多容过程-Q1-Qih1Q2h2-3.1典型受控过程G（s）=R2/[T1T2s2+（T1+

T2+A1R2）s+1]b）有相互影响的双容过程3.1典型受控过程蒸汽 Gs冷水Gw热量h+-H(s)Gw(s)5.具有反向过程特性的过程Gwht6.衰减振荡过程返回3.2实验法建立被控对象的数学模型

实验测试法建模是根据被控过程输入、输出的实测数据进行数学处理后得到数学模型。与机理法建模相比，测试法建模的主要特点是在预先设计一个合理的测试方案下，无需深入了解被控过程机理，通过试验数据以获得被控过程的数学模型。实验测试法建模是把被研究的被控过程视为一个黑匣子，完全从外特性上测试和描述它的动态性质。对于一些复杂的工业过程，测试方案设计显得尤为重要。 所谓辨识，就是将非参数模型转换为参数模型 由实验得到的以时间或频率为自变量的实验曲线，称为非参数模型。常用的实验方法有以下几种： 时域方法、频域方法、统计相关法

它是在假定被控过程是线性的前提下，不必事先确定模型的具体结构。3.2实验法建立被控对象的数学模型3.2实验法建立被控对象的数学模型 阶跃响应曲线法是对处于开环、稳态的被控过程，使其控制输入量产生一阶跃变化，测得被控过程的阶跃响应曲线，然后再根据阶跃响应曲线，求取被控过程输入与输出之间的动态数学关系——传递函数。1阶跃响应曲线法建立被控对象的数学模型

为得到可靠的测试结果，做测试时应注意以下几点：每次实验应在被控过程应处于相对稳定的工作状态时开始确定合适的阶跃变化量条件允许时，应重复多次（正、反方向变化）试验，选择比较接近的曲线作为分析依据，以减少随机干扰因素的影响 根据阶跃响应曲线的形状，选定模型传递函数的形式，然后再确定具体参数。在工业生产中，通常用一阶惯性环节加滞后或二阶惯性环节加滞后形式来近似对于无自衡特性的过程，常用以下形式近似3.2实验法建立被控对象的数学模型确定参数的方法由作图法及最小二乘法、梯度校正法、极大似然法等统计法确定一阶惯性环节的特性参数K、T、τ3.2实验法建立被控对象的数学模型习题：第170页，4-8返回第五章简单控制系统的设计过程控制系统方案设计的基本要求安全、稳定和经济过程控制系统设计的主要内容方案设计、施工设计过程控制系统方案设计步骤1.熟悉和理解生产对控制系统的技术要求。有条件时建立被控过程的数学模型2.选择受控变量及操纵变量（确定控制方案）3.确定控制设备基本特性第五章简单控制系统的设计5.1系统受控变量选择返回5.2广义对象各环节特性对控制品质的影响5.3方案设计时对测量变送的考虑5.4方案设计时对执行装置的考虑5.5控制器的设计5.6控制系统的投运5.1系统受控变量选择1.选择的意义——保证控制系统能否发挥应有的作用2.具体内容——确定受控变量的数量及具体参数3.具体方法——工艺分析（相律）、参考同类型设备4.一般原则——尽量采用直接变量，避免采用间接变量采用间接变量时的注意问题：线性性、灵敏度、经济性返回采用间接变量的注意问题线性性灵敏度xyy1y2y3yxyy1y2x1x2x返回5.2广义对象各环节特性对控制品质的影响实例

方框图分析目的：解决对象设计问题——合理选择操纵变量Gc(s)Gv(s)Gp(s)Gm(s)reuqyzfGf(s)仿真比较超调量（σ＝B/C）余差C与临界增益Kmax成反比。当衰减系数一定时定值系统5.2广义对象各环节特性对控制品质的影响临界增益Kmax与动态特性的关系：时间常数大、阶次高，Kmax小。最大偏差与控制临界增益的关系5.2广义对象各环节特性对控制品质的影响2.时间常数T的影响3.滞后时间τ的影响

Kc*Kp取决于系统的动态特性。一般希望Kp适当大一些。Kf*f小影响小。

Tp<Tf，Tp阶次低一些，Tf阶次高一些。Tp1/Tp2大一些。1.增益K的影响4.选择操纵变量的原则

τp/Tp小一些。τp仅对前馈控制规律有影响。a.工艺合理、b.动态特性好，线性度好返回蒸汽高位槽AB过滤器干燥器换热器鼓风机风管产品TC阀1阀2阀3操纵变量选择示例返回选择操纵变量分析控制器混合过程风管ryV1阀1干燥器换热器V3V2控制器混合过程风管ryV2阀2干燥器换热器V3V1控制器混合过程风管ryV3阀3干燥器换热器V2V1返回流程图5.3方案设计时对测量变送的考虑

基本要求—准确、快速 通常按一阶惯性环节考虑

工程设计中需要解决的问题—仪表选型（依据介质特性和操作条件确定型号、规格、精度）、确定测点位置。1.关于测量误差问题 静态误差：仪表精度、使用条件、安装方式 动态误差：时间常数TM、测量点位置τmAIAI2.测量信号的处理滤波：有脉动或高频躁声的信号（沸腾状态的液位）线性化：非线性严重时（节流装置测流量、PH仪）3.使用条件与设计条件的一致性（温度、压力、密度）返回5.4方案设计时对执行装置的考虑1.概述 作用：根据控制器的输出信号，改变工业过程的输入变量（流体流量的大小、电功率的大小、转速的快慢），直接影响工业过程。过程控制系统中常用调节阀。使用环境比较恶劣。调节阀工作原理及常用结构形式与特点调节阀的基本构成：执行机构、调节机构执行机构所需动力：电、压缩空气、高压液体气动执行机构结构类型：薄膜、活塞调节机构结构类型：直通单座、直通双座、套筒、蝶阀、隔膜阀气动执行机构作用形式：正/反作用5.4方案设计时对执行装置的考虑a.材质：介质的物理、化学特性（腐蚀性）及操作条件（工作温度、压力）b.结构：介质的物理特性（黏度、固体颗粒、悬浮物、纤维物、相态）及操作要求（压差、泄露量）c.阀芯直径：介质的密度、黏度、压差、工作流量（可采用标准的计算程序）d.气开/气关形式：考虑故障安全位置。

“气开”－操纵变量随控制信号增加而增加。

“故障安全位置”－控制信号中断时阀门应该处于的位置e.流量特性：补偿对象的非线性因素。2.调节阀的选择5.4方案设计时对执行装置的考虑流量Q与阀杆位移l之间的关系：

Q=f（l）或Q/Qmax=f（l/L）a.理想流量特性（固有流量特性）常用流量特性：线性、对数、快开、抛物线、双曲线可调比的定义：R=Qmax/Qmin

=30（或50）最小流量的定义：阀全关时的流量。最大流量的定义：阀全开时的流量。2流量特性和阀门增益5.4方案设计时对执行装置的考虑b.工作流量特性：考虑管路阻力的影响工作流量特性P0P1PvPfΔPQΔPv0ΔPv1QmaxQl0.10.50.71阻力分配对特性曲线畸变的影响S=P全开/P总工作状态下的可调比R实=R理√Sc.调节阀的增益KV=dQ/dlREi＝E/RR0i＝E/（R+R0）5.4方案设计时对执行装置的考虑3流量特性的选择（分析法和经验法）选择的目的：修正广义对象在工作点附近的非线性特性4.2执行装置在控制系统设计中的考虑理想流量特性的确定：考虑配管特性对流量特性的影响

S≥0.6 不作修正

0.6＞S≥0.3 修正为下凹一级的特性

0.3＞S 尽量避免考虑操作弹性范围要求：阀门定位器的使用结构与工作原理作用：定位——克服磨察力、阀芯的不平衡力u改变控制器输出与流量之间的关系改变调节阀的行程范围减少气动信号传输的动态滞后5.4方案设计时对执行装置的考虑÷Σ恒流源I’1=a+bI1I1abI0恒流源×ΣI’1=a+bI0I1abI04非线性补偿的其它方法返回5.5控制规律的选取、整定1三类常规控制器a.比例控制器u（t）=Kce（t）+u0比例度PB=100/Kcb.比例、积分控制器c.比例积分微分控制器Gc（s）＝KcGc（s）＝Kc（1＋1/Tis）Gc（s）＝Kc(1＋1/Tis)(1＋Tds)/(1＋αTds)5.5控制器的选取选型、整定2控制器控制规律的选取 对象特性－时间常数（必要时采用微分） 控制要求－精度（必要时采用积分）3参数整定目的：选择一组控制器参数获得较好的过渡过程指标方法：理论整定、工程整定工程整定方法：经验法临界比例度法衰减振荡法响应曲线法返回5.6控制系统的投运1.准备工作：a.详细了解工艺b.吃透设计意图c.了解各仪表的工作状况（仪表的调校及回路调试）2.相关操作：a.有关开关的设置。（内/外给定、正/反作用）b.进行必要的平衡操作。（实现无扰动切换。）c.设置调节参数。（参数整定。）习题：p.1985－6、12、13返回第六章复杂控制系统6.1串级控制系统 简单：结构简单、目标单一 复杂：结构复杂或目标多样6.2前馈控制系统6.3比值控制系统6.4均匀控制系统6.5分程控制系统6.6选择性控制系统6.7解偶控制系统返回串级控制系统1基本原理和结构a.串级控制系统概念及工作过程（串级示例）

剧烈扰动的含意：相对与系统本身特点与操作指标而言的扰动幅度与频率b.方框图及常用名词2串级控制系统的特点及分析a.临界频率和临界增益b.系统鲁棒性（Robust）c.归纳3串级控制系统的设计及参数整定a.副变量的选择b.控制器选型c.控制器正/反作用的确定d.参数整定4串级控制系统的应用d.串级控制系统的投运及参数整定（1）系统投运

1、准备工作（工艺、设计意图、硬件正常）

2、相关开关的设置 副调节器设为外给定，主调节器设为内给定； 主、副调节器的正反作用开关设置

3、无扰动切换（副调节器的给定由主调节器输出决定）（2）参数整定－具体方法同单回路系统。先副后主。（3）积分饱和及其防止方法执行机构接收信号的有效范围控制器输出信号的有效范围u积分饱和的产生20100140teu’1/(Ts+1)eu++返回习题：P.816－4、6－5、6－6_/¯u防止方法6.2前馈控制1、前馈控制系统的原理和特点2、前馈控制系统的几种结构形式前馈控制和不变性原理前馈控制的特点a.静态前馈b.动态前馈GPD(s)GPC(s)yfqGff(s)c.前馈＋反馈（串级）及方框图3、系统投运及参数整定6.3比值控制系统返回2、定比值控制系统1、比值控制概述3、变比值控制系统比值不变或很少调整（由人工改变）比值根据工况随时调整（由控制系统自动改变）4、比值控制系统的实施a、比值系数的折算b、比值控制的实施方法5、比值控制系统的设计、投运及整定6、比值控制系统的若干问题比值控制系统的若干问题非线性仪表的影响Gc(s)Gv(s)Gp(s)Gm(s)reuqyz负荷增加时系统易振荡，必要时采用开放器比值控制系统的若干问题相除方案的影响Gc(s)Gv(s)Gp(s)Gm2(s)reuqyz÷I2Gm1(s)I1负荷减小时系统易振荡，尽量采用相乘方案。 相除的方案往往用于记录、报警。比值控制系统的若干问题动态补偿：与动态前馈相似Gc(s)Gv(s)Gp(s)reuqQ1zI2I1Gp2(s)Gp1(s)yQ2Gk(s)×与动态前馈相似比值控制系统的若干问题返回逻辑提、降量空气燃料HSFC01FC02×PC02LS提量：先增加空气 再增加燃料降量：先减少燃料 再减少空气1、均匀控制的由来常压塔减压塔操作要求：常压塔－液位稳定减压塔－进料稳定FLt整定合适的参数，兼顾液位和流量2、均匀控制的实现常压塔减压塔LC01FC01简单均匀（注意与单回路的区别）串级均匀（阀前后压力变化、自衡作用大）简单均匀分析-模型＋－-Q01＋H0uQ02HQ0QiΔp＋－＋Q02HQ0QiΔp简单均匀分析-特性ω0db＋－＋Q02HQ0QiΔp返回1超驰控制系统超驰控制由来—实现异常软保护超驰控制实例TIC01压缩机冷却器储罐制冷剂－液体制冷剂－气体蒸发器LSLIC01LSGvGLGTLCTCGmTGmL超驰控制方块图选择器的确定防积分饱和1/(Ts+1)eu++LS精馏塔冷剂蒸汽回流冷凝液罐PIC01冷却器2选择性控制系统的其它应用受控变量测量值选择反应器TIC01HS冷却剂进料产品ΣLIC01LS变结构控制返回单回路：由于不凝性气体的存在使塔压升高，可能造成凝液罐空罐。超驰控制：液位过低时防止回流阀开度继续加大。可能造成塔压进一步升高。改变控制系统结构：液位控制回流阀，通过放空阀控制压力。1、分程系统的结构控制器AB050100u(%)l(%)100050100u(%)l(%)100分程的配合分程的实现： 利用阀门定位器

DCS分程功能块20—100kPa20—100kPa20—100kPa2、分程控制系统的应用扩大调节系统的可调比设流通能力分别为：CAmax＝4、CBmax＝100Cmax=CAmax+CBmaxCmin=CAmin+CB泄漏=CAmax/R理+0.0002CBmax满足工艺操作的特殊要求反应器TIC01A气关阀B气开阀蒸汽冷水050100u(%)l(%)100B气关阀PIC01A气开阀注意问题分程区间设置分程控制系统的设计0204060801001200246810控制阀特性选择及改善方法+

-GcGMGVBGVAGPAGPB方框图控制阀气开/气关特性控制器正/反作用特性控制器参数整定阀位控制应用实例一VpC01燃料用户热媒TC01生产要求：温度稳定、节省燃料方块图控制器正反作用设置+

-GmGvGcGvcGvvGvp+

-Gp+-+-+++单回路温度易稳定节省燃料阀位控制阀位控制应用实例二TC01VpC01生产要求：便于温度稳定（调冷冻盐水）节省冷冻盐水（调冷却水）冷冻盐水冷却水阀位控制应用实例三生产要求：便于低压蒸气压力稳定（调旁路）有利于节省蒸气（调透平用汽量）PC01VpC01压缩机汽轮机返回高压蒸汽低压蒸汽系统关联与解偶返回3解偶控制设计方法2相对增益1

相对增益定义1系统关联分析2

静态相对增益的求取3

动态相对增益的求取1

系统关联分类2

关联系统的稳定性分析3

系统关联分析举例1

减小和消除耦合的方法2

对角矩阵解偶设计方法1系统关联分类（单向关联）TC01LC01蒸汽Q,TQ1,T1LVTV＋－TVTCLCLVGpL＋－GpTGpLTGmTGmLYTYL1系统关联分类（双向关联）AC01冷却生成物Q1,T1AVTVTC01＋－TVTCACAVGpA＋－GpTGpTAGmTGmAYTYAGpAT第三个闭合回路：AC、AV、GpAT、GmT、TC、TV、GpTA、GmA、ACPC01FC01返回2关联系统的稳定性分析返回＋+＋+Gc2Gc1G11G22G12Y2Y1G21U2U1R1R2＋－开环传递矩阵闭环传递矩阵特征方程：无关联、有关联、控制器参数整定闭环传递矩阵返回3系统关联分析举例返回开环传递矩阵闭环特征方程系统稳态值1相对增益定义返回开环增益闭环增益相对增益（矩阵）相对增益的意义：λij＝1、λij＝0、λij＝∞、λij>1、0<λij<1、λij<02静态相对增益的求取方法-直接微分法x(75%),F酒精(95%)酒精(5%)x1,u1FC01AC01x2,u22静态相对增益的求取方法-传递函数法2静态相对增益的求取方法-实验法返回＋+＋+Gc2Gc1G11G22G21Y2Y1G12U2U1R1R2＋－测定开环增益计算闭环增益计算相对增益3动态相对增益的求取1减小和消除耦合的方法返回x(75%),F酒精(95%)酒精(5%)x1,u1FC01AC01x2,u2控制器参数调整减少控制回路数串联解偶装置Gc(s)Gp(s)ryN(s)N(s)Gp(s)ryGc(s)Gc(s)Gp(s)ryN(s)正相关、负相关变量配对原则采用正相关尽量使相对增益接近于12对角矩阵解偶设计方法解偶的目标：静态解偶设计例：设Gp及要求的D如下则：单位矩阵解偶设计特点与应用条件按给定闭环传递矩阵要求设计Gc(s)Gp(s)R(s)Y(s)N(s)F(s)例理想解偶设计前馈补偿解偶设计Gc2Gc1G11G22Y2Y1U2U1R1R2＋－－＋＋+＋+G21G12＋+＋+N21N12返回第七章

控制系统的工业应用返回2、换热器的控制3、加热炉的控制4、锅炉的控制1、流体输送设备的控制流体输送设备的控制返回2、离心式压缩机的防喘振控制1、泵及压缩机的控制方案1

泵和管路系统静态特性及泵的控制方案2

离心式压缩机的控制方案1

离心式压缩机特性曲线与喘振2

影响喘振的因素3

喘振的安全极限方程与安全操作线4

防喘振控制系统流体输送概述流体输送概述返回流体输送目的流体输送设备及分类流体输送设备控制的任务流体输送设备控制的特点（往往是副回路）对象静态特性对象动态特性测量信号特性测量仪表选型（1）离心泵的特性泵的分类：离心式、容积式（往复式、旋转式）n2n3n1QH离心泵结构示意特性曲线经验公式（2）管路特性配管示意特性曲线工作点的确定吸收塔p1p2hLhVhfQhphLHhVhfH经验公式（3）控制方案直接节流改变泵的转速改变旁路回流量QHQHFC01FC01FC01QHhfhVHL（4）容积泵及控制方案返回结构示意流量特性控制方案FC01FC01QH调转速调旁路FC01PC01调旁路和节流调冲程离心式压缩机的优点返回操作弹性大、易调节压缩机润滑油不污染被输送气体效率高、易维护体积小、输气量大、重量轻但是：操作不当时会出现喘振、轴向推力大。控制任务负荷控制防喘振控制润滑油（密封、冷却）系统控制－油压、油温主轴轴向推力（位移）、振动，轴瓦温度保护压缩机离心式压缩机的负荷控制控制返回变频器直接节流旁路转速（可在入口）压缩机压缩机压缩机（必要时采用多级旁路）关于压力作为受控变量1、离心式压缩机的特性曲线与喘振特性曲线Q水泵的喘振HQ喘振过程P1/P2FC01返回2、影响喘振的因素返回入口温度的影响T=20T=0T=－30分子量的影响M=20M=25M=303、喘振极限线与安全操作线返回n1n2n34、防喘振控制系统返回固定极限FC01ΣX防喘振原则压缩机可变极限注意问题：防积分饱和流量在出口处测量时绝对压力的转化入口温度稳定注意区分旁路法流量控制与防喘振控制。检测点的位置。工作流量输出流量P1P2换热器的控制1、概述2、对象静态数学模型3、动态数学模型4、换热器的控制对象的静态增益传热设备的动态特点对象静态模型的基本方程式热量传递的三种方式传热设备的结构类型分布参数对象集中参数对象返回热量传递的三种方式－传导(1)热传导t2t1单层平壁稳态导热多层平壁稳态导热：（设有m层）热量传递的三种方式－对流、辐射(2)对流传热(3)辐射传热灰体辐射能量twt黑体辐射能量平行壁面辐射传热返回对象静态模型的基本方程式换热器流程及变量热量平衡关系模型的一般方程G1，T1iG1，T1oG2，T2iG2，T2o传热速率方程对逆流、单程、列管式换热器G1，T1iG1，T1oG2，T2iG2，T2o传热速率方程G1，T1iG1，T1oG2，T2iG2，T2o00.40.81.21.62012340.10.61.11.62.1对象的静态增益返回载热体可调（无相变）载热体TC01载热体TC01改变传热系数载热体可调（冷凝）冷凝液TC01蒸汽冷凝液TC01LC01改变传热温差，响应时间较快改变传热面积，响应时间较慢载热体可调（冷凝）冷剂TC01冷凝器冷凝器冷剂TC01LC01工艺物料可调（回收热量）工艺物料TC01工艺物料蒸发器PC01LC01工艺物料冷凝器PC01LC01载热体蒸发器TC01工艺物料载热体、工艺物料均不可调（回收热量）工艺物料TC01串级、前馈的应用载热体工艺物料TC01FC01∑FfC01阀位、选择性系统的应用返回冷剂TC01冷凝器LSLC01载热体TC01VC01加热炉概述管式加热炉结构型式：立式炉、圆筒炉、箱式炉加热炉主要组成部分用途:化学反应炉、加热液体的炉子、气体加热炉、加热混相流体的炉子传热特点：辐射传热（70％），对流传热（30％）动态特性：时间常数和滞后时间都比较大。1、加热炉单回路控制方案扰动分析物料：流量、温度、热容燃料：压力（流量）、热值空气：流量、温度炉况：压力、喷嘴阻力、燃油的雾化效果物料燃料空气烟气TC01主要控制回路受控变量－物料出口温度；操纵变量－燃料流量辅助控制回路物料流量、燃料压力、燃油雾化适用场合小型炉、扰动小、要求不高1、加热炉单回路控制方案物料燃料烟气TC01辅助控制回路物料流量FC01PC01回流蒸汽PC02PT03K喷嘴空气FC02KFT02燃料压力燃空比燃油雾化2、加热炉串级、前馈控制方案副变量选择炉膛温度燃料阀后压力燃料流量物料空气烟气燃料FC01TC01PC01TC02前馈变量选择物料温度物料流量物料组份∑FC013、加热炉燃烧效率控制方案物料燃油烟气TC01烟气氧含量控制FC01PC01回流蒸汽PC02PT03K喷嘴空气PC04KAC01炉膛压力控制燃空比逻辑提量控制燃油雾化PC054、加热炉安全保护系统返回可能存在的危险因素燃料气压力过低－连锁火焰熄灭－连锁物料流量过低甚至中断－连锁物料烟气燃料TC01BS01燃气压力过高－超驰控制PC01LSFS02FS0119精馏过程的控制返回1、精馏塔的控制目标2、精馏塔的特性3、精馏塔质量指标选取4、精馏塔的基本控制方案1、精馏塔的控制目标精馏原理及基本流程精馏过程的控制目标精馏过程的控制要求质量指标收率和纯度、能量消耗的关系80989999.81007030120产品纯度产率468纯度的影响能耗的影响返回B、xBF、zFD、xD2、精馏塔的特性1.静态特性B、xBF、zFQCQHD、xD全塔物料平衡能量平衡分离度及影响因素2、精馏塔的特性返回内部物料平衡精馏段提馏段进料板回流比扰动因素塔顶塔釜进料、热剂、冷剂回流比、出料量B、xBF、zFQCQHD、xD控制手段物料平衡、能量平衡2、精馏塔的特性返回动态特性VL输出量——产品质量主要操纵变量——V、L其它因素——塔釜及回流罐储量3、精馏塔质量指标选取返回直接指标——成分分析间接指标灵敏板温度（要求塔压稳定）温差（灵敏板与塔顶）TC01双温差（精馏段温差与提馏段温差）TdC01TdT01TdT02TddC014、精馏塔的基本控制方案控制变量（通常至少有6个自由度）进料流量、塔顶压力、温度、热量、冷量、回流比、回流罐液位、再沸器液位主要操纵变量进料、塔顶出料、塔釜出料、蒸汽流量、冷却量、回流量LB、xBF、zFQCQHD、xDV物料平衡法B、xBF、zFQCQHD、xDFCPCFCFCFCFCLC塔压调节物料平衡调节能量调节LCLC单端产品质量控制B、xBF、zFQCQHD、xDFCFC塔顶质量控制物料平衡调节能量调节LCTCLC两端产品质量控制返回B、xBF、zFQCQHD、xDFCFC质量控制物料平衡调节能量调节TCTCLC扰动抑制问题B、xBF、zFQCQHD、xDFC负荷变化物料平衡调节TCLCFfLC扰动抑制问题B、xBF、zFQCQHD、xD负荷变化LCTCFf∑FC返回20化学反应过程的控制1、化学反应过程反应过程特点反应器操作分类－连续式、间隙式反应器流程分类－单程、循环反应器后处理产品其它物料反应物Q未反应物＋＋反应器热交换分类－绝热、非绝热化学反应的基本规律反应速度及其影响因素浓度的影响：对可逆反应：温度的影响：压力的影响：影响有气体的反应的体系催化剂的影响：影响活化能E。反应转化率、产率和收率2、化学反应器的动态数学模型基本动态方程反应速度总物料平衡A物料平衡热量平衡F,T,CAFc,TciTcoF0,Tf,CA0线性化模型A物料平衡热量平衡F,T,CAFc,TciTcoF0,Tf,CA0系统输出变量系统输入变量状态方程化学反应器的热稳定性－绝热反应器TQ化学反应器的热稳定性－非绝热反应器TQ化学反应器的基本控制方案控制目标质量指标、物料和能量平衡、约束条件温度（间接质量指标）的选取扰动因素反应物方面－浓度（配比）、温度、流量载热体方面－流量、温度反应器出口温度反应器热点温度反应物入口温度反应器进出口温度差化学反应器的基本控制方案－单回路冷剂为操纵变量反应物生成物的换热量出料冷剂反应物TC出料冷剂反应物TCTCTC化学反应器的基本控制方案－复杂控制回路返回串级、前馈控制分程、分段控制出料冷剂反应物TCFC出料冷剂反应物TCΣFC出料冷水反应物TC蒸汽TCTCTC典型反应器的控制方案－聚合反应釜返回串级与分程出料冷却水反应物TC蒸汽TCTCFC热水冷水出料冷却水反应物TC蒸汽TCFC热水冷水21间歇生产过程控制1、间歇生产过程概述2、间歇生产过程控制工业生产方式：连续、半连续、半间歇、全间歇间歇生产过程的特点：周期性、不连续性、动态性、小批量多品种、控制要求高控制要求：顺序控制、离散控制、调节控制、人－机界面、其它功能（安全保护、调度优化）间歇控制模型间歇控制的实现3、间歇生产过程的操作优化优化的内容：实现生产时间最短。约翰逊算法（多品种、两阶段）产品分组：

P组－第二阶段时间较长；Q组－其它分组排序：

P组－第一阶段时间增序；

Q组－第二阶段时间降序；产品排序： 先P组顺序，再Q组顺序。操作优化实例返回产品分组：P组－[2-4-5-6]、Q组－[1-3]分组排序：P组－[4-2-5-6]、Q组－[3-1]产品排序：4-2-5-6-3-1；最优时间57个单元产品123456第一阶段时间10511379第二阶段时间47981015425631间歇控制模型返回E1E2E3原料产品单一产品用多个设备多个产品用相同的设备，各个设备串行工作。多个产品用相同的设备，设备可以并行工作。E1E2E4原料B产品BE2E3E4原料C产品CE1E2E3原料A产品A公司工厂区域链/栈设备单元设备模块控制回路元件生产计划生产调度配方管理生产管理顺序控制过程控制过程连锁安全连锁过程接口工业过程生产模型控制模型间歇过程实例返回升温加料反应温度达到70℃2小时，温度维持70℃5小时，温度维持70℃持续搅拌、夹套温度维持90～110℃排料恒温4、锅炉控制返回1、概述基本流程主要控制系统2、汽包水位控制系统动态特性单冲量控制双冲量控制三冲量控制3、燃烧控制系统燃烧完全燃烧效率汽包压力控制安全控制4、过热蒸汽温度控制系统单回路控制复杂控制基本流程返回锅炉类型：燃气燃油燃煤（粉煤、块煤）余热用途：产生蒸汽用于发电或供热锅炉汽包水位特性蒸汽 Gs冷水Gw热量h具有反向过程特性Gwht给水－液位特性返回Gsht蒸汽－液位特性锅炉汽包水位控制方案蒸汽 Gs冷水Gw热量返回LCFCΣFfC单冲量控制双冲量控制三冲量控制直通套筒阀返回执行机构的正反作用返回流量特性曲线条件：压差固定返回气开式与气关式的选择 气压（控制）信号增加，阀门开度增加为气开；反之，为气关。气关气开气开气关工艺物料蒸汽用蒸汽加热工艺物料。1.要求物料温度不能过高。则采用气开阀。2.防止物料在加热器中凝固。则采用气关阀。返回调节器正/反作用设置Gm(s)reuyzqGp(s)Gm(s)Gc(s)返回设置正/反作用的目的串级系统副变量选择反应器冷水生成物反应物ATAC01TV－02XC02反应物B返回夹套温度为副变量冷水流量为副变量冷水压力为副变量TTFTPT可能的扰动：冷水阀前压力夹套出口压力冷水温度环境温度反应物A、B温度反应物A、B流量反应物A、B成分前馈系统反应器冷水生成物反应物ATV－02反应物B返回反应物A、B温度反应物A、B流量TTFT可能的扰动：冷水阀前压力夹套出口压力冷水温度环境温度反应物A、B温度反应物A、B流量反应物A、B成分XC02前馈＋反馈（串级）反应器冷水生成物反应物ATV－02TIC01反应物B夹套温度为副变量反应物B流量为前馈变量TIC02TT扰动1：反应物B流量FTGff01Σ扰动2：冷水温度冷水流量为副变量扰动3：冷水流量或阀非线性FT前馈＋单回路（串级）方框图Gm(s)reuyzqGpc(s)Gv(s)Gc(s)Gpd(s)Gff(s)fGm2(s)reuy1z2qGpc2(s)Gc2(s)Gc1(s)Gpd(s)Gff(s)f1Gm1(s)Gpc1(s)y2f2z1返回4.系统投运及参数整定开环整定、闭环整定c、动态前馈T1、T2的整定a、控制器常用规律返回b、Kff的整定d、加法器偏置的设置ΣI2I1I0B1比值控制概述NaOH冷水RC生产要求：水槽液位稳定 浓度稳定LC01比值控制的目的主要术语：主物料Q1、从物料Q2

比值K＝Q2/Q1

比值系数kGm1(s)Q2Q1Gpc(s)Gv(s)Gc(s)k实现两个或两个以上的物料按一定比例关系输送。返回流程说明：用水稀释NaOH，获得一定浓度的NaOH溶液。方块图：注意与单回路系统的区别。NaOH冷水2定比值控制系统RCa、开环比值控制系统 （前馈的特例）FC01b、单闭环比值控制系统Gm1(s)Q2Q1Gp2(s)Gv2(s)RCc、双闭环比值控制系统返回方块图：注意与串级系统的区别。Gc2(s)Gm2(s)Gp1(s)Gv1(s)Gc1(s)FC02LC013变比值控制系统主要扰动NaOH浓度变化.当浓度变化时，比值也应该相应调整。返回NaOH冷水RCAC01FC01Gm1(s)Q2Q1Gp2(s)Gv2(s)RCGc2(s)Gm2(s)Gp1(s)Gc1(s)Gm(s)yr4.a比值系数计算返回NaOH水RCFC01变送器的输出信号与流量之间的关系（线性仪表）比值运算关系：比值系数与流量比的关系 比值系数只与要实现的两物料流量比和所选用的测量仪表量程及信号类型有关，与实际流量无关。对于计算机控制，可直接用流量比。对于非线性关系比值系数与流量比的关系4.b比值控制的实施方法返回可使用仪表：比值器或乘法器比值器系数（取值范围1/10～10）NaOH水FC021)、相乘的方案：主流量Q1的测量值乘上系数k，作为Q2流量控制器的给定。乘法器设定信号（取值为0～1）K×2)、相除的方案：Q2流量测量值与主流量Q1的测量值