《水处理技术（双语）》课件-过程控制基础知识

Processcontrolbasics过程控制基础知识01

过程控制是生产过程的自动化控制的简称，是自动化技术的重要组成部分。Processcontrolistheabbreviationfortheautomaticcontrolofproductionprocessesandisanimportantpartofautomationtechnology.02是对生产过程中的温度、压力、流量、液（物）位、成分和物性（物体性能）等工艺参数进行控制，Itisthecontrolofprocessparameterssuchastemperature,pressure,flow,liquid(material)level,compositionandphysicalproperties(objectproperties)intheproductionprocess.使其保持为定值或按照一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按照最优目标自动进行。sothattheyarekeptataconstantvalueorchangeaccordingtoacertainruletoensureproductqualityandproductionsafetyandtomaketheproductionprocessautomaticaccordingtotheoptimaltarget.过程控制的概念Theconceptofprocesscontrol1.由被控过程和自动化仪表组成Composedofcontrolledprocessesandautomationinstruments2.被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计Thecontrolledprocessiscomplexanddiverse,anditisdifficulttodesignageneralcontrolsystem3.控制方案丰富多彩，控制要求越来越高Thecontrolschemeiscolorfulandthecontrolrequirementsaregettinghigherandhigher4.控制过程大多属于慢变过程与参量控制Mostofthecontrolprocessesareslow-varyingprocessesandparametriccontrol5.定值控制是过程控制的主要形式Constantvaluecontrolisthemainformofprocesscontrol图为过程控制流程图Thediagramshowstheprocesscontrolflowchart过程控制的特点Characteristicsofprocesscontrol随着中国社会经济的飞速发展,科学技术的不断进步,过程控制也逐渐扩大了应用范围,并且重要性逐年凸显。WithChina'srapidsocio-economicdevelopmentandthecontinuousadvancementofscienceandtechnology,processcontrolisgraduallyexpandingitsscopeofapplicationandbecomingmoreandmoreimportanteveryyear.常常体现在石油、化工、电力、冶金、水处理、食品、饮料、制药、建材、核能等方面。Itisoftenfoundinpetroleum,chemical,electricpower,metallurgy,watertreatment,food,beverage,pharmaceutical,buildingmaterials,nuclearenergyandotherareas.过程控制运用领域Processcontrolapplicationareas过程控制的要求Requirementsforprocesscontrol它包括安全性、稳定性、经济性。Itincludessafety,stabilityandeconomy.安全性：是指在整个生产过程中，要确认人身和设备的安全，这是最重要的，也是最基本的要求。常采用越限报警、联锁保护、在线故障诊断、容错控制系统等方法来保证生产运行的安全性。Safety:Itmeansthatthesafetyofpeopleandequipmentshouldbeconfirmedduringthewholeproductionprocess,whichisthemostimportantandbasicrequirement.Out-of-limitalarms,interlockingprotection,onlinefaultdiagnosisandfault-tolerantcontrolsystemsareoftenusedtoensurethesafetyofproductionoperation.过程控制的要求Requirementsforprocesscontrol稳定性：是指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，这也是过程控制能够正常运行的基本保证。Stability:referstotheabilityofthesystemtosuppressexternaldisturbancesandmaintainthelong-termstableoperationoftheproductionprocess,whichisthebasicguaranteethattheprocesscontrolcanoperatenormally.过程控制的要求Requirementsforprocesscontrol经济性：是指要求生产成本低而且效率高，这是也现代工业生产所追求的目标。Economical:therequirementforlowproductioncostsandhighefficiency,whichisalsothegoalofmodernindustrialproduction.过程控制的组成Componentsofprocesscontrol01控制器：接收传感器的信号与给定值比较，作出控制决策送指令给执行器Controller:Receivesthesignalfromthesensorandcomparesitwiththegivenvalue,makescontroldecisionsandsendsinstructionstotheactuator02执行器：执行控制器指令，改变操纵变量，对生产过程实施控制作用

Actuator:executesthecontroller'sinstructions,changesthemanipulatedvariablesandimplementsthecontrolrolefortheproductionprocess03传感器：也叫变送器，对被控变量进行检测并转换成标准信号送控制器

sensors:alsocalledtransmitters,thecontrolledvariablesaredetectedandconvertedintostandardsignalssenttothecontroller04被控对象：被控制的生产过程或设备Controlledobject:theproductionprocessorequipmenttobecontrolled1）被控量y(t)：也叫被控参数，被控过程内要求保持稳定的工艺参数。Thecontrolledquantityy(t):alsocalledthecontrolledparameter,theprocessparameterthatisrequiredtobekeptstablewithinthecontrolledprocess.2）控制变量q(t)：也叫控制参数或控制输出（CO），使被控参数保持期望值的物料量或能量值，工程上有时也称为控制介质。

Controlvariableq(t):alsocalledcontrolparameterorcontroloutput(CO),theamountofmaterialorenergyvaluerequiredtomaintainthedesiredvalueofthecontrolledparameter,sometimesreferredtoasthecontrolmediuminengineering.3）干扰量f(t)：也称干扰因素或扰动，除被控参数外，作用于被控过程并引起被控参数变化的各种因素。

theamountofdisturbancef(t):alsoknownasdisturbancefactorsordisturbances,inadditiontothecontrolledparameters,theroleofthecontrolledprocessandcausechangesinthecontrolledparametersofvariousfactors.4）设定值r(t)：也叫输入值，与被控参数相对应的设定值。setvaluer(t):alsocalledinputvalue,thesetvaluecorrespondingtotheparameterbeingcontrolled.5）反馈值z(t)：被控参数经测量变送后的实际测量值。Feedbackvaluez(t):Theactualmeasuredvalueofthecontrolledparameterafterthemeasuredtransmission6）偏差e(t)：设定值与反馈值之差。Deviatione(t):Thedifferencebetweenthesetvalueandthefeedbackvalue.7）控制变量u(t)：也称控制作用，是控制器的输出值（控制信号）。Controlvariableu(t):alsoknownasthecontroleffect,istheoutputvalueofthecontroller(controlsignal).过程控制的常用术语Commontermsusedinprocesscontrol01按被控参数分：温度控制、压力控制、流量控制、液位控制、成分控制……Accordingtothecontrolledparameters:temperaturecontrol,pressurecontrol,flowcontrol,liquidlevelcontrol,compositioncontrol......02按被控量的多少分：单值控制、多值控制Accordingtothenumberofcontrolledquantities:singlevaluecontrol,multi-valuecontrol03按控制结构分：开环控制、闭环控制（例如PID)Bycontrolstructure:open-loopcontrol,closed-loopcontrol(e.g.PID)过程控制分类Processcontrolclassification1）定义：若系统的输出信号对控制作用没有影响，则称为开环控制系统。Definition:Iftheoutputsignalofthesystemhasnoeffectonthecontrolaction,itiscalledanopen-loopcontrolsystem.开环控制Open-loopcontrol开环控制Open-loopcontrol2）优点：结构相对较简单、维护容易、成本低。被控量的控制精度取决于系统各环节的精度Advantages:relativelysimplestructure,easymaintenanceandlowcost.Thecontrolaccuracyofthecontrolledquantitydependsontheaccuracyofeachlinkofthesystem3）缺点：对元器件要求较高、抗干扰能力差。无法自动补偿系统干扰对被控量带来的影响。Disadvantages:highrequirementsforcomponents,poorimmunitytointerference.Cannotautomaticallycompensatefortheeffectsofsystemdisturbancesonthecontrolledquantity.1）定义：系统的输出信号对控制作用有直接影响的控制系统，就称为闭环控制系统。在闭环控制系统中，系统的输出信号通过反馈环节返回到输入端，形成闭合环路，故又称为反馈控制系统。

闭环控制ClosedloopcontrolDefinition:Acontrolsysteminwhichtheoutputsignalofthesystemhasadirecteffectonthecontrolactionisknownasaclosed-loopcontrolsystem.Inaclosed-loopcontrolsystem,theoutputsignalofthesystemisreturnedtotheinputthroughafeedbacklink,formingaclosedloop,soitisalsoknownasafeedbackcontrolsystem.闭环控制Closedloopcontrol2）优点：抗干扰能力强。控制精度受环节的转换精度较小。Advantages:Highresistancetointerference.Controlaccuracyislessaffectedbytheconversionaccuracyofthelink.3）缺点：Disadvantages：

控制作用对干扰作用有时间滞后。Controlactionhasatimelagagainstdisturbingeffects.

控制过程可能产生振荡。Controlprocessmayproduceoscillations.

结构复杂、维护不易、可能存在稳定性问题。Complexstructure,noteasytomaintain,mayhavestabilityproblems.自动化仪表的相关知识Knowledgeofautomationinstrumentation1）定义：自动化仪表由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具。Definition:Automationinstrumentationconsistsofanumberofautomationcomponents,withamorecompletefunctionofautomationtechnologytools.自动化仪表一般同时具有测量、显示、记录或测量、控制、报警等数种功能。Automationinstrumentsgenerallyhaveseveralfunctionsatthesametime,suchasmeasuring,displaying,recordingormeasuring,controlling,andalarming.过程控制的要求Requirementsforprocesscontrol2）分类ClassificationA.按仪表用途不同分为：检测仪表、显示仪表、转换和传输仪表、调节控制仪表、执行器。

Accordingtothedifferentusesofinstrumentsaredividedinto:detectioninstruments,displayinstruments,conversionandtransmissioninstruments,regulationandcontrolinstruments,actuators.B.按仪表的组成形式不同分为：基地式仪表、单元组合式仪表、组装式电子综合控制装置、集中分散型控制系统。Accordingtothedifferentformsofinstrumentcomposition:basetypeinstrument,unitcombinationinstrument,assembledelectronicintegratedcontroldevice,centralizeddecentralizedcontrolsystem.过程控制的要求Require