生产过程自动化.ppt

1、1.1 生产过程自动化的发展概况和趋势 1.2 过程控制系统及其组成 1.3 过程控制的特点及系统分类 1.4 过程控制的任务和要求 1.5 过程控制系统的质量指标,第一章 绪论,返回,生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、减少成本、改善劳动条件、保证安全和提高劳动生产率重要手段，在社会生产的各个行业起着极其重要的作用。其发展经历了以下几个方面：,1、局部自动化阶段（50年代）,2、过程计算机控制系统阶段（60年代）,3、集中控制、多参数控制阶段（70年代）,4、集散控制阶段（80年代以后）,1.1 生产过程自动化的发展概况和趋势,西门子自动化与驱动集团(A&D),PCS7过程控制系统是一个

2、全集成的、结构完整、功能完善、面向整个生产过程的过程控制系统。PCS7是西门子公司结合最先进的计算机软、硬件技术，在西门子公司S5，S7系列可编程控制器及TELEPERM系列集散系统的基础上，面向所有过程控制应用场合的先进过程控制系统。,SIMATIC PCS7,SIMATICPCS7系统结构图,返回,一、过程控制系统,1.2 过程控制系统及其组成,过程控制 ：凡是采用数字或模拟控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制通称为过程控制。(另有电力拖动控制方向),过程控制系统 ：凡是采用进行自动控制的系统称为过程控制系统。,过程控制系统中主要的被控物理量有：温度、压力、流量、液位、成分

3、、粘度、湿度以及PH值等。,1、原理图,例1：发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统,二、过程控制系统的基本组成,图中： 1 热电阻 2 温度变送器 3 温度调节器 4 调节阀,例1：发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统,2、方框图,- 输入量（与过热蒸汽的设定温度对应）,- 输出量、被控量（过热蒸汽的实际温度）,- 误差信号（一般为电压量）,- 控制信号,- 操作量、控制参数,- 与输出量成正比的测量信号,- 扰动信号,1、原理图,例2：液位控制系统,图中： 1 贮罐 2 差压变送器 3 液位调节器 4 调节阀,例2：液位控制系统,2、方框图,- 输入量（与贮罐设定液位对应的电压量）,- 输出量、被控量（

4、贮罐的实际液位）,- 误差信号,- 控制信号,- 操作量、控制参数（进水流量）,- 与输出量液位成正比的电压信号,- 扰动信号,(1) 被控对象：生产过程中被控制的工艺设备或装置。 (2) 检测、变送器：传感器课程中已做介绍。 (3) 调节器：利用一定的控制算法计算出控制量。 (4) 放大器：将控制信号进行放大以驱动调节阀。 (5) 调节阀：控制进料量。,系统组成,过程计算机控制系统的组成,返回,一、过程控制的特点,1.3 过程控制的特点及系统分类,1、被控对象的多样性 2、对象特性的难辨性 白色系统、黑色系统、灰色系统 3、普遍存在滞后 4、特性往往具有非线性、大惯性 如间歇式加温、齿轮运动

5、等,有常规控制系统、计算机控制系统。,一般分类,1、按工艺参数分类：,有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统、成分控制系统、物位控制系统等。,2、按系统的任务分类：,有比例控制、均匀控制、前馈控制等。,3、按自动化装置的不同分类：,二、过程控制系统的分类,4、按系统的结构特点分类：,有开环、闭环、前馈、复合控制,是工业生产过程中应用最多的一种控制系统。在运行过程中，系统被控量的给定值保持不变或保持在规定的小范围内波动。,1、定值控制系统,按给定值信号的特点分类,2、随动控制系统,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，使被控量及时跟踪给定值的变化。,3、程序控制

6、系统,给定值按预定的时间程序来变化。如机械工业中退火炉的温度控制系统，其给定值是按升温、保温、逐次降温等程序变化的。,返回,一、对过程控制的要求,1.4 过程控制的任务和要求,安全性 经济性 稳定性,二、过程控制的任务,在了解掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础上，根据对控制系统的三项要求，应用控制理论对控制系统进行分析和综合，最后采用适宜的技术手段加以实现。,简单地说，即 控制系统的设计及实现,以加热炉的控制为例,三、过程控制系统设计和实现的步骤,ORC：氧气流量控制器 TRC：温度控制器 PC：燃料压力控制器,1、确定控制目标, 在安全运行条件下，保证 热油出口温度稳定；, 在安全

7、运行条件下，保证 热油出口温度稳定、烟气含氧量稳定；, 在安全运行条件下，保证热油出口温度稳定，而且加热炉热效率最高；,2、选择测量参数（被控量）,ORC：氧气流量控制器 TRC：温度控制器 PC：燃料压力控制器,对于目标：,对于目标 ：,对于目标：,热油出口温度,热油出口温度、烟气含氧量,热油出口温度、加热炉热 效率（烟气含氧量、排烟 温度、一氧化碳）,3、操作量的选择,ORC：氧气流量控制器 TRC：温度控制器 PC：燃料压力控制器,对于目标：,对于目标 ：,对于目标：,燃油流量 或 热油流量,燃油流量 或 热油流量、 氧气流量（烟道挡板、送 风挡板）,燃油流量 或 热油流量、 氧气流量（

8、烟道挡板、送 风挡板）,4、控制方案的确定,ORC：氧气流量控制器 TRC：温度控制器 PC：燃料压力控制器,对于目标：,对于目标 ：,对于目标：,a: 温度单回路控制系统 b: 温度流量串级控制系统,a: 温度单回路和烟气含氧 量单回路控制系统 b: 将系统看作MIMO进行建模,与目标中a方案类似，但 烟气含氧量的控制属于随 动系统,5、选择控制算法,PID、内模控制、推理控制、预算控制、解耦控制等等,6、执行器的选择,7、设计报警和联锁保护系统,根据工艺介质等要求选择调节阀的气开、气关方式，流量特性等,8、控制系统的调试和投运,控制参数整定等,返回,1.5 过程控制系统的质量指标,过渡过程质量指标 误差（偏差）性能指标,一、动态质量指标,1、衰减比,指振荡过程的第一个波峰的振幅与第二个波峰的振幅之比。,一般认为：n=4（4:1）时系统过渡过程的稳定性能较好，但温度等慢变化过程取10:1为好。,一、动态质量指标,2、衰减率,同衰减比一样，也是衡量过渡过程稳定性的一个动态指标，一般取,一、动态质量指标,最大偏差B：第一个波峰的峰值与期望值之差。,3、最大偏差（或超调量）,对于定值控制系统,超调量