第一章 過程控制系統(tǒng)基本概念ppt

1、 課程特點課程特點 課程內容涵面廣課程內容涵面廣 自動控制原理 檢測技術 控制儀表及裝置 過程計算機控制 化工過程控制工程 集散控制系統(tǒng) 內容以敘述性為主，理論推導較少內容以敘述性為主，理論推導較少 化工儀表及自動化例題習題集化工儀表及自動化例題習題集 厲玉鳴厲玉鳴 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 工業(yè)過程儀表與控制工業(yè)過程儀表與控制 陳詩濤陳詩濤 輕工業(yè)出版社輕工業(yè)出版社 自動控制原理自動控制原理 李友善李友善 國防工業(yè)出版社國防工業(yè)出版社 化工測量儀表化工測量儀表 盛克仁盛克仁 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 控制儀表及裝置控制儀表及裝置 吳勤勤吳勤勤 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 化工過程控

2、制工程化工過程控制工程 王驥程王驥程 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社 過程控制工程過程控制工程 邵裕森邵裕森 機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社 計算機過程控制系統(tǒng)計算機過程控制系統(tǒng) 劉寶坤劉寶坤 機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社 過程計算機控制過程計算機控制 王錦標王錦標 清華大學出版社清華大學出版社 參考文獻參考文獻 第一章 過程控制系統(tǒng) 基本概念 過程控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況及特點 生產過程自動控制（簡稱過程控制）是自動控制技術在石油、化 工、電力、冶金、機械、輕工、紡織等生產過程的具體應用， 是自動化技術的重要組成部分。 過程控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況及特點 20世紀40年代 手工操作狀態(tài)，只有少量的檢測儀表用

3、于生產過程。 20世紀40年代末50年代 過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)：多為單輸入、單輸出簡單控制系統(tǒng) 自動化儀表自動化儀表：采用的是基地式儀表和部分單元組合儀表（氣動 型和電動型）； 控制理論控制理論：以反饋為中心的經典控制理論 過程控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況及特點 20世紀60年代： 過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)：串級、比值、均勻、前饋和選擇性等多種復雜 控制系統(tǒng)。 自動化儀表自動化儀表：單元組合儀表（氣動型和電動型）成為主流 產品。60年代后期，出現(xiàn)了專門用于過程控制的小型計算機，直 接數(shù)字控制系統(tǒng)和監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)開始應用于過程控制領 域。 控制理論控制理論：出現(xiàn)了以狀態(tài)空間方法為基礎，以極小值原理

4、和動 態(tài)規(guī)劃等最優(yōu)控制理論為基本特征的現(xiàn)代控制理論,傳統(tǒng)的單輸 入單輸出系統(tǒng)發(fā)展到多輸入多輸出系統(tǒng)領域。 控制理論控制理論：形成了大系統(tǒng)理論和智能控制理論。模糊控制、專家 系統(tǒng)控制、模式識別技術 20世紀7080年代 過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)：最優(yōu)控制、非線性分布式參數(shù)控制、解耦控制、 模糊控制 自動化儀表自動化儀表：氣動型和電動型，以微處理器為主要構成單 元的智能控制裝置。集散控制系統(tǒng)（DCS）、可編程邏輯 控制器 (PLC) 、工業(yè)PC機、和數(shù)字控制器等，已成為控制 裝置的主流。 過程控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況及特點 過程控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況及特點 控制理論控制理論：人工智能、神經網絡控制 20世紀

5、90年代至今：信息技術飛速發(fā)展 過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)：管控一體化現(xiàn)場，綜合自動化是當今生產過程 控制的發(fā)展方向。 自動化儀表自動化儀表：總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，引起過程控制系統(tǒng)體系結構 和功能結構上的重大變革?，F(xiàn)場儀表的數(shù)字化和智能化，形成 了真正意義上的全數(shù)字過程控制系統(tǒng)。各種智能儀表、變送器、 無紙紀錄儀 過程控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況及特點 過程控制系統(tǒng)特點過程控制系統(tǒng)特點 生產過程的連續(xù)性 在過程控制系統(tǒng)中，大多數(shù)被控過程都是 以長期的或間歇形式運行，在密閉的設備中被控變量不斷的受到各 種擾動的影響。 被控過程的復雜性 過程控制涉及范圍廣，被控對象較復雜 控制方案的多樣性 過程控制系統(tǒng)的控制方

6、案非常豐富 自動化技術的應用范疇自動化技術的應用范疇 宇航方面宇航方面： 同步衛(wèi)星（隨動控制系統(tǒng)）衛(wèi)星的發(fā)射與回收（神州5號飛船， 航天飛機）自動關機、點火系統(tǒng) 軍事方面軍事方面： 火炮自動點火、巡航導彈 其他方面其他方面：農業(yè)（病蟲害防治、專家系統(tǒng)） 社會科學（計劃生育，人口增長模型） 現(xiàn)代管理現(xiàn)代管理：辦公自動化 工業(yè)生產工業(yè)生產：自動車床、加熱爐、發(fā)酵罐 過程控制的主要內容過程控制的主要內容 自動檢測系統(tǒng)自動檢測系統(tǒng) 利用各種檢測儀表對工藝參數(shù)進行測量、指示或記錄 自動信號和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)自動信號和聯(lián)鎖保護系統(tǒng) 自動信號系統(tǒng)：當工藝參數(shù)超出要求范圍，自動發(fā)出聲光信號 聯(lián)鎖保護系統(tǒng)：達到危險

7、狀態(tài)，打開安全閥或切斷某些通路， 必要時緊急停車 自動操縱及自動開停車系統(tǒng)自動操縱及自動開停車系統(tǒng) 自動操縱系統(tǒng)：根據(jù)預先規(guī)定的步驟自動地對生產設備進行某 種周期性操作 自動開停車系統(tǒng)：按預先規(guī)定好的步驟將生產過程自動的投入 運行或自動停車 自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)： 利用自動控制裝置對生產中某些關鍵性參數(shù)進行自動控制， 使他們在受到外界擾動的影響而偏離正常狀態(tài)時，能自動的回 到規(guī)定范圍。 過程控制的主要內容過程控制的主要內容 過程控制系統(tǒng)的組成 檢測元件檢測元件（裝置） 控制器控制器 執(zhí)行器執(zhí)行器（裝置） 檢測被控制的物理量 將設定值與測量信號進行比較，求出它們之間 的偏差,然后按照預先選定

8、的控制規(guī)律進行計 算并將計算結果作為控制信號送給執(zhí)行裝置 作用是接受控制器的控制信號，直 接推動被控對象，使被控變量發(fā)生 變化 過程控制系統(tǒng)的兩種表示形式 方框圖方框圖 帶有輸入輸出信號的方框 比較點 分支點 繪制方框圖注意事項繪制方框圖注意事項 過程控制系統(tǒng)的兩種表示形式 通過測量變送裝置將被控變量的測量值送回到系統(tǒng)的輸入端 過程控制系統(tǒng)的兩種表示形式 連接線連接線 通用的儀表信號線和能源線的符號是細實線。連接線表示相 連及交叉時，可采用圖（a）（b）形式。在復雜系統(tǒng)中，當 有必要表明信息流動方向時，應在信號線符號上加箭頭,如 圖(c)所示。 (a) (b) (c) 過程控制系統(tǒng)的主要類型

9、閉環(huán)控制系統(tǒng) 指控制器與被控對象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系的控制系統(tǒng)指控制器與被控對象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系的控制系統(tǒng)。 閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點： 不管任何擾動引起被控變量偏離設定值，都會 產生控制作用去克服被控變量與設定值的偏差。 閉環(huán)控制系統(tǒng)的缺點： 由于閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制作用只有在偏差出現(xiàn)后才產 生，當系統(tǒng)的慣性滯后和純滯后較大時，控制作用對 擾動的克服不及時，從而使其控制質量大大降低。 過程控制系統(tǒng)的主要類型 閉環(huán)控制系統(tǒng)分類 根據(jù)設定值分為定值控制系統(tǒng)，隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。 定值控制系統(tǒng) 特點：設定值是固定不變的閉環(huán)控制系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。 作用：克服擾動的影響，使被控

10、變量保持在工藝要求的數(shù)值上 過程控制系統(tǒng)的主要類型 隨動控制系統(tǒng) 特點：設定值是一個未知的變化量的閉環(huán)控制系統(tǒng)稱為隨動控制系統(tǒng)。 放大器 被測電壓 ut 可逆電機 指示記錄儀 滑線電阻 E up 作用：以一定的精度跟隨設定值的變化而變化 自動平衡電位差計的方框圖 過程控制系統(tǒng)的主要類型 程序控制系統(tǒng) 特點：設定值是變化的，且按一定時間程序變化的時間函數(shù) 程序控制系統(tǒng)可以看成是隨動控制系統(tǒng)的特殊情 況，其分析研究方法與隨動控制系統(tǒng)相同。 作用：以一定的精度跟隨設定值的變化而變化 過程控制系統(tǒng)的性能指標及要求 常見典型信號 階躍信號、斜坡信號、脈沖信號、加速度信號和正弦信號等。 階躍信號 A 0

11、t0 t0 )(tr 數(shù)學表達式為： 當A=1時稱為單位階躍信號。 特 點 易產生 對系統(tǒng)輸出影響大 便于分析和計算 在階躍信號作用下，被控變量隨時間的變化有以下幾種形式 y t t y t y t y t y t 1.發(fā)散振蕩過程曲線所示 5.非振蕩發(fā)散過程曲線所示 3.等幅振蕩過程曲線所示 4.衰減振蕩過程曲線所示 2.非振蕩衰減過程曲線所示 過程控制系統(tǒng)的性能指標及要求 過程控制系統(tǒng)的性能指標及要求 p在比較不同控制方案時，應首先規(guī)定評價控制系 統(tǒng)的優(yōu)劣程度的性能指標，一般情況下，主要采 用以階躍響應曲線形式表示的質量指標。 p控制系統(tǒng)最理想的過渡過程應具有什么形狀，沒 有絕對的標準，主要依據(jù)工藝要求而定，除少數(shù) 情況不希望過渡過程有振蕩外，大多數(shù)情況則希 望過渡過程是略帶振蕩的衰減過程。 在階躍信號作用下常以下面幾個特征參數(shù)作為質量指標。 衰減比 這是表示衰減過程響應曲線衰減程度的指標。數(shù)值上 等于同方向兩個相鄰波峰值之比，即：B:B 顯然:n=1為等幅振蕩； n1為衰減振蕩。 為保持系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)定程度，工程上常取衰減比為4