第1章_緒論-過程控制與自動化儀表-潘永湘

1、 第第1 1章章 緒論緒論1 1）掌握過程控制的定義、要求和任務(wù)，）掌握過程控制的定義、要求和任務(wù)， 了解過程控制的發(fā)展狀況；了解過程控制的發(fā)展狀況；2 2）掌握過程控制系統(tǒng)的組成、特點、類型）掌握過程控制系統(tǒng)的組成、特點、類型及其性能指標；及其性能指標；3 3）了解過程控制系統(tǒng)設(shè)計步驟和儀表的類）了解過程控制系統(tǒng)設(shè)計步驟和儀表的類型與發(fā)展；型與發(fā)展；4 4）掌握儀表的信號制及防爆系統(tǒng)的構(gòu)成。）掌握儀表的信號制及防爆系統(tǒng)的構(gòu)成。過程控制的特點、任務(wù)及功能要求過程控制的特點、任務(wù)及功能要求 一、什么是過程控制？它有何作用？適用的生產(chǎn)過程一、什么是過程控制？它有何作用？適用的生產(chǎn)過程? ? 二、過

2、程控制的特點、任務(wù)及功能要求二、過程控制的特點、任務(wù)及功能要求 （一）（一） 過程控制的特點過程控制的特點 1.1.組成（過程，系列化儀表）；組成（過程，系列化儀表）； 2.2.設(shè)計難（過程的復雜性，模型的不精確性）；設(shè)計難（過程的復雜性，模型的不精確性）； 3.3.要求高（控制方案豐富）；要求高（控制方案豐富）； 4.4.慢過程、參量控制；慢過程、參量控制； 5.5.定值控制定值控制 （二）（二） 過程控制的要求、任務(wù)及功能過程控制的要求、任務(wù)及功能 1.1.要求與任務(wù)（安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性），要求與任務(wù)（安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性），（了解工藝、獲取模型、分析設(shè)計、物理實現(xiàn)）；（了解工藝、獲

3、取模型、分析設(shè)計、物理實現(xiàn)）； 2.2.功能（圖功能（圖1 11 1） （1 1）測量變送與執(zhí)行；測量變送與執(zhí)行； （2 2）操作安全與環(huán)保；操作安全與環(huán)保； （3 3）常規(guī)與高級控制；常規(guī)與高級控制； （4 4）實時優(yōu)化；實時優(yōu)化； （5 5）決策與計劃決策與計劃 （一）加熱爐過程控制（圖（一）加熱爐過程控制（圖1 12 2）（二）設(shè)計步驟（二）設(shè)計步驟1.1.確定控制目標確定控制目標 1 1）熱油出口溫度穩(wěn)定；）熱油出口溫度穩(wěn)定； 2 2）出口溫度與煙道氣含氧量穩(wěn)定；）出口溫度與煙道氣含氧量穩(wěn)定； 3 3）溫度穩(wěn)定與熱效率最高。）溫度穩(wěn)定與熱效率最高。2.2.選擇被控參數(shù)選擇被控參數(shù) 直接

4、參數(shù)與間接參數(shù)直接參數(shù)與間接參數(shù)3 3 選擇控制量選擇控制量 燃料油流量與冷油流量燃料油流量與冷油流量出口溫度出口溫度 擋板開度與送風擋板擋板開度與送風擋板含氧量含氧量4.4.確定控制方案確定控制方案 簡單與復雜、單輸入與多輸入、最優(yōu)控制簡單與復雜、單輸入與多輸入、最優(yōu)控制5.5.選擇控制策略選擇控制策略 PIDPID、高級過程控制、高級過程控制6.6.選擇執(zhí)行器選擇執(zhí)行器 氣動與電動氣動與電動7.7.設(shè)計報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)設(shè)計報警與聯(lián)鎖保護系統(tǒng) 高、低限值；加熱爐停車程序：停燃油泵高、低限值；加熱爐停車程序：停燃油泵關(guān)燃油閥關(guān)燃油閥停引風機停引風機切斷熱油閥切斷熱油閥8.8.工程化設(shè)計工程化

5、設(shè)計9.系統(tǒng)投運、調(diào)試和整定參數(shù) （一）基于儀表的局部自動化階段（一）基于儀表的局部自動化階段 （5050年代，基地、單元組合、氣動式，單輸入年代，基地、單元組合、氣動式，單輸入/ /單輸出、單輸出、4 4大參數(shù)穩(wěn)定、經(jīng)典控制理論）大參數(shù)穩(wěn)定、經(jīng)典控制理論） （二）基于儀表（二）基于儀表/ /計算機的綜合自動化階段計算機的綜合自動化階段 （6060年代，單元組合、組裝式，高性能、特殊要求控年代，單元組合、組裝式，高性能、特殊要求控制，計算機控制，多輸入制，計算機控制，多輸入/ /多輸出，現(xiàn)代控制理論）多輸出，現(xiàn)代控制理論） （三）基于網(wǎng)絡(luò)的全盤自動化階段（三）基于網(wǎng)絡(luò)的全盤自動化階段 （707

6、0年代，智能儀表、成分在線、安全防爆、集散控年代，智能儀表、成分在線、安全防爆、集散控制、現(xiàn)場總線控制、制、現(xiàn)場總線控制、CIPSCIPS）1.1.3 1.1.3 ( (一）一） （1）被控參數(shù)（亦稱系統(tǒng)輸出）y(t)： 被控過程內(nèi)要求保持穩(wěn)定的工藝參數(shù)；（2）控制參數(shù)（亦稱操作變量控制介質(zhì)）q(t)：使被控參數(shù)保持期望值的物料量或能量；（3）干擾量f(t)：除被控參數(shù)外，作用于被控過程并引起被控參數(shù)變化的各種因數(shù)；（4）設(shè)定值r(t)：與被控參數(shù)相對應(yīng)的設(shè)定值；（5）反饋值z(t)：被控參數(shù)經(jīng)測量變送 后的實際測量值；（6）偏差e(t)：設(shè)定值與反饋值之差；（7）控制作用u(t)：控制器的輸

7、出值。 （二）過程控制系統(tǒng)的分類（二）過程控制系統(tǒng)的分類1.1.分類方法分類方法（被控量名稱、多少、特定工藝、（被控量名稱、多少、特定工藝、工具）；工具）；2.2.安結(jié)構(gòu)分類：安結(jié)構(gòu)分類：1）反饋控制；反饋控制；2）前饋控制；前饋控制；3）復合控制。復合控制。3.3.安設(shè)定值分類：安設(shè)定值分類：1）定值控制；定值控制；2）伺服控制；伺服控制；3）順序控制。順序控制。 (1)(1)衰減比衰減比n n（衰減率（衰減率）兩個相鄰的同向波峰值之比兩個相鄰的同向波峰值之比:衰減率定義為一個周期后波動幅度衰減的程度衰減率定義為一個周期后波動幅度衰減的程度:衰減比與衰減率的單值對應(yīng)關(guān)系，如衰減比為衰減比與衰

8、減率的單值對應(yīng)關(guān)系，如衰減比為4：1或或10：1時，則衰減率時，則衰減率為為0.75或或0.9。（2 2）最大動態(tài)偏差和超調(diào)量）最大動態(tài)偏差和超調(diào)量: : 二階系統(tǒng)： (3)(3)殘余偏差（穩(wěn)態(tài)誤差、靜差）殘余偏差（穩(wěn)態(tài)誤差、靜差）: : 定值系統(tǒng)： (4)(4)調(diào)節(jié)時間、上升時間、振蕩頻率調(diào)節(jié)時間、上升時間、振蕩頻率12BnB131BBB()()100%()pyyyt%1001n)()(yre)()(yemin)(0dtteIAEmin)(02dtteISEmin)(0dttetITAEmin)(02dttteITSE2 2）安全火花型防爆等級：）安全火花型防爆等級：30V30VDC;DC;

9、最小引爆電流（表最小引爆電流（表1 11 1）2.數(shù)字式儀表的通信標準數(shù)字式儀表的通信標準（不統(tǒng)一；內(nèi)容：信息格式、編碼方式、信號發(fā)送與接收、接口標準等）（不統(tǒng)一；內(nèi)容：信息格式、編碼方式、信號發(fā)送與接收、接口標準等）3.能源供給能源供給直流集中供電的優(yōu)點直流集中供電的優(yōu)點：1）體積）體積、重量、重量、溫升、溫升 2）防停電能力）防停電能力 3）無交流，易于防爆）無交流，易于防爆1.2.3 防爆儀表與防爆系統(tǒng)防爆儀表與防爆系統(tǒng)1.安全防爆的基本概念安全防爆的基本概念 1）防爆性能：本質(zhì)安全與非本質(zhì)安全；）防爆性能：本質(zhì)安全與非本質(zhì)安全；2.安全火花型防爆系統(tǒng)安全火花型防爆系統(tǒng)（圖（圖19） 條件條件:現(xiàn)場儀表為安全現(xiàn)場儀表為安全火花型；安全防爆火花型；安全防爆柵隔離。柵隔離。n表表1-1 1-1 爆炸性混合物最小引爆電流的等級爆炸性混合物最小引爆電流的等級n如如DDZ-型儀表防爆等級為型儀表防爆等級為“He”：“H”-安全火花型；安全火花型；“”最小引爆電流為最小引爆電流為級，即低于級，即低于70mA；e-周圍氣體自燃溫度為周圍氣體自燃溫度為100，低于此溫度，即可保證在低于此溫度，即可保證在e組氣體中不自燃起爆。組氣體中不自燃起爆。級別級別最小引爆電流最小引爆電流（mAmA）爆炸性混合物種類爆炸性混