過(guò)程控制第1章01(2013)

1、 過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng) 陳夕松 東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)為完成特定的任為完成特定的任務(wù)，由相互制約的各個(gè)部務(wù)，由相互制約的各個(gè)部分按一定規(guī)律組成的、具分按一定規(guī)律組成的、具有一定功能的整體。有一定功能的整體。自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)由控制由控制裝置和被控制對(duì)象組成，裝置和被控制對(duì)象組成，能夠?qū)Ρ豢刂茖?duì)象的工作能夠?qū)Ρ豢刂茖?duì)象的工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)。狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)無(wú)處不在自動(dòng)控制系統(tǒng)無(wú)處不在l軍事、航天領(lǐng)域軍事、航天領(lǐng)域 火炮跟蹤系統(tǒng)、雷達(dá)跟火炮跟蹤系統(tǒng)、雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)；蹤系統(tǒng)； 人造衛(wèi)星的姿態(tài)控人造衛(wèi)星的姿態(tài)控制等；宇宙飛船的各種

2、自動(dòng)制等；宇宙飛船的各種自動(dòng)控制。控制。 我國(guó)我國(guó)“東風(fēng)東風(fēng)” 彈道導(dǎo)彈彈道導(dǎo)彈美軍美軍“三叉戟三叉戟” ” 彈道導(dǎo)彈彈道導(dǎo)彈國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)“雷霆雷霆”激光制導(dǎo)炸彈激光制導(dǎo)炸彈自動(dòng)控制系統(tǒng)無(wú)處不在自動(dòng)控制系統(tǒng)無(wú)處不在l數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床和數(shù)控加工和數(shù)控加工中心：自動(dòng)中心：自動(dòng)完成零部件完成零部件的加工和處的加工和處理理l農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域 自動(dòng)灌溉系統(tǒng)；植物溫室溫度和濕度自動(dòng)灌溉系統(tǒng)；植物溫室溫度和濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)等。l商業(yè)領(lǐng)域商業(yè)領(lǐng)域 商業(yè)設(shè)備商業(yè)設(shè)備、倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備與系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備與系統(tǒng)、物流物流監(jiān)控管理監(jiān)控管理l日常生活日常生活 空調(diào)器、電冰箱等?？照{(diào)器、電冰箱等。自

3、動(dòng)控制系統(tǒng)無(wú)處不在自動(dòng)控制系統(tǒng)無(wú)處不在l工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域 石油化工生產(chǎn)過(guò)程、造紙、石油化工生產(chǎn)過(guò)程、造紙、工業(yè)窯爐、鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程等的自工業(yè)窯爐、鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程等的自動(dòng)控制等。動(dòng)控制等。一種數(shù)控加工中心一種數(shù)控加工中心自動(dòng)控制系統(tǒng)無(wú)處不在自動(dòng)控制系統(tǒng)無(wú)處不在鋼鐵生產(chǎn)工藝流程初初餾餾塔塔常常壓壓塔塔減渣減渣( (催化、焦化催化、焦化) )減減壓壓塔塔煤油煤油柴油柴油加氫裂化加氫裂化催化裂化催化裂化原油原油加加熱熱爐爐加加熱熱爐爐火電廠生產(chǎn)過(guò)程示意圖火電廠生產(chǎn)過(guò)程示意圖生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)控制柜生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)控制柜工藝流程畫(huà)面本課程主要內(nèi)容n過(guò)程控制的基本概念、基本結(jié)構(gòu)n過(guò)程控制儀表技術(shù)

4、n常規(guī)和復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)n計(jì)算機(jī)技術(shù)在過(guò)程控制中的應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程n通常把原材料轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品并具有一定生產(chǎn)規(guī)模的過(guò)程叫做工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程?？煞譃椋簄1.連續(xù)（或批處理）生產(chǎn)過(guò)程，如化工、石油、冶金、發(fā)電、造紙、生物化工、輕工、水處理等；n2.離散制造過(guò)程，如機(jī)械加工、汽車制造等。n連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控參數(shù)往往是溫度、壓力、流量、物位和成分等變量。本課程重點(diǎn)討論此類過(guò)程。過(guò)程控制定義過(guò)程控制定義 n所謂過(guò)程控制（所謂過(guò)程控制（Process Control）是指根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)，采是指根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)，采用用測(cè)量?jī)x表測(cè)量?jī)x表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和和計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)等等自動(dòng)化工具，應(yīng)用

5、自動(dòng)化工具，應(yīng)用控制理論控制理論，設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。過(guò)程控制認(rèn)識(shí)過(guò)程控制認(rèn)識(shí) n冶金行業(yè)磨礦工藝中，球磨機(jī)采用給礦機(jī)給礦。以前由人工觀察給礦量，機(jī)械調(diào)整給礦口大小來(lái)控制礦量，給礦量波動(dòng)較大，難以穩(wěn)定。 n為穩(wěn)定入磨礦量，在給礦皮帶上安裝皮帶秤，根據(jù)皮帶秤檢測(cè)的礦量對(duì)給礦機(jī)進(jìn)行變頻控制調(diào)節(jié)礦量。 球磨給礦過(guò)程控制示意圖球磨給礦過(guò)程控制示意圖球磨給礦過(guò)程控制方框圖球磨給礦過(guò)程控制方框圖過(guò)程控制目的過(guò)程控制目的 n目的：抑制外界擾動(dòng)，確保過(guò)程的穩(wěn)定性；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程最優(yōu)化。具體來(lái)說(shuō)：安全運(yùn)行；保證質(zhì)量；提高產(chǎn)量；節(jié)能降

6、耗；保護(hù)環(huán)境；改善勞動(dòng)條件；提高管理水平等 。n過(guò)程控制已深入到工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)層面，不僅可以給企業(yè)帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)效益，還可以為企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)間接的社會(huì)效益和環(huán)境效益。 過(guò)程控制系統(tǒng)組成過(guò)程控制系統(tǒng)組成 n1.被控過(guò)程（Process），指運(yùn)行中的多種多樣的工藝生產(chǎn)設(shè)備；n2.過(guò)程檢測(cè)控制儀表（Instrumentation），包括：n測(cè)量變送（Sensor & Transmitter）；n控制器（Controller）；n執(zhí)行器（Actuator）?？刂破鳒y(cè)量變送被控過(guò)程執(zhí)行器r(t)e(t)u(t)q(t)f(t)y(t)z(t)-過(guò)程控制中的幾個(gè)名詞術(shù)語(yǔ) n被控參數(shù)（變量）被控參數(shù)（變

7、量）y(t ) n控制（操縱）參數(shù)控制（操縱）參數(shù)（變量）（變量）q(t) n擾動(dòng)量擾動(dòng)量f(t)控制器測(cè)量變送被控過(guò)程執(zhí)行器r(t)e(t)u(t)q(t)f(t)y(t)z(t)-n給定值給定值r(t) (SP)n當(dāng)前值當(dāng)前值z(mì)(t) (PV)n偏差偏差e(t) n控制作用控制作用u(t) 例題1n乙烯裂解氣溫度控制系統(tǒng)。采用液態(tài)丙烯，使其汽化吸收熱量以冷卻乙烯裂解氣。調(diào)節(jié)氣態(tài)丙烯流量使溫度控制在（151.5）。TTTC乙烯裂解氣丙烯冷卻器氣態(tài)丙烯液態(tài)丙烯例題1n指出系統(tǒng)中被控過(guò)程、被控變量和控制（操縱）變量各是什么？ n試畫(huà)出該控制系統(tǒng)的組成方塊圖。 n試比較示意圖和方塊圖，說(shuō)明控制參數(shù)

8、的信號(hào)流向與物料的實(shí)際流動(dòng)方向不同。 例題1（管道儀表流程圖）n被控過(guò)程為丙烯冷卻器；被控變量為乙烯裂解氣的出口溫度；操縱變量為氣態(tài)丙烯的流量。TTTC乙烯裂解氣丙烯冷卻器氣態(tài)丙烯液態(tài)丙烯例題1TTTC乙烯裂解氣丙烯冷卻器氣態(tài)丙烯液態(tài)丙烯控制器執(zhí)行器丙烯冷卻器擾動(dòng)裂解氣溫度溫度給定測(cè)量變送-例題1（控制系統(tǒng)框圖）n在示意圖中，氣態(tài)丙烯的流向是由丙烯冷卻器流出。而在方塊圖中，氣態(tài)丙烯作為控制參數(shù)，其信號(hào)的流向是指向丙烯冷卻器的。 控制器執(zhí)行器丙烯冷卻器擾動(dòng)裂解氣溫度溫度給定測(cè)量變送-過(guò)程控制的主要特點(diǎn)過(guò)程控制的主要特點(diǎn) n被控過(guò)程形形色色；n控制過(guò)程多屬緩慢過(guò)程和參量控制形式；n控制方案的多樣性

9、，有單回路（50%以上）、串級(jí)（20%以上）、前饋-反饋、比值、均勻、分程、選擇性、時(shí)滯、數(shù)字和計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)等；n定值控制是主要控制形式。本課程的體系結(jié)構(gòu)n首先介紹過(guò)程控制的基本概念（第一章）；n分5章介紹過(guò)程控制的4個(gè)組成部分（第二章-第六章）；控制器測(cè)量變送被控過(guò)程執(zhí)行器r(t)e(t)u(t)q(t)f(t)y(t)z(t)-本課程的體系結(jié)構(gòu)n介紹典型過(guò)程控制系統(tǒng)（第七章、第八章）；n為突出計(jì)算機(jī)及通訊技術(shù)在過(guò)程控制中的應(yīng)用，集中一章講述計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)（第九章）。例題2n列管式換熱器，工藝要求出口物料溫度保持恒定。n如果保持物料入口流量和蒸汽流量基本恒定，則溫度的波動(dòng)將會(huì)減小到工藝允許的誤差范圍內(nèi)。n分別設(shè)計(jì)了物料入口流量和蒸汽流量?jī)蓚€(gè)控制系統(tǒng)，以保持出口物料溫度恒定。 例題2n對(duì)于物料入口流量和蒸汽流量而言，系統(tǒng)均為閉環(huán)控制系統(tǒng)。n而從“出料溫度”這個(gè)被控參數(shù)角度來(lái)說(shuō)，該控制系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 教材及主要參考資料教材及主要參考資料n教材：陳夕松,汪木蘭.過(guò)程控制系統(tǒng)（第二版）. 科學(xué)出版社, 2011n主要參考資料：n