1 过程控制系统 概述

过程控制

过程控制系统

测控技术与仪器系 程竹明 E-mail: czm602@ 电 话：13285552166

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教材和主要参考书目1、教材：《过程控制系统》第2版,方康玲,武汉理工 大学出版社;2007 2、参考教材：《过程控制工程》,孙洪程,高等教育出 版社,2006; 《工业生产过程控制》,何衍庆,化工出 版社,2007; 《过程控制系统》,俞金寿,机械工业出 版社,2009; 《过程控制工程》,王树青,化工出版社 ,2008;电气信息学院测控系

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成绩评定与学习要求一、成绩评定 (1)平时成绩 30% 出勤率、作业、课堂表现、实验等。 (2)考试成绩 70% 二、学习要求 (1)坚持听课，避免与考研的冲突； (2)掌握系统的原理； (3)勤于思考，灵活应用； (4)及时复习、总结。电气信息学院测控系

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本课程在自动化类专业中的地位和作用 与自动控制理论的联系(思考自控的内容); 与运动控制系统的区别； 主要应用场合； 支撑课程以及相关基础课程。 在整个自动化大类专业中的地位；

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本课程主要内容 基本概念 过程控制系统的概念和发展状况 控制对象的数学模型

系统的构成： 检测与变送器 调节器的设计 执行器

简单控制系统

复杂控制系统(串级、比值、前馈等) 先进控制系统(模糊、神经网络、预测、解耦等)

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第一章 概 述1.1 过程控制的任务与目标

1.21.3 1.4

过程控制系统的组成与特点过程控制系统的性能指标 过程控制的进展电气信息学院测控系

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1.1 过程控制的任务与目标 生产过程：– 是指物料经过若干加工步骤而成为产品的过程。

生产过程的总目标：–以最经济的途径将原物料加工成预期的产品。

过程控制的任务:–了解工艺流程和动静态特性， –实现生产过程的控制目标。

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生产过程的要求：安全性,稳定性,经济性。– (1)安全性：生产过程中，确保人身和设备安 全是最重要和最基本的要求。 – (2)稳定性：系统抑制外部干扰、保持生产过程 长期稳定运行的能力。 – (3)经济性：低成本高效益是过程控制的另一个 目标。

工业过程可以分为：连续过程工业、离散过程工业和间隙过程工业。 –过程控制主要是指连续过程工业的控制。电气信息学院测控系

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1.2

过程控制系统的组成与特点

1.2.1 过程控制系统系统组成： 由以下几部分组成： 1.被控过程(或对象); 2.用于生产过程参数检测的检测与变送器； 3.控制器(调节器); 4.执行器； 5.报警、保护和连锁等其它部件。

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r

控制器

u

y (t )执行机构 被控对象

检测与变送器 图1.1 过程控制系统基本结构图

控制器(或称调节器):根据系统输出测量值与 设定值r的偏差，按照一定的控制算法输出控制量 u,对被控过程进行控制。 执行器(如调节阀):接受控制器送来的控制信 息调节被控量，达到预期的控制目标。 过程的输出信号通过检测与变送器，反馈到 控制器的输入端，构成闭环控制系统。电气信息学院测控系

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示例分析：工艺原理： 转炉是炼钢生产中的一种设备。熔融的 铁水装入转炉后，通过氧枪供给转炉一定的 氧气，进行吹氧。使铁水中的碳氧化燃烧， 不断降低铁水中的含碳量。 控制要求： 控制吹氧量和吹氧时间，可以获得不同 品种的钢产品。

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控制系统工作原理： 由图可见，从节流装置 采集到的氧气流量，送入 流量变送器FT,再经过开 方器，其结果送到流量控 制器(调节器)FC作为流 量反馈值，与供氧量的设 定值比较，得到偏差值， 经过流量控制器(调节器) FC进行PID运算，输出控 制信号，去控制调节阀的 开度，从而改变供氧量的 大小，以满足生产工艺要 求。

3

FC

4

2

FT

5

氧 气

1

转 炉

图1.2 转炉供氧控制系统

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1.2.2 过程控制的特点.一、过程工业的特点：

过程控制是指连续过程工业，是十分复杂的大系 统； 存在不确定性、时变性以及非线性等因素，过程 控制的难度大； 工业过程生产环境恶劣，生产条件苛刻； 更强调实时性和整体性； 全局优化比较重要，有可能采用智能控制方法和 计算机控制技术。电气信息学院测控系

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二、过程控制的特点1、被控过程的多样性 石油化工过程、钢铁生产中的冶炼和轧制过程、 核工业中的动力核反应过程、制药、食品等等， 过程控制系统中的被控对象(被控量)是多样的。 2、控制方案的多样性 生产工业的特点、被控过程的多样性决定控制方 案的多样性。 系统硬件和控制算法、软件设计的多样性。电气信息学院测控系

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仪表控制系统：由被控过程和过程检测控制仪表 两部分组成。 控制方法: 单变量过程控制系统、多变量过程 控制系统。 控制算法： PID控制、智能控制等。 3.被控过程属慢过程、多参数控制 连续工业过程大惯性和大滞后的特点决定了被 控过程为慢过程。4.定值控制是主要形式 被控参数的设定值为一个定值，减小或消除外 界干扰，使被控量尽量保持接近或等于设定值。电气信息学院测控系

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5.过程控制有多种分类方法 按被控参数分类： 温度、压力、流量、液位或物位控制系统、

物性 控制系统、成分控制系统。 按被控量数分类： 单变量过程控制系统、多变量过程控制系统。 按设定值分类： 定值控制系统、随动(伺服)控制系统、程序控 制系统。电气信息学院测控系

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按参数性质分类： 集中参数控制系统、分布参数控制系统 按控制算法分类： 简单控制系统、复杂控制系统、先进或高级控 制系统 按控制器形式分类： 常规仪表过程控制系统、计算机过程控制系统

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1.3 过程控制系统的性能指标 工业过程控制的要求： 稳定性、准确性、快速性。

定值控制系统的特点： 在于恒定，要求克服干扰，使系统的被控参数能稳、 准、快地保持接近或等于设定值。 随动(伺服)控制系统： 主要目标是跟踪，即稳、准、快地跟踪设定值。

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y

r

y1

y3

y ( )

0

ts

t

图1.3 过程控制系统阶跃响应曲线

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