过程控制绪论.pptx

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1、 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 1、局部自动化阶段（、局部自动化阶段（5050年代）年代）2 2、过程计算机控制系统阶段（、过程计算机控制系统阶段（6060年代）年代）3 3、集中控制、多参数控制阶段（、集中控制、多参数控制阶段（7070年代）年代）4 4、集散控制阶段（、集散控制阶段（8080年代以后）年代以后）1.1 1.1 生产过程自动化的发展概况和趋势生产过程自动化的发展概况和趋势第1页/共23页西门子自动化与驱动集团(A&D)PCS7过程控制系统是

2、一个全集成的、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 第2页/共23页SIMATICPCS7系统结构图返回第3页/共23页一、过程控制系统 1.2 1.2 过程控制系统及其组成过程控制系统及其组成过程控制过程控制 ：凡是采用数字或模拟控制方式对生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

3、制。通称为过程控制。(另有运动控制方向另有运动控制方向)过程控制系统过程控制系统 ：凡是采用凡是采用进行自动控制的系统进行自动控制的系统称为过程控制系统。称为过程控制系统。过程控制系统中主要的被控物理量有：过程控制系统中主要的被控物理量有：温度温度、压力压力、流量流量、液位液位、成分成分、粘度粘度、湿度湿度以及以及PHPH值值等。等。第4页/共23页1 1 1 1、原理图、原理图 例例1 1：发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统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二、过程控制系统的基本组成 图中：图中：1 1 热电阻热电阻 2 2 温度变送器温度变送器 3 3 温度调节器温度调节

4、器 4 4 调节阀调节阀 第5页/共23页例例1 1：发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统2 2、方框图、方框图 -输入量（与过热蒸汽的设定温度对应）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）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）误差信号（一般为电压量）-控制信号控制信号-操作量、控制参数操作量、控制参数-与输出量成正比的测量信号与输出量成正比的测量信号-扰动信号扰动信号第6页/共23页1 1 1 1、原理图、原理图例例2 2：液位控制系统液位控制系统图中：图中：1 1 贮罐贮罐 2 2 差压变送器差压变送器 3 3

5、 液位调节器液位调节器 4 4 调节阀调节阀 第7页/共23页例例2 2：液位控制系统液位控制系统2 2、方框图、方框图 -输入量（与贮罐设定液位对应的电压量）输入量（与贮罐设定液位对应的电压量）-输出量、被控量（贮罐的实际液位）输出量、被控量（贮罐的实际液位）-误差信号误差信号-控制信号控制信号-操作量、控制参数（进水流量）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与输出量液位成正比的电压信号-扰动信号扰动信号第8页/共23页 (1)(1)(1)(1)被控对象：被控对象：生产过程中被控制的工艺设备或装置。(2)(2)(2)(2)检测、变送器：检测、变送器：传感器课程中已做介绍

6、。(3)(3)(3)(3)调节器：调节器：利用一定的控制算法计算出控制量。(4)(4)(4)(4)放大器：放大器：将控制信号进行放大以驱动调节阀。(5)(5)(5)(5)调节阀：调节阀：控制进料量。系统组成系统组成系统组成系统组成过程计算机控制系统的组成过程计算机控制系统的组成过程计算机控制系统的组成过程计算机控制系统的组成返回第9页/共23页一、过程控制的特点 1.3 1.3 过程控制的特点及系统分类过程控制的特点及系统分类1 1 1 1、被控对象的、被控对象的、被控对象的、被控对象的多样性多样性多样性多样性2 2 2 2、对象特性的、对象特性的、对象特性的、对象特性的难辨性难辨性难辨性难辨

7、性 白色系统、黑色系统、灰色系统白色系统、黑色系统、灰色系统3 3 3 3、普遍存在、普遍存在、普遍存在、普遍存在滞后滞后滞后滞后4 4 4 4、特性往往具有、特性往往具有、特性往往具有、特性往往具有非线性、大惯性非线性、大惯性非线性、大惯性非线性、大惯性 如间歇式加温、齿轮运动等如间歇式加温、齿轮运动等 第10页/共23页有有常规常规控制系统、控制系统、计算机计算机控制系统。控制系统。一般分类一般分类一般分类一般分类1 1、按工艺参数分类：、按工艺参数分类：有有温度温度控制系统、控制系统、压力压力控制系统、控制系统、流量流量控制系统、控制系统、成分成分控控制系统、制系统、物位物位控制系统等。

8、控制系统等。2 2、按系统的任务分类：、按系统的任务分类：有有比值比值控制、控制、均匀均匀控制、控制、前馈前馈控制等。控制等。3 3、按自动化装置的不同分类：、按自动化装置的不同分类：二、过程控制系统的分类二、过程控制系统的分类4 4、按系统的结构特点分类、按系统的结构特点分类：有有开环开环、闭环闭环、前馈前馈、复合复合控制控制第11页/共23页 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控量的给定值保持不变或保持在规保持在规定的小范围内波动定的小范围内波动。1 1、定值控制系统、定值控制系统按给定值信号的特点分类按给定值信号的特点分类按给定值信号的特点分

9、类按给定值信号的特点分类2 2、随动控制系统、随动控制系统 被控量的被控量的给定值随时间任意变化给定值随时间任意变化的控制系统。它的主要作的控制系统。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。用是克服一切扰动，使被控量及时跟踪给定值的变化。3 3、程序控制系统、程序控制系统 给定值按预定的时间程序来变化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。返回第12页/共23页一、对过程控制的要求 1.4 1.4 过程控制的任务和要求过程控制的任务和要求安全性安全性安全性安全性 经济性经济性经济性经济性 稳定性稳定性稳定性

10、稳定性 二、过程控制的任务二、过程控制的任务 在了解掌握在了解掌握工艺流程工艺流程和生产过程的和生产过程的静态和动态特静态和动态特性性的基础上，根据对控制系统的的基础上，根据对控制系统的三项要求三项要求，应用控，应用控制理论对控制系统进行分析和综合，最后采用适宜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。的技术手段加以实现。简单地说，即简单地说，即 控制系统的设计及实现控制系统的设计及实现 第13页/共23页以加热炉的控制为例 三、过程控制系统设计和实现的步骤三、过程控制系统设计和实现的步骤ORCORC：氧气流量控制器氧气流量控制器TRCTRC：温度控制器温度控制器 P P

11、C C：燃料压力控制器燃料压力控制器1 1、确定控制目标、确定控制目标 在安全运行条件下，保证在安全运行条件下，保证 热油出口温度稳定；热油出口温度稳定；在安全运行条件下，保证在安全运行条件下，保证 热油出口温度稳定、烟气含热油出口温度稳定、烟气含氧量稳定；氧量稳定；在安全运行条件下，保证在安全运行条件下，保证热油出口温度稳定，而且加热油出口温度稳定，而且加热炉热效率最高；热炉热效率最高；第14页/共23页2 2、选择测量参数（被控量）ORCORC：氧气流量控制器氧气流量控制器TRCTRC：温度控制器温度控制器 P PC C：燃料压力控制器燃料压力控制器对于目标对于目标：对于目标对于目标 ：对

12、于目标对于目标：热油出口温度热油出口温度 热油出口温度、烟气含氧量热油出口温度、烟气含氧量 热油出口温度、热油出口温度、加热炉热加热炉热 效率（效率（烟气含氧量、排烟烟气含氧量、排烟 温度、一氧化碳温度、一氧化碳）第15页/共23页3 3、操作量的选择ORCORC：氧气流量控制器氧气流量控制器TRCTRC：温度控制器温度控制器 P PC C：燃料压力控制器燃料压力控制器对于目标对于目标：对于目标对于目标 ：对于目标对于目标：燃油流量燃油流量 或或 热油流量热油流量 燃油流量燃油流量 或或 热油流量、热油流量、氧气流量氧气流量（烟道挡板、送（烟道挡板、送 风挡板）风挡板）燃油流量燃油流量 或或

13、热油流量、热油流量、氧气流量氧气流量（烟道挡板、送（烟道挡板、送 风挡板）风挡板）第16页/共23页4 4、控制方案的确定ORCORC：氧气流量控制器氧气流量控制器TRCTRC：温度控制器温度控制器 P PC C：燃料压力控制器燃料压力控制器对于目标对于目标：对于目标对于目标 ：对于目标对于目标：a:a:温度单回路控制系统温度单回路控制系统 b:b:温度流量串级控制系统温度流量串级控制系统 a:a:温度单回路温度单回路和和烟气含氧烟气含氧 量单回路控制系统量单回路控制系统 b:b:将系统看作将系统看作MIMOMIMO进行建模进行建模 与目标与目标中中a a方案类似，但方案类似，但 烟气含氧量的

14、控制属于随烟气含氧量的控制属于随 动系统动系统第17页/共23页5 5、选择控制算法PIDPID、内模控制、推理控制、预算控制、解耦控内模控制、推理控制、预算控制、解耦控制制等等等等6 6、执行器的选择、执行器的选择7 7、设计报警和联锁保护系统、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，流量特性等方式，流量特性等8 8、控制系统的调试和投运、控制系统的调试和投运控制参数整定等控制参数整定等返回第18页/共23页1.5 1.5 过程控制系统的质量指标过程控制系统的质量指标 过渡过程质量指标过渡过程质量指标 误差（偏差）性能指标误

15、差（偏差）性能指标一、动态质量指标一、动态质量指标1 1 1 1、衰减比、衰减比、衰减比、衰减比 指振荡过程的第一个波指振荡过程的第一个波峰的振幅与第二个波峰的峰的振幅与第二个波峰的振幅之比。振幅之比。一般认为：一般认为：n=4n=4（4:14:1）时时系统过渡过程的稳定性系统过渡过程的稳定性能较好能较好，但温度等慢变化，但温度等慢变化过程取过程取10:110:1为好。为好。第19页/共23页一、动态质量指标一、动态质量指标2 2 2 2、衰减率、衰减率、衰减率、衰减率 同衰减比一样，也是衡同衰减比一样，也是衡量过渡过程稳定性的一个量过渡过程稳定性的一个动态指标，一般取动态指标，一般取第20页

16、/共23页一、动态质量指标一、动态质量指标最大偏差最大偏差B B：第一个波第一个波峰的峰值与期望值之差。峰的峰值与期望值之差。3 3 3 3、最大偏差（或超调量）、最大偏差（或超调量）、最大偏差（或超调量）、最大偏差（或超调量）对于定值控制系统对于定值控制系统超调量超调量：对于随动控制系统对于随动控制系统第21页/共23页一、动态质量指标一、动态质量指标 系统过渡过程曲线进入系统过渡过程曲线进入稳态区域（稳态区域（或或 ）不再）不再出来所需的时间，用出来所需的时间，用 表表示。示。4 4 4 4、过渡过程时间、过渡过程时间、过渡过程时间、过渡过程时间5 5 5 5、峰值时间、峰值时间、峰值时间、峰值时间1 1 1 1、余差（静态偏差）、余差（静态偏差）、余差（静态偏差）、余差（静态偏差）二、静态质量指标二、静态质量指标 被控参数稳态值与期望被控参数稳态值与期望值之差，用值之差，用C C表示表示返回第22页/共23页感谢您的观看！第23页/共23页