过程控制论绪论.ppt

第1章 绪论 本章要点 1）掌握过程控制的定义、要求和任务， 了解过程控制的发展状况； 2）掌握过程控制系统的组成、特点、类型及其性能指标； 3）了解过程控制系统设计步骤和仪表的类型与发展； 4）掌握仪表的信号制及防爆系统的构成。 1.1 过程控制概述1.1.1过程控制的特点、任务及功能要求 过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制,它是自动化技术的重要组成部分。它在现代化工业生产中，为实现各种最优的经济技术指标、提高劳动生产率和经济效益、改善劳动条件、保护劳动者的身体健康以及保护生产环境等方面起着举足轻重的作用。 自动控制:指在没有人直接参与的情况下,利用控制器(控制装置),使被控对象(或过程)的被控量(物理量或状态)自动地按照预定的规律运行. 连续生产过程的特征是：生产过程中的各种流体，在连续（或间歇）的流动过程中进行着物理化学反应、物质能量的转换或传递。 二、过程控制的特点、任务及功能要求 （一） 过程控制的特点 1.组成（过程，系列化仪表）； 系统由系列化生产的过程检测控制仪表组成 2.设计难（过程的复杂性，模型的不精确性）； 例如：锅炉、热交换器、电弧炉、热处理炉、精馏塔、化学反应器、流体输送设备 特点：多变量、分布参数、非线性、大惯性、大延时等 3.要求高（控制方案丰富）； 如：常规的PID、先进APC(自适应、预测、推理、模糊、神经网络控制)等；有单变量、多变量、常规仪表、计算机、提高控制品质、特殊工艺要求等控制。 4.慢过程、参量控制； 工艺参数主要为：T、P、F、L、C等 5.定值控制 减小或消除外界扰动对被控参数的影响，确保生产稳定和产品的产量与质量。 （一）加热炉过程控制（图1－2） （二）设计步骤 1.确定控制目标 1）热油出口温度稳定； 2）出口温度与烟道气含氧量稳定； 3）温度稳定与热效率最高。 2.选择被控参数 直接参数与间接参数 3 选择控制量 燃料油流量与冷油流量→出口温度 挡板开度与送风挡板→含氧量 4.确定控制方案 简单与复杂、单输入与多输入、最优控制 5.选择控制策略 PID、高级过程控制 6.选择执行器 气动与电动 7.设计报警与联锁保护系统 高、低限值；加热炉停车程序：停燃油泵→关燃油阀→停引风机→切断热油阀 8.工程化设计 9.系统投运、调试和整定参数 1.1.2 过程控制的发展概况 （一）基于仪表的局部自动化阶段(50~60年代) 1.1.3 过程控制系统的组成、分类及性能指标(一）过程控制系统的组成（图1－3、图1－4） （1）被控参数（亦称系统输出）y(t)： 被控过程内要求保持稳定的工艺参数； （2）控制参数（亦称操作变量控制介质）q(t)：使被控参数保持期望值的物料量或能量； （3）干扰量f(t)：除被控参数外，作用于被控过程并引起被控参数变化的各种因数； （4）设定值r(t)：与被控参数相对应的设定值； （5）反馈值z(t)：被控参数经测量变送 后的实际测量值； （6）偏差e(t)：设定值与反馈值之差； （7）控制作用u(t)：控制器的输出值。 （二）过程控制系统的分类 1.分类方法（被控量名称、多少、特定工艺、工具）； 2.安结构分类： 1）反馈控制； 2）前馈控制； 3）复合控制。 3.安设定值分类： 1）定值控制； 2）伺服控制； 3）顺序控制。 (三） 过程控制系统的性能指标 (稳定性、快速性和准确性; 单项和综合指标） 1. 单项时域性能指标: (1)衰减比n（衰减率φ） 两个相邻的同向波峰值之比: 衰减率定义为一个周期后波动幅度衰减的程度: 衰减比与衰减率的单值对应关系，如衰减比为4：1或10：1时，则衰减率为0.75或0.9。 （2）最大动态偏差和超调量: 二阶系统： (3)残余偏差（稳态误差、静差）: 定值系统： 2.综合性能指标（基于偏差积分最小，适用衰减、无静差系统）  2）电动仪表（直流电压与电流的优点：无感应、无相移、易转换、易获基准） 2）安全火花型防爆等级：30V●DC;最小引爆电流（表1－1） 2.安全火花型防爆系统（图1－9） 条件:现场仪表为安全火花型；安全防爆栅隔离。 本章结束，谢谢！ (集散控制系统 DCS） (集散控制系统 DCS） (4) 调节时间Ts和振荡频率ω 、上升时间