第9章 过程控制工程.ppt

例1.2: 换热器出口温度控制系统 问题：指出该系统的 CV、SP、MV、DVs，并描述其 方块图与控制目标 ? 换热器温度控制系统方块图 一般的反馈控制系统 常用被控变量（CV）：温度、压力/差压、流量、液位/料位、成份含量、属性。 控制器包括: 硬件、系统软件与应用软件 Hardware of Controllers 模拟调节器 (DDZ-II, III) 数字控制器（也称“单回路/多回路控制器”） 可编程逻辑控制器 (Programmable logic controllers，PLC) 集散控制系统或称分布式控制系统（Distributed control systems，DCS） 现场总线控制系统（Fieldbus control system，FCS） 过程自动化以太网 (Ethernet for Process Automation ，EPA) 控制系统的发展史 开大阀门还是逃命？ 温度指示 手动操作 机械装置 气动设备 电动设备 数字计算 数字计算 和通讯 冷却阀 由人直接根据指示来调节阀门 控制设备发展史 手动操作 机械装置 气动设备 电动设备 数字计算 数字计算 和通讯 浮子用来测量液位 闸门的位置决定流量 支点的位置决定： 闸门的变化/液位变化 怎样改变设定值？ 变量的值由装置的位置来表达 控制设备发展史 手动操作 机械装置 气动设备 电动设备 数字计算 数字计算 和通讯 管道中的信号为3-15psi的气压 气压改变阀门开度 怎样执行PID计算？ 变量大小与气压成比例 (50 – 150℃ = 3 – 15psi)。 控制设备发展史 手动操作 机械装置 气动设备 电动设备 数字计算 数字计算 和通讯 电线中的信号为4-20mA的电流 电流转变为气压来操纵阀门 怎样执行PID计算？ 变量大小与电流或电压成比例 (50 – 150℃ = 4 – 20mA)。 PID的模拟计算 气动 电动 控制设备发展史 手动操作 机械装置 气动设备 电动设备 数字计算 数字计算 和通讯 电线中的信号为4 - 20mA的电流 电流转变为气压来操纵阀门 采用电动信号传输进行数字计算 数字计算和通讯 手动操作 机械装置 气动设备 电动设备 数字计算 数字计算 和通讯 电流转变为气压来操纵阀门 数字PID 信号采用数字传输 信号在局域网中传输， 传感器和阀门也可带有微处理器！ 数字控制 A/D A/D D/A D/A 现场控制器 A/D A/D D/A D/A 现场控制器 特殊目的处理器 *信号采集 *安全控制 操作站 操作站 多功能 计算机 数字通讯 过程 …… … … *监视 *历史记录 *优化 数字控制采用分布式网络结构 为什么？ 分布式网络结构 分布式结构的特点 对过程控制的好处 数个处理器并行运算 控制计算比只用一个处理器快 每个处理器只执行有限个控制器计算 控制系统更安全，因为一个处理器故障只影响有限个控制回路 最小系统只需要少量的设备 系统可以很容易地进行扩展 每种处理器可以配不同的硬件和软件 可以根据具体的应用，比如控制、监视、操作等来选择硬件和软件 控制在哪里实现的？ 现场 显示 现场调节 电缆，可能有几百米长 中央控制室中进行变量显示、 计算以及操纵阀门 传感器、现场 显示和阀门 都在生产现场 控制在哪里实现的？ 中央控制室 现场 显示 现场调节 电缆，可能有几百米长 中央控制室中进行变量显示、 计算以及操纵阀门 传感器、现场 显示和阀门 都在生产现场 控制系统的分类 定值控制（Regulatory Control, “调节控制”）与伺服控制（Servo Control, “跟踪控制”） 对照举例：连续过程与间歇过程或飞行控制。 前馈控制（Feedforward Control）与反馈控制（Feedback Control） 对照举例：热交换器的出口温度控制。 控制系统分类（2）：前馈控制与反馈控制 比较上述两种控制策略的优缺点 控制系统的分类（续） 开关量控制（Switch Control）与连续量控制（Continuous Control） 举例：热水器的控制，变频空调 连续时间控制（Continuous-Time Control）与离散时间控制（Discrete-Time Control, 也称“采样控制”/“数字控制”） 举例：计算机控制系统 多变量控制与单变量多回路控制 线性控制与非线性控制等 控制系统的设计与实施 确定控制目标：依据生产过程安全性、经济性与稳定性的要求，针对具体工业对象确定控制目标； 选择被控变量：选择与控制目标直接或间接相关的可测量参数作为控制系统的被控变量； 选择操作变量：从所有可操作变量