[工学]过程控制及仿真概述.ppt

《过程控制系统》 任佳 Email: jren@zstu.edu.cn Mobile:669498) Office: 15#219 教材及参考书： 郭阳宽，王正林编著，《过程控制工程及仿真－基于Matlab／Simulink》，电子工业出版社，2009.4 孙洪程，李大字，翁维勤，《过程控制工程》，高等教育出版社，2006.2 参考书：俞金寿，孙自强，《过程控制系统》，机械工业出版社，2008.8 教学安排 过程控制系统概述（1） Simulink基础及提高（2） 基本控制算法（6） 单回路PID、串级控制 比值、前馈 纯滞后、解耦 典型过程控制系统（2） DCS系统（3） 实验（2） 第1章 过程控制及仿真概述 1.1 过程控制系统？及其特点 1.2 单回路过程控制系统的组成 1.3 单回路过程控制系统设计中的几个要点 1.4 过程控制系统的性能指标 1.5 总结 1.1 什么是过程控制系统？ 过程自动化—过程控制，过程控制系统 电气自动化—电气控制，电力拖动控制系统 控制对象不同： 过程控制：工业生产过程中的物理量 　　　以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。 电气控制：电动机（直流、交流） 典型流程工业生产过程 化工单元过程 炼油生产过程 火电生产过程控制 制浆造纸过程控制 啤酒及中药生产 水处理过程控制等 流程工业（Flow industry） 也叫过程工业（Process Industry） 通常指化工、石化、炼油、钢铁、冶金、造纸、制药、食品、电力等连续生产行业 在整个制造业中所占比重大 占全国工业总产值的70％以上 91年以来流程工业的产品销售额前10名中占80-90%, 利润前20名中占70% 市场竞争对流程工业的压力不断增大 典型工业生产过程举例-乙酸乙酯生产过程 原料：乙酸、乙醇 产品：乙酸乙酯 工艺： 1.酯化反应 2.中和 3.萃取精馏 4.萃取剂回收 乙酸乙酯生产过程 乙酸乙酯生产过程 加图片 以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。 典型过程装置：精馏塔控制 精馏塔 过程工业生产过程的特点 生产过程的工艺流程基本不变，物料流是连续的；在装置内存在着物理的和化学的变化，并伴随着物质的和能量的转换与传递。 原料性质变化需要生产同样的产品 同样的原料又需要生产不同的产品 1.1.2 过程工业控制的特点 被控过程具有多样性 化工、冶金、电力、污水处理等。 控制方案具有多样性 反馈、前馈、复合控制 单回路、串级、比值、解耦控制、先进控制等 被控过程多属慢过程，控制目标多为过程参数 生产过程的物料大多是流体状的，因此能量的交换与传递过程在时间上往往有比较大的滞后 控制目标间有较强的耦合（关联） 给定值控制是主要的控制形式 控制系统分类－按设定值的不同情况 恒值（定值）控制系统 恒温箱的温度控制 稳压电源的电压稳定控制 随动控制系统 设定值不断变化，要求系统的输出随之变化 例：雷达跟踪系统，机器人，机械手的动作控制 程序控制系统 其设定值也是变化的，但它根据需要按一定时间程序变化。 程序控制机床，冶金工业中退火炉的温度控制 1.2 单回路过程控制系统的组成 被控对象、传感器和变送器、控制器（调节器）、执行器和控制阀 1.2.1 控制理论的发展 20世纪40年代之前： 主要凭经验用人工控制生产过程 20世纪50年代前后 以频率法和根轨迹法的经典控制理论 20世纪60年代： 现代控制理论 先进控制策略及相应软件 多变量预测控制、 自适应控制、 模糊控制及故障诊断、 神经元网络等。 1.3 过程控制系统设计中的几个要点 1.3.1 被控变量的选择 1.3.2 控制变量的选择 1.3.3 控制阀开关的选择 1.3.1 被控变量的选择 被控变量的选择，是控制系统设计的核心问题。 以温度、压力、流量、液位为操作指标的生产过程，就选择温度、压力、流量、液位为被控变量。 当质量指标是产品质量的直接反映时： 最佳方案：采用质量指标作为被控变量 1.3.1 被控变量的选择 当质量指标是产品质量的直接反映时： 最佳方案：采用质量指标作为被控变量 可行方案：采用间接的指标作为被控变量 1.3.1 被控变量的选择－案例 可行方案：采用间接的指标作为被控变量 1.3.1 被控变量的选择 到底选择温度还是压力？ 1.3.1 被控变量的选择－原则 尽量选择质量指标作为被控变量 当不能选择质量指标作被控变量时，应当选择一个与产品质量指标有单值对应关系的间接指标参数作为被控变量． 所选择的间接指标参数应具有足够大的灵敏度，以便反映产品质量的变化． 选择被控变量要考虑到工艺的合理性和国内、外仪表生产的现状。 被控变量 - 控制变量的选择？ 1.3.2