过程控制课程讲义1 绪论 过程控制概述教学讲义.ppt

* * Process Control 过程控制 清华大学自动化系 主讲教师：王京春 辅导教师：夏晓华 周强、顾键 课 程 内 容 绪论 过程控制的基本概念 生产过程自动化发展概况和趋势 过程控制的任务和要求 第一篇 简单控制系统 生产过程的动态特性 比例积分微分控制及调节过程 简单控制系统的整定 调节阀的选择与计算 第二篇 复杂控制系统 串级控制系统与比值控制系统 利用补偿原理提高系统的控制品质 解耦控制 第三篇 高等过程控制系统 推理控制 预测控制 自适应控制 课 程 内 容 绪论 过程控制概述 一. 什么是过程控制 二. 过程控制的发展 三. 简单过程控制系统的基本构成 四. 常用术语 五. 过程控制系统的任务 六. 过程控制系统的设计示例分析 一、什么是过程控制 1、什么是过程（Process）--生产过程 连续过程(Continuous Process) 批量（间歇）过程(Batch Process) 离散过程(Discrete Process) 流程工业(Flow Manufacturing Industry) 离散制造业(Discrete Industry) 一般工业生产 历经一段时间 伴随物质能量变化 2、过程（Process）的特点 5、所涉及的应用领域 石油化工：输油，炼油，乙烯，合成橡胶，合成氨 电力：火电厂 冶金：冶金加热炉，热处理炉 生化：啤酒，制药 轻工：食品，漂染 环境：水处理，大气监测 其它：农业，养殖业 6、控制内容 自动检测：传感，测量 监视：人机界面，显示仪表，屏幕监视器 自动调节：控制器，调节器 顺序控制：可编程控制器 自动保护：报警，连锁保护 装置级甚至厂级生产过程的平稳控制 控制手段：各种类型的计算机系统 二、过程控制的发展 被控对象（过程和设备）、控制理论、控制工具的交替发展与相互促进汇成过程控制发展的主旋律（见下表） 历经从简单到复杂，从单变量到多变量，从单一回路到整个装置甚至是全厂，从单一控制到综合自动化等等的变化过程 复杂控制系统的实例 福建炼油厂：年处理量为250万吨原油，“九五”期间改造为1000万吨；十个装置：常减压、重油催化裂化、焦化、催化重整、加氢精制、脱硫、催化氧化脱硫醇、分馏、硫磺回收；2100个测点，540个回路； 大型石化骨干生产系统控制及计算机应用技术：模型辨识器和多变量预估控制器：目前规模：50X50，未来规模300X300，甚至无限维； 现场总线技术 网络化的控制系统----现场总线 三、简单过程控制系统的基本构成 简单温度控制系统示例（开环和闭环） 基本组成部分 被控过程 测量变送 控制器 执行机构 单回路反馈控制系统框图 前馈控制系统框图 四. 常用术语 被控过程 被控参数（被调量） 设定值（给定值） 偏差（误差） 调节量（控制量） 干扰（扰动） 基本扰动（控制量） 外部扰动 调节通道 干扰通道 定值控制 随动控制 程序控制 反馈控制 前馈控制 推理控制 几个常用的专用英文名词 DDC: Direct Digital Control DCS: Distributed Control System CIMS: Computer Integrated Manufacturing System CIPS: Computer Integrated Process (Production) System 3C: Computer Control Communication 3M: Manufacturing Management Marketing 五、过程控制系统的任务与设计 目标任务：保证生产过程的 安全性：使操作压力、温度等在规定的许可范围 保障人身、设备、过程安全 稳定性：保证连续生产过程的平稳操作， 各参数维持在允许的波动范围 经济性：提高产品的产量、质量 降低原、材料与能源消耗，降低成本 要求： 抑制外部干扰对过程参数的影响 确保连续过程的稳定 生产工况达到最优（次优） 自控系统设计初步 控制系统设计的基本出发点 物料平衡；能量平衡；质量指标；经济指标 控制系统设计步骤 确定控制目标：满足平衡关系或某项指标 选择被控参数：直接可测，间接可测 选择调节量：用以控制被控参数的介质 确定控制系统结构：单回路 串级 前馈 反馈 确定控制算法：PID，模糊，自适应，优化，预测 选择控制系统的组成硬件：传感测量控制仪表， 调节阀，计算机及其接口 系统集成功能模型分层 经营决策