过程装备控制技术及应用2015第一章.pptVIP

过程装备控制技术及应用 主讲：电信学部 潘学军 课时：40学时 课程性质：必修课 参考书：过程装备控制技术及应用 王毅 化学工业出版社 第1章 控制系统的基本概念 1.1 概述 1.2 控制系统的组成 1.3 控制系统的方框图 1.4 控制系统的分类 1.5 控制系统的过渡过程及性能指标 1.6 本门课程的主要内容 1.1 概 述 ? 过程装备控制是指在过程设备上，配上一些自动化装置以及适合的自动控制系统来代替操作人员的部分或全部直接劳动，使设计、制造、装配、安装等在不同程度上自动地进行。这种利用自动化装置来管理生产过程的方法就是生产过程自动化。因此，过程装备控制是生产过程自动化最重要的一个分支。 生产过程自动化是提高社会生产力的有力工具之一。它在确保生产正常运行，提高生产质量，降低能耗，降低劳动条件，减轻劳动强度等方面具有巨大的作用。 1.1.1 生产过程自动化系统所包含的内容 生产过程自动化系统包含如下四个部分的内容： （1）?自动检测系统 （2）??信号连锁系统 （3） 自动操纵系统 这是一种根据预先规定的程序，自动的对生产设备进行某种周期性操作。 （4） 自动控制系统 利用一些自动控制仪表及装置，对生产过程中某些重要的工艺变量进行自动调节，使它们在受到外界干扰影响偏离正常状态后，能够自动地重新回复到规定的范围内，从而保证生产的正常进行。 1.1.2 过程装备控制的任务和要求 过程装备控制是工艺生产过程自动化的重要组成部分，它主要是针对过程装备的主要参数，即温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等参数进行控制。 工艺生产过程装备控制的要求是多方面的，最终可以归纳为三项要求：即安全性、经济性和稳定性。安全性，是指在整个生产过程中，确保人身和设备的安全，这是最重要也是最基本的要求。通常是采用越限报警，事故报警和连锁保护等措施加以保证。稳定性，是指系统应具有抵抗外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力。 过程装备控制的任务就是在了解，掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础上，根据上叙三项要求，应用理论对控制系统进行分析和综合，最后采用合适的技术手段加以实现。因此可以说，过程装备控制是控制理论、工艺知识、计算机技术和仪表仪器等相结合而构成的一门综合性应用科学。 工业生产过程都是在一定的温度、压力、浓度、物位等工艺条件下进行的。为此，必须对这些工艺变量进行控制，使其稳定在保证生产正常运行的范围之内。为了实现控制要求 ，通常有两种方式可以选择：人工控制和自动控制。 下面以锅炉汽包水位控制为例，说明人工控制与自动控制的执行过程。 1.2.1 过程装备的控制 1.2 控制系统的组成 图1－1 锅炉水位控制示意图 （a）人工控制 （b）自动控制 1.2.2 控制系统的组成 自动控制系统主要由两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制系统，它包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置下的生产设备，即被控对象如锅炉、反应器、换热器等。 系统各部分的作用如下: 被控对象 ：在自动控制系统中，工艺变量需要控制的生产设备或机器称为被控对象，简称对象。 测量元件和变送器 ：测量需控制的工艺参数并将其转化为一种特定信号（电流信号或气压信号）的仪器。 调节器：又称控制器，它将检测元件或变送器送来的信号与其内部的工艺参数给定值进行比较，得到偏差信号；根据这个偏差的大小按一定的运算规律计算出控制信号，并将控制信号传送给执行器。 执行器： 接受调节器送来的信号，自动地改变阀门的开度，从而改变输送给被控对象的能量或物料。  在研究控制系统时，为了能够更清楚表示出控制系统中各个组成部分之间的相互影响和信息联系，一般用方框图来表示控制系统的组成和作用。如图1－2所示为一简单控制系统的方框图。  1.3 控制系统的方框图 被控变量y ： 指需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位、反应器的温度等。它是被控对象的输出信号,也是自动控制系统的输出信号。但它是理论上的真实值，由测量变送器输出的信号是被控变量的测量值ym 。 给定值（或设定值）Ys ：对应于生产过程中被控变量的期望值。 测量值 Ym： 由检测元件得到的被控变量的实际值。