《过程控制及自动化仪表》-潘永湘-配套课件-第一章.pptx

第一章 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。p第一章 绪论 过程控制概述 过程控制泛指石油、化工、电力、冶金、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，其被控量通常为压力、液位、流量、温度、PH值等过程变量，是自动化技术的重要组成部分。 作用：在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术可实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。 p一、过程控制概述过程控制的特点系统由被控过程和检测控制仪表组成过程控制采用各种检测仪表、控制仪表和计算机等自动化工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。检测仪表把工艺参数电信号或气信号，反映生产过程状况；控制仪表接受检测信号对过程进行控制。被控过程的多样性生产规模不同、工艺要求各异、产品品种多样导致过程的结构形、动态特性多样。通常被控过程属于多变量、大惯性、大时延、多变量特征，还有非线性与时变特性。（锅炉、热交换器、精馏塔）控制方案的多样性被控对象复杂导致控制方案多样性。单\多变量控制系统、常规仪表控制\计算机集散控制系统、提高控制品质的和实现特定要求的控制系统。单回路、串级、前馈、比值、均匀、分程、选择性、大时延、多变量系统，还有先进过程控制系统(自适应、预测、补偿、智能、非线性控制等)。p一、过程控制概述过程控制的特点过程控制的控制过程多属慢过程，而又多半属参量控制 被控过程具有大惯性、大时延(滞后)等特点。主要对表征其生产过程的温度、压力、流量、液位、成分、PH等过程参量进行自动检测和自动控制。（石油、化工、冶金、电力、轻工、制药）定值控制是过程控制的一种主要控制形式 设定值恒定或在很小的范围内变化。 控制目的：如何减小或消除外界扰动对被控量的影响，使被控量能控制在给定值上，使生产稳定。p一、过程控制概述过程控制的要求与任务安全性 针对易燃易爆特点设计；参数越线报警、链锁保护；故障诊断，容错控制。稳定性 抑制外界干扰，保证正常运行。经济性 降低成本提高效率。掌握工艺流程和被控对象静态、动态特性，运用控制理论和一定的技术手段（计算机、自动化仪表）设及合理系统。p一、过程控制概述过程控制的功能结构◆ 测量变送与执行测量变送装置与执行装置实现◆ 操作安全与环保保证生产安全、满足环保要求的设备（独立运行）◆ 常规与高级控制实现对过程参数的控制，满足控制要求。◆ 实时优化实现最优操作工况（时间，成本，设备损耗）而设计的方案◆ 决策与计划调度对整个过程进行合理计划调度和正确决策，使企业利益最大化。p过程控制发展概况●20世纪40年代前后(手工阶段)：手工操作状态，凭经验人工控制生产过程，劳动生产率很低。● 20世纪50年代前后(仪表化与局部自动化阶段)：过程控制发展的第一个阶段，实现了仪表化和局部自动化。 主要特点：检测和控制仪表-----采用基地式仪表和部分单元组合仪表(多数是气动仪表)； 过程控制系统结构------单输入、单输出系统； 被控参数------温度、压力、流量和液位参数； 控制目的------保持这些参数的稳定，消除或者减少对生产过程的主要扰动； 理论-----频率法和根轨迹法的经典控制理论，解决单输入单输出的定值控制系统的分析和综合问题。p过程控制发展概况● 20世纪60年代(综合自动化阶段)：检测和控制仪表-----采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表，计算机控制系统的应用，实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)；过程控制系统结构------多变量系统，各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统。控制目的------提高控制质量或实现特殊要求。理论-----除经典控制理论，现代控制理论开始应用。前馈控制-----按扰动来控制，在扰动可测的情况下，可以地提高控制质量。选择性控制-----在生产过程遇到不正常工况或被控量达到安全极限事，自动实现的保护性控制。p过程控制发展概况● 20世纪70年代以来(全盘自动化阶段)：发展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三个阶段。主要特点：检测和控制仪表-----新型仪表、智能化仪表、微型计算机；过程控制系统结构-------由单→多变量系统，由PID控制规律→ 特殊控制规律，由定值控制→ 最优控制、自适应控制，由仪表控制系统→ 智能化计算机分布式控制系统；理论-----现代控制理论应用到过程控制领域，如状态空间分析，系统辨识与状态估计，最优滤波与预测。｛集中型计算机控制系统集散控制系统DCSFCS现场总线控制系统全盘自动化阶段