2022年自动化仪表及过程控制第一章绪论.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章绪论本章提要1. 过程掌握系统的 基本概念2. 过程掌握的 进展概况3. 过程掌握系统的 组成4. 过程掌握的 特点及分类5. 衡量过程掌握系统的 质量指标授课内容第一节 过程掌握的进展概况1. 基本概念过程掌握系统- 指自动掌握系统的被控量是温度、压力、流量、液位成分、粘度、湿度以及 PH 值 氢离子浓度 等这样一些过程变量时的系统；P3 过程掌握 -指工业部门生产过程的自动化；P3 2. 过程掌握的重要性进入 90 岁月以来自动化技术进展很快,是重要的高科技技术；过程掌握是自动化技术的重要组成部分；在现代工业生产过程自动化电过程掌握技术正在为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、节省能源、改善劳动条件、爱护环境卫生等方面起着越来越大的作用；3. 过程掌握的进展概况19 世纪 40 岁月前后 手工阶段 ：手工操作状态, 凭体会人工掌握生产过程,劳动生产率很低；19 世纪 50 岁月前后 外表化与局部自动化阶段：过程掌握进展的第一个阶段,一些工厂企业实现了外表化和局部自动化；主要特点：检测和掌握仪表-采纳基地式外表和部分单元组合外表 多数是气动外表 ；过程掌握系统结构 - 单输入、单输出系统；被控参数 - 温度、压力、流量和液位参数； 掌握目的 - 保持这些参数的稳固,排除或者削减对生产过程的主 要扰动； 理论 -频率法和根轨迹法的经典掌握理论,解决单输入单输出 的定值掌握系统的分析和综合问题；19 世纪 60 岁月 综合自动化阶段 ：过程掌握进展的其次个阶段,工厂企业 实现车间或大型装置的集中掌握；主要特点：检测和掌握外表- 采纳单 元组合外表 气动、电动 和组装外表,运算机掌握系统的应用,实现直接数字掌握 DDC 和设定值掌握 SPC；过程掌握系统结构- 多变量系统,各种复杂掌握系统,如串级、比值、匀称掌握、前馈、挑选性掌握系统；掌握目的 - 提高掌握质量或实现特殊要求；现代掌握理论开头应用；理论 - 除经典掌握理论,前馈掌握 -按扰动来掌握,在扰动可测的情形下,可以地提高掌握质量；挑选性掌握 - 在生产过程遇到不正常工况或被控量达到安全极限事,自名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 动实现的爱护性掌握；19 世纪 70 岁月以来 全盘自动化阶段 ：进展到现代过程掌握的新阶段,这是过程掌握进展的第三个阶段；主要特点：检测和掌握外表-新型外表、智能化外表、微型运算机；过程掌握系统结构- 由单 多变量系统,由 PID 掌握规律 特殊掌握规律,由定值掌握 最优掌握、自适应掌握,由外表掌握系统 智能化运算机分布式掌握系统；理论 - 现代掌握理论 过程掌握领域,如状态空间分析,系统辨识与状态估量,最优滤波与预报；4. 集散掌握系统 DCS集散掌握系统- 是集运算机技术、掌握技术、通信技术和图形显示技术为一体的装置；系统在结构上是分散的 生产过程是分散系统 ,但过程控制的监视、治理是集中的；优点：将运算机分布到车间或装置；使系统的危急分散,提高了系统的可靠性,能便利敏捷地实现各种新型的掌握规律与算法,实现正确治理；集散掌握系统的结构原理框图：集散掌握系统的结构组成：1 过程输入 -输出接口： 又叫数据采集站,数据采集与预处理,对实时数据进一步的加工,操作站的显示与打印；2 过程掌握单元：又称基本掌握器,是集散掌握系统的核心；不同的集散掌握系统其差别较大；3CRT 操作站： 是集散掌握系统的人-机接口装置； 执行监控操作、 系统组态、编程、动态流程图显示以及部分生产治理；4 高速数据通路：实现集散掌握系统各处理机之间数据传送；5 治理 上位 运算机： 进行集中治理与正确掌握,实现信息 -掌握 -治理一体化；其次节 过程掌握系统及其组成1. 过程掌握系统组成由测量元件、变送器、调剂器、调剂阀、被控过程等环节构成；一个简洁的过程掌握系统被控过程过程检测掌握外表（测量元件、变送器、调名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 节器和调剂阀）2.过程掌握系统实例1（发电厂锅炉过热蒸汽温度掌握系统）过热蒸汽的温度是生产工艺的重要参数3.过程掌握系统实例2（PH 掌握系统）4.过程掌握系统实例3（液位掌握系统）名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第三节 过程掌握的特点及系统分类1. 过程掌握系统特点系统由过程检测掌握外表组成被控过程的多样性 生产规模不同、工艺要求各异、产品品种多样；掌握方案的多样性 通常有单变量掌握系统、多变量掌握系统、常规外表掌握系统、运算机集散控制系统、提高掌握品质的掌握系统、实现特定要求的掌握系统；本书将要介绍单回 路、串级、前馈、比值、匀称、分程、挑选性、大时延、多变量系统,仍要介绍高级新型系统自适应掌握、猜测掌握以及极可能成为系统主流的集散掌握系统DCS ；过程掌握的掌握过程多属慢过程,而又多半属参量掌握被控过程具有大惯性、大时延滞后 等特点；对表征其生产过程的温度、压力、流量、液位 物位 、成分、 PH 等过程参量进行自动检测和自动掌握；定值掌握是过程掌握的一种主要掌握形式 如何减小或排除外界扰动对被控量的影响,使被控量能掌握在给定值上,使生 产稳固；2. 过程掌握系统分类按系统的结构特点分类：反馈掌握系统 反馈掌握系统- 反馈掌握系统是依据系统被控量与给定位的偏差进 行工作的,最终达到排除或减小偏差的目的,偏差值是掌握的依据；前面的液位掌握系统,就是一反馈掌握系统；又称闭环掌握系统；是过程掌握系统中最基本的一种；多回路反馈掌握系 统；前馈掌握系统 前馈掌握系统- 直接依据扰动量的大小进行工作的,扰动是掌握的 依据；不构成闭合回路,故也称为开环掌握系统；由于前馈掌握是一种开环掌握,无法检查掌握的成效,所以在实际生产过名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 程中是不能单独应用的；前馈反馈掌握系统 复合掌握系统 前馈开环掌握的主要优点：能针对主要扰动快速准时克服对被控量的影响；反馈掌握的主要优点：克服其他扰动,使系统在稳态时能精确地使被控量掌握在给定值上；构成的前馈反馈掌握系统可以提高掌握质量；按给定值信号的特点分类：定值掌握系统系统被控量 温度、 压力、 流量、 液位、 成分等 的给定值保持在某肯定值 或在某一很小范畴内不变 中；例如前述的例子就是定值掌握系统；系统的输入信号是扰动信号；随动掌握系统随动掌握系统 - 被控量的给定值随时间任意地变化的掌握系统；作用：克服一切扰动,使被控量准时跟踪给定值变化；例如在加热炉燃烧过程掌握,掌握系统就要使空气量跟随燃料虽的变化自动掌握空气量的大小从而保证达到正确燃烧；程序掌握系统程序掌握系统 - 被控量的给定值是按预定的时间程序而变化的；掌握的目的：使被控量按规定的程序自动变化；例如机械工业中的退火炉的温度掌握系统；第四节 衡量过程掌握系统的质量指标掌握性能良好：在受到外来干扰作用或给定值发生变化后,应平稳、快速、准确地回复 或趋近 到给定值上；评判掌握性能好坏的质量指标；依据工业生产过程对掌握的实际要求来确定；通常采纳的两种质量指标：1. 系统过渡过程的质量指标名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 余差 静态偏差 c 系统过渡过程终了时给定值与被控参数稳固值之差；它是一个精确性的重要指标,是一个静态指标；一般要求余差不超过预定值或为零；衰减比 n 或衰减率 衰减比n-指振荡过程的第一个波的振幅与其次个波的振幅之比,即nl 4：nB,衡量系统过渡过程稳固性的一个动态指标,反映了振荡的衰减程度；B'表示系统是不稳固的,振幅愈来愈大；n 1 表示为等幅振荡；n4 表示系统为1 的衰减振荡；有时亦用衰减率 BBB' 来表示系统的稳固程度；在工程上,应依据生产过程的特点来确定合适的 ；一般取衰减率g0.75 O.9 最大偏差 A 或超调量 定值掌握系统 : 用最大偏差 A 来衡量被控参数偏离给定值的程度；最大偏差是指被控参数第一个波的峰值与给定值的差；A=B+C 随动掌握系统：常用超调量这个指标来衡量被控参数偏离给定值的程度；超调量定义为：y tpy100%A、 愈大就表示被控量偏离生产y A、 都是衡量系统质量的一个重要指标；如规定的状态越远；规定答应最大偏差；过渡过程时间 ts过渡过程时间 t s：表示系统过渡过程曲线进入新的稳态值的±5或± 2 范围内所需的时间；ts 愈小表示过渡过程进行得愈快；它是反映系统过渡过程快慢的指标；峰值时间 t p峰值时间 t p：是指系统过渡过程曲线达到第一个峰值所需要的时间；其大小反映系统响应的灵敏程度；2. 误差（偏移）性能指标名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 单项指标来表示掌握系统的质量以外,仍可以用综合指标来对系统过渡过程进行综合评判；一个过程掌握系统的质量主要看偏差的变化情形；可采纳偏差与时间的某种积分关系作为衡量系统质量的准就,常用有：JJJJ平方误差积分指标ISE ；0e2tdtmin时间乘误差的平方积分指标ITSE ；0te2tdtmin误差肯定值积分指标IAE ；0|e t|dtmin时间乘误差肯定值的积分指标ITAE 0t|e t|dtmin这些值达到最小的系统就是最优的系统；补充内容这就是积分指标；过程掌握外表 是实现工业生产过程自动化的重要工具,它被广泛地应用于 石油、化工等各工业部门；在自动掌握系统中,过程检测外表将被控变量 转换成电信号或气压信号后,除了送至显示外表进行指示和记录外,仍需送到掌握外表进行自动掌握,从而实现生产过程的自动化,使被控变量达 到预期的要求；由单元组合外表构成的简洁掌握系统过程掌握外表的分类 按能源形式分类：液动掌握外表、气动掌握外表和电动掌握外表；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 按结构形式分类：基地式掌握外表、单元组合式掌握外表、组件组装式控制外表等； 基地式掌握外表 以指示、记录外表为主体,附加某些掌握机构而组成；基地式掌握外表特点：般结构比较简洁、价格廉价它不仅能对某些工艺变 量进行指示或记录,而已仍具有掌握功能,因此它比较适用于单变量的就地控 制系统；目前常使用的XCT系列动圈式掌握外表和TA系列简易式调剂器即属此类仪表； 单元组合式掌握外表将整套外表划分成能独立实现肯定功能的如干单元,各单元之间采纳统一信号进行联系；使用时可依据掌握系统的需要,对各 单元进行挑选和组合,从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和掌握 系统；特点：使用敏捷,通用性强,同时,使用、爱护更作也很便利；它适用 于各种企业的自动掌握；广泛使用的单元组合式掌握外表有电动单元组合外表 组合外表 QD2型 ；DDZ 型 和气动单元 组件组装式掌握外表 是一种功能分别、 结构组件化的成套外表 或装置 ；它以模拟器件为主,兼用模拟技术和数字技术；整套外表 或装置 在结构上由掌握柜和操作台组成,掌握柜内安装的是具有各种功能的组件板,采纳高密度安装,结构紧凑；这种掌握外表 或装置 特殊适用于要求组成各种复杂掌握和集中显示操作的大、中型企业的自动掌握系统；其中国产的 TF 型、 MZ型以及 SPEC200等组装外表即属此类掌握外表；按信号形式分类：模拟掌握外表和数字掌握外表两大类；其中 DDZ型外表 和 QDZ型外表都属于模拟掌握外表；SLPC可编程调剂器、KMM可编程调剂 器、 PMK可编程调剂器等都属于数字掌握外表；过程掌握外表的进展 过程掌握外表的主体是气动掌握外表和电动掌握外表,它们的发生和进展分别 经受了基地式、 单元组合式 型、 型、 型 、组装式及数字智能式等几个阶段；过程掌握外表的信号制与传输方式 为便利有效地把自动化系统中各类现场外表与掌握室内的外表和装置连接起来,构成各种各样的掌握系统,外表之间应有统的标准信号进行联络和合适的传 输；名师归纳总结 - 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