工业过程控制精选PPT.ppt

《工业过程控制精选PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业过程控制精选PPT.ppt（50页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、工业过程控制工业过程控制第1页，此课件共50页哦课程名称：工业过程控制授课对象：电气工程及自动化专业先修课程：电子技术基础 检测与信号处理技术 自动控制理论主要教材及参考书：过程控制系统，俞金寿、孙自强 编，机械工业出版社，2008过程控制，金以慧 主编，清华大学出版社，1998第2页，此课件共50页哦第一章 绪论本章主要内容1.1 过程控制的基本概念1.2 过程控制的任务1.3 过程控制系统的组成1.4 过程系统的分类1.5 过程控制系统的性能指标1.6 过程控制的特点1.7 过程控制的发展状况1.8 自动化仪表概述第3页，此课件共50页哦1.1 过程控制的基本概念1.工业自动化：工工业业生

2、生产产中中的的各各种种参参数数为为控控制制目目的的，实实现现各各种种过过程程控控制制。在在整整个个工工业业生生产产中中,尽尽量量减减少少人人力力的的操操作作,而而充充分分利利用用自自动动化化装装置置对对工工厂厂或或企企业业的的生生产产设设备备或或生生产产过过程程进进行行自自动动监监测测，自自动动调调节节，自动控制，自动显示及管理自动控制，自动显示及管理等。等。工工业业自自动动化化涉涉及及的的范范围围极极广广，可可分分为为：生生产产过过程程自自动动化化、电电气气传传动自动化、电力系统自动化、生产管理自动化、楼宇自动化动自动化、电力系统自动化、生产管理自动化、楼宇自动化等等。等等。生生产产过过程程

3、自自动动化化：主主要要针针对对温温度度、压压力力、流流量量、液液位位（物物位位），成分和物性成分和物性等参数的控制问题进行研究。等参数的控制问题进行研究。第4页，此课件共50页哦n人工操作与自动控制比较图（液位控制）人工操作与自动控制比较图（液位控制）控制速度和精度不能满足大型控制速度和精度不能满足大型现代化生产的需要现代化生产的需要第5页，此课件共50页哦1.1 过程控制的基本概念2.过程：将原料（物质）接收过来，利用能源进行诸如加热、冷却等处将原料（物质）接收过来，利用能源进行诸如加热、冷却等处理，使其发生化学或物理的变化，最终生产出所需要的物质或能理，使其发生化学或物理的变化，最终生产出

4、所需要的物质或能源的系统。源的系统。3.过程控制：为了按所希望的效率，质量和产量产出产品，将过程内各部为了按所希望的效率，质量和产量产出产品，将过程内各部分的变量分的变量控制在所希望的值控制在所希望的值，即完成对诸如温度，压力，流量，即完成对诸如温度，压力，流量，液位（物位）等参数的控制，使其保持为定值或按一定规律变化，液位（物位）等参数的控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以以确保产品质量和生产安全确保产品质量和生产安全，并使，并使生产过程按最优化目标自动进生产过程按最优化目标自动进行行。第6页，此课件共50页哦1.2 过程控制的任务4.过程控制的任务：在了解、掌握工艺流程和被控过程的在了

5、解、掌握工艺流程和被控过程的静态与动态特性静态与动态特性的基础上，应的基础上，应用用控制理论控制理论分析和设计符合工艺要求的过程控制系统，并采用适宜的分析和设计符合工艺要求的过程控制系统，并采用适宜的技术手段加以实现。需要指出，为适应当前当前生产对控制的要求愈来技术手段加以实现。需要指出，为适应当前当前生产对控制的要求愈来愈高的趋势，必须充分注意现代控制技术过程控制中的应用，因此，愈高的趋势，必须充分注意现代控制技术过程控制中的应用，因此，过过程控制是控制理论、工艺知识、计算机技术和仪器仪表等知识相程控制是控制理论、工艺知识、计算机技术和仪器仪表等知识相结合而构成的一门应用科学。结合而构成的一

6、门应用科学。第7页，此课件共50页哦1.3 过程控制系统的组成过程控制系统主要由被控过程和自动化仪表两部分组成，其中自动化仪表负责对被控过程的工艺参数进行自动测量、自动监视和自动控制等。例如：发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统例如：发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统 转炉供氧量控制系统转炉供氧量控制系统 集散控制系统（集散控制系统（DCSDCS）水塔液位控制系统水塔液位控制系统第8页，此课件共50页哦1.3 过程控制系统的组成例例1 1 发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统锅炉是电力、冶金、石油化工等工业部门不可缺少的动力设备，其产品锅炉是电力、冶金、石油化工等工业部门不可缺少

7、的动力设备，其产品是是蒸汽蒸汽。发电厂从锅炉汽包中出来的饱和蒸汽经过过热器继续。发电厂从锅炉汽包中出来的饱和蒸汽经过过热器继续加热成为过热蒸汽。加热成为过热蒸汽。过热蒸汽的温度过热蒸汽的温度是火力发电厂生产工艺的重是火力发电厂生产工艺的重要参数。要参数。过热蒸汽温度控制是保证汽轮机组（发电设备）正常运行的重要过热蒸汽温度控制是保证汽轮机组（发电设备）正常运行的重要条件。通常过热蒸汽的温度控制在条件。通常过热蒸汽的温度控制在460460左右，推动汽轮机做功。左右，推动汽轮机做功。第9页，此课件共50页哦1.3 过程控制系统的组成每种锅炉与汽轮机组都有一个规定的运行温度，在这个温度下运行，每种锅炉

8、与汽轮机组都有一个规定的运行温度，在这个温度下运行，机组的效率最高。如果过热蒸汽温度过高，会使汽轮机的寿命大大机组的效率最高。如果过热蒸汽温度过高，会使汽轮机的寿命大大缩短；如果温度过低，当过热蒸汽带动汽轮机做功时，会使部分过缩短；如果温度过低，当过热蒸汽带动汽轮机做功时，会使部分过热蒸汽变成小水滴，小水滴冲击汽轮机叶片，会造成生产事故。所热蒸汽变成小水滴，小水滴冲击汽轮机叶片，会造成生产事故。所以必须对过热蒸汽的温度进行控制。以必须对过热蒸汽的温度进行控制。过热器之前或中间部分串接一个减温器，通过控制减温水流量的过热器之前或中间部分串接一个减温器，通过控制减温水流量的大小来控制过热蒸汽的温度

9、。大小来控制过热蒸汽的温度。第10页，此课件共50页哦图1.电厂锅炉过热蒸汽温度控制流程图第11页，此课件共50页哦1.3 过程控制系统的组成控制过程：控制过程：本系统采用本系统采用DDZ-IIIDDZ-III型电动单元组合仪表。系统中过热蒸汽温度采用型电动单元组合仪表。系统中过热蒸汽温度采用热电阻温度计热电阻温度计1 1来测量，并经过温度变送器来测量，并经过温度变送器2 2（TTTT）将测量信号送至调节）将测量信号送至调节器（器（TCTC）3 3的输入端，与过热蒸汽温度的给定值进行比较得到其偏差，的输入端，与过热蒸汽温度的给定值进行比较得到其偏差，调节器按此输入偏差以某种控制规律进行运算后输

10、出控制信号，以控制调节器按此输入偏差以某种控制规律进行运算后输出控制信号，以控制调节阀调节阀4 4的开度，从而改变减温水流量大小，达到控制过热蒸汽温度的的开度，从而改变减温水流量大小，达到控制过热蒸汽温度的目的。目的。第12页，此课件共50页哦设定值测量值偏差，e(t)=r(t)y(t)控制作用被控变量操纵变量图2.过热蒸汽温度控制系统框图第13页，此课件共50页哦过程（又称对象）被控制的装置或设备c(t)(或y(t)被控参数（系统输出）：过热蒸汽的温度f(t)扰动作用，作用与被控过程引起被控参数变化的各种因素q(t)控制参数（操纵变量）u(t)控制作用，控制器的输出值r(t)给定值（设定值）

11、测量变送器 将c(t)成比例地转换为测量信号z(t)(反馈值)1.3 过程控制系统的组成Z(t)第14页，此课件共50页哦1.3 过程控制系统的组成例例2 2 转炉供氧量控制系统转炉供氧量控制系统转炉是炼钢工业生产过程中的转炉是炼钢工业生产过程中的一种重要设备。熔融的铁水装一种重要设备。熔融的铁水装入转炉后，通过氧枪供给转炉入转炉后，通过氧枪供给转炉一定的氧气量，在氧气的作用一定的氧气量，在氧气的作用下，铁水中的碳逐渐氧化燃烧，下，铁水中的碳逐渐氧化燃烧，从而使铁水中的含碳量不断地从而使铁水中的含碳量不断地降低，控制吹氧量和吹氧时间降低，控制吹氧量和吹氧时间就可以控制冶炼钢水的含碳量，就可以控

12、制冶炼钢水的含碳量，于是可以获得不同品种的钢材于是可以获得不同品种的钢材料。料。第15页，此课件共50页哦控制过程：控制过程：采用节流装置1来测量氧气流量，并流至变送器（FT）2，再经开方器3后作为流量调节器（FC）4的测量值，其测量值与供氧量的给定值进行比较得到偏差，调节器按此偏差输入信号以PID某种控制规律进行运算并输出控制信号去控制调节阀5的开度，从而改变供氧量的大小，以满足生产工艺要求。图3.转炉供氧量控制系统控制流程图1.3 过程控制系统的组成第16页，此课件共50页哦控制系统均由测量元件、变送器、调节器、调节阀和被控过程等环节构成。如果把测量元件、变送器、调节器和调节阀统称为过程检

13、测控制仪表，则一个简单的过程控制系统是由被控过程和过程检测控制仪表两部分组成的。1.3 过程控制系统的组成图4.转炉供氧量控制系统控制框图第17页，此课件共50页哦1.3 过程控制系统的组成计算机过程控制系统图5.计算机过程控制系统框图计算机代替模拟调节器-计算机过程控制系统。在微型计算机控制系统中，只要运用各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。微处理器执行这样的程序，就能实现对被控参数的控制。第18页，此课件共50页哦图图6 计算机控制系统组成框图计算机控制系统组成框图生产过程：被控对象，测量变送，执行机构等，如下图所示。生产过程：被控对象，测量变送，执行机构等，如下图所示。接口接口接口

14、接口DADAADAD多路开关多路开关反多路开关反多路开关开关量输入开关量输入开关量输出开关量输出执行机构执行机构生生产产对对象象打印机打印机显示终端显示终端磁盘驱动器磁盘驱动器软件软件微微型型计计算算机机实时实时时钟时钟操作操作台台接口接口接口接口通用外部设备通用外部设备主机及操作台主机及操作台外部通道外部通道接口接口检测及变送检测及变送控制对象控制对象传感器传感器变送器变送器1.3 过程控制系统的组成第19页，此课件共50页哦1.3 过程控制系统的组成例例3 3 集散控制系统（集散控制系统（DCSDCS）（1 1）过程输入）过程输入-输出接口输出接口（2 2）过程控制单元）过程控制单元（3

15、3）数据高速通路）数据高速通路（4 4）CRTCRT操作站操作站（5 5）管理计算机）管理计算机 （-上位机）上位机）图7.集散控制系统基本组成框图第20页，此课件共50页哦1.3 过程控制系统的组成1.1.被控对象被控对象2.2.实现控制的设备，机器或生产过程。实现控制的设备，机器或生产过程。3.3.如加热器，蒸馏塔，反应器或传输物料的管路，储存物料的槽、罐如加热器，蒸馏塔，反应器或传输物料的管路，储存物料的槽、罐等。等。4.4.（1 1）被控量）被控量5.5.对象内要求进行控制的参量。即对象内要求进行控制的参量。即y(t)y(t)，如过热蒸汽的温度。，如过热蒸汽的温度。是过程的输出信号。是

16、过程的输出信号。6.6.（2 2）操纵量（控制参数）操纵量（控制参数）7.7.一般是由工艺决定的，如加热器温度控制的燃油量、氧气量等，一般是由工艺决定的，如加热器温度控制的燃油量、氧气量等，受执行器（调节阀）操纵，用以使被控制量获得有效控制的量受执行器（调节阀）操纵，用以使被控制量获得有效控制的量（调节阀输出，过程的输入）。（调节阀输出，过程的输入）。第21页，此课件共50页哦1.3 过程控制系统的组成（2 2）干扰量）干扰量 除了操纵量外，作用于对象并能引起被控量变化的各种因素。除了操纵量外，作用于对象并能引起被控量变化的各种因素。2.2.检测元件与变送器检测元件与变送器（1 1）检查元件）

17、检查元件：各类传感器：各类传感器（2 2）变送器）变送器：用于把被测参数（温度、压力、流量、物位等物理量）：用于把被测参数（温度、压力、流量、物位等物理量）变换为标准电信号的仪表。变换为标准电信号的仪表。标准信号：电压标准信号：电压 1 15V DC5V DC 电流电流 4 420mA DC20mA DC 第22页，此课件共50页哦1.3 过程控制系统的组成3.3.控制器（调节器）控制器（调节器）将测量值与事先设定的给定值比较，产生偏差信号。根据偏差信号自将测量值与事先设定的给定值比较，产生偏差信号。根据偏差信号自动地进行运算，并将结果输出到执行机构上，达到自动调节的目的。动地进行运算，并将结

18、果输出到执行机构上，达到自动调节的目的。（1 1）设定值）设定值：采用标准信号。：采用标准信号。（2 2）测量值）测量值：要求与被控量具有相应关系的标准信号。：要求与被控量具有相应关系的标准信号。（3 3）偏差量）偏差量：正偏差或负偏差：正偏差或负偏差4.4.执行器（调节阀）执行器（调节阀）过程自动化中用的执行器均为调节阀过程自动化中用的执行器均为调节阀 调节阀由执行机构和调节机构组成。调节阀由执行机构和调节机构组成。第23页，此课件共50页哦1.4 过程控制系统的分类1.1.按被控量分类按被控量分类 温度控制系统温度控制系统 压力控制系统压力控制系统 流量控制系统流量控制系统 液位控制系统等

19、液位控制系统等2.2.按完成的功能分类按完成的功能分类 比值控制系统（特殊的多变量控制）比值控制系统（特殊的多变量控制）分程控制系统（一个调节器带几个阀）分程控制系统（一个调节器带几个阀）选择性控制系统（非线性切换控制）选择性控制系统（非线性切换控制）第24页，此课件共50页哦1.4 过程控制系统的分类3.3.按调节器控制规律分类按调节器控制规律分类 比例（比例（P P）控制系统）控制系统 比例积分（比例积分（PIPI）控制系统）控制系统 比例积分微分（比例积分微分（PIDPID）控制系统）控制系统4.4.按被控量的多少分类按被控量的多少分类 单变量控制系统单变量控制系统 多变量控制系统多变量

20、控制系统第25页，此课件共50页哦1.4 过程控制系统的分类5.5.按系统的结构分类按系统的结构分类 反馈控制系统反馈控制系统 前馈控制系统前馈控制系统 复合控制系统复合控制系统 单回路控制系统单回路控制系统 串级控制系统串级控制系统第26页，此课件共50页哦1.4 过程控制系统的分类（1 1）反馈控制系统反馈控制系统 反馈控制系统是过程控制系统的一种最基本的控制结构形式。反反馈控制系统是过程控制系统的一种最基本的控制结构形式。反馈控制系统是根据系统被控量的偏差进行工作的，偏差值是控制的馈控制系统是根据系统被控量的偏差进行工作的，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差的目的。依据，最后达到

21、消除或减小偏差的目的。如过热蒸汽温度控制系统就是一个反馈控制系统。如过热蒸汽温度控制系统就是一个反馈控制系统。反馈信号可以有多个，从而构成多个闭合回路，称其为多回路控制反馈信号可以有多个，从而构成多个闭合回路，称其为多回路控制系统。系统。第27页，此课件共50页哦1.4 过程控制系统的分类（2 2）前馈控制系统前馈控制系统 前馈控制系统是直接根据扰动量的大小进行工作，扰动是控前馈控制系统是直接根据扰动量的大小进行工作，扰动是控制的依据。由于它没有被控量的反馈，所以也称为开环控制系统。制的依据。由于它没有被控量的反馈，所以也称为开环控制系统。图7.前馈控制框图扰动扰动f(t)f(t)是引起被控量

22、是引起被控量y(t)y(t)变化的原因，前馈调节器变化的原因，前馈调节器FFCFFC是根据扰动是根据扰动f(t)f(t)进行工作的，进行工作的，可以及时克服扰动对被控量可以及时克服扰动对被控量y(t)y(t)的影响。但是，前馈控的影响。但是，前馈控制是开环控制，不能检查控制是开环控制，不能检查控制精度，因此，在实际工业制精度，因此，在实际工业生产过程自动化中不能单独生产过程自动化中不能单独使用。使用。第28页，此课件共50页哦1.4 过程控制系统的分类（3 3）前馈前馈-反馈（复合）控制系统反馈（复合）控制系统 开环的前馈控制的最主要的优点是能针对主要扰动及时迅开环的前馈控制的最主要的优点是能

23、针对主要扰动及时迅速地克服其对被控参数的影响；对其余次要扰动，利用反馈控速地克服其对被控参数的影响；对其余次要扰动，利用反馈控制予以克服，使控制系统在稳态时能准确地使被控量控制在给制予以克服，使控制系统在稳态时能准确地使被控量控制在给定值上。定值上。图8.前馈-反馈控制系统第29页，此课件共50页哦1.4 过程控制系统的分类6.6.按给定信号的特点分类按给定信号的特点分类 定值控制系统定值控制系统 程序（顺序）控制系统程序（顺序）控制系统 随动控制系统随动控制系统（1 1）定值控制系统：）定值控制系统：系统被控量的给定值保持在规定值不变，或在小范围附近不系统被控量的给定值保持在规定值不变，或在

24、小范围附近不变。变。例如：过热蒸汽温度控制系统、转炉供氧量控制系统均为一个定值控例如：过热蒸汽温度控制系统、转炉供氧量控制系统均为一个定值控制系统。制系统。第30页，此课件共50页哦1.4 过程控制系统的分类6.6.按给定信号的特点分类按给定信号的特点分类 定值控制系统定值控制系统 程序（顺序）控制系统程序（顺序）控制系统 随动控制系统随动控制系统（2 2）程序控制系统：）程序控制系统：系统被控量的给定值按预定的时间程序变化工作的。控制目的就系统被控量的给定值按预定的时间程序变化工作的。控制目的就是使系统被控量按工艺要求规定的程序（顺序）自动变化的。是使系统被控量按工艺要求规定的程序（顺序）自

25、动变化的。例如：同期作业的加热设备（机械、冶金工业中的热处理炉），例如：同期作业的加热设备（机械、冶金工业中的热处理炉），一般工艺要求加热升温、保温、逐次降温等程序，给定值就按此程一般工艺要求加热升温、保温、逐次降温等程序，给定值就按此程序自动地变化，控制系统也按此程序自动工作，达到控制的目的。序自动地变化，控制系统也按此程序自动工作，达到控制的目的。第31页，此课件共50页哦1.4 过程控制系统的分类6.6.按给定信号的特点分类按给定信号的特点分类 定值控制系统定值控制系统 程序（顺序）控制系统程序（顺序）控制系统 随动控制系统随动控制系统（3 3）随动控制系统：）随动控制系统：它是一种被控

26、量的给定值随时间任意变化的控制系统。主要它是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统。主要作用是克服一切扰动，使被控量快速跟随给定值变化。作用是克服一切扰动，使被控量快速跟随给定值变化。例如：加热炉燃烧过程，生产工艺要求空气量随燃料量的变化例如：加热炉燃烧过程，生产工艺要求空气量随燃料量的变化而成比例的变化，而燃料量是随生产负荷而变化，其变化规律是而成比例的变化，而燃料量是随生产负荷而变化，其变化规律是任意的。随动控制系统就是要使空气量跟随燃料量的变化自动控任意的。随动控制系统就是要使空气量跟随燃料量的变化自动控制空气量的大小，达到加热炉最佳燃烧。制空气量的大小，达到加热炉最佳燃烧。第32页

27、，此课件共50页哦1.5 过程控制系统的性能指标1.1.过程控制系统运行的两种状态过程控制系统运行的两种状态稳态：稳态：此时系统没有受到任何外来干扰或外来干扰恒定，此时系统没有受到任何外来干扰或外来干扰恒定，同时给定值亦保持不变，因而被控参数也不会随时间变同时给定值亦保持不变，因而被控参数也不会随时间变化，整个系统处于稳定平衡的工况。化，整个系统处于稳定平衡的工况。动态：动态：当系统受到变化的外来干扰的影响或者在改变了给当系统受到变化的外来干扰的影响或者在改变了给定值后，原来的稳态遭到破坏，系统中各组成部分的输定值后，原来的稳态遭到破坏，系统中各组成部分的输入输出量都相继发生变化，被控参数也将

28、偏离原稳态值入输出量都相继发生变化，被控参数也将偏离原稳态值而随时间变化。而随时间变化。第33页，此课件共50页哦1.5 过程控制系统的性能指标2.2.过程控制系统的评价过程控制系统的评价动态过程：动态过程：从一个稳态到达另一个稳态的历程称为过从一个稳态到达另一个稳态的历程称为过 渡过程。渡过程。系统性能评价：系统性能评价：主要看它受到外来扰动作用或给定值主要看它受到外来扰动作用或给定值 发生变化后，能否发生变化后，能否快速地、准确地、快速地、准确地、平稳地平稳地（非剧烈振荡）回复（趋近）（非剧烈振荡）回复（趋近）到原（新）给定值上。到原（新）给定值上。评价指标：评价指标：系统阶跃响应性能指标

29、系统阶跃响应性能指标 偏差积分性能指标偏差积分性能指标 第34页，此课件共50页哦1.5 过程控制系统的性能指标2.2.过程控制系统的评价过程控制系统的评价（1 1）系统阶跃响应性能指标）系统阶跃响应性能指标 a.a.余差（静态偏差、残差）余差（静态偏差、残差）-准确性准确性 余差是过渡过程结束后余差是过渡过程结束后给定值给定值与被控参数与被控参数稳态值稳态值之差。之差。（静态指标）（静态指标）第35页，此课件共50页哦1.5 过程控制系统的性能指标2.2.过程控制系统的评价过程控制系统的评价（1 1）系统阶跃响应性能指标）系统阶跃响应性能指标 b.b.衰减比衰减比n n（衰减率（衰减率）-稳

30、定性稳定性 两个相邻的同向波峰值之比两个相邻的同向波峰值之比:n=B1/B2n=B1/B2(注意都是相注意都是相 对于稳态值的大小对于稳态值的大小)n n大大振荡剧烈振荡剧烈 n n小小稳定性高稳定性高 第36页，此课件共50页哦1.5 过程控制系统的性能指标2.2.过程控制系统的评价过程控制系统的评价（1 1）系统阶跃响应性能指标）系统阶跃响应性能指标 c.c.衰减率衰减率-快速性快速性 衰减率定义为一个周期后波动幅度衰减的程度。衰减率定义为一个周期后波动幅度衰减的程度。衰减比与衰减率的单值对应关系，如衰减比为衰减比与衰减率的单值对应关系，如衰减比为4 4：1 1 或或1010：1 1时，则

31、衰减率为时，则衰减率为0.750.75或或0.90.9。=(B1-B2)/B2第37页，此课件共50页哦1.5 过程控制系统的性能指标2.2.过程控制系统的评价过程控制系统的评价（1 1）系统阶跃响应性能指标）系统阶跃响应性能指标 d.d.最大动态偏差及超调量最大动态偏差及超调量被控参数偏离给定值程度被控参数偏离给定值程度 系统第一个峰值超出系统第一个峰值超出稳态值稳态值的幅度。的幅度。超调量超调量 第38页，此课件共50页哦1.5 过程控制系统的性能指标2.2.过程控制系统的评价过程控制系统的评价（1 1）系统阶跃响应性能指标）系统阶跃响应性能指标 e.e.过渡过程时间过渡过程时间ts ts

32、 衡量快速性衡量快速性 扰动后，被控量进入新的稳态值的扰动后，被控量进入新的稳态值的5%5%的范围内所的范围内所 经历的时间经历的时间 注：性能指标之间的矛盾注：性能指标之间的矛盾精度高，不稳定；稳定性好，精度高，不稳定；稳定性好，快速性差；分清主次，对主要快速性差；分清主次，对主要的控制指标优先保证。的控制指标优先保证。第39页，此课件共50页哦1.5 过程控制系统的性能指标2.2.过程控制系统的评价过程控制系统的评价（2 2）偏差积分性能指标）偏差积分性能指标 过渡过程中，被控量偏离其新稳态值的过渡过程中，被控量偏离其新稳态值的误差沿时间轴误差沿时间轴的积分的积分。可见，无论误差幅度大，还

33、是时间长，都会使积。可见，无论误差幅度大，还是时间长，都会使积分增大，所以它是分增大，所以它是综合指标综合指标。a.a.偏差绝对值积分（偏差绝对值积分（IAEIAE）第40页，此课件共50页哦1.5 过程控制系统的性能指标2.2.过程控制系统的评价过程控制系统的评价（2 2）偏差积分性能指标）偏差积分性能指标 b.b.偏差绝对值与时间乘积积分（偏差绝对值与时间乘积积分（ITAEITAE）抑制过渡过程时间，突出快速性抑制过渡过程时间，突出快速性 c.c.偏差平方值积分（偏差平方值积分（ISEISE）抑制过渡过程中大的偏差抑制过渡过程中大的偏差 第41页，此课件共50页哦1.5 过程控制系统的性能

34、指标2.2.过程控制系统的评价过程控制系统的评价（2 2）偏差积分性能指标）偏差积分性能指标 d.d.时间乘偏差积分（时间乘偏差积分（ITSEITSE）抑制过渡过程中大的偏差和过渡时间过长。抑制过渡过程中大的偏差和过渡时间过长。不同积分指标对动态过渡过程的要求侧重点不同。不同积分指标对动态过渡过程的要求侧重点不同。第42页，此课件共50页哦1.6 过程控制的特点1.1.连续生产过程的自动控制连续生产过程的自动控制2.2.-被控量需要定量控制且连续可调被控量需要定量控制且连续可调3.3.过程控制一般是指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量地控制，过程控制一般是指连续生产过程的自动控制，其被控量

35、需定量地控制，而且应是连续可调的。而且应是连续可调的。4.4.2.2.系统由被控过程和自动化仪表组成系统由被控过程和自动化仪表组成5.5.过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表（电动仪表、气动仪表、过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表（电动仪表、气动仪表、模拟仪表、智能仪表等）和电子计算机（看作一台仪表模拟仪表、智能仪表等）和电子计算机（看作一台仪表)等自动化技等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动监测、自动控制。过程检测控制术工具，对整个生产过程进行自动监测、自动控制。过程检测控制仪表包括仪表包括检测元件、变送器、调节器（包括计算机）、调节阀检测元件、变送器、调节器（包括计算机）、调节阀等。

36、等。第43页，此课件共50页哦1.6 过程控制的特点3.3.被控过程（对象）是非电量的被控过程（对象）是非电量的 被控过程复杂多样，如石油化工过程中的精馏塔、化学反应器、被控过程复杂多样，如石油化工过程中的精馏塔、化学反应器、流体传输设备；热工过程中的锅炉、热交换器；冶金过程中的流体传输设备；热工过程中的锅炉、热交换器；冶金过程中的转炉、平炉；机械工业中的热处理炉等。涉及石油、化工、电转炉、平炉；机械工业中的热处理炉等。涉及石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、制药等行业。这些生产过程，往往采力、冶金、轻工、建材、制药等行业。这些生产过程，往往采用物理量和化学量（如温度、压力、流量、液位、成分、

37、用物理量和化学量（如温度、压力、流量、液位、成分、PHPH值值等）来表征生产过程是否正常，因此需要对上述过程参数进行等）来表征生产过程是否正常，因此需要对上述过程参数进行自动检测和自动控制，故过程控制多为非电量控制。自动检测和自动控制，故过程控制多为非电量控制。第44页，此课件共50页哦1.6 过程控制的特点4.4.控制过程多为控制过程多为慢过程慢过程的参量控制的参量控制 由于被控过程具有大惯性、大滞后（大延迟）等特性，因此决由于被控过程具有大惯性、大滞后（大延迟）等特性，因此决定了过程控制的控制过程多为慢过程。它的定了过程控制的控制过程多为慢过程。它的动态特性动态特性多数具有多数具有大大惯性

38、、大滞后、非线性特性惯性、大滞后、非线性特性。有些机理复杂（如发酵、生化过程等）。有些机理复杂（如发酵、生化过程等）的过程至今尚未被人们所认识，所以很难用目前机理建模方法建的过程至今尚未被人们所认识，所以很难用目前机理建模方法建立起精确的数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非立起精确的数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。易事。第45页，此课件共50页哦1.6 过程控制的特点5.5.控制方案丰富控制方案丰富 过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。由于工业过过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。由于工业过程的复杂、多变，因此其特性多半属多变量、分布参数、大惯

39、性、程的复杂、多变，因此其特性多半属多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等。为了满足上述特点与工艺要求，过程控制中大滞后和非线性等。为了满足上述特点与工艺要求，过程控制中的控制方案也十分丰富。通常有单变量控制系统，多变量控制系的控制方案也十分丰富。通常有单变量控制系统，多变量控制系统；仪表过程控制系统，计算机集散控制系统；复杂控制系统等统；仪表过程控制系统，计算机集散控制系统；复杂控制系统等等。等。第46页，此课件共50页哦1.7 过程控制的发展概况过程控制的发展经历了过程控制的发展经历了局部自动化、综合自动化局部自动化、综合自动化和全盘自动化和全盘自动化等阶段等阶段。仪表自动化阶段l20

40、世纪40年代，基地式仪表，就地控制l20世纪60年代，DDZ（电动单元组合仪表），QDZ（气动单元组合仪表），集中监控集中操作，实现工厂仪表化，局部自动化。采用频率法和根轨迹法为基础的经典控制理论，单入单出定值控制。第47页，此课件共50页哦计算机控制阶段l20世纪70年代，采用计算机直接数字控制（DDC），计算机监控（SCC）。集散控制系统（DCS），具有控制分散，操作管理集中的优势，发展较快。它集中了计算机、控制、通信、图形显示技术。l控制结构：前馈，串级，比值，均匀，选择性控制。l控制理论：最优控制，推理控制，预测控制，自适应控制等，多变量控制系统。1.7 过程控制的发展概况第48页，此

41、课件共50页哦l 20世纪90年代，过程控制进入综合自动化阶段，出现现场总线控制技术，计算机控制达到新的层次，出现智能控制理论，将人工智能、控制理论和运筹学组合，采用了模糊技术，神经网络和专家系统。l 综合自动化系统包括生产计划和调度操作优化，基层控制和先进控制等内容的递阶控制系统，也称为管理控制一体化的系统，称为计算机集成过程系统CIPS。综合自动化阶段1.7 过程控制的发展概况第49页，此课件共50页哦过程控制仪表包括调节器（含可编程调节器）、执行器、操作器等各种新型控制仪表及装置。分类：1.按能源分类：气动仪表；电动仪表2.按结构形式：基地式仪表；单元组合式仪表；组装式仪表；集散/分散式仪表3.按信号类型：模拟式仪表；数字式仪表1.8 自动化仪表概述第50页，此课件共50页哦