过程控制工程优秀PPT.ppt

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1、过程控制工程过程控制工程第一页，本课件共有53页2关于本课程的说明第一章第一章 绪论绪论过程控制的任务和要求过程控制的基本问题专业知识结构专业知识结构过程控制系统的基本概念第二页，本课件共有53页3案 例第三页，本课件共有53页4案 例第四页，本课件共有53页5案 例第五页，本课件共有53页6案 例第六页，本课件共有53页7案 例第七页，本课件共有53页8案 例第八页，本课件共有53页9案 例第九页，本课件共有53页10案 例第十页，本课件共有53页11第一节 自动化专业的知识结构基础知识层基础知识层控制知识层控制知识层系统知识层系统知识层1个知识领域个知识领域6个知识领域个知识领域1个知识领

2、域个知识领域第十一页，本课件共有53页12一、基础知识层数理与机电基础知识领域知识单元：数学物理系统科学管理科学电工电子基础机械工程基础计算机基础及语言微机原理第十二页，本课件共有53页13二、控制知识层的知识领域6个知识领域传感与检测：信息获取传感与检测：信息获取通信与网络：信息传输通信与网络：信息传输计算与处理：信息处理计算与处理：信息处理控制与智能：信息控制控制与智能：信息控制执行与驱动：信息应用执行与驱动：信息应用模型与仿真：模型与仿真：第十三页，本课件共有53页14控制知识层的知识单元传感与检测传感与检测传感器、自动检测技术、测传感器、自动检测技术、测量信号处理等量信号处理等 通信与

3、网络通信与网络通信原理、计算机网络、通信原理、计算机网络、自动化系统计算机网络、自动化系统计算机网络、现场总线技术、组态技术现场总线技术、组态技术应用、多媒体技术等。应用、多媒体技术等。第十四页，本课件共有53页15计算与处理计算与处理 面向对象的程序设计、大型数面向对象的程序设计、大型数据库、信号与系统、数字信号据库、信号与系统、数字信号处理、数据结构、操作系统等处理、数据结构、操作系统等 控制与智能控制与智能 自动控制原理、现代控制理自动控制原理、现代控制理论、模糊控制技术、智能控论、模糊控制技术、智能控制技术、微机控制技术、系制技术、微机控制技术、系统工程导论等统工程导论等 第十五页，本

4、课件共有53页16执行与驱动执行与驱动自动化仪表、电力电子技术、自动化仪表、电力电子技术、电源变换与控制等电源变换与控制等 模型与仿真模型与仿真 MATLAB程序设计、虚拟仪器程序设计、虚拟仪器技术应用、技术应用、CAD仿真技术等仿真技术等 第十六页，本课件共有53页17三、系统知识层系统与工程系统与工程 知识领域知识领域知识单元：知识单元：运动控制系统运动控制系统过程控制系统过程控制系统集散控制系统集散控制系统第十七页，本课件共有53页18反映自动化专反映自动化专业特点的知识业特点的知识领域领域 传感与检测传感与检测控制与智能控制与智能执行与驱动执行与驱动模型与仿真模型与仿真系统与工程系统与

5、工程第十八页，本课件共有53页19自动化专业中的核自动化专业中的核心知识心知识 控制与智能控制与智能模型与仿真模型与仿真系统与工程系统与工程第十九页，本课件共有53页20专业知识体系专业知识体系 以电力电子、变频技术为核心以电力电子、变频技术为核心的的运动控制技术运动控制技术以微处理器芯片与接口技术以微处理器芯片与接口技术为核心的为核心的计算机控制技术计算机控制技术。以自动检测、标准工控设备为以自动检测、标准工控设备为核心的核心的过程控制技术过程控制技术。以网络通信、电子技术为以网络通信、电子技术为核心的核心的信息技术信息技术，包括对信息，包括对信息的获取、处理、传输和信息挖的获取、处理、传输

6、和信息挖掘等技术的综合应用。掘等技术的综合应用。第二十页，本课件共有53页21第二节 过程控制系统的基本概念v控制(control)：人们为了达到某种目的而采取的行动，叫做控制，它分为人工控制和自动控制。v过程(process)：过程本身的含义是非常广泛的，可以指某个工程系统、某个生物学系统，也可以指某个经济的或社会系统。本课程所说的过程主要指工业过程，例如加热炉、化工装置、锅炉设备、核反应堆、造纸设备、换热器等生产过程。第二十一页，本课件共有53页22过程与控制液位人工控制液位人工控制液位人工控制液位人工控制 ：检测检测检测检测眼；运算（思考）、命令眼；运算（思考）、命令眼；运算（思考）、命

7、令眼；运算（思考）、命令脑；脑；脑；脑；执行执行执行执行手。手。手。手。第二十二页，本课件共有53页23过程与控制液位自动控制液位自动控制液位自动控制液位自动控制 ：测量元件及变送器测量元件及变送器测量元件及变送器测量元件及变送器眼；控制器眼；控制器眼；控制器眼；控制器脑；脑；脑；脑；执行器执行器执行器执行器手。手。手。手。第二十三页，本课件共有53页24过程与控制第二十四页，本课件共有53页25过程控制及其系统过程控制（过程控制（process control)process control):指石油、化工、电力、轻工、冶指石油、化工、电力、轻工、冶金、纺织、建材、原子能等工业部门生产过程的

8、自动化。金、纺织、建材、原子能等工业部门生产过程的自动化。过程控制系统（过程控制系统（process control system)process control system):指工业生产过程中指工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度和和PHPH值等这样一些过程变量的系统。值等这样一些过程变量的系统。第二十五页，本课件共有53页26v过程控制与运动控制的区别：v过程控制对变化缓慢信号（物理量）的控制，如温度、压力、流量、液位等。v运动控制对变化较快的信号（物理量）的控制，如转速等。第二十六页，本课件共有5

9、3页27过程控制系统组成组组成成自动化装置自动化装置被控对象被控对象测量元件与变送器测量元件与变送器控制器控制器执行器执行器第二十七页，本课件共有53页28过程控制系统组成第二十八页，本课件共有53页29过程控制系统特点第二十九页，本课件共有53页30过程控制系统特点第三十页，本课件共有53页31过程控制系统特点三、过程控制系统的特点：三、过程控制系统的特点：1、对象复杂多样 2、对象存在滞后 3、对象特性的非线性 4、控制系统较复杂结论：控制方案确定、控制系统的设计、控制参数的 整定都要以对象的特性为依据。第三十一页，本课件共有53页32第三节 过程控制的基本问题v控制器：系统运动和作业的规

10、划；动力学修正，改变;闭环特征。v信息检测：传感问题、信息处理、信息融合v广义过程：受控对象+工作环境（扰动）控制问题：对于给定的广义过程，如何设计控制器使闭 环系统满足希望的性能要求。控制器控制器广义过程广义过程信息检测信息检测指令输入指令输入信息反馈信息反馈扰动扰动输出输出第三十二页，本课件共有53页33第四节 过程控制系统的任务及要求一、过程控制系统分类v按完成的功能分：比值、均匀、分程和选择性控制系统。v按被控参数的名称分：温度、压力、流量、液位等。v按调节器的控制规律分：P、PI、PD、PID等。v按被控量的多少分：单变量和多变量控制系统。v按采用控制仪表和计算机来分：仪表过程控制系

11、统和计算机过程控制系统。第三十三页，本课件共有53页34v按过程控制系统的结构特点来分：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈-反馈控制系统第三十四页，本课件共有53页35v按给定值信号的特点来分类：（1）定值控制系统（2）程序控制系统（3）随动控制系统第三十五页，本课件共有53页36v定值控制系统：系统被控量的给定值保持在规定值不变，或在小范围变化。控制的目的是使被控量保持定值，或在小范围变化。v程序控制系统：被控量的给定值按预定的时间程序变化工作的，控制的目的就是使系统被控量按工艺要求规定的程序自动变化。v随动控制系统：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

12、，使被控量快速跟随给定值变化。第三十六页，本课件共有53页37二、过程控制发展概况v20世纪40年代前后，处于手动状态，从50年代前后开始，划分为如下几个阶段：v50年代前后第一阶段，实现了仪表和局部自动化，主要特点：（1）仪表为气动式，普遍采用基地式仪表和部分单元组合仪表；（2）单输入单输出系统；（3）被控参数主要是温度、压力、流量、液位；（4）控制的目的是保证参数稳定，消除或减小扰动；（5）控制理论：频率法和根轨迹法。第三十七页，本课件共有53页3860年代第二阶段，电子技术迅速发展。特点：（1）大量采用气动和电动单元组合仪表；（2）计算机控制技术开始应用DDC系统和SPC系统；（3）复杂

13、控制开始开发应用串级控制、前馈-反馈控制、比值控 制、分程控制、选择性控制；（4）控制理论现代控制理论开始应用，由单变量转入多变量（由于建模困难，应用较少）；（5）集中控制实现：第三十八页，本课件共有53页391）随着生产规模的扩大，操作人员需了解多点信息，需按多点信息进行操作控制，于是出现了气动、电动单元组合仪表和集中控制室。现场的0.02MPa、010mA、420mA、15V的信号送到集中控制室，操作人员可在控制室了解现场状况；2）由于模拟信号的传递是一对一的物理连接，信号变化缓慢，提高精度、速度难度大，于是出现了直接数字控制（DDC）；3）但是由于计算机技术不发达，人们企图用一台计算机取

14、代所有的仪表盘，出现了集中式数字控制。致命的问题：由于可靠性差，致命的问题：由于可靠性差，一旦出现故障，全部瘫痪。一旦出现故障，全部瘫痪。第三十九页，本课件共有53页40v70年代第三阶段，大规模集成电路研制成功，微处理器问世，进入计算机时代。特点：（1）集中控制、多参数控制、多台计算机控制和经营管理；（2）智能单元组合仪表；（3）在线成分检测与数据处理的测量变送器的应用；（4）DDZ仪表品种增多，可靠性加强；（5）70年代中期出现了集散控制系统。第四十页，本课件共有53页第四十一页，本课件共有53页42v80年代以后第四阶段，主要特点：（1）控制理论方面：解决了多变量控制问题（包括线性系统、

15、时变系统、非线性系统、微分-差分系统等），智能控制算法（包括专家系统、模糊控制系统、神经网络、过程监督和在线诊断等）在复杂过程控制系统中应用；（2）出现了集中、远动控制中心包括先进的管理系统、调度、优化等，柔性化、分散化和集成化的综合自动化系统被应用于实际工业过程。第四十二页，本课件共有53页43v90年代以后第五阶段，主要特点：（1）工厂综合自动化技术的应用；（2）现场总线控制技术的应用；（3）智能控制得到了广泛的应用；（4）各种工控设备（如PLC、变频器、直流调速器、控制仪表、检测变送仪表等）功能更加强大，并且带有通讯接口。第四十三页，本课件共有53页第四十四页，本课件共有53页45v综合

16、自动化：在自动化技术、信息技术、计算机控制和各种生产加工技术的基础上，从生产过程的全局出发，通过生产活动所需的各种信息集成，把控制、优化、调度、管理、经营、决策融为一体，形成一个能适应各种生产环境的市场需求、多变性的、总体最优的高质量、高效益、高柔性的管理生产系统管控一体化。v现场总线（FCS）：将CPU置入控制仪表中，具备数字计算和数字通讯能力，采用简单连接的双绞线作为总线，将多个控制仪表连接成网络系统。是一种公开化、标准化的解决方案。v集散控制系统（DCS）：测量变送仪表一般为模拟仪表，一般为摸数字混合系统。存在的主要问题是各厂家产品自成系统，不能互换，不能共享。第四十五页，本课件共有53

17、页46三、过程控制系统的要求：安全性、经济性、稳定性四、过程控制系统的任务：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结合而构成的一门应用科学，所以其任务是：在了解、熟悉、掌握生产工艺流程与生产过程的静态和动态特性的基础上，根据工艺要求，应用控制理论、现代控制技术，分析、设计、整定过程控制系统。第四十六页，本课件共有53页47思考:系统解决方案1 计划计划2 执行执行3 检查检查4 修正修正控制也是一种控制也是一种PDCA循环循环第四十七页，本课件共有53页48系统解决方案系统发展系统发展大环带小环周而复始阶梯式上升第四十八页，本课件共有53页49过程控制系统展望目标方向：目标

18、方向：全局控制全局控制最优控制最优控制控制管理一体化控制管理一体化最终达到优质、高产、低耗的控制目标最终达到优质、高产、低耗的控制目标第四十九页，本课件共有53页50第五节 关于本课程的说明v课程性质：本课程是自动化专业的主干专业课。v开课目的：过程控制是控制理论、生产工艺、计算机技术和仪器仪表技术等相结合的一门综合性应用学科，是国家高科技的重要组成部分，因此，作为从事自动化专业的技术人员，都担负着应用本学科、发展本学科的义务。第五十页，本课件共有53页51v内容体系：过程控制工程课程是以过程控制系统为主体，以过程检测控制仪表为工具，仪表与系统密切联系，相互依存，着重研究根据连续工业过程的生产

19、特点和要求，应用自动控制理论、控制技术和自动化仪表来设计过程控制系统以及在实际工程应用中的有关问题。v通过理论学习与实践，不仅能达到解决过程控制工程中的一般问题，并具有分析和设计较复杂的过程控制系统的能力。第五十一页，本课件共有53页52v过程控制的任务是由控制系统的设计和实现来完成的，过程控制的任务是由控制系统的设计和实现来完成的，具体步骤如下：具体步骤如下：1、确定控制目标 2、选择被控量 3、操纵量的选择 4、控制方案的确定 5、选择控制算法 6、执行器的选择 7、设计报警和联锁保护系统 8、控制系统的调查试和投运第五十二页，本课件共有53页53补补 充充v工程项目的全过程：工程项目的全过程：1 1、可研报告；、可研报告；2 2、立项报告书；、立项报告书；3 3、初步设计；、初步设计；4 4、扩初设计；、扩初设计；5 5、施工图设计；、施工图设计；6 6、招投标、招投标+评审；评审；7 7、中标谈判（合同签订）；、中标谈判（合同签订）；8 8、施工（监理方、设计方、施工方、业主方）；、施工（监理方、设计方、施工方、业主方）；9 9、调试、验收、运行；、调试、验收、运行；1010、项目结束报告。、项目结束报告。第五十三页，本课件共有53页