工业生产过程系统概述.ppt
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1、工业生产过程系统概述 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望1.1节内容要点节内容要点uu工业生产过程系统的工业生产过程系统的分类分类 按生产过程操作性质按生产过程操作性质按生产过程操作性质按生产过程操作性质的分类的分类的分类的分类(美国(美国(美国(美国ISAISA)从从从从控制控制控制控制的角度的分类的角度的分类的角度的分类的角度的分类 uu流程工业流程工业生产过程系统及其生产过程系统及其特点特点uu流程工业流程工业在国民经济中的地位在国民经济中的地位
2、过程控制系统11/9/20222一、工业生产过程系统的分类一、工业生产过程系统的分类(1)生产工艺流程生产工艺流程生产工艺流程生产工艺流程固定固定固定固定 原材料、中间产物和最终产品皆为原材料、中间产物和最终产品皆为原材料、中间产物和最终产品皆为原材料、中间产物和最终产品皆为流体流体流体流体 生产过程生产过程生产过程生产过程长期连续不断长期连续不断长期连续不断长期连续不断运行运行运行运行连续操作:连续操作:原料不断地从设备一端送入,产品不断从另一端送出。原料不断地从设备一端送入,产品不断从另一端送出。过程控制系统 按生产过程操作性质按生产过程操作性质的分类的分类(美国(美国ISA)连续操作连续
3、操作连续操作连续操作生产过程生产过程生产过程生产过程半连续和间歇(批量)半连续和间歇(批量)半连续和间歇(批量)半连续和间歇(批量)操作操作操作操作生产过程生产过程生产过程生产过程离散离散离散离散操作操作操作操作生产过程生产过程生产过程生产过程例例例例:能能能能源源源源工工工工业业业业(发发发发电电电电过过过过程程程程)、石石石石油油油油化化化化工工工工(炼炼炼炼油油油油过过过过程程程程)、化工(化工(化工(化工(化肥生产化肥生产化肥生产化肥生产)、污水处理等)、污水处理等)、污水处理等)、污水处理等11/9/20223一、工业生产过程系统的分类一、工业生产过程系统的分类(2)uu按生产过程操
4、作性质按生产过程操作性质按生产过程操作性质按生产过程操作性质(美国(美国(美国(美国ISAISA)半连续和间歇(批量)半连续和间歇(批量)半连续和间歇(批量)半连续和间歇(批量)操作操作操作操作生产过程生产过程生产过程生产过程 频繁开车、停车,切换操作条件频繁开车、停车,切换操作条件频繁开车、停车,切换操作条件频繁开车、停车,切换操作条件原材料原材料原材料原材料固定的生产装置固定的生产装置固定的生产装置固定的生产装置不同不同不同不同品种品种品种品种产品产品产品产品 例:造纸、特殊化工和轧钢工业例:造纸、特殊化工和轧钢工业例:造纸、特殊化工和轧钢工业例:造纸、特殊化工和轧钢工业原材料(原材料(原
5、材料(原材料(配方配方配方配方)变化)变化)变化)变化固定或固定或固定或固定或变化变化变化变化的生产装置的生产装置的生产装置的生产装置不同不同不同不同种类种类种类种类产品产品产品产品间歇操作:间歇操作:每次操作之初向设备内投入每次操作之初向设备内投入一批一批物料,物料,经过一番处理后,经过一番处理后,排除全部产物,再重新投料。排除全部产物,再重新投料。例:制药工业和食品工业例:制药工业和食品工业例:制药工业和食品工业例:制药工业和食品工业 离散离散离散离散操作操作操作操作生产过程生产过程生产过程生产过程固体状态的原材料固体状态的原材料固体状态的原材料固体状态的原材料不同加工步骤不同加工步骤不同
6、加工步骤不同加工步骤完成产品完成产品完成产品完成产品组件组件组件组件组装生产线组装生产线组装生产线组装生产线 最终最终最终最终单件单件单件单件产品产品产品产品例:机械制造工业、汽车工业、仪器仪表工业、家电工业例:机械制造工业、汽车工业、仪器仪表工业、家电工业例:机械制造工业、汽车工业、仪器仪表工业、家电工业例:机械制造工业、汽车工业、仪器仪表工业、家电工业11/9/20224一、工业生产过程系统的分类一、工业生产过程系统的分类(3)从从从从控制控制控制控制的角度的分类的角度的分类的角度的分类的角度的分类uu连续型连续型连续型连续型 被控量被控量被控量被控量 基本基本基本基本控制原理控制原理控制
7、原理控制原理 控制系统组成控制系统组成控制系统组成控制系统组成(T P F L T P F L T P F L T P F L 过程的过程的过程的过程的 PID PID PID PID定值控制定值控制定值控制定值控制 一次仪表:商品化传感器一次仪表:商品化传感器一次仪表:商品化传感器一次仪表:商品化传感器成分成分成分成分 物性)六大参数物性)六大参数物性)六大参数物性)六大参数 二次仪表:变送器、显示仪二次仪表:变送器、显示仪二次仪表:变送器、显示仪二次仪表:变送器、显示仪(过程控制系统)(过程控制系统)(过程控制系统)(过程控制系统)(数字数字数字数字)调节器、执行器、)调节器、执行器、)调
8、节器、执行器、)调节器、执行器、DCSDCSDCSDCSuu离散型离散型离散型离散型(运动控制系统、顺序控制系统)(运动控制系统、顺序控制系统)(运动控制系统、顺序控制系统)(运动控制系统、顺序控制系统)加工过程的位移、速加工过程的位移、速加工过程的位移、速加工过程的位移、速 随动反馈控制随动反馈控制随动反馈控制随动反馈控制 商品化传感器、检测元件商品化传感器、检测元件商品化传感器、检测元件商品化传感器、检测元件度、加速度等参数度、加速度等参数度、加速度等参数度、加速度等参数 电力电子元件、数控装置、电力电子元件、数控装置、电力电子元件、数控装置、电力电子元件、数控装置、PLCPLCPLCPL
9、C混合型混合型混合型混合型 上述两种类型皆有的生产过程,因此含有两种控制系统。上述两种类型皆有的生产过程,因此含有两种控制系统。上述两种类型皆有的生产过程,因此含有两种控制系统。上述两种类型皆有的生产过程,因此含有两种控制系统。例:啤酒生产过程例:啤酒生产过程例:啤酒生产过程例:啤酒生产过程发酵过程(发酵过程(发酵过程(发酵过程(连续型连续型连续型连续型)+罐装成瓶罐装成瓶罐装成瓶罐装成瓶(离散型离散型离散型离散型)11/9/20225二、二、流程工业流程工业(生产过程系统生产过程系统)及其及其特点特点(1)1.1.流程工业的流程工业的流程工业的流程工业的生产特征生产特征生产特征生产特征 *连
10、续流动的连续流动的连续流动的连续流动的物质流(以及相应的物质流(以及相应的物质流(以及相应的物质流(以及相应的能量流能量流能量流能量流和和和和信息流信息流信息流信息流)*具有传热、传质、生物、化学或物理反应具有传热、传质、生物、化学或物理反应具有传热、传质、生物、化学或物理反应具有传热、传质、生物、化学或物理反应的加工过程的加工过程的加工过程的加工过程 *产品产品产品产品失去了失去了失去了失去了原材料的原有性质(发生相变或分子结构等变化)原材料的原有性质(发生相变或分子结构等变化)原材料的原有性质(发生相变或分子结构等变化)原材料的原有性质(发生相变或分子结构等变化)2.2.流程工业控制方面的
11、流程工业控制方面的流程工业控制方面的流程工业控制方面的特点特点特点特点生产过程的生产过程的生产过程的生产过程的复杂性复杂性复杂性复杂性决定了对其控制的决定了对其控制的决定了对其控制的决定了对其控制的困难性困难性困难性困难性挑战挑战挑战挑战与与与与潜力潜力潜力潜力过程的过程的过程的过程的苛刻的苛刻的苛刻的苛刻的生产环境生产环境生产环境生产环境要求控制绝对保证生产的要求控制绝对保证生产的要求控制绝对保证生产的要求控制绝对保证生产的安全性安全性安全性安全性 故障故障故障故障预报与诊断、安全监控系统以及联锁保护系统预报与诊断、安全监控系统以及联锁保护系统预报与诊断、安全监控系统以及联锁保护系统预报与诊
12、断、安全监控系统以及联锁保护系统生产过程的生产过程的生产过程的生产过程的长期连续长期连续长期连续长期连续运行运行运行运行要求生产控制与管理要求生产控制与管理要求生产控制与管理要求生产控制与管理实时性和整体性或实时性和整体性或实时性和整体性或实时性和整体性或 综合性综合性综合性综合性协调控制达到全局优化协调控制达到全局优化协调控制达到全局优化协调控制达到全局优化 必须采用必须采用必须采用必须采用集成和智能的控制理论与技术集成和智能的控制理论与技术集成和智能的控制理论与技术集成和智能的控制理论与技术 11/9/20226二、二、流程工业流程工业(生产过程系统生产过程系统)及其及其特点特点(2)3.
13、流程工业流程工业生产生产过程系统过程系统 研究内容:研究内容:研究内容:研究内容:过程的过程的过程的过程的描述、描述、描述、描述、模拟、模拟、模拟、模拟、仿真、仿真、仿真、仿真、设计、设计、设计、设计、控制控制控制控制与与与与管理;管理;管理;管理;研究目的:研究目的:研究目的:研究目的:改进改进改进改进生产工艺操作生产工艺操作生产工艺操作生产工艺操作 提高提高提高提高自动化水平自动化水平自动化水平自动化水平 优化优化优化优化生产过程生产过程生产过程生产过程 管理与决策管理与决策管理与决策管理与决策科学化科学化科学化科学化 实现的目标:实现的目标:实现的目标:实现的目标:生产过程的生产过程的生
14、产过程的生产过程的低消耗低消耗低消耗低消耗、高质量高质量高质量高质量、高效益高效益高效益高效益 和和和和高柔性。高柔性。高柔性。高柔性。过程控制系统11/9/20227三、三、流程工业流程工业在国民经济中的地位在国民经济中的地位uu流程工业的流程工业的广泛范围广泛范围和和举足轻重举足轻重地位地位 全球全球全球全球500500强企业中,强企业中,强企业中,强企业中,流程工业企业流程工业企业流程工业企业流程工业企业有有有有7070余家余家余家余家,占占占占15%15%,其营业收入占总收入的,其营业收入占总收入的,其营业收入占总收入的,其营业收入占总收入的16.5%16.5%;19911991年以来
15、,我国公布的产品销售额排名前年以来,我国公布的产品销售额排名前年以来,我国公布的产品销售额排名前年以来,我国公布的产品销售额排名前十名中,约十名中,约十名中,约十名中,约80%80%90%90%属于属于属于属于流程工业企业;按流程工业企业;按流程工业企业;按流程工业企业;按利润排名的前二十名中,流程工业企业约占利润排名的前二十名中,流程工业企业约占利润排名的前二十名中,流程工业企业约占利润排名的前二十名中,流程工业企业约占70%70%;我国我国我国我国流程工业企业年产值占全国企业年总产流程工业企业年产值占全国企业年总产流程工业企业年产值占全国企业年总产流程工业企业年产值占全国企业年总产值的值的
16、值的值的66%66%。过程控制系统11/9/202281.21.2节节节节 流程工业流程工业流程工业流程工业生产过程自动化的发展概况和趋势生产过程自动化的发展概况和趋势生产过程自动化的发展概况和趋势生产过程自动化的发展概况和趋势uu 从自动化孤岛模式到从自动化孤岛模式到CIPS的发展历程的发展历程 简单和复杂控制系统阶段简单和复杂控制系统阶段 5050年代及以前年代及以前 现代和先进控制系统阶段现代和先进控制系统阶段 6060至至8080年代年代 智能控制和智能控制和 CIPSCIPS阶段阶段 9090年代以来年代以来 结论结论uuCIPS的体系结构的体系结构过程控制系统11/9/20229简
17、单和复杂控制系统阶段简单和复杂控制系统阶段 5050年代及以前年代及以前 控制理论控制理论控制理论控制理论 经典经典经典经典 控制水平控制水平控制水平控制水平 、系统设计方法、系统设计方法、系统设计方法、系统设计方法 复杂过程复杂过程复杂过程复杂过程人为分解为人为分解为人为分解为人为分解为若干若干若干若干SISOSISO简单过程简单过程简单过程简单过程 依靠手工和经验实现依靠手工和经验实现依靠手工和经验实现依靠手工和经验实现单回路分散控制单回路分散控制单回路分散控制单回路分散控制;后期出现了后期出现了后期出现了后期出现了串级、前馈、串级、前馈、串级、前馈、串级、前馈、SmithSmith预估预
18、估预估预估等等等等复杂复杂复杂复杂 控制系统;控制系统;控制系统;控制系统;控制目标控制目标控制目标控制目标 安全、平稳(少出事故)安全、平稳(少出事故)安全、平稳(少出事故)安全、平稳(少出事故)控制工具控制工具控制工具控制工具 常规仪表常规仪表常规仪表常规仪表 气动气动气动气动电动,基地式电动,基地式电动,基地式电动,基地式单元组合式单元组合式单元组合式单元组合式 从自动化孤岛模式到从自动化孤岛模式到CIPS的发展历程的发展历程(1)过程控制系统11/9/202210从自动化孤岛模式到从自动化孤岛模式到CIPS的发展历程的发展历程(2)现代和先进控制系统阶段现代和先进控制系统阶段 6060
19、至至8080年代年代现代控制理论的现代控制理论的现代控制理论的现代控制理论的产生背景和内容产生背景和内容产生背景和内容产生背景和内容应用现代控制理论应用现代控制理论应用现代控制理论应用现代控制理论取得的成就取得的成就取得的成就取得的成就现代控制理论的现代控制理论的现代控制理论的现代控制理论的发展发展发展发展和和和和控制策略的探索控制策略的探索控制策略的探索控制策略的探索电子数字电子数字电子数字电子数字计算机及其集中控制系统计算机及其集中控制系统计算机及其集中控制系统计算机及其集中控制系统的试验应用的试验应用的试验应用的试验应用现代控制理论应用于过程控制遇到的现代控制理论应用于过程控制遇到的现代
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