1、 第第1 1章章 緒論緒論過程控制概述過程控制概述過程控制的特點過程控制的特點 1.1.組成（組成（被控被控過程，過程，自動自動化儀表）；化儀表）； 2. 2.設計難（過程的復雜性，模型的不精確性）；設計難（過程的復雜性，模型的不精確性）； 3. 3.要求高（控制方案豐富）；要求高（控制方案豐富）； 4. 4.慢過程、參量控制；慢過程、參量控制； 5.5.定值控制定值控制什么是過程控制？適用的生產過程什么是過程控制？適用的生產過程? ? 過程控制系統即以表征生產過程的參量為被控制量使之過程控制系統即以表征生產過程的參量為被控制量使之接近給定值或保持在給定范圍內的自動控制系統。接近給定值或保持在

2、給定范圍內的自動控制系統。過程控制在石油、化工、電力、冶金等部門有廣泛的應用過程控制在石油、化工、電力、冶金等部門有廣泛的應用 過程控制的要求、任務及功能過程控制的要求、任務及功能 1 1、要求要求 安全性、穩定性、經濟性安全性、穩定性、經濟性 2 2、任務、任務 了解工藝、獲取模型了解工藝、獲取模型 分析設計、物理實現分析設計、物理實現 3 3、功能功能 （1 1）決策與計劃；決策與計劃； （2 2）實時優化；實時優化； （3 3）常規與高級控制；常規與高級控制； （4 4）操作安全與環保；操作安全與環保； （5 5）測量變送與執行測量變送與執行過程控制概述過程控制概述 加熱爐過程控制加熱爐

3、過程控制 設計步驟設計步驟：1 1、確定控制目標確定控制目標 1 1）熱油出口與熱油出口與煙道氣含氧量穩定；煙道氣含氧量穩定； 2 2）熱油出口溫度穩定；）熱油出口溫度穩定； 3 3）加熱爐加熱爐熱效率最高。熱效率最高。2 2、選擇被控參數選擇被控參數 直接參數與間接參數直接參數與間接參數3 3、選擇控制量選擇控制量 煙道煙道擋板開度擋板開度含氧量含氧量 燃料油流量與燃料油流量與冷冷油流量油流量出口溫度出口溫度過程控制系統設計概述過程控制系統設計概述4.4.確定控制方案確定控制方案 簡單與復雜、單輸入與多輸入簡單與復雜、單輸入與多輸入5.5.選擇控制策略選擇控制策略 PIDPID、高級過程控制

4、、高級過程控制6.6.選擇執行器選擇執行器 氣動與電動氣動與電動7.7.設計報警與聯鎖保護系統設計報警與聯鎖保護系統 高、低限值；高、低限值； 加熱爐停車程序：停燃油泵加熱爐停車程序：停燃油泵 關關熱熱油閥油閥停引風機停引風機8.8.工程化設計工程化設計9.9.系統投運、調試和整定參數系統投運、調試和整定參數過程控制系統設計概述過程控制系統設計概述 （一）基于儀表的局部自動化階段（一）基于儀表的局部自動化階段 5050年代，基地、單元組合、氣動式，單輸入年代，基地、單元組合、氣動式，單輸入/ /單輸出、單輸出、4 4大參數穩定、經典控制理論大參數穩定、經典控制理論 （二）基于儀表（二）基于儀表

5、/ /計算機的綜合自動化階段計算機的綜合自動化階段 6060年代，單元組合、組裝式，高性能、特殊要求控年代，單元組合、組裝式，高性能、特殊要求控制，計算機控制，多輸入制，計算機控制，多輸入/ /多輸出，現代控制理論多輸出，現代控制理論 （三）基于網絡的全盤自動化階段（三）基于網絡的全盤自動化階段 7070年代，智能儀表、成分在線、安全防爆、集散控年代，智能儀表、成分在線、安全防爆、集散控制、現場總線控制、制、現場總線控制、CIPSCIPS過程控制系統發展概況過程控制系統發展概況（1 1）系統輸出系統輸出y(t)y(t)：被控過程內要求保持穩定的工藝參數被控過程內要求保持穩定的工藝參數（2 2）

6、控制參數控制參數q(t)q(t)：使被控參數保持期望值的物料量或能量；使被控參數保持期望值的物料量或能量；（3 3）干擾量干擾量f(t)f(t)：除被控參數外，作用于被控過程并引起被控參數變化的各除被控參數外，作用于被控過程并引起被控參數變化的各種因數；種因數；（4 4）設定值設定值r(t)r(t)：與被控參數相對應的設定值；與被控參數相對應的設定值；（5 5）反饋值反饋值z(t)z(t)：被控參數經測量變送后的實際測量值；被控參數經測量變送后的實際測量值；（6 6）偏差偏差e(t)e(t)：設定值與反饋值之差；設定值與反饋值之差；（7 7）控制作用控制作用u(t)u(t)：控制器的輸出值。控

7、制器的輸出值。過程控制系統的組成過程控制系統的組成反饋電位器反饋電位器飛機示意圖飛機示意圖給給定定裝裝置置放放大大器器舵機舵機飛機飛機 反饋電反饋電位器位器 垂直垂直陀螺儀陀螺儀0c擾動擾動俯仰角控制系統俯仰角控制系統過程控制系統的分類過程控制系統的分類按按結構不同結構不同分分：（1 1）反饋控制系統）反饋控制系統（2 2）前饋控制系統）前饋控制系統按按設定值不同設定值不同分分：（1 1）定值控制系統）定值控制系統（2 2）隨動控制系統）隨動控制系統（3 3）前饋）前饋- -反饋控制系統反饋控制系統（3 3）順序控制系統）順序控制系統過程控制系統的組成過程控制系統的組成 電廠鍋爐過熱蒸汽溫度控

8、制電廠鍋爐過熱蒸汽溫度控制控制目標控制目標：對過熱蒸汽溫對過熱蒸汽溫 度進行嚴格控制度進行嚴格控制被控參數：被控參數：過熱蒸汽溫度過熱蒸汽溫度反饋：反饋：1 1：監測熱電阻監測熱電阻2 2：溫度變送器溫度變送器3 3：調節器調節器控制控制量：量：減溫器冷水流量減溫器冷水流量 （1 1）衰減比衰減比n n 兩個相鄰的同向波峰值之比兩個相鄰的同向波峰值之比:（2 2）最大動態偏差和超調量最大動態偏差和超調量: : （3 3）殘余偏差（穩態誤差、靜差）殘余偏差（穩態誤差、靜差）: : （4 4）調節時間調節時間tsts、上升時間、上升時間tptp、振蕩頻率、振蕩頻率12BnB()()100%()py

9、yyt)()(yre過程控制系統的性能指標過程控制系統的性能指標1.1.按安裝場地分按安裝場地分：2.2.按能源分按能源分：3.3.按信號類型分按信號類型分：自動化儀表概述自動化儀表概述4.4.按結構形式分按結構形式分：自動化儀表概述自動化儀表概述數字式儀表的通信標準數字式儀表的通信標準不統一不統一：內容內容、信息格式、編碼方式、信號發送與接收、接口標準等信息格式、編碼方式、信號發送與接收、接口標準等自動化儀表的信號制自動化儀表的信號制氣動儀表氣動儀表（0.020.1MPa)0.020.1MPa)模擬儀表的信號制模擬儀表的信號制直流電壓與電流的優點：直流電壓與電流的優點：不受交流不受交流感應感應影響影響、無相移、無相移、便于數模便于數模轉換、易獲基準轉換、易獲基準電壓電壓2 2）電動儀表電動儀表（420mA 1-5V DC420mA 1-5V DC） 爆炸性混合物最小引爆電流的等級爆炸性混合物最小引爆電流的等級（30VDC30VDC）安全防爆的基本概念安全防爆的基本概念安全防爆安全防爆結構性防爆：結構性防爆：