過程控制工程第一頁，共53頁。2關于本課程的說明第一章緒論

過程控制的任務和要求過程控制的基本問題專業知識結構過程控制系統的基本概念第二頁，共53頁。3案例第三頁，共53頁。4案例第四頁，共53頁。5案例第五頁，共53頁。6案例第六頁，共53頁。7案例第七頁，共53頁。8案例第八頁，共53頁。9案例第九頁，共53頁。10案例第十頁，共53頁。11第一節自動化專業的知識結構基礎知識層控制知識層系統知識層1個知識領域6個知識領域1個知識領域第十一頁，共53頁。12一、基礎知識層數理與機電基礎知識領域知識單元：◆數學◆物理◆系統科學◆管理科學◆電工電子基礎◆機械工程基礎◆計算機基礎及語言◆微機原理第十二頁，共53頁。13二、控制知識層的知識領域6個知識領域傳感與檢測：信息獲取通信與網絡：信息傳輸計算與處理：信息處理控制與智能：信息控制執行與驅動：信息應用模型與仿真：第十三頁，共53頁。14控制知識層的知識單元傳感與檢測傳感器、自動檢測技術、測量信號處理等

通信與網絡通信原理、計算機網絡、自動化系統計算機網絡、現場總線技術、組態技術應用、多媒體技術等。第十四頁，共53頁。15計算與處理

面向對象的程序設計、大型數據庫、信號與系統、數字信號處理、數據結構、操作系統等控制與智能

自動控制原理、現代控制理論、模糊控制技術、智能控制技術、微機控制技術、系統工程導論等

第十五頁，共53頁。16執行與驅動自動化儀表、電力電子技術、電源變換與控制等

模型與仿真

MATLAB程序設計、虛擬儀器技術應用、CAD仿真技術等

第十六頁，共53頁。17三、系統知識層系統與工程

知識領域知識單元：◆運動控制系統◆過程控制系統◆集散控制系統第十七頁，共53頁。18反映自動化專業特點的知識領域傳感與檢測控制與智能執行與驅動模型與仿真系統與工程第十八頁，共53頁。19自動化專業中的核心知識控制與智能模型與仿真系統與工程第十九頁，共53頁。20專業知識體系◆以電力電子、變頻技術為核心的運動控制技術◆以微處理器芯片與接口技術為核心的計算機控制技術。◆以自動檢測、標準工控設備為核心的過程控制技術。◆以網絡通信、電子技術為核心的信息技術，包括對信息的獲取、處理、傳輸和信息挖掘等技術的綜合應用。第二十頁，共53頁。21第二節過程控制系統的基本概念控制(control)：人們為了達到某種目的而采取的行動，叫做控制，它分為人工控制和自動控制。過程(process)：過程本身的含義是非常廣泛的，可以指某個工程系統、某個生物學系統，也可以指某個經濟的或社會系統。本課程所說的過程主要指工業過程，例如加熱爐、化工裝置、鍋爐設備、核反應堆、造紙設備、換熱器等生產過程。第二十一頁，共53頁。22過程與控制液位人工控制：

檢測—眼；運算（思考）、命令—腦；執行—手。第二十二頁，共53頁。23過程與控制液位自動控制：

測量元件及變送器—眼；控制器—腦；執行器—手。第二十三頁，共53頁。24過程與控制第二十四頁，共53頁。25過程控制及其系統過程控制（processcontrol)

:指石油、化工、電力、輕工、冶金、紡織、建材、原子能等工業部門生產過程的自動化。過程控制系統（processcontrolsystem):指工業生產過程中自動控制系統的被控量是溫度、壓力、流量、液位、成分、粘度和PH值等這樣一些過程變量的系統。第二十五頁，共53頁。26過程控制與運動控制的區別：過程控制——對變化緩慢信號（物理量）的控制，如溫度、壓力、流量、液位等。運動控制——對變化較快的信號（物理量）的控制，如轉速等。第二十六頁，共53頁。27過程控制系統組成組成自動化裝置被控對象測量元件與變送器控制器執行器第二十七頁，共53頁。28過程控制系統組成第二十八頁，共53頁。29過程控制系統特點第二十九頁，共53頁。30過程控制系統特點第三十頁，共53頁。31過程控制系統特點三、過程控制系統的特點：

1、對象復雜多樣

2、對象存在滯后

3、對象特性的非線性

4、控制系統較復雜結論：控制方案確定、控制系統的設計、控制參數的整定都要以對象的特性為依據。第三十一頁，共53頁。32第三節過程控制的基本問題控制器：系統運動和作業的規劃；動力學修正，改變;閉環特征。信息檢測：傳感問題、信息處理、信息融合廣義過程：受控對象+工作環境（擾動）控制問題：對于給定的廣義過程，如何設計控制器使閉環系統滿足希望的性能要求。控制器廣義過程信息檢測指令輸入信息反饋擾動輸出第三十二頁，共53頁。33第四節過程控制系統的任務及要求一、過程控制系統分類按完成的功能分：比值、均勻、分程和選擇性控制系統。按被控參數的名稱分：溫度、壓力、流量、液位等。按調節器的控制規律分：P、PI、PD、PID等。按被控量的多少分：單變量和多變量控制系統。按采用控制儀表和計算機來分：儀表過程控制系統和計算機過程控制系統。第三十三頁，共53頁。34按過程控制系統的結構特點來分：（1）反饋控制系統（2）前饋控制系統（3）前饋-反饋控制系統第三十四頁，共53頁。35按給定值信號的特點來分類：（1）定值控制系統（2）程序控制系統（3）隨動控制系統第三十五頁，共53頁。36定值控制系統：系統被控量的給定值保持在規定值不變，或在小范圍變化。控制的目的是使被控量保持定值，或在小范圍變化。程序控制系統：被控量的給定值按預定的時間程序變化工作的，控制的目的就是使系統被控量按工藝要求規定的程序自動變化。隨動控制系統：被控量的給定值隨時間任意變化的控制系統。主要作用是克服一切擾動，使被控量快速跟隨給定值變化。第三十六頁，共53頁。37二、過程控制發展概況20世紀40年代前后，處于手動狀態，從50年代前后開始，劃分為如下幾個階段：50年代前后——第一階段，實現了儀表和局部自動化，主要特點：（1）儀表為氣動式，普遍采用基地式儀表和部分單元組合儀表；（2）單輸入單輸出系統；（3）被控參數主要是溫度、壓力、流量、液位；（4）控制的目的是保證參數穩定，消除或減小擾動；（5）控制理論：頻率法和根軌跡法。第三十七頁，共53頁。3860年代——第二階段，電子技術迅速發展。特點：（1）大量采用氣動和電動單元組合儀表；（2）計算機控制技術開始應用——DDC系統和SPC系統；（3）復雜控制開始開發應用——串級控制、前饋-反饋控制、比值控制、分程控制、選擇性控制；（4）控制理論——現代控制理論開始應用，由單變量轉入多變量（由于建模困難，應用較少）；（5）集中控制實現：

第三十八頁，共53頁。391）隨著生產規模的擴大，操作人員需了解多點信息，需按多點信息進行操作控制，于是出現了氣動、電動單元組合儀表和集中控制室。現場的、0~10mA、4~20mA、1~5V的信號送到集中控制室，操作人員可在控制室了解現場狀況；2）由于模擬信號的傳遞是一對一的物理連接，信號變化緩慢，提高精度、速度難度大，于是出現了直接數字控制（DDC）；3）但是由于計算機技術不發達，人們企圖用一臺計算機取代所有的儀表盤，出現了集中式數字控制。

致命的問題：由于可靠性差，一旦出現故障，全部癱瘓。第三十九頁，共53頁。4070年代——第三階段，大規模集成電路研制成功，微處理器問世，進入計算機時代。特點：（1）集中控制、多參數控制、多臺計算機控制和經營管理；（2）智能單元組合儀表；（3）在線成分檢測與數據處理的測量變送器的應用；（4）DDZ儀表品種增多，可靠性加強；（5）70年代中期出現了集散控制系統。第四十頁，共53頁。第四十一頁，共53頁。4280年代以后——第四階段，主要特點：（1）控制理論方面：解決了多變量控制問題（包括線性系統、時變系統、非線性系統、微分-差分系統等），智能控制算法（包括專家系統、模糊控制系統、神經網絡、過程監督和在線診斷等）在復雜過程控制系統中應用；（2）出現了集中、遠動控制中心——包括先進的管理系統、調度、優化等，柔性化、分散化和集成化的綜合自動化系統被應用于實際工業過程。第四十二頁，共53頁。4390年代以后——第五階段，主要特點：（1）工廠綜合自動化技術的應用；（2）現場總線控制技術的應用；（3）智能控制得到了廣泛的應用；（4）各種工控設備（如PLC、變頻器、直流調速器、控制儀表、檢測變送儀表等）功能更加強大，并且帶有通訊接口。第四十三頁，共53頁。第四十四頁，共53頁。45綜合自動化：在自動化技術、信息技術、計算機控制和各種生產加工技術的基礎上，從生產過程的全局出發，通過生產活動所需的各種信息集成，把控制、優化、調度、管理、經營、決策融為一體，形成一個能適應各種生產環境的市場需求、多變性的、總體最優的高質量、高效益、高柔性的管理生產系統——管控一體化。現場總線（FCS）：將CPU置入控制儀表中，具備數字計算和數字通訊能力，采用簡單連接的雙絞線作為總線，將多個控制儀表連接成網絡系統。是一種公開化、標準化的解決方案。集散控制系統（DCS）：測量變送儀表一般為模擬儀表，一般為摸數字混合系統。存在的主要問題是各廠家產品自成系統，不能互換，不能共享。第四十五頁，共53頁。46三、過程控制系統的要求：

安全性、經濟性、穩定性四、過程控制系統的任務：

過程控制是控制理論、工藝知識、計算機技術和儀器儀表等知識相結合而構成的一門應用科學，所以其任務是：在了解、熟悉、掌握生產工藝流程與生產過程的靜態和動態特性的基礎上，根據工藝要求，應用控制理論、現代控制技術，分析、設計、整定過程控制系統。第四十六頁，共53頁。47思考:系統解決方案1計劃2執行3檢查4修正控制也是一種PDCA循環第四十七頁，共53頁。48系統解決方案系統發展大環帶小環周而復始階梯式上升第四十八頁，共53頁。49過程控制系統展望

目標方向：

全局控制

最優控制

控制管理一體化最終達到優質、高產、低耗的控制目標第四十九頁，共53頁。50第五節關于本課程的說明課程性質：本課程是自動化專業的主干專業課。開課目的：過程控制是控制理論、生產工藝、計算機技術和儀器儀表技術等相結合的一門綜合性應用學科，是國家高科技的重要組成部分，因此，作為從事自動化專業的技術人員，都擔負著應用本學科、發展本學科的義務。第五十頁，共53頁。51內容體系：《過程控制工程》課程是以過程控制系統為主體，以過程檢測控制儀表為工具，儀表與系統密切聯系，相互依存，著重研究根據連續工業過程的生產特點和要求，應用自動控制理論、控制技術和自動化儀表來設計過程控制系統以及在實際工程應用中的有關問題。通過理論學習與實踐，不僅能達到解決過程控制工程中的一般問題，并具有分析和設計較復雜的過程控制系統的能力。第五十一頁，共53頁。52過程控制的任務是由控制系統的設計和實現來完成的，

具體步驟如下：

1、確定控制目標

2、選擇被控量

3、操縱量的選擇

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