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红河学院 过程控制系统 ProcessControlSystem 重点 掌握过程控制系统的组成与设计掌握过程对象的建模方法掌握PID类常规控制策略掌握各类控制系统的设计与分析方法了解先进控制算法 设计思想 概念 特点及适用场合 本课程的教学要求 参考资料与课程考核 教材与主要参考资料 1 邵裕森等编著 过程控制工程 北京 机械工业出版社 2002 122 金以慧 王树青等教授的专著考核 平时成绩30 包括出勤 平时练习 实验 测试等 期末考试 闭卷 70 答疑 地点 第一章绪论 了解工业生产过程控制的发展过程了解过程控制主要特点了解过程控制系统的组成及其分类结合具体对象 掌握控制系统的组成以及控制系统的方块图描述法课程的性质和任务 重点 过程控制的一般概念 过程控制通常是指石油 化工 电力 冶金 轻工 建材 核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制被控变量为温度 压力 液位 流量 湿度 pH 粘度等参数 被控变量为位移 转速 加速度等参数 过程控制 运动控制 第一节过程控制的发展概况 1 仪表化与局部自动化阶段 50 60年代 主要特点 基地式仪表 压力控制器 基地式仪表 温度控制器 基地式仪表 压力控制器 2 综合自动化阶段 60 70年代中期 主要特点 单元组合仪表 流量传感器 流量控制器 执行器 3 全盘自动化阶段 70年代中期至今 主要特点 集散控制系统DCS 集散控制系统DCS 第二节过程控制的特点 1 系统由系列化生产的过程检测控制仪表组成例 教材P4图1 1 图1 2 2 被控过程多种多样 例如 锅炉 热交换器 电弧炉 热处理炉 精馏塔 化学反应器 流体输送设备 特点 多变量 分布参数 非线性 大惯性 大延时 3 控制方案十分丰富 如 PID 先进PID 自适应 预测 推理 模糊 神经网络控制等 有单变量 多变量 常规仪表 计算机 提高控制品质 特殊工艺要求等控制 4 控制过程多属慢过程参量控制 5 定值控制是其主要形式 工艺参数主要为 T P F L C等 减小或消除外界扰动对被控参数的影响 确保生产稳定和产品的产量与质量 第三节过程控制系统的组成及分类 例1锅炉过热蒸汽温度控制系统 一 过程控制系统的组成 重要概念 被控参数y t 过热蒸汽温度操作量 控制介质 q t 减温水流量控制作用u t 调节器输出系统给定T0 设定温度系统偏差e 温度偏差系统干扰f t 各种干扰因素 例2转炉供氧量控制系统 上述 模拟仪表构成的过程控制系统 下图 计算机过程控制系统 例3集散控制系统 二 过程控制系统的分类 2 按被控量多少分为单变量控制系统 多变量控制系统等 1 按被控参数的名称分为温度 压力 流量 液位 成分等 3 按系统的结构特点分为前馈控制系统 反馈控制系统 复合控制系统等 4 按系统的给定值信号特点分为定值控制 随动控制 顺序控制等 5 按控制策略分为PID控制 预测控制 推理控制 模糊控制 Smith预估控制 自适应控制等 过程控制举例一 1 基本问题 2 手动控制 3 自动控制 液位控制问题 液位控制系统的组成与方块图 传感测量器 液位计 人眼控制器 大脑执行机构 手 手动阀 手动控制 过程控制举例二 冷却塔 压力测量 火力发电厂方块图 火力发电厂所包含的系统煤系统 包含燃烧系统 燃烧效率 炉膛压力 烟气排放水系统 温度 压力 流量 能源利用汽系统 温度 压力 流量 能源利用电系统 电压 电流 频率 过程控制举例三 热交换器的温度控制系统 热交换器温度控制系统方块图 过程控制系统的重要术语 被控变量 受控变量 过程变量 ControlledVariable CV ProcessVariable PV 设定值 给定值 Setpoint SP SetpointValue SV 操纵变量 操作变量 ManipulatedVariable MV 扰动 扰动变量 DisturbanceVariable DV 过程控制的目标 在扰动存在的情况下 通过调节操纵变量使被控变量保持在其设定值 从而实现产品质量与产量的长期稳定 稳定性 实现企业效益最大化或成本最小化 经济性 同时 确保生产的安全 安全性 以及节省能源消耗 节能性 和保护环境 环保性 过程控制与其它学科的关系 工业生产过程 自动化工具 控制理论 过程控制与其它学科的关系 工业生产过程控制的任务 根据不同的工业生产过程和特点 采用自动化工具 应用控制理论 设计工业生产过程控制系统 实现工业生产过程自动化 工业生产过程自动化 ERP层 决策调度 计划调度等 MES层 优化监控 设备管理等 PCS层 常规控制 先进控制等 本章小结 1 过程控制的任务 根据不同的工业生产过程和特点 采用自动化工具 应用控制理论 设计工业生产过程控制系统 实现工业生产过程自动化 2 控制系统的