自动化仪表与过程控制ppt课件VIP

. 1、仪表和过程控制自动化、2、生产过程自动化是指以石油、化工、电力、冶金、轻工业等工业部门连续物流为主要特征的生产过程的自动控制，主要是各种生产过程中的温度、压力、流量、液位(或物位)和成分(或用自动化装置管理连续或间歇生产过程的综合技术称为生产过程自动化，简称过程控制。3、过程控制、过程控制-一般是指在石油、化工、电力、冶金、原子能等工业生产中连续或一定周期的过程中进行的生产过程的自动控制，其控制量通常是压力、液位、流量、温度、PH等过程变量在作用-现代工业生产过程的自动化中，过程控制技术实现了各种最佳的技术经济指标，在提高经济效益和劳动生产率、节省能源、改善工作条件、保护环境卫生等方面发挥着越来越大的作用。4、自动仪表、自动仪表-用于生产流程自动化的仪器和设备是实现工业企业自动化的必要手段和技术工具。 特征-互换性、统一标准、5、1、生产过程及其特征连续生产过程主要有以下形式：1.传热过程通过冷热物流间的传热，控制介质温度，实现介质相状态变化或回收热的目的。 典型设备：热交换器2 .燃烧过程是通过燃料和空气混合燃烧为生产过程提供动力和热源。 典型设备：加热炉，6，3 .化学过程是由两种以上的材料化合成一种以上更有价值的产品的反应过程。 典型设备：反应器4 .精馏过程精馏为分离过程。 典型设备：精馏塔5 .送质过程不同成分的分离与结合，如液体与气体之间的解吸、放散、除湿或湿润、不同非溶液体的提取、液体与固体之间的结晶、蒸汽或干燥等都是送质过程。 其目的是得到纯粹的出口项目。 一、生产过程及其特征、七、一、生产过程及其特征、生产过程特征：连续生产过程具有复杂性、关联性、时变性、非线性、不确定性，存在某一高温高压或有害介质时，有相当的危险性。 生产过程的这些特征大大促进了过程控制技术的发展，过程控制在自动控制领域乃至国民经济中占有极其重要的地位。 八、 参考书教材过程控制和自动化仪器.潘永湘等.机械工业出版社. 2008.5参考书1 .自动检测技术和装置.张宏建等.化学工业出版社. 2004.72 .自动化仪器和过程控制.施仁等.电子工业出版社. 2009.23 .自动检测技术和仪器控制系统.张毅等.化学工业出版社. 2005.34 仪表.邵裕森.上海交大出版社，9，评价方式，1 .点名工作20%2.考试成绩10%3.期末考试70%、10，第一章过程控制和自动仪表的概要，系统由控制的过程和控制的仪表构成的过程控制采用控制仪表和计算机等自动工具，对整个生产过程进行自动测量、自动监视和自动控制。 计量器将过程参数转换为电信号或气体信号，反映生产过程情况的控制仪表接收检测信号来控制过程。 受控流程多样性生产规模不同，流程要求不同，产品种类多样，流程结构性、动态特性多样。 通常被控制的过程属于多变量、大惯性、大延迟特征，也具有非线性和时变特性。 (锅炉、热交换器、精馏塔)控制方案的多样性导致控制对象复杂，控制方案的多样性。 单/多变量控制系统，常规仪表控制/计算机分散控制系统，提高控制质量，实现特定要求的控制系统。 单电路、串联、前馈、比例、均匀、分钟、选择性、大延迟、多变量系统和先进的过程控制系统(自适应、预测、补偿、智能、非线性控制等)。过程控制的特点，11、安全性是针对易燃性特征设计的参数越线报警，连锁保护故障诊断，容错控制。 稳定性抑制干扰，保证正常运行。 经济性降低成本提高效率。 掌握工艺流程和被控制对象的静态、动态特性，采用控制理论和一定的技术手段(计算机、自动仪表)建立合理的系统。 过程控制的要求和任务，12、12、2，对生产过程控制的要求对生产过程控制的最重要的要求可以归纳为三个方面：安全性、稳定性和经济性。 (1)所谓安全性，最重要和基本的要求是在生产运行中及时预测、监视、防止一切事故的发生，确保生产设备和作业人员的安全。 (2)稳定性是指在工业生产环境发生变化或受到随机因素的干扰和影响时，生产过程稳定运行，维持稳定的产品质量。 13、13、(3)经济性是指在保证生产安全和产品质量的基础上，以最小的投资、最小的能源消耗和最小的成本，生产装置以高效运行获得最大的经济收益。 流程控制任务：在理解和掌握流程流程和生产流程的各种特性的基础上，根据流程生产的要求，应用控制理论对控制系统进行分析、设计综合，并采用相应的自动化装置和适当的控制手段实现，最终实现优质、高产、低消耗的控制二、对生产过程控制的要求、14、过程控制的功能结构、实现测量变动和测量变动装置和执行装置操作安全和环保以保证生产安全，满足环境保护要求的设备(独立运行)通常和高级控制实现过程参数的控制，满足控制要求。 为实时实现最佳运用情况(时间、成本、设备损失)而设计的方案决策和计划日程表对整个过程进行合理的计划日程表和正确的决策，使企业的利益最大化。 15、过程控制的发展概况，20世纪40年代前后(手工作阶段):手工作状态，经验控制生产过程，劳动生产率低。 1950年代左右(仪表化和局部自动化阶段):在过程控制发展的第一阶段，实现了仪表化和局部自动化。 主要特征：测量和控制仪表-采用基地式仪表和部分单元组合仪表(多数是气表)的过程控制系统的构成-单输入、单输出系统被控制参数-温度、压力、流量、液位参数控制目的-这些参数的稳定消除或减少对生产过程的主要扰动的理论-频率法和根轨迹法的经典控制理论，解决了单输入单输出数控系统的分析和综合问题。16、16、回顾了生产过程自动化的发展历史，大致经历了三个发展阶段。 一级阶段，1950年以前，简单的测量仪器和重基地式的测量仪器，17，20世纪60年代(综合自动化阶段):测量和控制仪表-单元组合仪表(气压、电动)和组装仪表，直接采用数字控制(DDC )和设定值控制(SPC ) 实现了过程控制系统的结构-多变量系统，各种复杂的控制系统，如串联级、比例、均匀控制、前馈、选择控制系统。 控制目的-实现控制质量的提高或特殊要求。 理论-除了经典的控制理论，现代的控制理论开始应用。 前馈控制-通过干扰进行控制，在可以测量干扰的情况下，可以提高控制质量。 选择性控制-在生产过程中异常情况和控制量达到安全界限，自动实现的保护性控制。 18，18，设计化阶段，50年代到70年代，单元组合设计和循环检查设计。 集中监视和操作，19，19，综合自动化阶段：70年代以来，多功能组装仪表，数字仪表，智能仪表。 70年代中期出现了DCS。 90年代以来，规制一体化成为可能。、20、20世纪70年代以来(全面自动化阶段):发展为现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三阶段。 主要特征：仪表-新型仪表、智能仪表、检测和控制微机的过程控制系统的构成-单多变量系统、PID控制规则特殊控制规则、值控制最佳控制、自适应控制、仪表控制系统智能计算机分散控制系统理论-。 集中计算机控制系统集散控制系统DCSFCS现场总线控制系统，全面自动化阶段，21，集中计算机控制系统，最初：由于当时计算机体积庞大，价格非常高，为了使计算机控制能与通常的计算机控制竞争，尽可能多地控制一台计算机优势：表面信息集中，集中式计算机控制能实现各种复杂控制功能，容易实现最佳控制和生产优化。 问题：当时计算机整体性能低，容量小，容易发生负载过载，控制集中会直接导致危险集中，高度集中会使系统“脆弱”。22、集散控制系统DCS、80年代-集散控制系统(DCS )集散控制系统是集计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术为一体的装置。 虽然系统结构分散(生产过程是分散系统)，但是过程控制的监控管理很集中。 优点：把计算机分散到工厂和装置。 分散系统风险，提高系统可靠性，灵活实现各种新的控制规则和算法，实现最佳管理。 控制分散管理集中，23，分散控制系统的结构构成：流程输入输出接口：又称为数据采集站，数据采集和预处理，进一步加工实时数据，操作站的显示和打印。 过程控制单元：也称为基本控制器，是分散控制系统的核心。 不同集散控制系统差异很大。 高速数据路径：实现分散控制系统的各处理器间的数据传输。 管理(上位)计算机：进行集中管理和最佳控制，实现信息-控制-管理的一体化。 CRT操作站：集散控制系统的人机接口装置。 执行监视操作、系统构成、编程、动态流程图显示、部分生产管理。24、控制层网络、管理层网络、现场设备层、DCS的物理分层图，25、90年代以来现场总线控制系统FCS(fieldbuscontrolsystem )是计算机网络技术、通信技术、控制技术和现代仪器仪表技术的最新发展成果。 将具有数字通信能力的现场智能仪表连接到网络系统上，连接了同一级别的监控、管理级别，形成了全分布式的新型控制网络。 计算机集成过程控制CIPS (computerintergratedprocesssystem )以企业整体的优化为目标(市场营销、生产计划调度、原材料选择、产品分配、成本管理、过程控制和优化)，计算机和网络数字、双向传输和多分支结构通信网络，其将智能现场设备与自动化系统相连。支持双向、多节点、总线式全数字通信，双向数据通信能力反复转换A/D、D/A，将控制任务转移到现场设备，将测量控制一体化的全分散、本质、特征、评价、成为全球范围自动化技术发展的热点的自动化和仪表工业“革命”、FCS 现场总线式变送器现场总线式阀定位器、安全防爆、工业以太网、安全防爆总线、非安全防爆总线、29、控制室、控制台、流程图、30、仪表盘、31、操作站CRT、工业流程作为一名技术人员，学习和掌握生产流程自动化相关知识，对新的生产流程的研究和开发，解决生产作业中的重要技术问题，合理确定控制方案，保证生产质量、高产、低消耗的顺利运行，促进生产企业的现代化管理等具有非常重要的作用。 生产流程自动化是由自动控制理论、计算机科学、仪器技术和生产技术知识组合而成的综合技术科学。 在现代流程工业中，自动化装置、生产技术和设备已经成为有机整体。33、过程控制系统设计概要、加热炉过程控制系统，冷、设计步骤：1.确定控制目标1 )热油出口温度稳定2 )出口温度和烟道气体的氧含量稳定3 )温度稳定和热效率最高。 2 .控制参数直接参数(油出口温度、烟道气体氧含量、燃料压力)间接参数(热效率) 3控制量燃料油流量还是冷油流量出口温度风门开度还是送风风门氧含量，34，4 .确定控制方案的控制精度和干涉决定系统的简单和复杂。 温度、效率、氧含量等要求在一个以上多输入/多输出。 如果温度、氧含量值一定，则要求效率最佳控制。 5 .大多数选择控制策略采用PID的复杂过程高级过程控制6 .选择致动器气压和电动，运行时特性和过程特性一致。 7 .设计警报和联锁保护系统的高、低限值的加热炉停车程序：燃料泵停止燃料阀停止送风机停止热油阀阻断8 .设计图纸资料和文件资料的工程化设计思想的表现主管部门审查施工部门。 9、系统出厂、调整和整定参数、低温、35、35、过程控制系统的结构和分类，一、过程控制系统的结构以液体贮槽的液位控制为例说明了过程控制系统的基本结构。 贮槽水平的原理图如图所示。 人工控制方式：观察眼-玻璃管水平计(测定元件)的指示高度，将脑-液面水平的高度与期望的高度进行比较，考虑需要变化的流出量进行推定，根据发出动作命令的手-指令改变出口阀的开度，相应地增减流出量，使液位在合理的范围内一、过程控制系统结构，37，37，自动控制方式：一，过程控制系统结构，38，38，自动控制方式：液位变送器测量并转换为统一标准信号发送给控制器的自动控制器变送器的信号，并与液位期望值进行比较， 根据偏差按照一定规律进行运算，将运算结果发送到执行元件(调节阀)将执行元件控制器的指令信号转换为相应的位移信号，启动阀，改变液体的流出量，实现液位的自动控制。 另一方面，过程控制系统的构成，39、39、39，液体贮槽的液位控制表明，过程控制系统由被控制对象、测量和输送装置、控制器、执行器构成。 如果将测定和输送装置、控制器、执行装置统称为自动化装置，则过程控制系统由被控制对象和自动化装置两部分构成。 过程控制系统的任务是，在被控制对象受到干扰，被控制变量(温度、压力、流量、液位、成分等)产生偏差的情况下，迅速地检测出，通过合理地调节控制变量，使被控制变量返回到规定值。一、过程控制系统的构成，40，40，自控常用术语： (1)被控制对象：实现控制的设备、机械或生产流程称为被控制对象，简称对象。 像这个例子的液体贮槽一样。 (2)被控制变量：将对象中需要控制的(数值保持在一定范围内，或按预定规则变化)物理量称为被控制变量。 这个例子的贮槽液位。 (3)操纵变量：被控制装置操作，用于将被控制变量保持在设定值的资材或能量变量称为操纵变量。 例如本例液体流出量。 另一方面，过程控制系统的结构，41，41，(4)扰动(扰动):除了操作变量以外，作用于对象并改变被控