马宾过程控制与自动化仪表第1章绪论.ppt

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1、过程控制与自动化仪表学习本课程的意义n自动化是应用非常广泛的一门学科，它在人们的日常生活与工作、工业生产、军事、航空航天、国民经济调控等领域都有着非常广泛的应用。n自动化水平是衡量一个国家技术先进程度，生产力发达程度的重要标志。n卫星测控系统第一节第一节 过程控制概述过程控制概述1、特点、任务、要求、特点、任务、要求2、发展概况、发展概况3、组成、分类及性能指标、组成、分类及性能指标第二节第二节 自动化仪表概述自动化仪表概述1、分类与发展、分类与发展2、信号制与能源供给、信号制与能源供给3、安全防爆仪表与系统、安全防爆仪表与系统第一章第一章 绪论绪论1 1、过程控制概念、过程控制概念 通常是指

2、石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织、建材、原石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织、建材、原子能等子能等工业部门的生产过程自动化。2 2、过程控制特点、过程控制特点 1）连续生产过程的自动控制）连续生产过程的自动控制连续控制指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量控制，而且应是连续可调的；2）过程控制系统由过程检测、控制仪表组成）过程控制系统由过程检测、控制仪表组成过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电子计算机等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测和自动控制；2 2、过程控制特点、过程控制特点 3）被控过程是多种多样的、非电量的）被控过程是多种多样的、非电量的4）过程控制的控制过程多属慢过

3、程，而且多）过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制半为参量控制 现代工业生产过程中，工业过程日趋复杂，工艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有大惯性、大滞后、非线性特性因为大惯性、大滞后等特性，决定了过程控制的控制过程多属慢过程；在一些特殊工业生产过程中，采用一些物理量和化学量来表征其生产过程状况，故需要对过程参数进行自动检测和自动控制，所以过程控制多半为参量控制2 2、过程控制特点、过程控制特点 5）过程控制方案十分丰富）过程控制方案十分丰富6）定值控制是过程控制的一种常用方式）定值控制是过程控制的一种常用方式单变量控制系统、多变量控制系统；仪表过程控制系统、计算机集散控制系统；复

4、杂控制系统，满足特定要求的控制系统过程控制的目的：消除或减小外界干扰对被控量的影响，使被控量能稳定控制在给定值上，使工业生产能实现优质、高产和低耗能的目标。3 3、过程控制的要求、任务与功能、过程控制的要求、任务与功能 1、了解连续工业过程的生产特点（了解工艺、获取模型、分析设计、物理实现）及要求（安全性、稳定性、经济性）（安全性、稳定性、经济性）;2、应用自动控制理论、控制技术和自动化仪表来设计过程控制系统及实际工程中的有关问题;3、能够解决过程控制工程中的一般问题，具有分析和设计比较复杂的过程控制系统能力;4 4、功能结构、功能结构（1）测量变送与执行；（2）操作安全与环保；（3）常规与高

5、级控制；（4）实时优化；（5）决策与计划。4 4、过程控制的系统设计、过程控制的系统设计 1.1.确定控制目标确定控制目标 1 1）热油出口温度稳定；）热油出口温度稳定；2 2）出口温度与烟道气含氧量稳定；）出口温度与烟道气含氧量稳定；3 3）温度稳定与热效率最高。）温度稳定与热效率最高。2.2.选择被控参数选择被控参数 直接参数与间接参数直接参数与间接参数3 3 选择控制量选择控制量 燃料油流量与冷油流量燃料油流量与冷油流量出口温度出口温度 挡板开度与送风挡板挡板开度与送风挡板含氧量含氧量4.4.确定控制方案确定控制方案 简单与复杂、单输入与多输入、最优控制简单与复杂、单输入与多输入、最优控

6、制5.5.选择控制策略选择控制策略 PID PID、高级过程控制、高级过程控制6.6.选择执行器选择执行器 气动与电动气动与电动7.7.设计报警与联锁保护系统设计报警与联锁保护系统 高、低限值；加热炉停车程序：停燃油泵高、低限值；加热炉停车程序：停燃油泵关燃油阀关燃油阀停引风机停引风机切断热油阀切断热油阀8.8.工程化设计工程化设计9.系统投运、调试和整定参数5 5、过程控制发展概况、过程控制发展概况 第一个阶段第一个阶段50年代前后：实现了仪表化和局部自动化实现了仪表化和局部自动化其特点：其特点：1、过程检测控制仪表采用基地式仪表和部分单元组合式仪表2、过程控制系统结构大多数是单输入、单输出

7、系统3、被控参数主要是温度、压力、流量和液位四种参数4、控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减少主要扰动对生产过程的影响5、过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题5 5、过程控制发展概况、过程控制发展概况 1、过程控制仪表开始将各个单元划分为更小的功能，适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统2、计算机系统开始运用于过程控制3、过程控制系统方面为了特殊的工艺要求，相继开发和应用了各种复杂的过程控制系统（串级控制、比值控制、均匀控制、前馈控制、选择性控制）4、在过程控制理论方面，现代控制理论的得到了应用 第二个阶段第二

8、个阶段60年代来：大量采用气动和电动单元组合仪表大量采用气动和电动单元组合仪表其特点：其特点：5 5、过程控制发展概况、过程控制发展概况 1、对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算系统进行多参数综合控制2、自动化技术工具方面有了新发展，以微处理器为核心的智能单元组合仪表和开发和广泛应用3、在线成分检测与数据处理的测量变送器的应用4、集散控制系统的广泛应用第三个阶段第三个阶段70年代以来：现代过程控制的新阶段现代过程控制的新阶段计算机时代计算机时代其特点：其特点：5 5、过程控制发展概况、过程控制发展概况 1、现代控制理论的应用大大促进了过程控制的发展2、过程控制的结构已称为具有高度自动化的

9、集中、远动控制中心3、过程控制的概念更大的发展第四个阶段第四个阶段80年代以后：飞跃发展飞跃发展其特点：其特点：6 6、过程控制系统的组成、过程控制系统的组成 （1）被控参数（亦称系统输出）y(t)：被控过程内要求保持稳定的工艺参数；（2）控制参数（亦称操作变量控制介质）q(t)：使被控参数保持期望值的物料量或能量；（3）干扰量f(t)：除被控参数外，作用于被控过程并引起被控参数变化的各种因数；（4）设定值r(t)：与被控参数相对应的设定值；（5）反馈值z(t)：被控参数经测量变送 后的实际测量值；（6）偏差e(t)：设定值与反馈值之差；（7）控制作用u(t)：控制器的输出值。自动控制过程是用

10、自动化来代替人工操作！自动控制过程是用自动化来代替人工操作！7 7、过程控制分类、过程控制分类 按过程控制系统的结构特点分来按过程控制系统的结构特点分来 1）反馈控制系统：）反馈控制系统：是根据系统被控量的偏差进行工作，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差的目的。开环结构：闭环结构：增加反馈环节，提高仪表稳定性、测量精度，达到较好的增加反馈环节，提高仪表稳定性、测量精度，达到较好的控制效果控制效果 7 7、过程控制分类、过程控制分类 2）前馈控制系统：）前馈控制系统：直接根据扰动量的大小进行工作，扰动是控制的依据3）前馈）前馈反馈控制系统（复合控制系统）：反馈控制系统（复合控制系统）：充

11、分结合两者的优点，大大提高控制质量7 7、过程控制分类、过程控制分类 按给定值信号的特点来分类按给定值信号的特点来分类1.定值控制系统：定值控制系统：是指系统被控量的给定值保持在规定值不变，或在小范围附近不变。2、程序控制系统：、程序控制系统：是被控量的给定值按预定的时间程序变化工作，目的是使系统被控量按工艺要求规定的程序自动变化。3、随动控制系统：、随动控制系统：是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统，主要作用是克服一切扰动，使控量快速跟随给定值而变化。8 8、过程控制的性能指标、过程控制的性能指标 (1)(1)衰减比衰减比n n（衰减率（衰减率）两个相邻的同向波峰值之比两个相邻的同向

12、波峰值之比:衰减率定义为一个周期后波动幅度衰减的程度衰减率定义为一个周期后波动幅度衰减的程度:衰减比与衰减率的单值对应关系，如衰减比为衰减比与衰减率的单值对应关系，如衰减比为4：1或或10：1时，则衰减率时，则衰减率为为0.75或或0.9。（2 2）最大动态偏差和超调量）最大动态偏差和超调量:二阶振荡系统：(3)(3)残余偏差（稳态误差、静差）残余偏差（稳态误差、静差）:(4)(4)调节时间、上升时间、振荡频率调节时间、上升时间、振荡频率12BnB121BBB()()100%()pyyyt%1001n)()(yremin)(0dtteIAEmin)(02dtteISEmin)(0dttetIT

13、AEmin)(02dttteITSE1 1、自动化仪表的分类、自动化仪表的分类 特点特点：积木式仪表，典型单元之间采用统一的信号联系2）数字式仪表的通信标准）数字式仪表的通信标准（不统一；内容：信息格式、编码方式、信号发送与接收、接口标准等）（不统一；内容：信息格式、编码方式、信号发送与接收、接口标准等）3）能源供给）能源供给直流集中供电的优点直流集中供电的优点：体积体积、重量、重量、温升、温升防停电能力防停电能力 无交流，易于防爆无交流，易于防爆4、防爆仪表与防爆系统、防爆仪表与防爆系统1）安全防爆的基本概念）安全防爆的基本概念 防爆性能：普通型、隔离型、安全火花型（本安）防爆性能：普通型、隔离型、安全火花型（本安）安全火花型防爆等级安全火花型防爆等级2）安全火花型防爆系统）安全火花型防爆系统 条件条件:现场仪表为安全火花型；安全防爆栅隔离。现场仪表为安全火花型；安全防爆栅隔离。本章结束，谢谢！本章结束，谢谢！