第一章 緒 論 - 中國工控網(wǎng)

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1、第一章緒論n本章提要1.過程控制系統(tǒng)的基本概念2.過程控制的發(fā)展概況3.過程控制系統(tǒng)的組成4.過程控制的特點及分類5.衡量過程控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標n授課內(nèi)容第一節(jié)過程控制的發(fā)展概況1.基本概念2過程控制系統(tǒng)-----指自動控制系統(tǒng)的被控量是溫度、壓力、流量、液位成分、粘度、濕度以及PH值(氫離子濃度)等這樣一些過程變量時的系統(tǒng)。(P3)2過程控制-----指工業(yè)部門生產(chǎn)過程的自動化。(P3)2.過程控制的重要性l進入90年代以來自動化技術(shù)發(fā)展很快，是重要的高科技技術(shù)。過程控制是自動化技術(shù)的重要組成部分。

2、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程自動化電過程控制技術(shù)正在為實現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟指標、提高經(jīng)濟效益和勞動生產(chǎn)率、節(jié)約能源、改善勞動條件、保護環(huán)境衛(wèi)生等方面起著越來越大的作用。3.過程控制的發(fā)展概況l19世紀40年代前后(手工階段)：手工操作狀態(tài)，憑經(jīng)驗人工控制生產(chǎn)過程，勞動生產(chǎn)率很低。l19世紀50年代前后(儀表化與局部自動化階段)：過程控制發(fā)展的第一個階段，一些工廠企業(yè)實現(xiàn)了儀表化和局部自動化。主要特點：檢測和控制儀表-----采用基地式儀表和部分單元組合儀表(多數(shù)是氣動儀表)；過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)------單輸入

3、、單輸出系統(tǒng)；被控參數(shù)------溫度、壓力、流量和液位參數(shù)；控制目的------保持這些參數(shù)的穩(wěn)定，消除或者減少對生產(chǎn)過程的主要擾動；理論-----頻率法和根軌跡法的經(jīng)典控制理論，解決單輸入單輸出的定值控制系統(tǒng)的分析和綜合問題。l19世紀60年代(綜合自動化階段)：過程控制發(fā)展的第二個階段，工廠企業(yè)實現(xiàn)車間或大型裝置的集中控制。主要特點：檢測和控制儀表-----采用單元組合儀表(氣動、電動)和組裝儀表，計算機控制系統(tǒng)的應用，實現(xiàn)直接數(shù)字控制(DDC)和設(shè)定值控制(SPC)；過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-----

4、-多變量系統(tǒng)，各種復雜控制系統(tǒng)，如串級、比值、均勻控制、前饋、選擇性控制系統(tǒng)；控制目的------提高控制質(zhì)量或?qū)崿F(xiàn)特殊要求；理論-----除經(jīng)典控制理論，現(xiàn)代控制理論開始應用。2前饋控制-----按擾動來控制，在擾動可測的情況下，可以地提高控制質(zhì)量。2選擇性控制-----在生產(chǎn)過程遇到不正常工況或被控量達到安全極限事，自動實現(xiàn)的保護性控制。l19世紀70年代以來(全盤自動化階段)：發(fā)展到現(xiàn)代過程控制的新階段，這是過程控制發(fā)展的第三個階段。主要特點：檢測和控制儀表1-８-----新型儀表、智能化儀表、

5、微型計算機；過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-------由單多變量系統(tǒng)，由PID控制規(guī)律特殊控制規(guī)律，由定值控制最優(yōu)控制、自適應控制，由儀表控制系統(tǒng)智能化計算機分布式控制系統(tǒng)；理論-----現(xiàn)代控制理論過程控制領(lǐng)域，如狀態(tài)空間分析，系統(tǒng)辨識與狀態(tài)估計，最優(yōu)濾波與預報。1.集散控制系統(tǒng)(DCS)2集散控制系統(tǒng)-----是集計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)為一體的裝置。系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是分散的(生產(chǎn)過程是分散系統(tǒng))，但過程控制的監(jiān)視、管理是集中的。l優(yōu)點：將計算機分布到車間或裝置。使系統(tǒng)的危險分散，提高了系統(tǒng)的

6、可靠性，能方便靈活地實現(xiàn)各種新型的控制規(guī)律與算法，實現(xiàn)最佳管理。l集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖：l集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成：1)過程輸入-輸出接口：又叫數(shù)據(jù)采集站，數(shù)據(jù)采集與預處理，對實時數(shù)據(jù)進一步的加工，操作站的顯示與打印。2)過程控制單元：又稱基本控制器，是集散控制系統(tǒng)的核心。不同的集散控制系統(tǒng)其差別較大。3)CRT操作站：是集散控制系統(tǒng)的人-機接口裝置。執(zhí)行監(jiān)控操作、系統(tǒng)組態(tài)、編程、動態(tài)流程圖顯示以及部分生產(chǎn)管理。4)高速數(shù)據(jù)通路：實現(xiàn)集散控制系統(tǒng)各處理機之間數(shù)據(jù)傳送。5)管理(上位)計算機：進行集

7、中管理與最佳控制，實現(xiàn)信息-控制-管理一體化。第二節(jié)過程控制系統(tǒng)及其組成1.過程控制系統(tǒng)組成由測量元件、變送器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、被控過程等環(huán)節(jié)構(gòu)成。一個簡單的過程控制系統(tǒng)＝被控過程＋過程檢測控制儀表（測量元件、變送器、調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥）2.過程控制系統(tǒng)實例1（發(fā)電廠鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)）過熱蒸汽的溫度是生產(chǎn)工藝的重要參數(shù)1-８1.過程控制系統(tǒng)實例2（PH控制系統(tǒng)）2.過程控制系統(tǒng)實例3（液位控制系統(tǒng)）1-８第三節(jié)過程控制的特點及系統(tǒng)分類1.過程控制系統(tǒng)特點?系統(tǒng)由過程檢測控制儀表組成?被控過程的多樣

8、性生產(chǎn)規(guī)模不同、工藝要求各異、產(chǎn)品品種多樣。?控制方案的多樣性通常有單變量控制系統(tǒng)、多變量控制系統(tǒng)、常規(guī)儀表控制系統(tǒng)、計算機集散控制系統(tǒng)、提高控制品質(zhì)的控制系統(tǒng)、實現(xiàn)特定要求的控制系統(tǒng)。本書將要介紹單回路、串級、前饋、比值、均勻、分程、選擇性、大時延、多變量系統(tǒng)，還要介紹高級新型系統(tǒng)(自適應控制、預測控制)以及極可能成為系統(tǒng)主流的集散控制系統(tǒng)(DCS)。?過程控制的控制過程多屬慢過程，而又多半屬參量控制被控過程具有大慣性、大時延(滯后)等特點。對表征其生