工业生产过程系统概述

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1、1.1工业生产过程系统概述《过程控制系统》第一章（1）过程控制系统1.2流程工业生产过程自动化的发展概况和趋势7/13/202111.1节内容要点工业生产过程系统的分类◇按生产过程操作性质的分类（美国ISA）◇从控制的角度的分类流程工业生产过程系统及其特点流程工业在国民经济中的地位过程控制系统7/13/20212一、工业生产过程系统的分类(1)生产工艺流程固定原材料、中间产物和最终产品皆为流体生产过程长期连续不断运行连续操作：原料不断地从设备一端送入，产品不断从另一端送出。过程控制系统◇按生产过程操作性质的分类（美国ISA）连续操作生产过程半连续和间歇（批量）

2、操作生产过程离散操作生产过程例：能源工业（发电过程）、石油化工（炼油过程）、化工（化肥生产）、污水处理等7/13/20213一、工业生产过程系统的分类(2)按生产过程操作性质（美国ISA）半连续和间歇（批量）操作生产过程频繁开车、停车，切换操作条件原材料固定的生产装置不同品种产品例：造纸、特殊化工和轧钢工业原材料（配方）变化固定或变化的生产装置不同种类产品间歇操作：每次操作之初向设备内投入一批物料，经过一番处理后，排除全部产物，再重新投料。例：制药工业和食品工业离散操作生产过程固体状态的原材料不同加工步骤完成产品组件组装生产线最终单件产品例：

3、机械制造工业、汽车工业、仪器仪表工业、家电工业7/13/20214一、工业生产过程系统的分类(3)◇从控制的角度的分类连续型被控量基本控制原理控制系统组成（TPFL过程的PID定值控制一次仪表：商品化传感器成分物性）六大参数二次仪表：变送器、显示仪（过程控制系统）（数字）调节器、执行器、DCS离散型（运动控制系统、顺序控制系统）加工过程的位移、速随动反馈控制商品化传感器、检测元件度、加速度等参数电力电子元件、数控装置、PLC◆混合型上述两种类型皆有的生产过程，因此含有两种控制系统。例：啤酒生产过程—发酵过程（连续型）+罐装成瓶（离散型）7/13/20215二、流程

4、工业(生产过程系统)及其特点(1)1.流程工业的生产特征*连续流动的物质流（以及相应的能量流和信息流）*具有传热、传质、生物、化学或物理反应的加工过程*产品失去了原材料的原有性质（发生相变或分子结构等变化）2.流程工业控制方面的特点生产过程的复杂性决定了对其控制的困难性挑战与潜力过程的苛刻的生产环境要求控制绝对保证生产的安全性故障预报与诊断、安全监控系统以及联锁保护系统生产过程的长期连续运行要求生产控制与管理实时性和整体性或综合性协调控制达到全局优化必须采用集成和智能的控制理论与技术7/13/20216二、流程工业(生产过程系统)及其特点(2)3.流程工业生

5、产过程系统研究内容：过程的描述、模拟、仿真、设计、控制与管理；研究目的：改进生产工艺操作提高自动化水平优化生产过程管理与决策科学化实现的目标：生产过程的低消耗、高质量、高效益和高柔性。过程控制系统7/13/20217三、流程工业在国民经济中的地位流程工业的广泛范围和举足轻重地位全球500强企业中，流程工业企业有70余家，占15%，其营业收入占总收入的16.5%；1991年以来，我国公布的产品销售额排名前十名中，约80%90%属于流程工业企业；按利润排名的前二十名中，流程工业企业约占70%；我国流程工业企业年产值占全国企业年总产值的66%。过程控制系统7/1

6、3/202181.2节流程工业生产过程自动化的发展概况和趋势从自动化孤岛模式到CIPS的发展历程简单和复杂控制系统阶段50年代及以前现代和先进控制系统阶段60至80年代智能控制和CIPS阶段90年代以来结论CIPS的体系结构过程控制系统7/13/20219简单和复杂控制系统阶段50年代及以前控制理论经典控制水平、系统设计方法复杂过程人为分解为若干SISO简单过程依靠手工和经验实现单回路分散控制；后期出现了串级、前馈、Smith预估等复杂控制系统；控制目标安全、平稳（少出事故）控制工具常规仪表气动电动，基地式单元组合式从自动化孤岛模式到CIPS的发展历

7、程(1)过程控制系统7/13/202110从自动化孤岛模式到CIPS的发展历程(2)现代和先进控制系统阶段60至80年代现代控制理论的产生背景和内容应用现代控制理论取得的成就现代控制理论的发展和控制策略的探索电子数字计算机及其集中控制系统的试验应用现代控制理论应用于过程控制遇到的挑战和问题两个重要的进展70年代中期开始出现了适合于工业自动化的控制计算机商品化系列—DCS诞生并迅速发展，为实现高水平自动化提供了技术工具；先进控制系统出现，70年代后期最有影响的一类先进控制—MPC克服现代控制理论与工业应用之间的不协调，获得较广泛应用和发展，成为过程控制领域最有前途

8、的先进控制