过程控制及仪表(5)_dlh

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1、第五章绪论过程控制及仪表（过程控制系统篇）1生产过程自动化的定义：一般是指石油、化工、冶金、炼焦、造纸、建材、陶瓷及热力发电等工业生产中连续的或按一定程序进行的生产过程自动控制。一般不包括电力拖动、电机运转等过程的自动控制。过程控制系统：把工业生产过程中的某一或某些物理参数（如温度、流量、压力、液位、浓度、成份等）作为被控参数的控制系统，叫做过程控制系统。过程控制基本知识生产过程：广义的生产过程是动量传递、热量传递、质量传递的过程。由于各种干扰因素的影响，过程会出现不稳定，表现为工艺参数（如温度、流量、压力、液

2、位、浓度、成份等）的波动。举例：水泥生产中的原料制备、炼油、陶瓷生产、原料输送、锅炉、发电、采矿、城市供水、化工、制药……为了稳定参数，必须对某些参数加以控制——生产过程控制系统。2第一节过程控制的特点一、被控对象的多样化二、对象存在滞后现象：控制量改变时，输出量经历一段时间才发生变化。原因：三、对象特性非线性四、控制系统比较复杂或无法得到传递函数。Snn3n2n1nmm3m2m1me)1ST)......(1ST)(1ST)(1ST(S)1ST)......(1ST)(1ST)(1ST(K)S(Wt-++++

3、++++=负荷变化时，对象特性（K,T,）发生变化，或随时间发生变化。3第二节过程控制系统发展概况一、初级阶段40年代，以基地式仪表为主的独立的定值控制系统。二、仪表化阶段50年代，以气动、电动组合仪表和巡检装置为主的集中监控、集中操作的控制系统。但系统之间的联系仍然较少。三、综合自动化阶段60年代至今，各种计算机控制系统。过程控制系统按发展阶段可以分成以下三个阶段：4第二节过程控制系统发展概况过程控制的发展历程，就是过程控制装置（自动化仪表）与系统的发展历程，按照过程控制装置与系统的发展过程也可以将过程控制系

4、统的发展过程分为三个阶段：1．局部自动化阶段（20世纪50～60年代）自动化仪表安装在现场生产设备上，只具备简单的测控功能。适用于小规模、局部过程控制。2．模拟单元仪表控制阶段（20世纪60～70年代）自动化仪表划分成各种标准功能单元，按需要可以组合成各种控制系统。控制仪表集中在控制室，生产现场各处的参数通过统一的模拟信号，送往控制室。操作人员可以在控制室监控生产流程各处的状况。适用于生产规模较大的多回路控制系统。5第二节过程控制系统发展概况3．集散控制阶段（20世纪70年代中期至今）但DDC系统的故障危险高度

5、集中，一旦计算机出现故障，就会造成所有控制回路瘫痪，使生产过程风险加大。因此，DDC系统并未得到广泛应用。80年代初，随着计算机性能提高、体积缩小，出现了内装CPU的数字控制仪表。基于“集中管理，分散控制”的理念，在数字控制仪表和计算机与网络技术基础上，开发了集中、分散相结合的集散型控制系统（DCS，DistributedControlSystem）。DCS系统实行分层结构，将控制故障风险分散、管理功能集中。得到广泛应用。计算机的出现，大大简化了控制功能的实现。最初，人们设想用一台计算机取代所有回路的控制仪表，

6、实现直接数字控制（DDC，DirectDigitalControl）。6控制层网络管理层网络远程节点Web服务器现场设备层操作站工程师站DCS的物理层次示意7随着CPU进入检测仪表和执行器，自动化仪表彻底实现了数字化、智能化。控制系统也出现了由智能仪表构成的现场总线控制系统（FCS，FieldbusControlSystem)。FCS系统把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能仪表便可实现生产过程的检测、控制。而用开放的、标准化的通信网络——现场总线，将分散在现场的控制系统的通信连接起来，实现信息集中管理。第二节

7、过程控制系统发展概况8910过程控制策略与算法发展伴随着自动化仪表的发展，过程控制策略与算法也经历了由简单到复杂的发展历程。以经典控制理论为基础的PID（ProportionalIntegralDerivative）控制算法，由单回路控制发展了串级控制、比值控制、前馈控制、均匀控制、Smith预估控制及选择性控制等控制策略。随着现代控制理论和人工智能技术的发展，解耦控制、推断控制、预测控制、模糊控制、自适应控制等控制策略与算法，也日趋完善。第二节过程控制系统发展概况111、功能综合化，控制与管理一体化已成为趋势

8、，其应用领域和规模越来越大。2、技术密集化、系统集成化，是控制技术、通讯技术、计算机技术相结合的产物。3、系统的智能化程度日益提高，控制精度越来越高，控制手段日益丰富。第二节过程控制系统发展概况现代自动控制技术的主要特点：12第三节过程控制系统的组成例：锅炉水位控制系统。见图1-1。输入量=输出量时，系统平衡，水位不变。13第三节过程控制系统的组成一、被控对象（被控过程、过程、对象）生