第8章 過程控制系統(tǒng)的組成與特點(diǎn).ppt

最后介紹典型過程控制系統(tǒng)：單閉環(huán)控制系統(tǒng)50%、串級(jí)控制系統(tǒng)20%；,過程控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)：,首先介紹過程控制的基本概念；,然后分別介紹過程控制的4個(gè)組成部分：被控對(duì)象、執(zhí)行器、檢測變送器、控制器；,主要內(nèi)容-過程控制定義-過程控制目的-過程控制任務(wù)-過程控制系統(tǒng)的組成-過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)-過程控制系統(tǒng)的分類-儀表位號(hào)-過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)-過程控制系統(tǒng)運(yùn)行的重要準(zhǔn)則,第8章過程控制系統(tǒng)的組成與特點(diǎn),根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)，采用測量儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī)等自動(dòng)化工具，應(yīng)用控制理論，設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。,一、過程（工業(yè)生產(chǎn)過程）控制（processcontrol）定義,工業(yè)生產(chǎn)過程：通常把原材料轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品并具有一定生產(chǎn)規(guī)模的過程叫做工業(yè)生產(chǎn)過程。可分為：連續(xù)（或批處理）生產(chǎn)過程，如化工、石油、冶金、發(fā)電、造紙、生物化工、輕工、水處理等；離散制造過程，如機(jī)械加工、汽車制造等。本書重點(diǎn)是對(duì)連續(xù)生產(chǎn)過程中的某一或某些物理參數(shù)：溫度壓力流量液位成份等變量進(jìn)行自動(dòng)控制。,二、過程控制目的,抑制外界擾動(dòng)的影響；確保過程的穩(wěn)定性；使生產(chǎn)過程的工況最優(yōu)化。具體來說：保證產(chǎn)品質(zhì)量；提高產(chǎn)品產(chǎn)量；節(jié)能降耗；實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行；改善勞動(dòng)條件；保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生；提高管理水平等。過程控制已深入到工業(yè)生產(chǎn)過程的各個(gè)層面，不僅可以給企業(yè)帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益，還可以為企業(yè)和社會(huì)帶來間接的社會(huì)效益。,1、對(duì)過程控制系統(tǒng)進(jìn)行分析,三、過程控制任務(wù),2、對(duì)過程控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),3、對(duì)過程控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合,即：根據(jù)控制系統(tǒng)各部分特性對(duì)控制系統(tǒng)的影響，選擇控制系統(tǒng)的被控變量、操作變量、控制規(guī)律、參數(shù)整定及各構(gòu)成部件。,1、引例,四、過程控制系統(tǒng)的組成,1）過程控制系統(tǒng)組成：被控對(duì)象（被控過程）（object或process）過程檢測控制儀表（instrumentation）a、被控對(duì)象是指：被控制的工藝生產(chǎn)設(shè)備或裝置。常見的有：鍋爐、加熱爐、分餾塔、反應(yīng)釜、干燥爐、壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)窯等生產(chǎn)設(shè)備或儲(chǔ)存物料的槽、罐以及傳遞物料的管段等。b、過程檢測控制儀表是指：檢測變送器（measurement）控制器（controller）執(zhí)行器（controlelement）,2、組成,2）過程控制系統(tǒng)組成框圖：,3）有關(guān)術(shù)語：,設(shè)定值（setpoint:sp)：被控變量的預(yù)定值。測量值（presentvalue:pv)：被控變量的當(dāng)前實(shí)際測量值。偏差（error：e)：被控變量的設(shè)定值與當(dāng)前實(shí)際值之差。,五、過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn),1、被控過程（對(duì)象）復(fù)雜多樣：具有非線性、時(shí)變、時(shí)滯及不確定性等特點(diǎn)，難以獲得精確的過程數(shù)學(xué)模型。2、控制過程多屬緩慢過程：具有一定時(shí)間常數(shù)和時(shí)滯，控制并不需在極短時(shí)間完成。3、控制方案多種多樣：同一被控過程，因受擾動(dòng)不同，需采用不同的控制方案；同一控制方案可適用于不同的生產(chǎn)過程控制；控制方案適應(yīng)性強(qiáng)。4、過程控制的常用控制形式為定值控制。5、過程控制實(shí)施手段多樣性：可以方便地在計(jì)算機(jī)控制裝置上實(shí)現(xiàn)；可以方便地在控制室或現(xiàn)場獲得儀表的信息；可以直接進(jìn)行儀表的校驗(yàn)和調(diào)整。,六、過程控制系統(tǒng)的分類,按設(shè)定值信號(hào)的特點(diǎn)，過程控制系統(tǒng)分為：1、定值控制系統(tǒng)：設(shè)定值保持不變的反饋控制系統(tǒng)。2、隨動(dòng)控制系統(tǒng)：設(shè)定值要變，被控變量隨設(shè)定值變化而變化，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值。3、程序控制系統(tǒng)：設(shè)定值按照一定的程序變化。,七、儀表位號(hào),1、控制系統(tǒng)中，構(gòu)成一個(gè)回路的每一個(gè)儀表（或元件）都有自己的儀表位號(hào)。2、儀表位號(hào)由字母代號(hào)組合和回路編號(hào)兩部分組成。1）字母代號(hào)組合中的第一位字母表示被測變量，后續(xù)字母表示儀表的功能。2）回路編號(hào)中第一位數(shù)表示工序號(hào)，后續(xù)數(shù)字（二位或三位）表示順序號(hào)。如ti-101，t表示被測參數(shù)是溫度；i表示儀表具有指示功能；101表示第一工序第01個(gè)檢測回路。,3、幾個(gè)常用字母代號(hào)：f（flow）：流量，l（level）：液位p（pressure）：壓力，t（temperature）：溫度w（weight）：重量,八、過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo),1、靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）與動(dòng)態(tài)（瞬態(tài)）：2、系統(tǒng)的過渡過程：3、影響過程控制系統(tǒng)品質(zhì)的環(huán)節(jié)：-控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-被控過程（對(duì)象）特性-過程檢測、控制、執(zhí)行儀表4、性能良好的過程控制系統(tǒng)，在受到外來擾動(dòng)作用或給定值發(fā)生變化后，應(yīng)-穩(wěn)定（穩(wěn)定性）-準(zhǔn)確（準(zhǔn)確性）-快速地回復(fù)（或趨近）到給定值上。（快速性）,5、為了評(píng)價(jià)過程控制系統(tǒng)的品質(zhì)（穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性），通常采用系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的單項(xiàng)控制指標(biāo)和綜合控制指標(biāo)（積分性能指標(biāo)）。,1）單項(xiàng)控制指標(biāo),a、系統(tǒng)準(zhǔn)確性穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：余差（靜態(tài)偏差）c-反映系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性的唯一指標(biāo)，是系統(tǒng)準(zhǔn)確性指標(biāo)。-指系統(tǒng)過渡過程終了時(shí)給定值與被控變量穩(wěn)態(tài)值之差。-一般希望余差為零或不超過預(yù)定的范圍。,或衰減率：,b、系統(tǒng)穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)指標(biāo)：衰減比n或衰減率-衡量系統(tǒng)過渡過程穩(wěn)定性的一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)。-衰減比指系統(tǒng)的第一個(gè)波的振幅與同方向第二個(gè)波的振幅之比。,-對(duì)衰減振蕩控制系統(tǒng)，n恒大于1。n越小，系統(tǒng)振蕩越劇烈，穩(wěn)定度也越低，反之，n越大，系統(tǒng)穩(wěn)定度也越高。但，一般控制衰減率在=0.750.9之間。衰減比n=4：1為評(píng)價(jià)定值控制系統(tǒng)的指標(biāo)。衰減比n=10：1為評(píng)價(jià)隨動(dòng)控制系統(tǒng)的指標(biāo)。,c、系統(tǒng)穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)指標(biāo)：最大動(dòng)態(tài)偏差a或超調(diào)量-描述被控變量偏離給定值最大程度的物理量。-最大動(dòng)態(tài)偏差a：被控變量第一個(gè)波的峰值與給定值之差。用于描述定值控制系統(tǒng)。-超調(diào)量：被控變量第一個(gè)波的峰值與系統(tǒng)最終穩(wěn)態(tài)值之差。用于描述隨動(dòng)控制系統(tǒng)。一般，超調(diào)量以百分?jǐn)?shù)給出：-最大動(dòng)態(tài)偏差或超調(diào)量越大，表示生產(chǎn)過程瞬時(shí)偏離設(shè)定值越遠(yuǎn)。,d、系統(tǒng)快速性指標(biāo)：過渡過程時(shí)間ts或振蕩頻率-過渡過程時(shí)間：控制系統(tǒng)在受到階躍外作用后，被控變量從原有穩(wěn)態(tài)值達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間。-回復(fù)時(shí)間：在定值控制系統(tǒng)中，指被控變量進(jìn)入工藝允許的穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間。-建立時(shí)間：在隨動(dòng)控制系統(tǒng)中，指被控變量進(jìn)入新