過程控制緒論金以慧清華大學(xué)出版社

1、過程控制過程控制 緒論緒論過程控制主講人：馬平過程控制過程控制 緒論緒論什么是過程控制？什么是過程控制？ 工業(yè)生產(chǎn)過程工業(yè)生產(chǎn)過程 指原材料經(jīng)過若干加工步驟轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品并具有一指原材料經(jīng)過若干加工步驟轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品并具有一定生定生 產(chǎn)規(guī)模的過程。產(chǎn)規(guī)模的過程。 工業(yè)生產(chǎn)過程可分為：工業(yè)生產(chǎn)過程可分為： 連續(xù)生產(chǎn)過程連續(xù)生產(chǎn)過程 離散生產(chǎn)過程離散生產(chǎn)過程 間歇生產(chǎn)過程（批量生產(chǎn)過程）。間歇生產(chǎn)過程（批量生產(chǎn)過程）。過程控制過程控制 緒論緒論工業(yè)生產(chǎn)過程的目標(biāo)工業(yè)生產(chǎn)過程的目標(biāo) 在可能獲得的原料和能源在可能獲得的原料和能源條件條件下，以下，以最經(jīng)濟最經(jīng)濟的的途徑將原材料加工成途徑將原材料加工成預(yù)期預(yù)期的

2、的合格產(chǎn)品合格產(chǎn)品。過程控制主要是指連續(xù)過程工業(yè)的過程控制過程控制主要是指連續(xù)過程工業(yè)的過程控制過程控制過程控制 緒論緒論教教 材材： 過程控制過程控制 清華大學(xué)出版社，金以慧，清華大學(xué)出版社，金以慧，1993年年教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：緒論緒論第一篇第一篇 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)第二篇第二篇 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)第十章第十章 火電廠熱工過程控制系統(tǒng)火電廠熱工過程控制系統(tǒng)過程控制過程控制 緒論緒論學(xué)習(xí)目的：學(xué)習(xí)目的：通過本課程的學(xué)習(xí)，建立過程控制系統(tǒng)的通過本課程的學(xué)習(xí)，建立過程控制系統(tǒng)的基本概念，掌握分析系統(tǒng)和設(shè)計系統(tǒng)的基本方基本概念，掌握分析系統(tǒng)和設(shè)計系統(tǒng)的基本方法。達到對典型系統(tǒng)能夠分析

3、和設(shè)計的能力。法。達到對典型系統(tǒng)能夠分析和設(shè)計的能力。過程控制過程控制 緒論緒論學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求：緒論：緒論： 建立過程控制系統(tǒng)的基本概念，了解建立過程控制系統(tǒng)的基本概念，了解現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢第一篇：第一篇： 要求建立簡單控制系統(tǒng)的基本概念；要求建立簡單控制系統(tǒng)的基本概念；理解控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)，生產(chǎn)過程被控對象動態(tài)特理解控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)，生產(chǎn)過程被控對象動態(tài)特性的特點，調(diào)節(jié)規(guī)律及調(diào)節(jié)參數(shù)變化對調(diào)節(jié)過程的影性的特點，調(diào)節(jié)規(guī)律及調(diào)節(jié)參數(shù)變化對調(diào)節(jié)過程的影響，調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)和工作流量特性；掌握由階躍響應(yīng)響，調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)和工作流量特性；掌握由階躍響應(yīng)曲線建立被控對象動態(tài)特性的方法和簡單

4、控制系統(tǒng)的曲線建立被控對象動態(tài)特性的方法和簡單控制系統(tǒng)的工程整定方法工程整定方法過程控制過程控制 緒論緒論第二篇：要求建立串級控制、比值控制、前饋控第二篇：要求建立串級控制、比值控制、前饋控制、大遲延系統(tǒng)和解耦控制的基本概念，理解這制、大遲延系統(tǒng)和解耦控制的基本概念，理解這些控制的基本特點和設(shè)計原理，掌握這些控制系些控制的基本特點和設(shè)計原理，掌握這些控制系統(tǒng)的基本設(shè)計方法和基本整定方法統(tǒng)的基本設(shè)計方法和基本整定方法第十章：第十章： 要求了解火電廠熱工控制基本組成，掌要求了解火電廠熱工控制基本組成，掌握負荷控制、燃燒控制、給水控制及汽溫控制的握負荷控制、燃燒控制、給水控制及汽溫控制的常規(guī)設(shè)計方法

5、。常規(guī)設(shè)計方法。過程控制過程控制 緒論緒論參考書：參考書：1 熱工自動控制系統(tǒng)熱工自動控制系統(tǒng) 中國電力出版社，李遵基，中國電力出版社，李遵基，1999年年2 過程控制工程（第二版）過程控制工程（第二版） 中國石化出版社，蔣中國石化出版社，蔣慰孫、俞金壽編著，慰孫、俞金壽編著，1999年年3 工業(yè)過程控制工程工業(yè)過程控制工程 化學(xué)工業(yè)出版社，王樹青等，化學(xué)工業(yè)出版社，王樹青等，2003年年過程控制過程控制 緒論緒論答疑方式及安排答疑方式及安排1 課間答疑課間答疑2 每周三下午每周三下午4：30以后以后3 郵件答疑郵件答疑E-mail： 過程控制過程控制 緒論緒論過程控制過程控制 緒論緒論測量測

6、量變送器變送器控制器控制器（PID)執(zhí)行器執(zhí)行器水位水位H給水給水流量流量飽和蒸汽飽和蒸汽過熱蒸汽過熱蒸汽汽包爐汽水生產(chǎn)過程汽包爐汽水生產(chǎn)過程測量變送器測量變送器控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥對象對象-定值定值+被被調(diào)調(diào)量量廣義被控對象廣義被控對象（廣義過程）（廣義過程）控制器控制器廣義被控對象廣義被控對象給定值給定值被調(diào)量被調(diào)量過程控制過程控制 緒論緒論1 1生產(chǎn)過程（被控對象）生產(chǎn)過程（被控對象） 生產(chǎn)設(shè)備以及所發(fā)生的物理和化學(xué)變化的過程。生產(chǎn)設(shè)備以及所發(fā)生的物理和化學(xué)變化的過程。 置于控制系統(tǒng)中過程稱為被控對象置于控制系統(tǒng)中過程稱為被控對象2控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 控制儀表和生產(chǎn)過程通過

7、信號的傳遞互相聯(lián)系起控制儀表和生產(chǎn)過程通過信號的傳遞互相聯(lián)系起來就構(gòu)成控制系統(tǒng)。來就構(gòu)成控制系統(tǒng)。3被調(diào)量（被控制量）被調(diào)量（被控制量） 表征生產(chǎn)過程是否正常運行并需要加以調(diào)節(jié)的表征生產(chǎn)過程是否正常運行并需要加以調(diào)節(jié)的物理量。物理量。 名詞術(shù)語名詞術(shù)語過程控制過程控制 緒論緒論4給定值給定值 按生產(chǎn)要求被調(diào)量必須維持的希望值（簡稱給定按生產(chǎn)要求被調(diào)量必須維持的希望值（簡稱給定值）。值）。5調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)節(jié)機構(gòu) 可用來改變進入控制對象的物質(zhì)或能量的裝置?？捎脕砀淖冞M入控制對象的物質(zhì)或能量的裝置。6控制量（調(diào)節(jié)量）控制量（調(diào)節(jié)量） 由操作者或調(diào)節(jié)機構(gòu)由操作者或調(diào)節(jié)機構(gòu)(閥門、擋板等閥門、擋板等)改變的

8、輸入物改變的輸入物理量，用以控制被調(diào)量的變化。稱為控制量。理量，用以控制被調(diào)量的變化。稱為控制量。7擾動擾動 引起被調(diào)量偏離平衡狀態(tài)的各種原因稱為擾動。引起被調(diào)量偏離平衡狀態(tài)的各種原因稱為擾動。過程控制過程控制 緒論緒論 8控制過程（調(diào)節(jié)過程）控制過程（調(diào)節(jié)過程） 原來處于平衡狀態(tài)的生產(chǎn)過程，一旦受到擾動作用，原來處于平衡狀態(tài)的生產(chǎn)過程，一旦受到擾動作用，被調(diào)量偏離原來平衡狀態(tài)，通過施加調(diào)節(jié)作用使被調(diào)被調(diào)量偏離原來平衡狀態(tài)，通過施加調(diào)節(jié)作用使被調(diào)量重新恢復(fù)到新的平衡狀態(tài)的過程，稱為控制（調(diào)節(jié)）量重新恢復(fù)到新的平衡狀態(tài)的過程，稱為控制（調(diào)節(jié)）過程。過程。9系統(tǒng)工藝流程圖系統(tǒng)工藝流程圖：包括被控對

9、象和控制設(shè)備的控制：包括被控對象和控制設(shè)備的控制系統(tǒng)示意圖系統(tǒng)示意圖10控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖：不包括被控對象，描述控：不包括被控對象，描述控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制功能的方框圖制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制功能的方框圖11控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)原理圖：用傳遞函數(shù)描述控制系統(tǒng)的方：用傳遞函數(shù)描述控制系統(tǒng)的方框圖框圖過程控制過程控制 緒論緒論過程控制的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：過程控制的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：50年代：經(jīng)典控制理論，簡單系統(tǒng)，基地式氣動儀表。年代：經(jīng)典控制理論，簡單系統(tǒng)，基地式氣動儀表。6070年代：現(xiàn)代控制理論，以狀態(tài)空間分析為基礎(chǔ)，年代：現(xiàn)代控制理論，以狀態(tài)空間分析為基礎(chǔ)，揭示系統(tǒng)內(nèi)在的規(guī)律

10、性，為高水平的自動化奠定了基礎(chǔ)，揭示系統(tǒng)內(nèi)在的規(guī)律性，為高水平的自動化奠定了基礎(chǔ)，電動單元組合儀表及早期的直接數(shù)字控制電動單元組合儀表及早期的直接數(shù)字控制DDC（計算機（計算機儀表）。儀表）。70年代年代20世紀末：智能控制理論，將控制理論與其它世紀末：智能控制理論，將控制理論與其它學(xué)科相互交叉、滲透和結(jié)合，學(xué)科相互交叉、滲透和結(jié)合，DCS集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)21世紀：計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用使控制設(shè)備之間的連接世紀：計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用使控制設(shè)備之間的連接更加簡便更加簡便現(xiàn)場總線開始應(yīng)用。現(xiàn)場總線開始應(yīng)用。過程控制過程控制 緒論緒論生產(chǎn)過程對過程控制的要求：生產(chǎn)過程對過程控制的要求：安全性安

11、全性（要求在整個生產(chǎn)過程中確保人身和設(shè)備的安全）（要求在整個生產(chǎn)過程中確保人身和設(shè)備的安全）經(jīng)濟性經(jīng)濟性（要求在生產(chǎn)同樣質(zhì)量和數(shù)量產(chǎn)品所的能量的原材料最少要求在生產(chǎn)同樣質(zhì)量和數(shù)量產(chǎn)品所的能量的原材料最少）穩(wěn)定性穩(wěn)定性（要求系統(tǒng)具有抑制外部干擾，保持生產(chǎn)過程長期穩(wěn)定運行的能力）（要求系統(tǒng)具有抑制外部干擾，保持生產(chǎn)過程長期穩(wěn)定運行的能力）過程控制的任務(wù)過程控制的任務(wù)： 應(yīng)用控制理論對控制系統(tǒng)進行分析和綜合，采用適宜的技應(yīng)用控制理論對控制系統(tǒng)進行分析和綜合，采用適宜的技術(shù)手段使系統(tǒng)實現(xiàn)安全性、經(jīng)濟性和穩(wěn)定性的要求。術(shù)手段使系統(tǒng)實現(xiàn)安全性、經(jīng)濟性和穩(wěn)定性的要求。 過程控制過程控制 緒論緒論過程控制系統(tǒng)

12、的設(shè)計與實現(xiàn)步驟：過程控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)步驟：確定控制目標(biāo)確定控制目標(biāo)選擇測量參數(shù)（被調(diào)量）選擇測量參數(shù)（被調(diào)量）選擇操作量（調(diào)節(jié)量）選擇操作量（調(diào)節(jié)量）確定控制方案確定控制方案選擇控制算法選擇控制算法選擇執(zhí)行器選擇執(zhí)行器設(shè)計報警和連鎖保護系統(tǒng)設(shè)計報警和連鎖保護系統(tǒng)控制系統(tǒng)的調(diào)試和投運控制系統(tǒng)的調(diào)試和投運 水位水位H給水流量給水流量飽和蒸汽飽和蒸汽過熱蒸汽過熱蒸汽測量測量變送器變送器控制器控制器（PID)執(zhí)行器執(zhí)行器過程控制過程控制 緒論緒論學(xué)習(xí)本課程的目的：學(xué)習(xí)本課程的目的：建立過程控制系統(tǒng)的基本概念，掌握分析系統(tǒng)和設(shè)計系建立過程控制系統(tǒng)的基本概念，掌握分析系統(tǒng)和設(shè)計系統(tǒng)的基本方法。對典型

13、系統(tǒng)能夠分析和設(shè)計。統(tǒng)的基本方法。對典型系統(tǒng)能夠分析和設(shè)計。 過程控制過程控制 緒論緒論本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容：本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容：1.過程控制系統(tǒng)的基本要求過程控制系統(tǒng)的基本要求2.生產(chǎn)過程的動態(tài)特性常用描述方法及特點生產(chǎn)過程的動態(tài)特性常用描述方法及特點3.調(diào)節(jié)器的動態(tài)規(guī)律及對控制系統(tǒng)的控制作用調(diào)節(jié)器的動態(tài)規(guī)律及對控制系統(tǒng)的控制作用4.簡單控制系統(tǒng)分析和設(shè)計方法簡單控制系統(tǒng)分析和設(shè)計方法5.串級控制、前饋串級控制、前饋反饋控制、比值控制反饋控制、比值控制6.多變量控制系統(tǒng)多變量控制系統(tǒng)7.火電廠熱工控制系統(tǒng)實例分析火電廠熱工控制系統(tǒng)實例分析過程控制過程控制 緒論緒論水位水位H給水給水流量流量飽和蒸汽飽和

14、蒸汽過熱蒸汽過熱蒸汽過程控制過程控制 緒論緒論水位水位H給水流量給水流量飽和蒸汽飽和蒸汽過熱蒸汽過熱蒸汽測量測量變送器變送器控制器控制器（PID)執(zhí)行器執(zhí)行器過程控制過程控制 緒論緒論水位水位H給水流量給水流量飽和蒸汽飽和蒸汽過熱蒸汽過熱蒸汽測量測量變送器變送器控制器控制器（PID)執(zhí)行器執(zhí)行器被調(diào)量被調(diào)量過程控制過程控制 緒論緒論水位水位H給水流量給水流量飽和蒸汽飽和蒸汽過熱蒸汽過熱蒸汽測量測量變送器變送器控制器控制器（PID)執(zhí)行器執(zhí)行器調(diào)節(jié)量調(diào)節(jié)量過程控制過程控制 緒論緒論水位水位H給水流量給水流量飽和蒸汽飽和蒸汽過熱蒸汽過熱蒸汽測量測量變送器變送器控制器控制器（PID)執(zhí)行器執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥過程控制過程控制 緒論緒論測量變送器測量變送器控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥對象對象-給定值給定值+被調(diào)量被調(diào)量擾動擾動1擾動