第9章-过程控制系统案例
9-PCS7 深入浅出(第九章)过程对象视图
目录：
第9章 1. 2. 3. 过程标签类型、模型，主数据库和过程对象视图 ........................................................................................................... 9-3 简介 ................................................................................................................................................................................................ 9-3 标签类型或者模型 ........................................................................................................................................................................ 9-3 标签类型和标签 ............................................................................................................................................................................ 9-4 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 4. 4.1 4.2 5. 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6. 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6
PCS7深入浅出（第九章）
PCS7深⼊浅出（第九章）第9章：过程标签类型、模型主数据库和过程对象视图⽬录：第9章过程标签类型、模型，主数据库和过程对象视图 (3)第9章过程标签类型、模型，主数据库和过程对象视图 (3)1.简介 (3)2.标签类型或者模型 (3)3.标签类型和标签 (4)3.1 马达类型图 (4)3.2 创建标签类型 (5)3.3 分配标签类型的数据⽂件 (8)3.4 IEA编辑器内的标签数据⽂件 (10)3.5 分配导⼊⽂件 (13)3.6 标签的外部编辑 (15)4.模型和拷贝 (16)4.1 创建模型 (16)4.2 拷贝 (20)5.主数据库 (21)5.1 PCS7库的操作 (21)5.2 项⽬的块 (21)5.3 其它库 (21)5.4 库的操作 (22)5.5 使⽤主数据库更新功能块 (22)6.过程对象视图 (23)6.1 过程对象视图的General标签页 (24)6.2 参数标签页 (24)6.3 Siganal标签页 (25)6.4 Message标签页 (27)6.5 Picture object标签页 (28)6.6 Archive标签页 (28)6.7 在过程对象视图中的操作 (30)6.7.1 拆分窗⼝视图 (30)6.7.2 过滤器 (30)6.7.3 查找/替换 (31)6.7.4 定义列 (32)6.7.5 取消 (32)6.7.6 为导出和导⼊选择连接和消息 (33)6.7.7 导出/导⼊过程对象 (37)6.7.8 过程对象视图中的测试模式 (39)练习 (42)练习 (42)练习 9.1 阀门控制标签类型 (42)1. 任务 (42)2. 指南 (42)第9章过程标签类型、模型，主数据库和过程对象视图1.简介如果在应⽤程序中⽤到⼀个特定类型的电机控制，并且在控制过程中频繁使⽤多种变体，您可以为这种电机控制建⽴⼀个类型或者模型，然后同变体⼀起有效地应⽤于程序中。
类型或者模型就象是⼀个模板，可以⽅便地复制各种变体。
过程控制系统及其应用PPT课件.
第三个阶段最大成就就是大规模集成电路和微 处理器的产生，这大大加速了工业计算机的商 品化和计算机技术的普及和发展。为了满足工 业计算机可靠性和灵活性的需要，作为一种全 新的工业控制工具，集散控制系统产生了 （Distributed Control Systems, DCS）。 它是集计算机技术、控制技术、通信技术和图 形显示技术于一体的计算机系统。而另一方面， 控制理论和其它学科相互渗透，从而形成了以 大系统理论和智能控制理论为代表的所谓第三 代控制理论。
第七节 现场总线技术 一、现场总线技术及其产生的背景 二、现场总线的工作原理 三、现场总线的技术特点 四、几种典型的现场总线
第九章 过程自动化控制系统的应用实例
第一节 恒压供水控制系统 一、概述 二、恒水压控制装置 三、其他方案
第二节 楼宇设备管理和监控系统 一、概述 二、系统的组成及工作原理 三、系统软件 四、系统的特点
过程控制系统及其应用
目录
第一章 过程控制的基本概念
第一节 过程控制的发展概况 第二节 过程控制系统的组成
一、被控对象 二、 传感器和变送器 三、 控制器 四、 执行器 五、 控制阀
第三节 过程控制的分类 一、各种分类方法 二、设定值分类
第四节 生产对过控制的要求和指标 一、生产对过程控制的要求 二、过程控制系统的品质指标
四、执行器
执行器接收控制器的控制信号u，经变换或 放大后推动调节阀。目前的执行器有气动执行 器和电动执行器，如控制器是电动的，而执行 器是气动的，则在控制器与执行器之间要有电 气转换器。如用电动执行器，则控制器输出须 经伺服放大器放大才能驱动执行器以推动调节 阀。
五、调节阀
控制器输出控制信号u，经气动或电动执行 器驱动调节阀，改变输入对象的操纵量q，使 被控量受到控制。
过程控制系统[李国勇][电子教案]第9章解耦控制系统
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Yk const
17
pij与qij之比定义为相对增益或相对放大系数ij， ij可表示为 pij Y Y i i ij (9-8) qij U j U j U k const Yk const 即 由相对增益ij元素构成的矩阵称为相对增益矩阵。
3
4
图9-1所示是化工生产中的精馏塔温度控制方案。 ul的改变不仅仅影响y1，同时还会影响y2；同样 地，u2的改变不仅仅影响y2，同时还会影响y1。因此， 这两个控制回路之间存在着相互关联、相互耦合。这 种相关与耦合关系如图9-2所示。 耦合是过程控制系统普遍存在的一种现象。耦合 结构的复杂程度主要取决于实际的被控对象以及对控 制系统的品质要求。因此如果对工艺生产不了解，那 么设计的控制方案不可能是完善的和有效的。
Y1 q11 U 1
Y2 const
K 12 K 21 K 11 K 22 K 12 K 21 K 11 K 22 K 22
25
类似地可求得
q 21 K 11 K 22 K12 K 21 K K K 21 K 12 K K K12 K 21 ; q12 11 22 ; q 22 11 22 K 12 K 21 K 22
pij
U j
U k const
16
然后，在所有其它回路均闭合，即保持其它被控 变量都不变的情况下，找出各通道的开环增益，记作 矩阵Q。它的元素qij的静态值称为Uj与Yi通道的第二放 大系数。它是指利用闭合回路固定其它被控变量时， Uj与Yi的开环增益。qij可以表为 (9-7)
Yi qij U j
13
U 1 R1 Y1 Y1 3U 1 4U 2 ; U 2 R2 Y2 Y2 5U 1 U 2
过程控制系统教案
过程控制系统教案一、教学目标1. 理解过程控制系统的概念及其重要性。
2. 掌握过程控制系统的分类和基本组成。
3. 了解过程控制系统的性能指标和应用领域。
4. 学会使用过程控制系统的基本工具和软件。
二、教学内容1. 过程控制系统的概念及其重要性1.1 定义及作用1.2 过程控制系统与自动控制系统的区别2. 过程控制系统的分类和基本组成2.1 连续过程控制系统2.2 离散过程控制系统2.3 开环控制系统与闭环控制系统2.4 过程控制系统的硬件和软件组成三、教学方法1. 讲授法：讲解过程控制系统的概念、分类和基本组成。
2. 案例分析法：分析实际应用中的过程控制系统案例，加深学生对过程控制系统的理解。
3. 实验法：安排实验室实践，让学生动手操作过程控制系统。
4. 小组讨论法：分组讨论过程控制系统的设计和应用，提高学生的团队协作能力。
四、教学资源1. 教材：过程控制系统相关教材。
2. 课件：制作精美的课件，辅助讲解过程控制系统相关知识。
3. 实验室设备：供学生进行实验操作的过程控制系统设备。
4. 网络资源：查找与过程控制系统相关的视频、案例等资源，用于课堂拓展。
五、教学评价1. 平时成绩：考察学生的课堂表现、发言和作业完成情况。
2. 实验报告：评估学生在实验室实践过程中的操作能力和分析问题能力。
4. 期末考试：设置相关试题，测试学生对过程控制系统的理解和掌握程度。
六、教学安排1. 课时：本课程共计32课时，包括理论讲授16课时，实验操作16课时。
2. 授课计划：第1-8课时：讲解过程控制系统的概念、分类和基本组成。
第9-16课时：分析过程控制系统的性能指标和应用领域。
第17-24课时：学习过程控制系统的设计方法和工具。
第25-32课时：实验室实践和案例分析。
七、教学注意事项1. 确保学生掌握基本概念和原理，避免过于深入的技术细节。
2. 注重理论与实践相结合，让学生在实际操作中巩固知识。
3. 鼓励学生提问和参与讨论，提高课堂互动性。
《过程控制》PPT课件
小结
一、基本控制算法分析 二、比例控制算法 三、比例积分控制算法 四、比例积分微分算法
谢谢 ！
第十一讲 PID控制器的选取
• 主要内容
一、控制器的选型 二、控制器正反作用的选择
一、控制器的选型
DVs
ysp + _
干扰通道
控制器
u(t)
MV 控制阀
+ 控制通道 +
y(t)
被控过程
传感变送器
ym(t)
100
75
% CO
50
25
25% PB 50% PB 100% PB 200% PB
PB 100%Kc
0 0
25 50 75 100 % TO
可见，小的比例度对应于大的控制器增益， 而大的比例度对应于小的控制器增益。
理想比例控制器的输出特性如左图所示，对于 控制器的输出没有物理限制。但在实际的控制器是 具有物理限制的，当输出达到上限或者下限，控制 阀就饱和了，如图所示。
MV
+ 被控过程 +
y(t)
u(t)
ym(t) 传感变送器
u(t)Kce(t)u0,
e(t)ysp(t)ym(t)
KC 被称为控制器增益，通常无量纲，偏置u0是控制 器的稳态输出，反映了比例控制的工作点。
在很多工业控制器中都没有控制器增益设定，而是 采用比例度来进行设定。
• 定义：比例度是指
使控制器输出全范 围变化所对应的控 制误差的比例。
TO of Liquid Level Kc = 0.5 Kc = 1.0 Kc = 2.0
Kc = 4.0
10
20
30
40
50
Time, min
第九章 计算机辅助制造技术
第九章计算机辅助制造技术第一节概述计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing,简称CAM）就是利用计算机来代替人去完成制造以及与制造系统有关的工作。
CAM的应用可以概括为CAM的直接应用和CAM 的间接应用两大类。
一．CAM的直接应用CAM的直接应用即计算机直接与制造过程连接以对它进行监视和控制，这类应用可分为计算机过程监视系统和计算机过程控制系统两种。
1、计算机过程监视系统在这个系统中，计算机通过一个与制造系统的直接接口来监视系统的制造过程及其辅助装备的工作情况，并采集过程中的数据。
但计算机并不直接对制造系统中的各工序实行控制，这些控制工作，将由系统的操作者根据计算机给出的信息去手工完成。
如加工尺寸的计算机数字显示系统就属于这一类。
2、计算机过程控制系统该系统不仅对制造系统进行监视，而且还对制造系统的制造规程及其辅助装备实行控制。
如数控机床上的计算机数字(CNC)就是属这一类。
a) 计算机过程监视系统b) 计算机过程控制系统图9－1 计算机监视和计算机控制的区别计算机过程监视系统和过程控制系统的区别如图9－1所示。
前者在计算机与制造过程之间的数据只能从过程单向流至计算机，而后者的计算机接口允许数据在计算机与制造过程间双向流动。
二、CAM的间接应用在CAM的间接应用中，计算机并不直接与制造连接，只是用计算机对制造过程进行支持。
此时，计算机是“离线”的，它只是用来提供生产计划、作业调度计划、发出指令及有关信息，以便使生产资源的管理更有效。
一种新的生产方式的出现，必须要有技术的发展作为基础和依托。
对机械制造系统来说，影响最大的是电子计算机的出现及其飞速发展和广泛应用。
计算机数控（CNC）机床使中小批量的外形复杂零件的自动化加工问题得以很好解决，提高了生产率和加工精度，缩短了生产准备周期，使机床趋于“柔性化”。
工业机器人实现了加工过程中物料搬运自动化，为解决单调、笨重、危险、有害和超过人能胜任的极限环境下的作业自动化，特别是装配自动化提供了现实的可能性。
过程控制系统
图0.1 锅炉汽包示意图
图0.1所示是工业生产中常见的锅炉汽 包示意图。
锅炉是生产蒸汽的设备，几乎是工业生
产中不可缺少的设备。保持锅炉汽包内的液 （水）位高度在规定范围内是非常重要的， 若水位过低，则会影响产汽量，且锅炉易烧 干而发生事故；若水位过高，生产的蒸汽含 水量高，不仅会影响蒸汽质量，还可能溢出 水。这些都是危险的。因此对汽包液位严加 控制是保证锅炉正常生产必不可少的措施。 其液位是一个重要的工艺参数。
自动化技术的前驱，可以追溯到我国古代，如指南车的出现。 至于工业上的应用，一般以瓦特的蒸汽机调速器作为正式起点。 工业自动化的萌芽是与工业革命同时开始的，这时的自动化装置 是机械式的，而且是自力型的。随着电动、液动和气动这些动力 源的应用，电动、液动和气动的控制装置开创了新的控制手段。
有人把直到20世纪30年代末这段时期的控制理论称为第一代 控制理论。第一代控制理论分析的主要问题是稳定性，主要的数 学方法是微分方程解析方法。这时候的系统（包括过程控制系统） 是简单控制系统，仪表是基地式、大尺寸的，满足当时的需要
绪论
生产过程自动化，一般是指石油、化工、冶金、炼焦、造纸、建 材、陶瓷及电力发电等工业生产中连续的或按一定程序周期进行的生产 过程的自动控制。电力拖动及电机运转等过程的自动控制一般不包括在 内。凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进 行的自动控制通称为过程控制。过程控制是自动控制学科的一个重要分 支
过程控制系统可分为常规仪表过程控制系统与计算机过程控 制系统两大类。前者在生产过程自动化中应用最早，已有六十余 年的发展历史，这是本书要介绍的主要内容。后者是自20世纪70 年代发展起来的以计算机为核心的控制系统，这部分内容将在 《计算机过程控制》课程中予以专门介绍，因此不再纳入本书的 讨论范围。
过程控制系统概述
2.试验辨识法
先给被控过程人为地 施加一个输入作用，然后 记录过程的输出变化量， 得到一系列试验数据或曲 线，最后再根据输入－输 出试验数据确定其模型的 结构（包括模型形式、阶 次与纯滞后时间等）与模 型的参数。
主要步骤
3.混合法
机理演绎法与试验辩识法的相互交替使用的一种方法 精品文档
锅炉汽包水位的变化过程为典型的具有反向特性的过程
在给水量阶跃增大而燃料量和蒸汽负荷不变的情况下，由于蒸发率的 降低，于是刚开始时水位会下降，然后才逐渐上升。
精品文档
3.1.3 过程(guòchéng)建模方 法
1.机理(jī lǐ)演绎法 根据被控过程的内部机理，运用已知的静态或动态平衡关系，用数学解析的方法求取被控过
3 过程控制系统(kònɡ zhì xì tǒnɡ)概述
LOGO
精品文档
主要 (zhǔyào)内 3容.1 被控过程的数学模型
3.2 简单(jiǎndān) 控制系统 3.3 常用高性能控制系统
3.4 实现特殊工艺要求的控制系统
精品文档
3.1 被控过程的数学模型
3.1.1 被控过程(guòchéng)的数学模型及 其作用 被控(bèi kònɡ)过程的数学模型是指过程的输入变量与输出变量之间定量关系的描述。
衰减振荡的传递函数一般可表示为
Ke s
G(s) (T 2s2 2Ts 1) 精品文档
(0 1)
• 具有(jùyǒu)反向特性的过 程
对过程(guòchéng)施加一阶跃输入信号，若在开始一段时间内，过程(guòchéng)输出先降 后升或先升后降，即出现相反的变化方向，则其为具有反向特性的被控过程(guòchéng)。
（a）
第9章纯滞后系统
真
微分先行和中间微分反馈方法都能有效地克服超调现象，缩短调节时间，而且不需特殊设 备。因此，这两种控制形式都具有一定的实际应用价值。但是这两种控制方式都仍有较大 超调且响应速度很慢，不适于应用在控制精度要求很高的场合。
7
第 9
9.2 纯滞后系统的设计
章
9.2.2 史密斯补偿控制
纯
滞
纯滞后补偿控制的基本思路是：在控制系统中某处采取措施（如增加环节，或增加控
这类控制过程的特点是：当控制作用产生后，在滞后时间范围内，被控参数完全没
程 有响应，使得系统不能及时随被控制量进行调整以克服系统所受的扰动。因此，这样的过程
控 必然会产生较明显的超调量和需要较长的调节时间。所以，含有纯延迟的过程被公认为是较
制 难控制的过程，其难控制程度随着纯滞后时间与整个过程动态时间参数的比例增加而增加。
系
统
一般认为，纯滞后时间与过程的时间常数之比大于0.3时，该过程是大滞后过程。随此比值
仿 增加时，过程的相位滞后增加而使超调增大，在实际的生产过程中甚至会因为严重超调而出
真 现聚爆、结焦等事故。此外，大滞后会降低整个控制系统的稳定性。因此大滞后过程的控制
一直备受关注。
3
第 9
9.1 纯滞后系统概述
低，有利于改善系统的控制性能。
无论在设定值扰动或负荷扰动下，史密斯预估器对模型精度十分敏感，而改进型方
案确有相当好的适应能力，是一种有希望的史密斯改进方案。
19
第 9
9.3 综合仿真实例
章
纯
滞
9.3.1 微分先行控制仿真
后
9.3.2 中间微分控制仿真
系
9.3.3 史密斯补偿控制仿真
统
第九章信号报警与联锁保护系统
二、自动信号的类型
1.位置信号 一般用以表示被监督对象的 工作状态，如阀门的开关；接触器的断开。 2.指令信号 把预先确定的指令从一个车
间、控制室传递到其他的车间或控制室。 3.保护作用信号 用以表示某自动保护或联
锁的工作状况的信息。当工艺变量不等 于规定数值时进行报警。
9
声
光
报
警
器
0901
10
7
（1）降低控制功能和安全功能同时失效的概率， 当维护DCS部分故障时也不会危及安全保护系统; （2）对于大型装置或旋转机械设备而言，紧急 停车系统响应速度越快越好。这有利于保护设备， 避免事故扩大；并有利于分辨事故原因记录。而 DCS处理大量过程监测信息，因此其响应速度难 以作得很快； （3）DCS系统是过程控制系统，是动态的，需 要人工频繁的干预，这有可能引起人为误动作； 而ESD是静态的，不需要人为干预，这样设置 ESD可以避免人为误动作。
（3）逻辑元件 根据输入信号进行逻辑运算，并向 执行元件发出控制信号。
5
电子报警
有害气体 报警器
带锁 报警器
报警 一体机
6
ESD是什么？
ESD是英文Emergency Shutdown Device紧急停车系统的缩写。这种专用 的安全保护系统是20世纪90年代发展起 来的，以它的高可靠性和灵活性而受到 一致好评。ESD紧急停车系统按照安全 独立原则要求，独立于DCS集散控制系 统，其安全级别高于DCS。
CR2
CR1-2
CR3
CR3-1
CR o
28
压缩机启动联锁电路解释
“3”，“4”线是旁路自消电路，启动后失去作用。 常状时：速度继电器SS断开，CR1-1常闭触点 闭合，按下PB2，CR2得电，信号灯L发亮， CR2-1自保。
《过程控制》
《过程控制》课程笔记第一章概论一、过程控制系统组成与分类1. 过程控制系统的基本组成过程控制系统主要由被控对象、控制器、执行器、检测仪表四个部分组成。
（1）被控对象：指生产过程中的各种设备、机器、容器等，它们是生产过程中需要控制的主要对象。
被控对象具有各种不同的特性，如线性、非线性、时变性等。
（2）控制器：控制器是过程控制系统的核心部分，它根据给定的控制策略，对检测仪表的信号进行处理，生成控制信号，驱动执行器动作，从而实现对被控对象的控制。
控制器的设计和选择直接影响控制效果。
（3）执行器：执行器是控制器与被控对象之间的桥梁，它接收控制器的信号，调节阀门的开度或者调节电机转速，从而实现对被控对象的控制。
执行器的响应速度和精度对控制系统的性能有很大影响。
（4）检测仪表：检测仪表用于实时测量被控对象的各项参数，如温度、压力、流量等，并将这些参数转换为电信号，传输给控制器。
检测仪表的准确性和灵敏度对控制系统的性能同样重要。
2. 过程控制系统的分类根据控制系统的结构特点，过程控制系统可以分为两大类：开环控制系统和闭环控制系统。
（1）开环控制系统：开环控制系统没有反馈环节，控制器根据给定的控制策略，直接生成控制信号，驱动执行器动作。
开环控制系统的优点是结构简单，成本低，但缺点是控制精度较低，容易受到外部干扰。
（2）闭环控制系统：闭环控制系统具有反馈环节，控制器根据检测仪表的信号，实时调整控制策略，生成控制信号，驱动执行器动作。
闭环控制系统的优点是控制精度高，抗干扰能力强，但缺点是结构复杂，成本较高。
二、过程控制系统性能指标1. 稳态误差：稳态误差是指系统在稳态时，输出值与设定值之间的差值。
稳态误差越小，表示系统的控制精度越高。
稳态误差可以通过调整控制器的参数来减小。
2. 动态性能：动态性能是指系统在过渡过程中，输出值随时间的变化规律。
动态性能指标包括上升时间、调整时间、超调量等。
动态性能的好坏直接影响到系统的响应速度和稳定性。
过程控制系统设计实例模板共43页
Hale Waihona Puke 6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
过程控制系统设计实例模板
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
9过程控制系统设计实例1
锅炉本体是锅炉的主要组成部分，包括炉膛、燃烧器、点火 装置、空气预热器、省煤器、蒸发器、汽包、过热器及再热 器等，其中炉膛又包括水冷壁、炉墙和构架等。
锅炉辅助设备主要包括煤或燃气等燃料供应系统（包括煤场 、输煤机等）、煤粉制备系统（包括给煤机、磨煤机、煤粉 分离器等）、水处理系统（包括阳床、阴床、各种水箱及除 氧器等）、给水系统（给水泵等）、通风系统（包括送风机 、引风机等）、除灰除尘系统（除尘器等）、测量及控制系 统等。
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
锅炉是一个典型的多输入、多输出过程。输入变量 与输出变量之间存在相互关联、相互耦合。
锅炉各输入量与输出量之间的的相互关系
第9章 过程控制系统设计实例
锅炉主要控制系统：
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
⑴ 锅炉汽包水位控制系统。 锅炉汽包水位是确保安全生产和蒸汽质量的重要参数。
故对于汽包内水的停留时间、负 荷变化较大的情况不宜采用。
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
⑵ 双冲量控制系统 （前馈-反馈控制系统）
在汽包水位控制中，最主要的干扰就是负荷的变化。如果将 蒸汽量引入系统作为校正信号，就可有效纠正虚假水位引起 的误动作，从而减小水位的波动，提高控制品质。
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
⑴ 单冲量控制系统 (单回路控制系统)
这里的单冲量是指只有一个变量，即汽包水位。单冲量控制 系统结构简单，对于汽包容量较大、负荷变化小且虚假水位 现象不太严重的小型锅炉，该控制系统可以保证锅炉安全正 常运行。
缺点:克服给水自发性干扰和负 荷干扰的能力差。当负荷突然大 幅度增加（或减小）时，由于虚 假水位现象的影响，执行器会产 生误动作。
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给定值 1.0
h(t)
2%或5%
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0
tp
5
10
ts
t
15
20
25
24
对控制系统的性能要求： 稳：动态过程的振荡倾向和系统重 新恢复平衡工作状态的能力。
2.0
2.0
1.8 1.6 1.4
过 程1
1.5
1.2
1.0
h(t)
1.0 0.8 0.6
0.5
0.4 0.2
6
过热蒸汽温度控制系统
TC 冷 水
减 温 器
TT 温度测 量
x (t) ＋
e (t) 调节器
u (t) 执行器
q (t) 过程
y (t)
－ z (t) 测量变送
7
液位控制器
液 位 调 节 HC 器 储罐 执行器 干扰 x (t) ＋ － z (t) e (t) 调节器 u (t) 执行器 q (t) 过程 y (t)
Q1
h2
h1
Q2
29
液位控制的阶跃响应
1.2 1.0 0.8
u(t) h(t)
1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 1 2 t 3 4 0 1 2 t 3 4
0.6 0.4 0.2 0.0
30
无自衡的非振荡过程：在阶跃作用 下，被控变量不能建立新的平衡状态。
20 18
过 程2
0 5 10
t
0.0 0 1 2 3 4
0.0
15
t
20 25
25
准：系统过渡到新的平衡工作状态 后或系统受到扰动后重新恢复平衡后， 最终保持的精度，反映了动态后期的 性能。
1.6 1.2
过程1
0.8
过程2
0.4
0.0 10
12
14
16
18
20
22
24
26
26
t
快：动态过程进行的时间长短，过 程时间持续很长，将使系统长时间出 现大偏差，同时也说明系统响应很迟 钝，难以复现快速变化的信号。
HT 差压变送器
测量变送
8
烤炉温度控制示意图
x (t)
e (t) 调节器
u (t) 执行器
q (t) 过程
y (t)
＋
－ z (t)
测量变送
9
控制系统的分类
定值控制系统：将被控制量保持在 某一定值或很小的范围中的控制系统。 程序控制系统：被控量的给定值按 预定的时间程序而变化的控制系数。 随动控制系统：被控量的给定值随 时间任意地变化的控制系统。
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 5 10
t
15
20
25
衰减振荡
17
1.0
0.8
0.6
h(t)
0.4
0.2
0.0
0
2
4
6
t
8
10
12
单调振荡
18
自动控制系统的品质指标
衰减比n：振荡过程的第一个波的振 幅与第二个波的振幅之比。
衰减率 Φ：经过一个周期后，波动 幅度衰减的百分比。
19
发散振荡 等幅振荡 衰减振荡 单调振荡
14
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0 0 1 2 3 4
t
发散振荡
15
F1
2.0 1.8 1.6 1.4 1.2
h(t)
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 2 4 6 8
t
10
12
14
16
等幅振荡
16
1.6 1.4 1.2 1.0
h(t)
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
31
有自衡的振荡过程：在阶跃作用下， 被控变量出现衰减振荡过程，最后趋 于新的稳态值。
具有反向特性的过程：在阶跃作用 下，被控变量起始时的变化方向与最 终的变化方向相反。
1.6 1.4
y1
1.2 1.0
h(t)
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 5
y2
y1 衰减比＝ y2 y1-y2 衰减率＝ y1
10
t
15
20
25
20
最大偏差A：被控参数第一个波的峰 值与给定值的差。
余差e：系统过渡过程终了时给定值 与被控参数稳定值之差。
21
1.6 1.4 1.2
液位 控制器
出水 控制阀
测量值 hm(t)
液位传感 测量变送器
液位控制系统的组成与方块图
4
被控变量： 给定值（设定值）： 测量值： 操纵变量（控制变量）： 干扰： 偏差信号： 控制信号：
5
闭环系统： 开环系统： 反馈：
x (t) e (t) 调节器 z (t) 测量变送 u (t) 执行器 q (t) 过程 y (t)
第九章 过程控制系统
1
一、组成与分类
Qi
h
LC
hsp Qo
手动控制
自动控制
液位控制系统
2
控制系统的组成
对象： 检测元件及变送器： 控制器： 执行器：
3
控制系统方框图
扰动 Qi(t) 设定值 hsp + _ 偏差 e(t) 控制信号 u(t) 操纵变量 Qo(t) 液体贮罐 干扰 通道 控制 通道 + + 被控变量 h(t)
1.6 1.4 1.2 1.0
过程1
h(t)
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0
过程2
5 10
t
15
20
25
27
四、过程特性
指当被控量（操纵变量或扰动变量） 发生变化时输出变量（被控变量）随时 间的变化规律。
对象特性的类型：
28
自衡的非振荡过程：在阶跃作用下， 被控变量无须外加任何控制作用、不 经振荡过程能逐渐趋于新的状态的性 质。
10
二、过程控制系统的发展概况
第一阶段（20世纪50年代）： 采用基地式仪表和部分单元组合 仪表。信号标准：0.2-1.0kgf/cm2。 第二阶段（20世纪60年代）： 采用半导体分立元件制造的电动 II型仪表，集中控制，计算机开始应 用。信号标准：0-10mADC。
11
第三阶段（20世纪70年代）： 采用电动III型仪表，DCS和PLC得 到应用。信号标准：4-20mADC。 第四阶段（20世纪80年代）： DCS广泛应用，自动化仪表数字 化、智能化，网络、通信技术应用。 第五阶段（20世纪90年代）： 现场总线控制系统和智能化仪表。
12
三、过程控制系统的过渡过程 和品质指标 自动控制系统的静态与动态
系统的静态：被控量不随时间而变 化的平衡状态。 系统的动态：被控量随时间而变化 的不平衡状态。
13
自动控制系统的过渡过程
系统的过渡过程：当系统的输入发 生变化后，被控量随时间不断变化的 过程。 过渡过程的基本形式：
最 大 偏 差
给定值 1.0
h(t)
余差
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 5 10
t
15
20
25
22
稳定时间ts：系统过渡过程曲线进 入新的稳定值的5%或2%范围内所需的 时间。
峰值时间tp：系统过渡过程曲线到 达第一个峰值所需的时间，反映系统 响应的灵敏程度。
23
1.6 1.4 1.2