1 浙大过程控制与自动化仪表课件1

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检测与过程控制技术
姚维博士
浙江大学电气自动化研究所
课程主要内容
过程参数检测与变送:温度、压力、流量、液位 过程控制仪表:执行器
单回路控制系统设计
常用高性能过程控制系统:串级、前馈
实现特殊要求的过程控制系统
参考书
过程控制与自动化仪表,侯志林主编
过程控制及仪表(修订版),邵裕森主编
过程控制系统及仪表,邵裕森、巴筱云主编
检测和控制仪表普通采用基地式仪表和部分单元组合式仪表,且多数为气动仪表;
被控参数主要是温度、压力、流量、液位; 控制目的是保持工艺参数的稳定,消除或减少生产过程的扰动;
控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论;过程控制系统的结构大多数是单输入单输出系统。

50年代(仪表化和局部自动化—过程控制第一阶
段)
60年代(综合自动化阶段—过程控制第二阶段) 仪表方面大量采用单元组合仪表,并出现了组装仪表以适应较复杂的模拟和逻辑控制的需要;
计算机控制系统开始应用于过程控制领域,实现了DDC和SCC控制;
为提高控制质量和实现特殊控制要求,出现了串级、前馈、比值、均匀、选择等复杂控制系统;
理论方面除了经典控制理论外,出现了现代控制理论;系统由单变量系统转向多变量系统,以解决实际生产过程中的更为复杂的问题。

1962年,英国帝国工业公司(ICI)安装了Ferranti Argus计算机控制系统替代全部模拟控制仪表,功能保持不变,这是集中式计算机控制系统应用的开端。

集中式过程计算机控制系统的发展经历了直接数字控制DDC、集中型计算机控制系统和分层计算机控制系统。

9集中型计算机控制系统
它把几十个甚至几百个控制回路以及上千个过程变量的显示、操作和控制集中在单一计算机实现,即在一台计算机上实现过程监视、数据采集、数据处理、数据存储、报警、过程控制等功能。

此外,还可实现生产调度和工厂管理部分功能。

与常规模拟仪表控制系统相比具有以下优点:
控制功能齐全,可实现模拟仪表难以实现的部分功能和先进控制、联锁等复杂控制;
由于单一计算机高度集中,便于信息分析和综合,易实现整个系统的最优控制;
用CRT来代替大量的模拟仪表盘,简洁明了。

缺点:
集中的脆弱性问题。

一旦计算机发生故障,将导致生产过程全面瘫痪;
性能问题。

由于生产装置的控制点和运算十分庞大,单台计算机存在负荷过载问题。

9分层计算机控制系统
集中型计算机控制系统暴露了集中控制的重大缺陷,促使控制系统向分散化发展,出现了两种将现场控制与集中管理分开的分层计算机控制系统模式。

计算机、调节器混合控制系统
在原始型分散控制中,各控制回路的模拟仪表调节器是相互独立的,当某一回路出现故障时,不影响其它回路的正常工作,系统可靠性高,但难以实现整个系统的最优控制。

70年代(全盘自动化阶段—过程控制第三阶段)这一阶段的主要特征是应用计算机系统对整个工厂或整个生产流程进行集中控制和综合管理,在控制仪表方面出现以微处理器为核心的智能单元组合仪表(包括可编程控制器),在检测方面是成分在线检测和数据处理的应用日益广泛;为了满足高质量的控制要求,在简单控制技术的基础上,发展了状态反馈、最优控制、解耦控制、自适应控制等多种现代控制理论。

至70年代中期,为了满足工业生产的更高要求,即“分散控制,集中管理”,集散控制系统(DCS)开发问世了,其代表产品是1975年Honeywell公司推出的TDC2000系统。

集散控制系统是集计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术为一体的装置。

集散控制系统的结构是一个分布式系统,从整体逻辑结构上讲,是一个分支树结构,这与工业生产过程的行政管理结构相一致。

按系统结构进行垂直分解,可分为过程控制级、控制管理级、生产管理级,各级既相互独立又相互联系,每级又可按水平分解成若干子集。

这使得系统的危险性随之分散,提高了系统的可靠性。

系统由I/O接口、过程控制单元、操作站、高速数据通路、管理计算机等五部分组成。

烟囱2 温度变送器
3 温度调节器
T
2 差压变送器
3 液位调节器
字母代号
第一位字母后继字母
(被测变量)(功能)
A 分析报警
C 电导率控制(调节)
E 电压检测元件
F 流量
I 电流指示
L 物位
第一位字母后继字母
(被测变量)(功能)P 压力
Q 数量积分、累积R 放射性记录或打印S 速度或频率开关、联锁T 温度传送
V 粘度阀
常用术语
被控对象(调节对象):需要控制的设备、机械或生产过程。

例如:锅炉、贮罐。

被控变量(被控参数):对象内要求保持设定值的物理量。

例如:过热蒸汽温度T、贮罐液位L。

操作变量(调节参数):受调节装置控制,用以使被控变量保持设定值的物料或能量。

如减温水流量。

干扰:除操作变量外,作用于对象并引起被控变量变化的一切因素。

负荷变化是一种典型干扰,其它如环境温度和压力的变化等也是常见干扰。

设定值:工艺要求被控变量所要保持的数值,又称给定值。

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