过程控制与自动化仪表 课件

Ⅱ
Ⅲ
70＜i≤120 i≤70
乙烯，乙醚，丙烯腈等
氢，乙炔，二硫化碳，市用煤气，水煤气等

如DDZ-Ⅲ型仪表防爆等级为“HⅢe”：“H”-安全火花型；“Ⅲ”－ 最小引爆电流为Ⅲ级，即低于70mA；e-周围气体自燃温度为 100℃，低于此温度，即可保证在e组气体中不自燃起爆。
危险现场 安全场所（控制室） 危险现场

缺点：不能保证衰减率
ITSE te2 (t )dt min
0
工艺介质 阀门

0
1.2 自动化仪表概述 1.2.1 自动化仪表的分类及发展
1.按安装场地分; 3.按信号类型分; 4.按结构形式分(基地式、单元组合式 （图1－8）、组装式、集中/分散式) 补充：转换单元、运算单元 2.按能源分;
（三）基于网络的全盘自动化阶段
（70年代，智能仪表、成分在线、安全防爆、集散控 制、现场总线控制、CIPS）
1.1.3 过程控制系统的组成、分类及性能指标
(一）过程控制系统的组成（图1－3、图1－4） （1）被控参数（亦称系统输出）y(t)： 被控过程内要求保持稳定的工艺参数； （2）控制参数（亦称操作变量控制介质） q(t)：使被控参数保持期望值的物料 量或能量； （3）干扰量f(t)：除被控参数外，作用 于被控过程并引起被控参数变化的各 种因数； （4）设定值r(t)：与被控参数相对应的 设定值； （5）反馈值z(t)：被控参数经测量变送 后的实际测量值； （6）偏差e(t)：设定值与反馈值之差； （7）控制作用u(t)：控制器的输出值。
决策管理与计划调度
实时优化
常规控制或高级 过程控制
操作安全与环境保护
测量、变送与执行
被控过程
三.过程控制系统设计概述
（一）加热炉过程控制（图1－2） （二）设计步骤 AC 引风机 1.确定控制目标 热油入口 AT 1）热油出口温度稳定； 2）出口温度与烟道气含氧量稳定； 3）温度稳定与热效率最高。 2.选择被控参数 直接参数与间接参数 3 选择控制量 热油出口 燃料油流量与冷油流量→出口温度 火嘴 挡板开度与送风挡板→含氧量 TT 4.确定控制方案 简单与复杂、单输入与多输入、最优控制 PT TC 5.选择控制策略 PID、高级过程控制 PC 6.选择执行器 气动与电动 燃油 7.设计报警与联锁保护系统 高、低限值；加热炉停车程序：停燃油泵→关燃油阀→停引风机→切断热油 阀 8.工程化设计
1.1 过程控制概述
1.1.1过程控制的特点、任务及功能要求
一、什么是过程控制？它有何作用？适用的生产过程? 二、过程控制的特点、任务及功能要求 （一） 过程控制的特点 日—月级 1.组成（过程，系列化仪表）； 2.设计难（过程的复杂性，模型的不精确性）； 3.要求高（控制方案丰富）； 时—日级 4.慢过程、参量控制； 5.定值控制 分—秒级或 分—时级 （二） 过程控制的要求、任务及功能 1.要求与任务（安全性、稳定性、经济性）， （了解工艺、获取模型、分析设计、物理实现）； 小于1秒 2.功能（图1－1） （1）测量变送与执行； （2）操作安全与环保； 小于1秒 （3）常规与高级控制； （4）实时优化； （5）决策与计划
e() y() 定值系统： (4)调节时间、上升时间、振荡频率
2.综合性能指标 （基于偏差积分最小，适用衰减、无静差系统） (1) 偏差绝对值积分： IAE e(t ) dt min
0
（2）偏差平方值积分： ISE e2 (t )dt min
0

(3) 偏差绝对值与时间乘积积分： ITAE t e(t ) dt min (4) 时间乘偏差平方积分 :
y (0)
tp
ts
t
衰减率定义为一个周期后波动幅度衰减的程度:

B1 B3 B1
衰减比与衰减率的单值对应关系，如衰减比为4：1或10：1时，则衰减率 为0.75或0.9。 y(t p) y() 100% （2）最大动态偏差和超调量: y() 1 100% 二阶系统： n e() r y() (3)残余偏差（稳态误差、静差）:
前馈补偿器 控制器 执行器 被控过程
－
y (t )
y (t )
测量变送
(三） 过1. 单项时域性能指标:
(1)衰减比n（衰减率φ） 两个相邻的同向波峰值之比:
B n 1 B2
y (t )
r
y ( )
y (t p )
B1
B2
5%
烟气
9.系统投运、调试和整定参数
1.1.2 过程控制的发展概况
（一）基于仪表的局部自动化阶段
（50年代，基地、单元组合、气动式，单输入/单输 出、4大参数稳定、经典控制理论）
（二）基于仪表/计算机的综合自动化阶段
（60年代，单元组合、组装式，高性能、特殊要求控 制，计算机控制，多输入/多输出，现代控制理论）
被控参数 被控过程 检测元件
执行单元 变送单元 自动 控制单元 手动 单元组合 仪表 操作单元 给定值 给定单元 显示单元 测量值
1.2.2 自动化仪表的信号制与能源供给
1.模拟仪表的信号制 1）气动仪表 2）电动仪表（直流电压与电流的优点：无感应、无相移、易转换、 易获基准） 2.数字式仪表的通信标准 （不统一；内容：信息格式、编码方式、信号发送与接收、接口标准等） 3.能源供给 直流集中供电的优点：1）体积↓、重量↓、温升↓ 2）防停电能力↑ 3）无交流，易于防爆
《过程控制与自动化仪表》
西安理工大学 潘永湘 杨延西 赵跃
教学理念： 教书育人要义 传道授业释疑； 师生齐心协力, 共探过控真谛 。 熟悉仪表原理, 统领系统设计； 理论实践结合，思维创新第一。
第1章
绪论
本章要点
1）掌握过程控制的定义、要求和任务， 了解过程控制的发展状况； 2）掌握过程控制系统的组成、特点、类型 及其性能指标； 3）了解过程控制系统设计步骤和仪表的类 型与发展； 4）掌握仪表的信号制及防爆系统的构成。
2.安全火花型防爆系统 （图1－9） 条件:现场仪表为安全 火花型；安全防爆 栅隔离。
变 送 器
防爆栅
调节器
防爆栅
执 行 器
电源单元
工业交流电
本章结束，谢谢！
1.2.3 防爆仪表与防爆系统 1.安全防爆的基本概念
1）防爆性能：本质安全与非本质安全； 2）安全火花型防爆等级：30V●DC;最小引爆电流（表1－1）

级别
表1-1 爆炸性混合物最小引爆电流的等级 最小引爆电流 爆炸性混合物种类 （mA）
Ⅰ
i＞120
甲烷，乙烷，汽油，甲醇，乙醇，丙酮，氨， 一氧化碳等
r (t )
－
f (t )
u (t ) q(t )
e(t )
控制器
执行器
被控过程
y (t )
z (t )
测量变送
（二）过程控制系统的分类 1.分类方法（被控量名称、多少、特定工艺、 工具）； 2.安结构分类： f (t ) 测量变送 1）反馈控制； 前馈补偿器 执行器 被控过程 2）前馈控制； 3）复合控制。 3.安设定值分类： f (t ) 1）定值控制； x(t ) 2）伺服控制； 3）顺序控制。