工业过程控制技术实践教程 第10章
计算机控制技术与应用 第10章
适合于在恶劣环境下工作，能抗电源干扰、雷击干扰、 电磁干扰和低电位差干扰；
第五节
DCS与FCS的集成技术
1.现场总线与DCS输入/输出总线的集成 2.现场总线与DCS网络的集成 3.FCS与DCS的集成
集散控制系统的现状 当今DCS向综合化、开放化发展。工厂自动化要求 各种设备(计算机、DCS、单回路调节器、PLC等)之间 的通信能力加强,以便构成大系统。
操作员站 打印机
系统网络 SNET
I/O #1
I/O #2
I/O #3
I/O #4
工程 师站
打印机
DCS 结 构 图
第二节 集散控制系统的控制站
现场控制站的主要功能有六种：
数据采集功能：对过程参数，主要是各类传感变送器的模拟信号进行数 据采集、变换、处理、显示、存储、趋势曲线显示、事故报警等。
DDC控制功能：包括接受现场的测量信号，进而求出设定值与测量值的 偏差，并对偏差进行PID控制运算，最后求出新的控制量，并将此控制 量转换成相应的电流送至执行器驱动被控对象。
操作站的基本结构
XL操作站的硬件结构：面向总线的结构
6
通用通信卡 通用通信卡 RM81内存卡 LC81/LC82 RL总线接口卡 DP88 显示卡 CP81B/CP81C CPU卡
通用通信卡选件： RS81—RS232C通信卡 HF81—HF总线通信卡 GB83—GP IB 通信卡 EN82—Ethernet通信卡
第二代产品在原来产品的 基础上,进一步提高了可靠性 ,新开发的多功能过程控制站、 增强型操作站、光纤通信等 更完善了DCS。其基本结构由 六部分组成,即局域网络、多 功能现场控制站、增强型操 作站、主计算机、网络连接 器和系统管理站等。第二代 产品的特点是采用模块化、 标准化设计,数据通信向标准 化迁移,板级模块化,单元结 构化,使之具有更强适应性和 可扩充性。控制功能更加完 善,它能实现过程控制、数据 采集、顺序控制和批量控制 功能。
工业过程与过程控制(实践)考题(参考答案)
危险场所 （现场） 非危险场所 （控制室） 危险场所 （现场）
变送器
安全栅
调节器
安全栅
执行P18 P72-73
简述下图所示系统的工作原理，画出控制系统框图， 并写明每一部分的输入/输出变量名称和所用仪表的 名称。
P7
给定值 偏差 液位调节器 控制 信号 执行器 干扰量
控制量
测量值
储水槽
液位 被控量
图1-4
液位变送器
如何用试验的方法获取PID调节器的积分增益（KI） 和微分增益（KD），并画出试验曲线图。
P74-P76
1. 对PID控制器，使微分作 用最小（即使TD ＝0），在输 入端加一阶跃幅值为e的阶跃信 号，记录输入输出曲线，其输出 的最大值与纯比例作用时产生的 输出变化之比，即为积分增益 （KI），如右图。
比例积分调节器的阶跃响应特性
2. 对PID控制器，使积分作用最小（即使TI ＝∞），在输入端 加一阶跃幅值为e的阶跃信号，记录输入输出曲线，其输出的 最大跳变值与纯比例作用时产生的输出变化之比，即为微分 增益（KD），如下图。
工业过程控制课程教学大纲
工业过程控制课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：201404112课程中文名称：工业过程控制课程英文名称：IndustryProcess Control课程性质：专业核心课程开课专业：自动化开课学期：6总学时：40（其中理论32学时，实验8学时）总学分：2.5二、课程目标本课程是在修完电子技术基础、自动控制理论和微机原理及应用等课程以后开设的控制类专业课，通过本课程的学习可以掌握典型自动化装置和仪表的工作原理与工作性能，及工业过程控制系统分析、设计方法。
它的主要任务是：使学生了解工业自动化发展的动态和趋势，掌握工业过程对象的分类、建模方法。
了解工业过程控制系统的结构和组成，掌握工业自动化装置和控制系统的有关专业基础知识；使学生具备从事工业过程控制系统的设计、仪表选型、校验、调试、参数整定等工作的专业知识和工作能力。
三、教学基本要求为培养学生解决实际问题能力和创新能力，本课程结合理论教学配合有8学时实验，通过这些教学活动，学生应达到下列要求：（1）了解工业过程控制系统的发展、应用及其在本专业学科领域的地位与作用。
（2）过程控制系统的基本概念，过程控制系统的组成，特点及其分类。
（3）工业过程控制典型参数（温度、压力、流量、物位）检测与变送的原理和选用。
（4）调节器，执行器工作原理，性能特点及选用。
PID调节器控制规律特点，及对调节质量的影响。
（5）被控过程数学模型常用建模方法。
（6）单回路反馈控制系统的设计方法，参数整定方法。
（7）串级控制，复合控制系统，实现特殊要求控制系统的设计原则，参数整定方法。
（8）集散控制系统组成原理及设计方法。
四、教学内容与学时分配1绪论（2学时）了解工业过程控制的特点、发展概况，掌握过程控制系统的组成、分类及性能指标。
2过程参数检测仪表（6学时）掌握温度检测仪表、压力检测仪表、流量检测仪表、物位检测仪表组成原理，掌握仪表特性及选用方法。
3控制仪表（6学时）掌握工业常用控制器基本控制规律及特点、重点掌握DDZ-Ⅲ型调节器、可编程序数字调节器组成原理，掌握控制仪表特点及选用方法。
工业过程控制课程设计
工业过程控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解工业过程控制的基本概念、原理和方法；2. 掌握工业过程控制系统中常见设备的结构与功能；3. 学会分析工业过程控制系统的性能和稳定性；4. 了解工业过程控制技术在现代工业中的应用和发展趋势。
技能目标：1. 能够运用所学知识设计简单的工业过程控制系统；2. 能够运用相关软件对工业过程控制系统进行模拟与优化；3. 能够对工业过程控制系统进行故障分析及处理；4. 能够撰写关于工业过程控制的设计报告和论文。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对工业过程控制技术的兴趣和热情；2. 增强学生的团队合作意识和责任感；3. 培养学生严谨、务实的科学态度和刻苦钻研的精神；4. 引导学生关注工业过程控制技术对环境保护和社会发展的意义。
课程性质：本课程为实践性较强的学科，旨在培养学生掌握工业过程控制的基本理论、方法和技术，提高学生的实际操作能力和创新能力。
学生特点：高年级学生，具有一定的工业过程控制理论基础，对实际操作和案例分析感兴趣，具备一定的自主学习能力。
教学要求：结合课程性质和学生特点，注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，培养学生的实践能力和创新精神。
通过课程学习，使学生能够达到上述知识、技能和情感态度价值观目标，为将来从事相关工作打下坚实基础。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 工业过程控制基本概念与原理- 控制系统的定义、分类及性能指标- 控制系统的数学模型- 控制系统的稳定性分析2. 工业过程控制设备及其功能- 检测仪表、执行器和控制器的基本结构及原理- 常见工业控制设备的选型与应用3. 工业过程控制策略与方法-PID控制原理及参数整定方法-先进控制策略（如模糊控制、神经网络控制等）介绍4. 工业过程控制系统的设计与实施- 控制系统的设计步骤与方法- 控制系统的仿真与优化- 控制系统在现场的实施与调试5. 工业过程控制案例分析- 典型工业过程控制系统的案例分析- 故障分析与处理方法6. 工业过程控制技术的发展趋势- 工业互联网、大数据等新兴技术在工业过程控制中的应用- 绿色制造与智能制造背景下工业过程控制技术的发展方向教学内容安排与进度：第1-2周：工业过程控制基本概念与原理第3-4周：工业过程控制设备及其功能第5-6周：工业过程控制策略与方法第7-8周：工业过程控制系统的设计与实施第9-10周：工业过程控制案例分析及发展趋势教材章节及内容关联：教学内容与教材章节紧密关联，涵盖教材第1章至第5章的主要内容，同时结合实际案例分析，使学生能够将理论知识与实际应用相结合。
工业过程控制技术
《工业过程控制技术》课程设计指导书广东工业大学自动化学院二００六年十月课程要求课程的性质和目的《工业过程控制技术课程设计与实践》是完成《自动控制原理》、《自动控制系统》、《过程控制技术》、《电器与PLC》、《自动化仪表》、《DCS分布式控制》、《计算机控制》等理论与实验教学之后，为自动化专业本科生开设的一门综合性的专业课程，是较为重要的实践性教学环节。
学生通过借助“THSA—1型过程控制综合自动化系统实验平台”对一个实用工业过程控制系统的设计、安装、调试完成系统设计与开发，提高学生工程意识和实践技能，达到素质和创新能力进一步提升。
课程教学内容本课程为实践性教学环节，包含理论设计和实践调试两部分，强调理论必须联系实际、理论与实际相结合。
1、理论设计：根据所学的理论知识和实践技能设计一个实用的控制系统，包括系统的主电路和控制电路。
选择变送器、控制器、执行器等，画出系统电气原理图。
2、调试实践：根据设计题目，要求完成单元电路安装、系统组装、单元及系统调试等。
3、设计题目：单容水箱液位定值控制系统串级控制系统比值控制系统前馈—反馈水箱控制系统课程教学要求理论设计每个同学根据题目，自己独立完成课程设计内容，每人都要提交一份设计说明书。
实践部分按每个教学班分为若干小组，每个小组2－3人，每组根据实验室提供的设备和实验教师的设计要求，设计并制作、调试一个完整的自动控制系统或实验装置。
在实验室进行实际操作并调试通过。
选修课程本课程为自动化专业的主打课程之一。
先修课程为《自动控制系统》、《过程控制系统》、《自动化仪表》、《计算机控制》、《电器与可编程序控制器》、《自动控制原理》等。
学好本课程可为今后的毕业设计，毕业后的继续教育、科学研究、技术开发打下良好基础。
教材与参考书[1]自编《工业过程控制技术课程设计与实践》指导书[2]陈伯时编，《电力拖动自动控制系统》第三版，机械工业出版社，2003年8月[3]林德杰等编，《过程控制仪表与控制系统》，机械工业出版社，2004年6月设计实践内容水箱控制系统水箱结构本实验系统结构图和方框图如图1所示。
精品课件-工业过程控制技术实践教程(徐兵)-第9章
项目九 智能仪表控制系统实训
9.3.2 实验对象组成结构 过程控制实验对象系统包含：1#不锈钢储水箱(长×宽×
高：800mm×550mm×400mm)、强制对流换热管系统、串接圆 筒有机玻璃上水箱(Φ350mm×450mm)、中水箱 (Φ350mm×450mm)、下水箱(Φ350mm×450mm)、2#不锈钢储 水箱(长×宽×高：600mm×450mm×400mm)、三相6.0kW电加 热釜(由不锈钢釜内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却釜夹 套组成)、纯滞后盘管实验装置。系统动力支路分为两路：一 路由单相循环水泵、电动调节阀、涡轮流量计、自锁紧不锈钢 水管及手动切换阀组成；另一路由小流量水泵、变频调速器、 小流量电磁流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成。实 验对象结构图如图9－6所示。
项目九 智能仪表控制系统实训 图9－4 电磁流量计接线图
项目九 智能仪表控制系统实训 图9－5 压力表示意图
项目九 智能仪表控制系统实训
4.压力表 压力表示意图如图9－5所示。 安装位置：单相泵之后，电动调节阀之前。测量范围： 0Pa～0.25MPa。
项目九 智能仪表控制系统实训
5.智能电动单座调节阀主要技术参数 型式：智能型直行程执行机构。 输入信号：(0～10)mA/(4～20)mADC/(0～5)VDC/ (1～ 5)VDC 输入阻抗：250Ω/500Ω。 输出信号：(4～20)mADC。 输出最大负载：<500Ω。 信号断电时的阀位：可设置为保持/全开/全关/0%～100% 间的任意值。 电源：220V±10%/50Hz。
项目九 智能仪表控制系统实训
(1)被调参数包括了流量、压力、液位、温度四大热工参 数。(2)执行器中既有电动调节阀、SCR移相调压等仪表类执 行机构，又有变频器等电力拖动类 执行器。(3)调节系统除了有调节器的设定值阶跃扰动外，还 有在对象中通过另一动力支路或电磁阀 和手操作阀制造各种扰动。(4)一个被调参数可在不同的动力 源、不同的执行器、不同的工艺线路下演变成多种调节回 路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣。
工业控制技术实验指导书
★018★★★★工业控制技术★★★★★实验指导书福建农林大学机电工程学院机械工程教研室编制0．前言 (1)实验一Arduino控制板工作原理与编程 (2)1.1 目的 (2)1.2 要求 (2)1.3 预备知识： (3)1）Arduino 2560的原理图； (3)2）走马灯程序的工作原理 (5)1.4 实验内容 (6)1.5实验步骤 (6)1.6 实验设备 (7)1.7思考 (7)1.8提高部分（选做） (7)1.9程序样例 (7)实验二直流电动机调压调速 (10)1.1 目的 (10)1.2 要求 (10)1.3 预备知识： (10)1）带编码器直流电动机的工作原理 (10)2）LCD1602的使用方法 (11)1.4 实验内容 (12)1.5实验步骤 (12)1.6 实验设备 (13)1.7思考 (13)1.8提高部分（选做） (13)1.9程序样例 (14)实验三直流电动机PWM调速 (15)1.1 目的 (15)1.2 要求 (15)1.3 预备知识： (15)1）L298N驱动模块的工作原理 (15)2）PWM调速原理 (16)1.4 实验内容 (16)1.5实验步骤 (17)1.6 实验设备 (18)1.7思考 (18)1.8提高部分（选做） (18)1.9程序样例 (18)实验四步进电动机转速转向控制 (24)1.1 目的 (24)1.2 要求 (24)1.3 预备知识： (24)1）二相步进电动机工作原理 (24)2）步进电机驱动器使用方法 (25)1.4 实验内容 (26)1.5实验步骤 (26)1.6 实验设备 (26)1.7思考 (27)1.8提高部分（选做） (27)1.9程序样例 (27)附一、实验报告格式 (29)附二、实验注意事项 (30)0．前言“工业控制技术”课程作为机械设计制造及其自动专业的一门主干技术基础课，它是研究和解决与生产机械的电气传动控制有关问题，阐述机电传动控制原理，是各类机械电子工程技术人员必须掌握的专业知识。
第10章 过程控制系统基本概念解读
刘玉长
第二节过程控制系统过渡过程和品质指标 一、静态与动态
在自动控制中，把被控量不随时间而变化 的平衡状态称为系统的静态，而把被控量随时间 而变化的不平衡状态称为系统的动态。 在生产过程中，扰动是客观存在，且是不 可避免的，因此了解系统的静态是必要的，但是 了解系统的动态更为重要。
刘玉长
二、自动控制系统的过渡过程
刘玉长
几个基本概念
单容过程：只有一个容积，一个容量系数
和一个时间常数。
自衡特性：对象在扰动作用，其平衡受到
破坏，在没有操作人员或控制器的干预下， 自动恢复平衡的特性。
无平衡特性：平衡状态下，一旦受到破坏，
无法自行重建平衡。
自衡率 ：表示自衡能力。一般希望它大一
些，即在很大干扰下，被控变量变化很少。
刘玉长
三、控制系统的工程表示
自动控制系统有两种表示方法，即方框图 与工艺控制流程图(或称管道仪表流程图)【需遵 循 “GB/T 2625-1981 过程检测和控制流程图用 图形符号和文字代号” 或其它行业标准】。
蒸汽
LT
PV
LC
MV
SV 期望值 控制器 SV LC
控制阀 V 检测变送 LT
锅炉
实际值
要求:
稳
快
准
三、控制系统的品质指标
控制系统性能指标是根据系统在零初使条 件(输出量和输入量的各阶导数为0)下的单位阶 跃响应曲线计算得到的。 实际控制系统的瞬态响应曲线不同，其性 能指标定义也不一样。因为衰减振荡是一种比较 好的响应曲线，故以下针对衰减振荡过程进行介 绍【注意，有的过程不允许出现振荡】。
刘玉长
(四)稳定时间ts
从阶跃扰动开始作用起至被控量又建立新 的平衡状态止，这一段时间叫做稳定时间 ( 或称 过渡时间)。 工程上规定当被控量达到稳定值的±5%(或 ±2%)的范围内时，就认为被控量已经达到了稳 定值。按这个规定，稳定时间就是从扰动开始作 用之时起，直至被控量进入稳定值的±5%( 或 ±2%)的范围内所经历的时间。 稳定时间短，表示过渡过程进行得比较迅 速，这时即使扰动频繁出现，系统也能适应，系 统质量较高。 刘玉长
工业过程控制教学大纲+考试大纲
《工业过程控制》教学大纲课程编号：176207课程名称：工业过程控制学时/学分：64 /4先修课程：《自动控制原理》、《传感器与自动检测技术》适用专业：自动化开课系或教研室：机电工程系一、课程性质与任务1．课程性质：本课程是自动化类专业的重要课程，实用性很强。
包括“控制系统”、“过程控制仪表”等内容。
2．课程任务：通过本课程的教学，应使学生达到下列要求：了解控制系统的有关概念；掌握控制系统的常用分析方法；掌握简单控制系统的有关分析、设计等内容；掌握高性能过程控制系统的原理、设计等内容；熟悉有特殊工艺要求的过程控制；掌握过程控制仪表的“检测元件及变送器”、“调节器”和“执行器”这三部分中的每一部分的种类、组成及其原理等内容。
二、课程教学基本要求共64学时，一个学期进行。
三、课程教学内容（一）绪论1. 过程控制概述2. 自动化仪表概述（二）过程参数的检测与变送※1. 参数检测与变送概述※2. 温度的检测与变送※3. 压力的检测与变送4. 流量的检测与变送5. 物位的检测与变送6. 成分的检测与变送（三）过程控制仪表1. 过程控制仪表概述※2. DDZ-III型模拟式调节器3. 数字式调节器※4. 执行器5. 安全栅（四）被控过程的数学模型1. 过程建模的基本概念※2. 解析法建立过程的数学模型3. 试验法建立过程的数学模型（五）简单控制系统设计1. 简单控制系统设计概述※2. 控制方案的确定※3. 调节器的参数整定4. 单回路控制系统设计实例（六）常用高性能过程控制系统※1. 串级控制系统2. 前馈控制系统3. 大滞后过程控制系统（七）实现特殊工艺要求的过程控制※1. 比值控制系统※2. 均匀控制系统3. 分程控制系统4. 自动选择控制系统五、教材及参考书教材：《过程控制与自动仪表》（第2版）主编：潘永湘出版社：机械工业出版社 2007.06 参考书：《过程控制》（第3版）主编：林锦国出版社：东南大学出版社执笔：甲乙审定：日期：工业过程控制课程考试大纲说明：1、如果课程采用平时分阶段考试、期中与期末结合考试或采用多种方法组成的综合性考试，需在备注栏内写明各部分考试所占分数的合成比例与方法。
精品课件-工业过程控制技术实践教程(徐兵)-第5章
项目五 萃取综合实训
此外，萃取塔内连续相所允许的极限速度(泛点速度)与液 滴的运动速度有关，而液滴的运动速度与液滴的尺寸有关。一 般较大的液滴，其泛点速度较高，萃取塔允许有较大的流通量； 相反，较小的液滴，其泛点速度较低，萃取塔允许的流通量也 较低。
液滴的分散可以通过以下几个途径实现： (1)借助喷嘴或孔板，如喷塔和筛孔塔。 (2)借助塔内的填料，如填料塔。 (3)借助外加能量，如转盘塔、振动塔、脉动塔、离心萃 取器等。液滴的尺寸除了与物理性能有关外，主要决定于外加 能量的大小。
项目五 萃取综合实训
2.液—液萃取塔的操作 1)分散相的选择 在萃取设备中，为了使两相密切接触，其中一相充满设备 中的主要空间，并呈连续流动，称为连续相;另一相以液滴的 形式分散在连续相中，称为分散相。哪一相作为分散相对设备 的操作性能、传质效果有显著的影响。分散相的选择可通过小 试或中试确定，也可根据以下几方面来考虑: (1)为了增加相际接触面积，一般将流量大的一相作为分 散相；但如果两相的流量相差很大，并且所选用的萃取设备具 有较大的轴向混合现象，此时应将流量小的一相作为分散相， 以减小轴向混合。
项目五 萃取综合实训
2)液滴的分散 为了使其中一相作为分散相，必须将其分散为液滴的形式， 一相液体的分散，亦即液滴的形成，必须使液滴有一个适当的 大小。因为液滴的尺寸不仅关系到相际接触面积，而且影响传 质系数和塔的流通量。 较小的液滴，固然相际接触面积较大，有利于传质；但是 过小的液滴，其内循环消失，液滴的形状趋于固体球，传质系 数下降，对传质不利。所以，液滴尺寸对传质的影响必须同时 考虑这两方面的因素。
项目五 萃取综合实训
3.萃取塔的操作 萃取塔在开车时，应首先将连续相注满塔中，然后开启分 散相，分散相必须经凝聚后才能自塔内排出。因此当轻相作为 分散相时，应使分散相不断在塔顶分层凝聚，当两相界面维持 适当的高度后再开启分散相出口阀门，并依靠重相出口的口形 管自动调节界面高度。当重相作为分散相时，分散相不断在塔 的分层段凝聚，两相界面应维持在塔底分层段的某一位置上。
过控实验指导书分解
《过程控制系统》实验指导书安阳工学院电子信息与电气工程学院目录第一章实验装置说明 (2)1.1 系统概述 (2)1.1.1 实验对象 (2)1.1.2 被控对象 (3)1.1.3 检测装置： (3)1.1.4 执行机构： (4)1.2 THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台 (4)1.2.1 控制屏组件 (4)1.2.2 智能仪表控制组件 (5)1.2.3 远程数据采集控制组件 (9)1.2.4 PLC控制组件 (10)1.3 软件介绍 (10)1.4 实验要求及安全操作规程 (11)1.4.1 实验前的准备 (11)1.4.2 实验过程的基本程序 (11)1.4.3 实验安全操作规程 (11)第二章实验部分 (12)实验一双容水箱特性测试 (19)实验二双容水箱液位定值控制系统（单回路） (23)实验三双容水箱液位定值控制系统（串级） (26)第一章实验装置说明1.1 系统概述THSA-1型过控综合自动化控制系统是由THJ-3高级过程控制对象系统实验装置、THSA-1型综合自动化控制系统实验平台及上位PC机三部分组成。
该装置结合了当今工业现场过程控制的实际，是一套集仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。
包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识、单回路控制、串级控制、前馈－反馈控制、滞后控制、比值控制、解耦控制等多种控制形式，还可根据需要设计成智能仪表、DDC远程数据采集、DCS分布式控制、PLC可编程控制、FCS现场总线控制等多种控制系统。
1.1.1 实验对象实验对象貌图如图1-1所示。
实验装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。
供水系统分两路：一路由三相磁力驱动泵（380V恒压供水）、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手支调节阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及手动调节阀组成。
图1-1 系统总貌图1.1.2 被控对象1．水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。
工业过程控制
第一章：1.过程控制定义 ：所谓过程控制是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。
2.通常把原材料转变成产品并具有一定生产规模的过程叫做工业生产过程。
连续生产过程中自动控制系统的被控参数往往是温度、压力、流量、物位和成分等变量。
3.球磨给矿过程控制示意图 球磨给矿过程控制方框图4.硫酸工艺流程压力控制方框图5.过程控制目的：目的：抑制外界扰动的影响，确保过程的稳定性，使生产过程的工况最优化。
具体来说：保证质量；提高产量；节能降耗；安全运行；保护环境；改善劳动条件；提高管理水平等 。
6.过程控制系统组成：1.被控过程，指运行中的多种多样的工艺生产设备；2.过程检测控制仪表，包括：测量变送；控制器、执行器。
7. 被控参数（变量）y(t ) 控制（操纵）参数（变量）q(t) 扰动量f(t) 给定值r(t) 当前值z(t) 偏差e(t) 控制作用u(t) 8.过程控制的主要特点：被控过程形形色色；控制过程多属缓慢过程和参量控制形式；控制方案的多样性，有单回路（50%以上）、串级（20%以上）、前馈-反馈、比值、均匀、分程、选择性、时滞、数字和计算机过程控制系统等； 定值控制是主要控制形式。
9.过程控制系统的分类 ：按系统的结构特点来分 ：反馈控制系统 、前馈控制系统 、复合控制系统（前馈-反馈控制系统） 按给定值信号的特点来分：定值控制系统 、随动控制系统 反馈控制系统 ：偏差值是控制的依据，最后达到减小或消除偏差的目的。
反馈信号可能有多个，从而可以构成多回路控制系统（如串级控制系统）。
前馈控制系统：扰动量的大小是控制的依据，控制“及时”。
属于开环控制系统，在实际生产中不能单独采用。
复合控制系统（前馈-反馈控制系统） ：充分发挥了前馈和反馈的各自优点。
10.过程控制系统的性能评价：一个性能良好的过程控制系统，在受到外来扰动作用或给定值发生变化后，应能迅速、平稳、准确地达到或趋近给定值。
《工业过程控制》教学大纲
《工业过程控制》教学大纲Industry Process Control课程编号：2000512 学时数：24适用专业：电气工程及其自动化学分数：1.5编写者：编写时间：2002.5一、课程的性质和任务课程性质：工业过程控制是电气工程及其自动化专业的专业选修课，主要研究以工业过程模型为被控对象、模拟控制和数字控制为手段的工业过程计算机控制系统，是自动化类专业的主干课。
主要任务：培养学生1．掌握工业过程对象的分类、建模的分析和试验方法。
2．了解工业过程控制系统的结构和组成，具有进行系统设计的初步能力。
3．掌握单回路计算机控制系统、串级计算机控制系统、前馈计算机控制系统和有纯延迟的过程计算机控制系统的结构和数字算法，并熟练写出其控制算法的差分方程和计算机控制的程序流程框图。
4．掌握系统的性能指标及参数整定方法。
5．了解工业自动化发展的动态和趋势。
二、课程教学内容、重点和难点第一章绪论 (讲课1学时)工业自动化发展的历史、现状和发展趋势。
工业过程控制系统的结构和组成，性能参数指标，设计步骤及应用举例。
第二章过程数学模型及其建立方法 (讲课2学时)工业过程对象的建模，测定动态特性的时域法。
重点：单溶模型的推导，阶跃响应和脉冲响应的关系，用绘图法和两点法求对象的传函。
第三章单回路计算机控制系统 (讲课7学时)单回路计算机控制系统的结构和组成，执行器的种类和选择，控制器的选择，PID的物理意义及离散化算法，位置式和增量式PID的差分方程，控制器的程序框图，数字PID控制算法的改进，单回路系统的参数整定。
重点：控制器的选择，PID的物理意义及离散化算法，位置式和增量式PID的差分方程，计算机控制系统的程序流程图，不完全微分法，微分先行PID算法，积分分离PID算法，单回路系统的参数整定。
第四章串级计算机控制系统 (讲课4学时)串级控制原理及特点，系统设计、控制器的选择、参数整定以及计算机控制系统的程序流程图，串级计算机控制系统的设计举例。
精品课件-工业过程控制技术实践教程(徐兵)-第10章
项目十 计算机直接控制(DDC)系统实训 图10－2 ICP7017面板图
项目十 计算机直接控制(DDC)系统实训 表10－1 ICP7017功能表
项目十 计算机直接控制(DDC)系统实训
(2)ICP－7024：4通道模拟量输出模块。ICP7024面板如 图10－3所示。ICP7024模块采用DC24V供电，并提供4通道的 输出端口。每一通道根据表10－2可输入允许范围的电压或电 流，支持485通信。
项目十 计算机直接控制(DDC)系统实训 图10－8 7000Utility软件界面
项目十 计算机直接控制(DDC)系统实训 图10－9 7000Utility软件设置界面
项目十 计算机直接控制(DDC)系统实训 图10－10 7000Utility软件通信检测界面
项目十 计算机直接控制(DDC)系统实训
项目十 计算机直接控制(DDC)系统实训
10.2 实训原理
现代自动化技术领域中，计算机技术和自动化技术被认为 是发展最为迅速的两个分支，计算机控制技术是这两个分支相 结合的产物，是工业自动化的重要支柱。计算机控制可分为集 中控制、分布式控制和直接数字控制等。直接数字控制系统是 用一台工业计算机配以适当的输入输出设备，从生产过程中经 输入通道获取信息，按照预先规定的控制算法 (如PID、内回流等)计算出控制量，并通过输出通道，直接作 用在执行机构上，实现对整个生产、实验过程的闭环控制，通 常它有几十个控制回路。
5.ICP7000计算机组态介绍 ICP7000通过RS485－232转换通信硬件和组态软件进行设 备通信组态，可采集到ICP7017输入模块送来的检测信号(如 液位、温度、流量)，在组态软件中编写PID控制算法，再由 计算机送出输出控制信号到ICP7024,最后输出到执行机构的 控制端，即可组成闭环控制。通过画面组态、动画组态和策略 组态等，可以很好地完成计算机动态实时监控对象的运行情况, 并做出丰富的动态实时、历史图形曲线。组态可以分为主控窗 口、设备窗口、用户窗口、实时数据库、运行策略五大块内容， 完成这五项，即完成组态的全过程。在用户窗口选项菜单中， 可建立所有的计算机监控界面组态窗口,如图10－11所示。
精品课件-工业过程控制技术实践教程(徐兵)-第11章
项目十一 基于PLC的过程控制系统实训
2.PLC模拟量扩展模块——EM235 EM235模块为S7－200PLC的模拟量扩展模块，只要将模拟 量的扩展接口线与主机扩展口相连，即可完成PLC的扩展。 EM235硬件结构如图11－2所示。
项目十一 基于PLC的过程控制系统实训 图11－2 EM235硬件结构图
项目十一 基于PLC的过程控制系统实训 3.I/O通道和变量存储表
表11－1 PLC－I/O通道存储表
项目十一 基于PLC的过程控制系统实训 表11－2 PLC控制系统PID变量存储表
项目十一 基于PLC的过程控制系统实训
11.3 PLC过程控制实训装置介绍 1.概述 过程控制实验装置是根据我国工业自动化及相关专业教学 特点，吸取了国外同类实验装置的特点和长处，并与目前大型 工业自动化现场紧密联系，采用了工业上广泛使用并处于前沿 的AI智能仪表加组态软件控制系统，经过精心设计、多次实验 和反复论证后，推出的一套基于高等院校学生、研究生教学和 学科基地建设的实验设备。该设备涵盖了“信号和信息处理”、 “传感技术”、“工程检测”、“模式识别”、“控制理论”、 “自动化技术”、“智能控制”、“过程控制”、“自动化仪 表”、“计算机应用和控制”、“计算机控制系统”等课程的 教学实验与研究。整个系统美观实用，功能多样，使用方便， 既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，可以满 足不同层次的教学和研究要求。
项目十一 基于PLC的过程控制系统实训 图11－5 进统实训 11.4.2 实验内容
1.一阶单容上水箱对象特性测试实验接线图 接线说明：如图11－6所示，将S7－200PLC的A/O输出端 的正极接至电动调节阀的4mA～20mA输入端的+端 (即正极)； 将S7－200PLC的A/O输出端的负极接至电动调节阀的4mA～ 20mA输入端的-端(即负极)。
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表10－2 ICP7024功能表
3.ICP7017模块的功能介绍 (1)ICP7017模块：8通道模拟量输入模块。工作电源： DC24V；输入类型：电压、电流。输入范围：-150mV～ 150mV，-500mV～500mV，-1V～1V，-5V～5V -10V～ 10V，-2mA～20mA。 通信方式：485通信。 ICP7017模块外部接线图见图10－4。任一通道的接线 方式见图10－5。
图10－8 7000Utility软件界面
图10－9 7000Utility软件设置界面
图10－10 7000Utility软件通信检测界面
5.ICP7000计算机组态介绍 ICP7000通过RS485－232转换通信硬件和组态软件进行设 备通信组态，可采集到ICP7017输入模块送来的检测信号(如液 位、温度、流量)，在组态软件中编写PID控制算法，再由计算 机送出输出控制信号到ICP7024,最后输出到执行机构的控制端， 即可组成闭环控制。通过画面组态、动画组态和策略组态等， 可以很好地完成计算机动态实时监控对象的运行情况,并做出 丰富的动态实时、历史图形曲线。组态可以分为主控窗口、设 备窗口、用户窗口、实时数据库、运行策略五大块内容，完成 这五项，即完成组态的全过程。在用户窗口选项菜单中，可建 立所有的计算机监控界面组态窗口,如图10－11所示。
10.2 实训原理
现代自动化技术领域中，计算机技术和自动化技术被认 为是发展最为迅速的两个分支，计算机控制技术是这两个分 支相结合的产物，是工业自动化的重要支柱。计算机控制可 分为集中控制、分布式控制和直接数字控制等。直接数字控 制系统是用一台工业计算机配以适当的输入输出设备，从生 产过程中经输入通道获取信息，按照预先规定的控制算法 (如PID、内回流等)计算出控制量，并通过输出通道，直接 作用在执行机构上，实现对整个生产、实验过程的闭环控制， 通常它有几十个控制回路。
10.3 计算机直接控制(DDC)实训系统介绍
1.实训对象和信号系统 控制对象、信号面板和组态软件的安装请参照项目九中 的相关内容。 2.DDC控制实训系统部件介绍 (1)ICP7017：8通道模拟量输入模块。ICP7017面板如图 10－2所示，ICP7017模块采用DC24V供电，并提供4通道的 输入端口。每一通道根据表10－1可输入允许范围的电压或 电流，并支持RS485通信。
2.二阶中水箱液位PID整定实验接线图
图10－16 实验连线图
3.反应釜内胆温度二位式控制实验接线图
图10－4 ICP7017接线图
图10－5 ICP7017任一通道接线图
(2)块：4路电压型模拟量输出，4路电流型模 拟量输出。工作电源：DC24V。
电流输出范围：0mA～20mA，4mA～20mA。 电压输出范围：-10V～10V，0V～10V，-5V～5V， 0V～5V。 通信方式：485通信。 ICP7024模块外部接线图见图10－6。任一通道的接线 方式见图10－7。
图10－1 DDC系统结构框图
DDC系统结构框图如图10－1所示。实验过程中的各种 物理量(如温度、压力、流量、液位等)由一次仪表(如温度变 送器、压力变送器等)测量放大，统一变换为4mA～ 20mA(或1V～5V)信号，通过ICP7017模/数转换，作为DDC 的输入，计算机按照预定的控制程序，对被测量进行必要的 处理、分析和比较，并按一定的规律(如PID控制规律)进行 运算，从而得出控制量的改变值，输出到ICP7024数/模转换 直接控制执行机构。ICP7017是带通信功能的A/D采集卡， ICP7024是带通信功能的D/A输出卡。作为工控机A/D采集 卡的延伸产品在工控领域得到了广泛的应用。
项目十 计算机直接控制(DDC)系统实训
10.1 实训目的 10.2 实训原理 10.3 计算机直接控制(DDC)实训系统介绍 10.4 实训内容
10.1 实训目的
了解计算机直接控制系统的工作原理，理解计算机直接 控制系统应用的基础概念和基本知识，掌握计算机直接控制 系统在过程控制系统中的应用方法。
图10－2 ICP7017面板图
表10－1 ICP7017功能表
(2)ICP－7024：4通道模拟量输出模块。ICP7024面板如 图10－3所示。ICP7024模块采用DC24V供电，并提供4通道 的输出端口。每一通道根据表10－2可输入允许范围的电压 或电流，支持485通信。
图10－3 ICP7024面板图
表10－3 通道组态连接表
图10－13 组态界面
图10－14 实时数据库
10.4 实训内容
基于DDC控制系统进行实训的实验目的、原理、内容 以及要求可参考项目九中的各项实验。以下仅列出实验接线 图，供参考。
1.上水箱液位PID整定实验接线图 上水箱液位PID整定实验接线如图10－15所示。
图10－15 上水箱液位PID整定实验接线图
图10－6 ICP7024接线图
图10－7 ICP7024任一通道接线图
4.7000Utility软件 7000Utility软件是研华公司7000系列模块附带的上位机 组态软件，用于组态I/O模块ICP7017、ICP7024，主要提供 以下功能: (1)检测与主机相连的7000系列模块。 (2)设置7000系列模块的配置。 (3)对7000系列各个模块执行数据输入或数据输出。 (4)保存检测到模块的信息(文件格式为*.map) 7000Utility软件的使用界面如图10－8所示。
图10－11 用户窗口菜单
图10－12 设备组态窗口
不同的实验需要采集不同的数据，设置不同的通道。 ICP7017模块同时提供4路电压输入通道。若实验中只要用 到一个通道，则不同的实验可以共用一个通道。例如：通道 AD0上的数据对象为pv1，那么流量、温度、液位等都可以 通过这个通道采集，只是需要在用户窗口里的控制脚本中把 pv1转化为流量、温度、液位的对应值即可。通道组态连接 表见表10－3。