过程控制系统课程设计
过程控制系统课设
过程控制系统课程设计一、设计任务书1. 题目PH控制系统2. 设计要求①设计义某化工过程中废液中和的pH控制系统；②对控制系统稳定性进行分析；③对控制系统的参数进行整定；④控制系统Simulink仿真。
3 . 仪器设备A3000现场控制系统，pH控制系统。
二、基本原理pH控制系统子工业，尤其是化工等行业，应用非常广泛。
利用pH控制可以实现化工过程的正常生产过程、造纸厂等化工厂废液达标排放等。
1. pH的特点PH控制系统的主要方式有：有一种碱（或酸）滴定另一种物质使pH值保持在某一值上；对两种分别呈酸性和碱性物质的流量进行控制使pH值保持在某一值上；控制两种物质使混合溶液保持在一定的pH值上。
PH控制和其他控制参数的不同主要有以下两点：●PH滴定曲线的高度非线性；●滴定过程的测量纯滞后特性。
图01为典型的酸碱滴定特性曲线。
从图01知，溶液的pH值随中和流量非线性变化。
图01 典型的酸碱滴定特性曲线显然在控制系统中将pH值的变化转化为中和反应酸碱的控制流量变化，是根据滴定特性曲线进行的。
将滴定特性曲线转化为酸碱流量变化规律的方法主要有三种：●利用非线性阀补偿过程的非线性；●采用三段式滴定调节器，用三条相接的线性段代替非线性滴定曲线；●采用滴定曲线的非线性调节器精确描述滴定曲线。
随着技术的进步，利用非线性阀补偿滴定曲线非线性用的越来越少；而基于计算机功能元器件或计算机的第二种方法和第三种方法应用越来越多。
对滞后的补偿常采用以下三种方法：●微分Smith补偿方法，由于该方法本身适应能力较差，较少使用；●改进的Smith补偿方法；●自适应方法，应用较多的是增益自适应的Smith法。
为了提高控制系统的误差跟踪能力，pH控制系统经常采用的控制策略是PI或PID，不能采用P调节。
2. 三段式非线性调节器和采用滴定曲线的非线性调节器（1）三段式非线性调节器实际中，酸碱中和后通过pH计测得pH值的大小，控制系统当前pH值大小折算成溶液中酸碱量的多少，并调节系统酸碱流量的大小实现要求的pH值。
过程控制系统课程设计任务书
设计说明书一份（总体设计、硬件组态、相关数据连接、控制程序清单等）
பைடு நூலகம்四、进程安排
周一：硬件模块组态
周二：相关数据的连接与调试
周三：编写控制程序，进行软件调试
周四：撰写设计说明书
周五：答辩
五、主要参考资料
1、吴作明主编，工控组态软件与PLC应用技术，北京航空航天大学出版社
（2）组态的说明。
3.系统程序的设计。
（1）相关数据的连接。
（2）控制程序的编写。
4．完成的控制系统能达到题目的要求。
5．撰写设计说明书。
二、设计原始资料
施仁主编，自动化仪表与过程控制，电子工业出版社。
许志军主编，工业控制组态软件及应用，机械工业出版社。
三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）
2、潘立登主编，过程控制，机械工业出版社。
3、侯志林主编，过程控制与自动化仪表，机械工业出版社
指导教师（签名）：
教研室主任（签名）：
过程控制系统课程设计任务书
一、设计题目、内容及要求
设计题目：过程控制系统课程设计
设计内容：
下列设计中其中一项作为设计内容：水箱液位串级控制，水箱液位与进水口流量串级控制，锅炉夹套水温与锅炉内胆水温串级控制。
设计要求：
1、根据题目要求进行控制系统总体设计。
2.完成系统硬件模块的组态。
（1）硬件模块组态。
过程控制系统课程设计
过程控制系统课程设计(总14页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--过程控制系统课程设计班级：本组成员：2012年01月12日设计报告目录【1】内容一：过程控制课程设计的相关资料 (1)【2】内容二：过程控制课程设计 (6)（1）过程控制系统设计及其主要内容 (6)（2）被控对象特性分析 (6)（3）控制系统控制结构原理图 (7)（4）控制系统工艺流程图 (8)（5）一次仪表选型表 (10)（6）课程设计总结 (11)（7）参考文献 (12)内容一：过程控制课程设计的相关资料一．液位控制系统中PID控制数字PID控制是在实验研究和生产过程中采用最普遍的一种控制方法，在水箱控制系统中有着极其重要的控制作用。
常用的PID控制系统原理框图如下所示：PID控制器是一种线性控制器，它是根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成偏差PID控制规律为：写成传递函数形式为：PID是比例,积分,微分的缩写形式：比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。
积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。
因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。
积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。
反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。
积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。
因此,可以改善系统的动态性能。
在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。
微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。
过程控制的课程设计
过程控制的课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解过程控制的基本概念，掌握其核心原理；2. 使学生能够运用所学知识，分析并解决实际过程中的控制问题；3. 引导学生了解过程控制在不同领域的应用，拓展知识视野。
技能目标：1. 培养学生运用数学模型描述实际过程的能力；2. 提高学生设计简单过程控制系统并进行仿真实验的能力；3. 培养学生运用现代工具对过程控制问题进行分析和解决的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制学科的兴趣和热情，激发求知欲；2. 引导学生树立正确的工程观念，认识到过程控制在国民经济发展中的重要作用；3. 培养学生的团队合作意识和严谨的科学态度，提高责任感。
课程性质：本课程为应用性较强的学科，旨在培养学生的实际操作能力和创新精神。
学生特点：学生具备一定的物理、数学基础，具有较强的逻辑思维能力和动手能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调在实际问题中发现、分析、解决问题的能力。
通过课程学习，使学生能够将所学知识内化为具体的学习成果，为后续相关课程的学习和实际工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 过程控制基本概念：控制系统组成、开环与闭环控制、控制系统的性能指标；2. 数学模型描述：传递函数、状态空间表示、线性系统的特性；3. 过程控制原理：PID控制算法、超前-滞后校正、串并行控制；4. 过程控制系统设计：系统建模、控制器设计、系统仿真；5. 过程控制应用案例分析：工业生产过程、生物医学工程、环境监测等领域的应用实例；6. 现代过程控制技术：智能控制、网络控制、大数据在过程控制中的应用。
教学大纲安排：第一周：过程控制基本概念及性能指标；第二周：数学模型描述及传递函数；第三周：过程控制原理及PID控制算法；第四周：过程控制系统设计及建模；第五周：过程控制应用案例分析；第六周：现代过程控制技术及其发展趋势。
教学内容与教材关联性：教学内容紧密结合教材章节，涵盖教材中过程控制的核心知识，注重理论与实践相结合，以提高学生的实际应用能力。
过程控制课程设计
过程控制 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解过程控制的基本概念，掌握其原理和分类。
2. 使学生掌握过程控制系统中常用的数学模型及其应用。
3. 引导学生了解过程控制系统的设计方法和步骤。
技能目标：1. 培养学生运用数学模型分析和解决过程控制问题的能力。
2. 培养学生设计简单过程控制系统的能力，能根据实际需求选择合适的控制策略。
3. 提高学生运用现代工具（如计算机软件）进行过程控制系统仿真的技能。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制学科的兴趣和热情，激发他们探索未知、勇于创新的科学精神。
2. 培养学生具备良好的团队合作意识，学会与他人共同分析问题、解决问题。
3. 引导学生认识到过程控制在工业生产、环境保护等领域的重要作用，增强他们的社会责任感和使命感。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在让学生掌握过程控制的基本知识和技能，培养他们解决实际问题的能力。
通过课程学习，学生将能够：1. 理论联系实际，运用所学知识分析、解决过程控制问题。
2. 掌握过程控制系统的设计方法和步骤，具备一定的控制系统设计能力。
3. 提高自身的科学素养，培养良好的团队合作精神和创新意识。
4. 关注过程控制在社会生产中的应用，为我国工业发展和环境保护做出贡献。
二、教学内容1. 过程控制基本概念：包括过程控制定义、分类、发展历程及其在工业中的应用。
教材章节：第一章 绪论2. 过程控制系统数学模型：介绍控制系统的传递函数、状态空间表达式、方块图及其相互转换。
教材章节：第二章 数学模型3. 过程控制策略：讲解比例、积分、微分控制规律，以及串级、比值、前馈等复合控制策略。
教材章节：第三章 控制策略4. 过程控制系统设计方法：阐述控制系统的设计原则、步骤和方法，包括稳定性分析、性能指标和控制器设计。
教材章节：第四章 系统设计与分析5. 过程控制系统仿真：介绍过程控制系统仿真软件及其应用，通过实例演示仿真过程。
教材章节：第五章 系统仿真与实现6. 过程控制案例分析：分析典型过程控制系统的实际问题，探讨解决方案。
过程控制系统课程设计
过程控制系统课程设计过程控制系统课程设计引言：过程控制系统是工程技术中的重要组成部分，它负责对工业过程进行监控与控制，以确保工艺的稳定性和高效性。
在过程控制系统课程设计中，学生将探讨过程控制系统的原理与应用，并通过实践设计一个实际的过程控制系统。
一、绪论过程控制系统又称作工业控制系统，它广泛应用于化工、电力、机械制造等领域。
过程控制系统的主要目标是监控和控制工业过程，以确保产品质量、提高生产效率和降低能源消耗。
通过对传感器的采集和执行器的控制，过程控制系统可以实现自动化的生产。
二、过程控制系统的组成1.传感器与执行器：传感器负责采集工业过程中的各项参数，如温度、压力、流量等。
执行器则负责根据控制系统的指令，对工艺过程进行调节和控制。
2.控制器：控制器是过程控制系统的核心，它根据传感器采集到的数据，通过算法和控制策略进行分析和判断，产生相应的控制信号送往执行器。
3.人机界面：人机界面是人与过程控制系统之间的桥梁，它提供了一个直观、友好的操作界面，使操作人员可以实时地监控和控制生产过程。
三、过程控制系统的设计步骤1.确定系统的目标：在设计过程控制系统前，首先需要明确系统的目标，即要控制的工艺过程中所需达到的标准和要求。
2.收集和分析数据：通过传感器采集工艺过程中的数据，并进行数据分析，了解工艺过程的变化规律和特点。
3.建立模型：根据收集到的数据，建立工艺过程的数学模型，用于后续的控制系统设计。
4.选择控制策略：根据工艺过程的性质和目标要求，选择合适的控制策略，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
5.设计控制算法：根据选择的控制策略，设计相应的控制算法，并将其实现在控制器中。
6.仿真和优化：使用仿真工具对设计好的控制系统进行仿真，并进行调整和优化，以使系统的性能符合要求。
7.实现与调试：根据控制器的设计方案，采购和安装相应的硬件设备，并进行调试和验证。
8.监控与维护：设计好的过程控制系统需要持续地进行监控和维护，以确保系统的稳定性和可靠性。
过程控制系统课程设计书
6. 撰写课程设计报告，总结设计过程和成 果。
02
过程控制系统基本原理
过程控制概念及分类
过程控制概念
过程控制是对生产过程中的各种工艺参数进行实时测量、调 节和控制，以确保生产过程的稳定、高效和安全。它是自动 化技术的重要组成部分，广泛应用于化工、冶金、电力、轻 工等工业领域。
过程控制分类
根据控制对象的不同，过程控制可分为温度控制、压力控制 、流量控制、液位控制等；根据控制策略的不同，过程控制 可分为开环控制和闭环控制；根据控制器结构的不同，过程 控制可分为单回路控制和多回路控制。
感谢观看
静态特性分析
01
研究被控对象在稳态工作条件下的输入输出关系，包括线性度
、死区、滞后等特性。
动态特性分析
02
研究被控对象在动态过程中的输入输出关系，包括时域响应、
频域响应等特性。
稳定性分析
03
研究被控对象在受到扰动后的恢复能力，包括稳定性判据、稳
定裕度等特性。
数学模型建立方法
01
机理建模法
根据被控对象的物理或化学原理 ，建立描述其动态行为的数学模 型。
系统辨识法
02
03
混合建模法
利用实验数据，通过系统辨识方 法确定被控对象的数学模型结构 和参数。
结合机理建模和系统辨识方法， 充分利用已知信息和实验数据， 建立更准确的数学模型。
模型参数辨识与校正
参数辨识方法
利用最小二乘法、梯度下降法等 优化算法，对实验数据进行拟合 ，得到模型参数的最优估计值。
模型校正方法
过程控制系统组成要素
被控对象
被控对象是指需要控制的工艺参数或设备，如温 度、压力、流量等。
控制器
《过程控制系统课程设计》任务书
《过程控制系统》任务书一、课程设计目的及基本任务通过本课程设计将了解自动控制工程设计的基本概念、基本方法、设计原则及设计思想的表达。
通过该课程设计的学习，应能达到：（1）熟悉自控工程初步设计及施工图设计的基本内容及深度要求。
（2）能读懂自控工程初步设计及施工图设计的各种文件、图纸，并能根据这些设计资料进行工程实施。
（3）熟悉自控元件的工程表达，会查阅相关的标准和手册，能完成简单的自控工程设计。
二、课程设计学习内容（1）了解工程设计的内容（2）熟悉管道仪表流程图的画法（3）了解自控设备的选型原则（4）了解工程设计的深度要求及各设计环节的基本设计方法三、课程设计基本要求及意义要求：根据指定的工艺背景及物理模拟装置的具体情况，自行确定工艺要求及工艺参数，包括：正常工作流量、液位、温度、报警限值、启停工作顺序等。
意义：使学生建立起过程控制工程设计的概念，对过程控制工程设计有一整体的连接。
四．课程设计题目1、35吨过热蒸汽锅炉给水系统自控工程设计（常规仪表控制方案）2、35吨过热蒸汽锅炉给水系统自控工程设计（DCS方案）3、35吨过热蒸汽锅炉燃烧系统自控工程设计（常规仪表控制方案）4、35吨过热蒸汽锅炉燃烧系统自控工程设计（DCS方案）5、35吨过热蒸汽锅炉过热蒸汽系统自控工程设计（常规仪表控制方案）6、35吨过热蒸汽锅炉过热蒸汽系统自控工程设计（DCS方案）7、35吨过热蒸汽锅炉给水调节阀选型，蒸汽流量测量孔板计算。
（常规仪表控制方案）8、35吨过热蒸汽锅炉给水调节阀选型，蒸汽流量测量孔板计算。
（DCS方案）五．学生应交出的设计文件1．初步设计说明，包括：1）总体设计思路、自动化水平；2）自动检测、调节项目设计及选型依据；3）控制方式、自动控制系统方块图。
2．原理方框图3．仪表、自动化设备选型表4．绘制管道仪表流程图（P&ID）5．控制盘盘前布置图6．仪表、自动化设备接线图7．仪表数据表8．自控设备表9．截流元件计算书及流量仪表选型10．阀门选型计算书及阀门选型11．自控设计预算书系统组态应包括：至少两个以上工艺画面、所有测量参数的显示、手动及自动操作界面、主要参数的记录及趋势图、调节及显示仪表的设置及整定界面和现场运行及整定。
《过程控制系统》课程设计
控制器参数工程整定方法
方法四：响应曲线法：如果被控对象是 一阶惯性环节 ，或具有很小滞后的一阶 惯性环节，若用临界比例带法或阻尼振 荡法（4:1衰减）就有难度。对于这种情 况，可采用下述的响应曲线法来整定控 制器的参数。
响应曲线法
方法三：响应曲线法：
X0
X0
令控制器的输出为幅度为x0,的阶跃信号，则对象经测量变送器后的输出Y（t）。
MATLAB 软件简介
MATLAB这个词代表“矩阵实验室” （matrix laboratory）。它的基 本数据元素是没有维数限制的阵列 （矩阵）。
MATLAB 软件简介
MATLAB是一种高效的工程计算语言， 其典型应用主要包括以下几个方面：数 学计算；
算法开发； 系统建模和仿真； 数据分析和可视化； 科学和工程绘图；
控制器参数工程整定方法
方法二：临界比例度（带）法：
比例度（带）δ(%) ：与比例系数Kc成 反比关系。
这种整定方法是在闭环情况下进行的。 设TI=∞，TD=0 ，使控制器工作在纯 比例情况下，将比例带由大逐渐变小(对 应的比例系数Kc由小逐渐变大)，使系统 的输出响应呈现等幅振荡。
临τ、T和 Kc。
响应曲线法
K0
y() x0
y(0)
通过下式将比例系数转化为比例度：
1 100%
K0
响应曲线法
利用下表所示的经验公式，就可计算出对应于衰减率为 4:1时控制器的相关参数。
使用MATLAB建立仿真模型
首先在命令窗口中键入“simulink”命令 或在MATLAB工具条上用鼠标左键单击 相应的工具按钮都可以起动simulink模 块库浏览器窗口。
工业被控过程的建模
过程控制类课程设计
过程控制类课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解过程控制的基本概念，掌握其原理和应用范围。
2. 学生能够掌握过程控制系统的数学模型，并能够运用相关公式进行简单计算。
3. 学生能够了解过程控制中的常见参数，如偏差、控制变量、扰动等，并理解它们在控制系统中的作用。
技能目标：1. 学生能够运用所学的过程控制知识，设计简单的控制系统，并分析其性能。
2. 学生能够运用图表、仿真软件等工具对过程控制系统进行模拟和优化。
3. 学生能够通过实验操作，观察过程控制现象，培养实际操作能力和观察能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到过程控制在实际工程领域的重要性和广泛应用，增强对工程技术的兴趣。
2. 学生能够在团队合作中发挥个人优势，培养沟通协作能力和解决问题的能力。
3. 学生能够关注过程控制技术对社会和环境的影响，树立正确的工程伦理观念。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在使学生在掌握过程控制基本知识的基础上，能够将其应用于实际问题的分析和解决。
通过本课程的学习，学生将具备一定的过程控制系统设计和优化能力，同时培养良好的团队合作精神和工程伦理观念。
为实现这些目标，课程将重点关注知识点的实际应用，结合实验、案例分析等教学方法，使学生能够将理论知识与实际操作相结合，提高教学效果。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 过程控制基本概念：介绍过程控制定义、分类及应用领域，使学生了解过程控制的基本框架。
教学内容：第一章第一节“过程控制的基本概念”。
2. 过程控制数学模型：讲解过程控制系统的数学描述，包括传递函数、状态空间表达式等。
教学内容：第一章第二节“过程控制的数学模型”。
3. 过程控制参数：阐述偏差、控制变量、扰动等参数的定义及在控制系统中的作用。
教学内容：第一章第三节“过程控制参数及其作用”。
4. 过程控制策略：介绍PID控制、模糊控制等常见控制策略，分析其优缺点及适用场景。
教学内容：第一章第四节“过程控制策略”。
过程控制系统课程设计
过程控制系统课程设计过程控制系统是现代工程中不可或缺的一部分，它在工业生产中起着至关重要的作用。
在过程控制系统的课程设计中，我们需要根据实际情况选择合适的设计方案，并进行详细的设计和实施。
本文将介绍过程控制系统课程设计的相关要点和步骤。
一、设计目标和要求在进行过程控制系统课程设计之前，首先要明确设计的目标和要求。
这包括所要控制的过程、控制系统的性能要求、安全要求等。
只有明确了设计目标和要求，才能有针对性地进行设计。
二、系统建模和仿真在过程控制系统课程设计中，系统建模和仿真是非常重要的步骤。
通过对待控对象进行建模，可以更好地理解和描述系统的动态特性。
然后，可以使用仿真软件进行仿真实验，验证设计的有效性。
三、控制系统设计在控制系统设计过程中，需要选择合适的控制策略和控制器参数。
控制策略可以根据具体情况选择，如比例-积分-微分（PID）控制、模糊控制、自适应控制等。
同时，要根据系统的动态特性和性能要求，调整控制器的参数以实现良好的控制效果。
四、硬件和软件实现在过程控制系统课程设计中，需要选择合适的硬件设备和软件工具进行实现。
硬件方面包括传感器、执行器和控制器等设备的选择和搭建。
软件方面可以采用各种编程语言或软件平台进行开发和编码。
五、系统调试和优化在实施和实施过程中，需要进行系统调试和优化。
这包括对传感器和执行器的校准、控制器参数的优化调整以及整个系统的调试和测试。
通过优化和调试，可以提高系统的控制性能和稳定性。
六、结果分析与总结在过程控制系统课程设计完成后，需要对设计结果进行分析和总结。
对系统的控制性能进行评价，分析系统存在的问题，并提出改进的建议。
同时，总结设计的经验和教训，为今后的工程实践提供参考。
总结：过程控制系统课程设计是一个综合性的实践性项目，要求学生在理论和实践中相结合，从实际出发，进行系统性的设计和实现。
通过这个设计项目，可以提高学生的工程实践能力和解决问题的能力。
希望本文所介绍的过程控制系统课程设计的要点和步骤，能对读者有所帮助。
过程控制系统课程设计
一、设计目的与要求：了解并掌握单回路控制系统的构成和控制原理。
了解PID 参数整定的基本方法，如Ziegler-Nichols 整定方法、临界比例度法或衰减曲线法。
学会用matlab 中的Simulink 仿真系统进行PID 参数整定。
二、设计正文：在热工生产过程中，最简单、最基本且应用最广泛的就是单回路控制系统，其他各种复杂系统都是以单回路控制系统为基础发展起来的。
单回路控制系统的组成方框原理图如图1所示，它是由一个测量变送器、一个控制器和一个执行器（包括调节阀），连同被控对象组成的闭环负反馈控制系统。
干扰图1、单回路控制系统组成原理方框图控制器的参数整定可分为理论计算法和工程整定法。
理论计算方法是基于一定的性能指标，结合组成系统各环节的动态特性，通过理论计算求得控制器的动态参数设定值。
这种方法较为复杂繁琐，使用不方便，计算也不是很可靠，因此一般仅作为参考；而工程整定法，则是源于理论分析、结合实验、工程实际经验的一套工程上的方法，较为简单，易掌握，而且实用。
常用的工程整定法有经验法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法等等，本设计中主要是应用Ziegler-Nichols 整定方法来整定控制器的参数。
参数整定的基本要求如下所述：1、通过整定选择合适的参数，首先要保证系统的稳定，这是最基本的要求。
2、在热工生产过程中，通常要求控制系统有一定的稳定裕度，即要求过程有一定的衰减比，一般要求4：1~10：1。
3、在保证稳定的前提下，要求控制过程有一定的快速性和准确性。
所谓准确性就是要求控制过程的动态偏差和稳态偏差尽量地小，而快速性就是要求控制时间尽可能地短。
总之，以稳定性、快速性、准确性去选择合适的参数。
目前工程上应用最广泛的控制是PID 控制，这种控制原理简单，使用方便；适应性强；鲁棒性强，其控制品质对被控对象的变化不太敏感。
（1）比例控制（P 控制）：G c (s)=K p =1/δ； （2）比例积分控制（PI 控制）：G c (s)=K p (1+1/T I s)=1/δ(1+1/T I s)； （3）比例积分微分控制（PID 控制）：G c (s)=K p (1+1/T I s+T D s)。
过程控制系统课程设计.d
过程控制系统课程设计2篇过程控制系统课程设计（一）一、引言过程控制系统是现代工业生产中不可或缺的重要组成部分，它通过对工业过程中涉及的各个环节进行控制，提高生产效率、优化工艺流程、降低生产成本。
本文将对过程控制系统进行设计和优化，以实现对工业生产过程的有效控制和管理。
二、设计目标本次课程设计的目标是设计一个能够对一个工业生产过程进行控制和管理的过程控制系统。
通过该系统，能够实时监测和控制工业生产过程中的各个环节，提高生产效率和产品质量，减少资源浪费和成本损失。
三、系统需求1. 数据采集和监测：系统需要能够实时采集和监测工业生产过程中涉及的各个参数和数据，包括温度、压力、流量等。
2. 控制算法设计：系统需要能够根据实时采集的数据，设计和优化控制算法，从而实现对生产过程的精确控制和调节。
3. 故障检测和预警：系统需要能够检测和诊断生产过程中的故障，并及时发出预警信号，以减少故障对生产过程的影响。
4. 数据存储和分析：系统需要能够对采集到的数据进行存储和分析，以便后续的数据挖掘和决策支持。
四、系统设计1. 硬件设计：系统的硬件部分主要包括传感器、控制器和执行器。
传感器用于采集工业生产过程中的各种数据和参数，控制器用于实时监测和控制生产过程，执行器用于执行控制指令。
2. 软件设计：系统的软件部分主要包括数据采集与监测模块、控制算法设计模块、故障检测与预警模块以及数据存储与分析模块。
3. 网络设计：为了实现远程监控和管理，系统需要建立一个可靠的通信网络，以实现与远程终端的数据传输和控制。
五、系统优化在设计过程中，我们还可以对系统进行优化，以进一步提高生产效率和产品质量。
具体的优化措施包括以下几个方面：1. 控制算法优化：通过对控制算法的优化和改进，可以进一步提高对生产过程的控制效果，实现更加精确和稳定的控制。
2. 故障检测与预警优化：通过对故障检测与预警模块的优化，可以提高故障检测的准确性和预警的时效性，为及时处理故障提供有力支持。
过程控制系统课程设计
熟悉常用的控制算法、控制 器设计和优化方法。
了解过程控制系统的性能指 标评价方法，能够对所设计 的系统进行性能分析和优化 。
课程设计流程
01 02 03 04 05
确定设计任务和要求，明确设计目标。
进行系统分析和设计，包括被控对象特性分 析、控制算法选择、控制器设计等。
完成系统实现，包括硬件选型、软件编程、 系统调试等。
通过参加科研项目、实践实习等方式，加强实践 能力培养，提高解决实际问题的能力。
谢谢聆听
01
实验注意事项
02
确保数学模型的准确性；
03
合理选择控制器参数；
04
注意仿真实验的边界条件。
实验结果分析与讨论
实验结果展示
通过图表等形式展示实验结果，包括系统响应曲线、误差曲线等 。
结果分析
对实验结果进行分析，包括系统性能评估、控制器性能评估等。
结果讨论
根据实验结果，讨论控制策略的有效性、可行性以及改进方向等 。
过程控制分类
根据控制对象的不同，过程控制可分为温度控制、压力控制、流量控制、液位 控制等；根据控制策略的不同，过程控制可分为开环控制和闭环控制。
过程控制系统组成
A
被控对象
被控对象是过程控制系统中需要调节的工艺参 数，如温度、压力、流量等。
测量变送器
测量变送器用于将被控对象的参数转换为 标准信号，以便控制器进行处理。
针对特定应用场合进行流量控制系统的优化设计，如减少管道阻力、 提高阀门调节性能等，以提高系统的控制精度和稳定性。
06 过程控制系统仿真与实验
MATLAB/Simulink仿真工具介绍
MATLAB概述
MATLAB是一款由MathWorks公司开发的高级编程语言和交互式环境，广泛应用于算 法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算等领域。
过程控制系统课程设计
过程控制系统 课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解过程控制系统的基本概念、原理及分类；2. 掌握过程控制系统中各组成部分的作用及其相互关系；3. 学会分析简单过程控制系统的工作原理和性能指标；4. 了解过程控制系统在实际工程中的应用。
技能目标：1. 能够运用所学知识设计简单的过程控制系统；2. 能够分析过程控制系统存在的问题，并提出相应的优化方案；3. 能够熟练运用相关软件工具对过程控制系统进行模拟与仿真；4. 能够撰写过程控制系统相关报告，并进行展示和交流。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制系统相关领域的兴趣，激发其探索精神和创新意识；2. 培养学生具备良好的团队合作精神和沟通能力，提高其解决实际问题的能力；3. 培养学生关注过程控制系统在工程实践中的应用，认识到其在社会发展中的重要性；4. 培养学生遵循工程伦理，具备良好的社会责任感和职业道德。
课程性质：本课程为理论与实践相结合的课程，旨在帮助学生掌握过程控制系统的基本知识和技能，提高解决实际问题的能力。
学生特点：学生具备一定的物理、数学和工程基础，具有较强的学习能力和动手能力。
教学要求：结合学生特点和课程性质，通过案例分析、实验操作、小组讨论等形式，引导学生主动参与教学过程，提高其理论联系实际的能力。
在教学过程中，注重培养学生的创新意识和团队协作精神，使学生在掌握基本知识的同时，提升自身综合素质。
最终实现课程目标的分解和落实，为后续教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 过程控制系统的基本概念与原理- 控制系统的定义、分类及特点- 控制系统的数学模型- 控制系统的性能指标2. 过程控制系统的组成与设计- 控制器的设计与选择- 执行器的类型与特性- 测量变送器的原理与应用- 控制系统的工程设计与实现3. 过程控制系统的分析方法- 稳态分析及稳态误差- 动态分析及系统稳定性- 频率响应分析及应用4. 过程控制系统的先进控制策略- 模糊控制原理及应用- 神经网络控制原理及应用- 预测控制原理及应用5. 过程控制系统的实际应用案例分析- 工业生产过程中的控制系统案例分析- 环境监测过程中的控制系统案例分析- 机器人控制系统案例分析6. 过程控制系统实验与仿真- 控制系统的模拟实验- 控制系统的仿真软件应用- 实验数据分析和报告撰写教学内容安排与进度：第1-2周：过程控制系统的基本概念与原理第3-4周：过程控制系统的组成与设计第5-6周：过程控制系统的分析方法第7-8周：过程控制系统的先进控制策略第9-10周：过程控制系统的实际应用案例分析第11-12周：过程控制系统实验与仿真教学内容与教材关联性：本教学内容紧密结合教材，涵盖过程控制系统的基础知识、设计方法、先进控制策略及实际应用等方面，确保学生能够系统地掌握过程控制系统的相关理论和技术。
过程控制系统课程设计
过程控制系统课程设计1. 概述过程控制系统是一种以电子数字技术为基础的实时控制系统。
它通过对工业生产中液体、气体、固体等物质的流量、压力、温度等关键指标进行监测、控制与调节，以保证生产的连续和质量稳定。
本课程设计旨在通过设计模拟一个火车站的过程控制系统，帮助同学们深入理解过程控制系统的原理和实现。
2. 课程设计要求2.1 设计目标•设计一个火车站的过程控制系统。
•该火车站包括两个车站和一个铁路交叉口，车站间的距离为4公里，交叉口处的距离为2公里。
•设计程序模拟通过该火车站的10列火车的运行。
•每列火车的速度、装载量、卸载量等参数是随机设定的。
•设计程序可实现对火车的自动安排、安全检测等操作。
2.2 设计内容设计包括以下内容：2.2.1 程序框架•程序应具有图形用户界面。
•程序应能自动调度尚未到站的列车，同时需要考虑铁路交叉口的坐标情况。
•程序应根据实际情况，计算每列火车到站时间，并做好相应的停车、装卸货物等操作。
2.2.2 火车数据模拟设计程序能够随机生成10辆火车的相关数据，包括每列火车的速度、装载量、卸载量、到站时间等参数，并将这些数据保存至文件中。
2.2.3 数据读入与处理设计程序能够从文件中读取数据，并对数据进行处理，计算出每列火车到站时间和停留时间，并输出到图形化界面中。
2.2.4 实时监测与控制•设计程序应具有实时监测功能，能即时反馈各列火车的运行状态。
•程序应实现对火车的自动控制功能，及时识别并处理出问题的列车。
2.3 额外要求•设计程序应具有良好的用户体验，如界面友好、操作便捷等。
•设计程序应具有较好的稳定性和安全性。
3. 思路设计3.1 数据模拟由于火车数据是随机生成的，因此可使用Python中random库中的randint函数生成随机数。
将每列火车的数据保存至文本文档中，便于读取。
3.2 数据读入使用Python中的pandas库读入文本文档，将数据存储于Pandas数据框架中。
过程控制系统课程设计
2 目录一、设计目的 2二、设计要求 3三、实现过程3 1、 系统概述 (3)1.1加热炉 (3)1.2加热炉工艺过程 ...................................................... 4 13控制参数的选择及控制燃烧方案的确定 . (5)1.4加热炉的工艺结构及其设备组成 (6)1.5生产线的特点 ........................................................ 6 2、 设计与分析 .. (7)2.1加热炉生产工艺和控制要求 (7)2.2燃烧控制系统及仿真 (7)四、总结 11五、附录 12六、参考文献12 一、设计目的经过一个学期的过程控制系统课程的学习，对过程控制有了一个基本的了 解。
然而仅仅在理论方面是远远不够的，需要将所学的应用于实际生产过程中， 惟独这样才干真正的对过程控制有一个比较深入的认识，为以后的学习和工作打 下一个良好的基础。
通过这次课程设计，我们可以了解具体生产工业过程控制系 统设计的基本步骤和方法。
同时也对氧化铝的生产工艺有一个大概的认识，惟独 弄清晰生产工艺对控制的具体要求，才干去设计一个过程控制系统。
同时：1、 提高对所学自动化仪表和过程控制的原理、结构、特性的认识和理解， 加深对所学知识的巩固和融会贯通。
2、针对一个小型课题的设计开辟，培养查阅参考书籍资料的自学能力，通过独立思量，学会分析问题的方法。
3、综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力。
4、培养学生严谨的工作作风，相互合作的团队精神，提髙其综合素质，获得初级工程应用经验，为将来从事专业工作建立基础。
二、设计要求燃烧量对蒸汽母线压力：G(s)= —?——r+ 100^+11、査阅资料，深入掌握钢铁工业过程的工作原理及控制要求，绘制出钢铁工业生产过程工艺流程图。
2、设计控制方案。
(1)根据燃烧对象特性及控制要求，完成燃烧量的选择、执行器、变送器的选择、控制仪表选择等方案设计。
过程控制课程设计
05
02
问题分析
温度控制是工业过程中常见的控制问题，涉 及传感器选择、控制算法设计和执行机构配 置等方面。
04
案例二
液位控制系统设计
06
解决方案
通过设计合理的液位传感器、控制器和执行机 构，实现液位的稳定控制，并考虑系统的安全 性和可靠性。
学生作品展示及评价标准
作品展示
学生将完成的过程控制课程设计作品 进行展示，包括设计思路、实现过程 、实验结果等方面。
随着互联网、物联网等技术的普及，过程控制领域将逐渐实现网络化控制，即通过网络实 现对远程设备的监控与控制，提高生产过程的自动化程度和效率。
对未来学习的建议
深入学习先进控制技术
为了适应过程控制领域的发展趋势，我们需要深入学习先进控制技术，如智能控制、多 变量协同控制等，提高自己的专业素养和竞争力。
加强实践能力和创新能力培养
解析法
通过建立被控对象的数学模型， 利用数学方法求解控制器参数， 以获得最优的控制性能。
仿真法
利用计算机仿真技术，模拟被控 对象的动态特性和控制系统的性 能，通过调整控制器参数优化系 统性能。
先进控制技术应用
预测控制
01
利用被控对象的历史数据和模型预测未来输出，通过优化算法
求解未来控制量，实现对系统的精确控制。
经验分享与改进建议
01
经验分享：在完成过程控制课程设计的过程中，学 生可以获得以下经验
02
掌握过程控制的基本原理和方法，了解不同类型的 控制系统设计。
03
熟悉常见的传感器、控制器和执行机构，以及它们 在过程控制中的应用。
经验分享与改进建议
1
学会使用仿真软件进行系统建模和仿真实验，验 证控制算法的有效性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
过程控制系统课程设计报告书课设小组：第四小组目录摘要 (1)第一章课程设计任务及说明 (2)1.1课程设计题目 (2)1.2 课程设计容 (3)1.2.1 设计前期工作 (3)1.2.2 设计工作 (4)第二章设计过程 (4)2.1符号介绍 (4)2.2水箱液位定制控制系统被控对象动态分析 (6)2.3压力定制控制系统被控对象动态分析 (7)2.4串级控制系统被控对象动态分析 (7)第三章压力 P2 定值调节 (8)3.1 压力定值控制系统原理图 (8)3.2 压力定值控制系统工艺流程图 (8)第四章水箱液位L1定值调节 (9)4.1 水箱液位控制系统原理图 (9)4.2 水箱液位控制系统工艺流程图 (9)第五章锅炉流动水温度T1调节串级出水流量F2调节的流程图 (10)5.1串级控制系统原理图 (10)5.2串级控制系统工艺流程图 (11)第六章控制仪表的选型 (12)6.1 仪表选型表 (12)6.2现场仪表说明 (13)6.3 DCS I/O点位号、注释、量程、单位、报警限及配电设置表 (14)第七章控制回路方框图 (15)总结 (15)参考文献 (16)摘要过程控制课程设计是过程控制课程的一个重要组成部分。
通过实际题目、控制方案的选择、工程图纸的绘制等基础设计和设计的学习，培养学生理论与实践相结合能力、工程设计能力、创新能力，完成工程师基本技能训练。
使学生在深入理解已学的有关过程控制和DCS系统的基本概念、组成结构、工作原理、系统设计方法、系统设计原则的基础上，结合联系实际的课程设计题目，使学生熟悉和掌握DCS控制系统的设计和调试方法，初步掌握控制系统的工程性设计步骤，进一步增强解决实际工程问题的能力。
关键词：过程控制设计DCS第一章课程设计任务及说明1.1课程设计题目：附图为某过程控制实验装置的P&ID图，该图为一示意图，并不完全符合规。
根据该图，请完成以下任务：不完全符合规的P&ID图1、指出该图不符合“自控专业工程设计用图形符号和文字代号（HG/T20637.2）”的地方。
2、如果该系统采用DCS集中控制，测量，依据相关标准重新绘制PID图。
3、在该图的基础上，设计至少两个单回路控制系统，一个串级控制系统。
控制仪表选用单回路盘装控制仪表，根据设计，简化该图，去掉不必要的阀门，测量元件，增加必要的控制仪表，重新绘制P&ID 图。
4、依据设计，根据图中提供的有关数据，分析系统的工作原理、环境、条件，选取图中所涉及的测量元件及变送器，填写所有仪表数据表。
并说明量程选择的依据。
5、具体要求为：第四组水箱液位L1定值调节之二（VC1作出水量执行器）压力P2定值调节之四（用水泵作水源、VC2作执行器的并联式压力调节）锅炉流动水温度T1调节串级出水流量F2调节1.2 课程设计容过程控制系统设计是为实现生产过程自动化，应用图纸资料和文字资料来表达设计思想和工程实现方法。
设计分为两个阶段：1.2.1 设计前期工作1）查阅资料，对被控对象动态特性进行分析，确定控制系统的被调量和调节量；2）确定自动化水平，包括确定自动控制围、控制质量指标、报警设限及手自动切换水平；3）提出仪表选型原则，包括测量、变送、调节及执行仪表的选型。
1.2.2 设计工作1）根据对被控对象进行的分析，确定系统自动控制结构，完成控制系统原理图；2）根据确定控制设备和测量取样点和调节机构，完成控制系统工艺流程图（PID图）；3）根据确定的自动化水平和系统功能，选择控制仪表，完成控制系统图（包括系统功能图和系统逻辑图）；4）对所设计的系统进行仿真试验，并进行调节器参数整定；5）编写设计说明书：1.提出控制系统的基本任务和要求；2.被控对象动态特性分析；3.选择控制系统控制结构，画控制原理图；4.选择测点和调节机构画控制系统工艺流程图；5.选择控制仪表，画图（标出调节器作用方向）；6.根据控制原理图，进行控制系统仿真实验，控制器参数整定；7.设计总结。
第二章设计过程2.1 符号介绍过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号1、常用检测元件的图形符号热电偶热电阻嵌在管道中的检测元件孔板2、仪表的图形符号就地安装盘面安装3、执行机构的图形符号电动调节阀气动调节阀动阀电磁阀W重量、力套管Y 伺放、电-气、继动器如上表所示，文字代号由两部分组成：字母部分与数字部分。
字母部分即圆中上部分代号；数字部分即圆中下部分代号。
字母部分由两部分，第一个字母为所处理的变量，例如温度T、压力P、物位L、流量F。
需要时其后面可跟一个修饰字母，例如‘F’表示‘比’、‘D’表示‘差’、‘Q’表示‘累计’。
根据国标改后的P&ID图2.2水箱液位定制控制系统被控对象动态分析：控制变量为出水流量，被控变量为水箱水位出水流量控制器根据给定值给出出水流量控制电动阀控制指令，从而控制水箱液位，水箱液位传感器采集水箱液位值，反馈到出水流量控制器，与给定值进行比较后得出残差信号再次输出给进水流量控制电动阀，控制水箱液位，从而达到水箱液位为定制的目的。
2.3压力定制控制系统被控对象动态分析：控制变量为出水流量，被控变量为出水压力。
出水流量控制器根据给定值给出出水流量控制电动阀质量，从而控制出水压力，出水压力传感器采集出水压力值，反馈到出水流量控制器，与给定值进行比较后得出的残差信号再次给出水流量控制电动阀，控制出水压力，从而达到出水压力为定值的目的。
2.4串级控制系统被控对象动态分析：住被控变量为锅炉流动水温，福被控变量为出水流量锅炉流动水温度控制器把控制信号给出水流量控制器，副回路中，出水流量控制器根据给定值给出出水流量控制电动阀控制指令，从而控制出水压力，出水压力传感器采集出水压力值，反馈到出水流量控制器，与给定值进行比较后得出的残差信号再次输出给进水流量控制电动阀，控制出水压力；主回路中，出水流量影响锅炉流动水温温度，锅炉流动水温度传感器采集锅炉流动水温度，反馈到锅炉流动水温度，反馈到锅炉流动水温度控制器，与最初的给定值进行比较后得出的残差信号再次输出给出水流量控制器的发挥路控制出水流量，从而达到控制锅炉鼎水温度的目的。
第三章压力P2 定值调节3.1 压力定值控制系统原理图：控制变量为出水流量，被控变量为出水压力。
出水流量控制器根据给定值给出出水流量控制电动阀质量，从而控制出水压力，出水压力传感器采集出水压力值，反馈到出水流量控制器，与给定值进行比较后得出的残差信号再次给出水流量控制电动阀，控制出水压力，从而达到出水压力为定值的目的。
3.2 压力定值控制系统工艺流程图：第四章水箱液位L1定值调节4.1 水箱液位控制系统原理图：控制变量为出水流量，被控变量为水箱水位。
出水流量控制器根据给定值给出出水流量控制电动阀控制指令，从而控制水箱液位，水箱液位传感器采集水箱液位值，反馈到出水流量控制器，与给定值进行比较后得出残差信号再次输出给进水流量控制电动阀，控制水箱液位，从而达到水箱液位为定制的目的。
4.2 水箱液位控制系统工艺流程图：第五章锅炉流动水温度T1调节串级出水流量F2调节的流程图5.1串级控制系统原理图：主被控变量为锅炉流动水温，福被控变量为出水流量。
锅炉流动水温度控制器把控制信号给出水流量控制器，副回路中，出水流量控制器根据给定值给出出水流量控制电动阀控制指令，从而控制出水压力，出水压力传感器采集出水压力值，反馈到出水流量控制器，与给定值进行比较后得出的残差信号再次输出给进水流量控制电动阀，控制出水压力；主回路中，出水流量影响锅炉流动水温温度，锅炉流动水温度传感器采集锅炉流动水温度，反馈到锅炉流动水温度，反馈到锅炉流动水温度控制器，与最初的给定值进行比较后得出的残差信号再次输出给出水流量控制器的发挥路控制出水流量，从而达到控制锅炉鼎水温度的目的。
5.2串级控制系统工艺流程图：第六章控制仪表的选型6.1 仪表选型表6.2现场仪表说明：6.3 DCS I/O点位号、注释、量程、单位、报警限及配电设置表模拟量输出位号M1Ao1 M2Ao2注释进水控制出水控制阀特性气开阀气开阀信号制III 型III 型常规控制方案NO 00 01注释锅炉液位控制出水流量控制方案单回路手操器回路1输入M1 M2回路1 位号S06-L000 S06-L001第七章控制回路方框图总结首先感老师以及学校安排的组态技术及应用课程设计，感老师认真的指导和精心的帮助，其次感同学鼎力的帮助。
作为一名电子信息工程专业的学生，我觉得做组态的课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。
我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，实际操作能力却相对较差，而做类似的课程设计为我们提供了良好的实践平台。
做好一个课程设计，不仅仅需要我们把所学的知识能够很好地运用，还用学会查阅相关的资料。
尤其在设计程序时，更要细心。
通过这次设计，更进一步了解到理论知识与实践相结合的重要意义，以及坚持、耐心和努力这些品质的重要性，这对于自己今后的学习和工作很重要。
在此次的课程设计中，由于平时缺乏实践经验，在过程中走了许多弯路，但也有许多收获。
如果没有在过程中许多同学及老师的帮助，这次设计将会很难完成。
宝剑锋自磨砺出，梅花香自苦寒来，这次设计让我明白了科学的道路是无止尽的，要活到老，学到老，同时通过这次课程设计更让我对未来的道路充满信心。
... . .参考文献《过程控制系统》国勇编著电子工业《过程控制系统》方康玲编著理工大学《EFPT过称控制实验装置实验指导书》《控制仪表与装置》周泽魁化学工业《EFAT-P型过程控制实验装置应用资料》《理工大学总管路图》. 资料. ..。