典型过程控制系统应用PPT课件
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典型工业过程控制系统PPT课件
汽 包
省 煤 器
给 水
蒸汽 LC
单冲量控制系统
第9页/共80页
单冲量汽包水位控制系统的特点
•结 构 简 单 ， 投 资 少 。 •适用于虚假水位不严重 ，负荷较平稳的场合 (小型锅炉)。 •为 安 全 运 行 ， 可 设 置 水 位 报 警 和 联 锁 控 制 系 统 。 •但 由 于 存 在 虚 假 水 位 的 反 向 特 性 ， 当 负 荷 变 化 比 较 大 时 ， 会 造 成 控 制 器 输 出 误 动 作 ， 影响控制系统的控制品质。此外，由于蒸汽负荷变化后，要在引起水位变化后才改 变给水量，因此，控制不及时。
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锅炉设备的控制问题
工程上一般将锅炉的控制系统划分为：汽包水位控制系统、燃烧控制系统和过 热蒸汽控制系统，下面分别对这三个控制系统的典型方案进行讨论。
给水量 减温水 燃料量 送风量 引风量
负 荷 锅炉设备
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水位 蒸汽温度 蒸汽压力 过剩空气 炉膛负压
一、锅炉汽包水位的控制 被控变量：汽包水位，用H (s)表示； 控制变量：汽包给水量流量，用G (s)表示； 主要干扰：蒸汽负荷(蒸汽流量)，用D (s)表示； 其它扰动：给水方面的扰动；燃料量的扰动；汽包压力变化； 通道对象：非自衡、反向特性、非线性等特性。
被控变量组成的串级控制系统，及蒸汽压力为主被 控变量、空气量为副被控变量的串级控制系统。
系统中燃料量与空气量的比值关系是通过 燃料控制器和空气控制器的正确动作间接保证的， 该方案能够保证蒸汽压力恒定。
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方案三：逻辑提量/减量控该制方案系以统蒸汽压力为主
被控变量，燃料和空气并列 为副被控变量的串级控制系 统。既能保证蒸汽压力恒定， 又可实现燃料的完全燃烧。
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》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
过程控制系统课件第一章绪论(共67张PPT)
系统稳态准确性的指标。
C= y(∞) - r
y
y3
y1
r
Tp
C
y(∞)
T
t
TS
图1.5 闭环控制系统对设定值的阶跃扰动的响应曲线
共六十七页
第三节
过程控制系统的质量指标
2）衰减(shuāi jiǎn)比n和衰减率
ψ
设第一个波振幅
(zhènfú)为 y 、第三个波振幅为 y
1
3
y1y3
1
1
y1
过程
(guòchéng)
控制系统
Process Control System
共六十七页
自动化技术是信息科学与技术的一个重要分支。
过程控制等工程领域自动控制的理论基础是工程控制论，其
奠基性著作是钱学森先生于1954年发表的《工程控制论》。
控制论的四大应用领域：工程控制、生物(shēngwù)控制、经济
y()
y
y3
y1
r
Tp
C
y(∞)
T
t
TS
图1.5 闭环控制系统对设定值的阶跃扰动的响应曲线
共六十七页
第三节
过程(guòchéng)控制系统的质
量指标
4）过渡过程时间Ts
Ts是指从过渡过程开始(kāishǐ)到过渡过程结束所需的
时间。当被控参数与稳态值间的偏差进入稳态值的±5%
（或±2%）范围内，就认为过渡过程结束。
统的控制质量。
共六十七页
y(t )
二、过程控制系统
的分类
(kònɡ zhìxìtǒnɡ)
（二）按给定值信号分类
1．定值控制系统
C= y(∞) - r
y
y3
y1
r
Tp
C
y(∞)
T
t
TS
图1.5 闭环控制系统对设定值的阶跃扰动的响应曲线
共六十七页
第三节
过程控制系统的质量指标
2）衰减(shuāi jiǎn)比n和衰减率
ψ
设第一个波振幅
(zhènfú)为 y 、第三个波振幅为 y
1
3
y1y3
1
1
y1
过程
(guòchéng)
控制系统
Process Control System
共六十七页
自动化技术是信息科学与技术的一个重要分支。
过程控制等工程领域自动控制的理论基础是工程控制论，其
奠基性著作是钱学森先生于1954年发表的《工程控制论》。
控制论的四大应用领域：工程控制、生物(shēngwù)控制、经济
y()
y
y3
y1
r
Tp
C
y(∞)
T
t
TS
图1.5 闭环控制系统对设定值的阶跃扰动的响应曲线
共六十七页
第三节
过程(guòchéng)控制系统的质
量指标
4）过渡过程时间Ts
Ts是指从过渡过程开始(kāishǐ)到过渡过程结束所需的
时间。当被控参数与稳态值间的偏差进入稳态值的±5%
（或±2%）范围内，就认为过渡过程结束。
统的控制质量。
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y(t )
二、过程控制系统
的分类
(kònɡ zhìxìtǒnɡ)
（二）按给定值信号分类
1．定值控制系统
第6章-过程控制系统识图及应用实例ppt课件
实验原理
３. 跳汰机控制系统 (１) 给煤量控制 (２) 风水控制 (３) 排料控制
三、重介质选煤监测与控制系统
１. 悬浮液密度控制系统
２. 悬浮液煤泥含量控制系统
３. 合格介质桶液位控制系统
４. 真空过滤机液位控制系统
(１) 过滤机真空度随滤盘 转速的提高而提高 (２) 过滤机处理量随滤盘 转速的提高而增加
学习目标
１. 了解过程控制流程图的符号。 ２. 了解控制系统设计的基本步骤。 ３. 了解过程控制系统的一般工艺要求。 ４. 能识读计算机控制流程图。 ５. 掌握控制方案和工程设计中的关键问题。
§６—１ 过程控制系统的识图
一、识图基础
１. 图形符号 (１) 连接线
通用的仪表信号线均以细实线或在细实线上加三条有间隔 的斜线表示；
实验目的
１. 熟悉温度—流量串级控制系统的结构与组成。 ２. 掌握阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控 制量的影响。 ３. 掌握主、副调节器参数的改变对系统性能的影响。 ４. 掌握温度—流量串级控制系统的参数整定与投运。
实验原理
实验５ 液位与流量串级控制系统（选做）
实验目的
１. 了解液位—流量串级控制系统的组成原理。 ２. 了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主 控制量的影响。 ３. 掌握液位—流量串级控制系统采用不同控制方案的实 现过程。 ４. 能进行液位—流量串级控制系统调节器参数的整定与 投运。
１. 了解双闭环液位控制系统的组成与工作原理。 ２. 了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控 制量的影响。 ３. 掌握主、副调节器参数的改变对系统性能的影响。 ４. 掌握液位串级控制系统采用不同控制方案的实现过程。 ５. 能进行双闭环液位控制系统调节器参数的整定与投运。
典型过程控制ppt
分析步骤：首先对各典型单元操作进行概要的介 绍；然后从控制的需要，对它的动静态特性作必 要的分析，最后结合上一篇过程控制系统的知识， 根据各单元操作的控制要求，确定控制方案。
A 过程控制系统基础
控制系统的由来
Qi
传感测量器：液位计+人眼 控制器：大脑 执行机构：手+手动阀
h
LC
hsp
Qo
差压传感变送器 电动调节器 自动调节阀
➢ 它们对产品的产量、质量以及安全具有决定性的作用， 而人工操作又难以满足要求的； ➢ 人工操作虽然可以满足要求，但是，这种操作是既紧 张而又频繁的。
被控变量的分类（按照与生产过程的关系）
➢直接指标控制； ➢间接指标控制。
A1.3被控变量的选择
选择被控变量的原则 （1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反映工 艺操作状态，一般是工艺过程中较重要的变量。
控制系统常用的性能指标
衰减比：n
B B
振荡周期T，
调节时间 ts.
超调量 y(t p ) y() 100 %
y()
➢余差 e() x y() 上升时间 tr, 峰值时间 tp.
A1.3被控变量的选择
生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按一定 规律变化）的变量称为被控变量。
被控变量的界定
A1.0简单控制系统结构与组成
简单控制系统通常是指由一个测量元件、变送器、一 个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系 统。
图 液位控制系统
图 温度控制系统
A1.0简单控制系统结构与组成
从图中可知
图 简单控制系统的方块图
➢ 简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、测 量变送装置、控制器和执行器。
A 过程控制系统基础
控制系统的由来
Qi
传感测量器：液位计+人眼 控制器：大脑 执行机构：手+手动阀
h
LC
hsp
Qo
差压传感变送器 电动调节器 自动调节阀
➢ 它们对产品的产量、质量以及安全具有决定性的作用， 而人工操作又难以满足要求的； ➢ 人工操作虽然可以满足要求，但是，这种操作是既紧 张而又频繁的。
被控变量的分类（按照与生产过程的关系）
➢直接指标控制； ➢间接指标控制。
A1.3被控变量的选择
选择被控变量的原则 （1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反映工 艺操作状态，一般是工艺过程中较重要的变量。
控制系统常用的性能指标
衰减比：n
B B
振荡周期T，
调节时间 ts.
超调量 y(t p ) y() 100 %
y()
➢余差 e() x y() 上升时间 tr, 峰值时间 tp.
A1.3被控变量的选择
生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按一定 规律变化）的变量称为被控变量。
被控变量的界定
A1.0简单控制系统结构与组成
简单控制系统通常是指由一个测量元件、变送器、一 个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系 统。
图 液位控制系统
图 温度控制系统
A1.0简单控制系统结构与组成
从图中可知
图 简单控制系统的方块图
➢ 简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、测 量变送装置、控制器和执行器。
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2、详细工程设计阶段 在详细工程设计阶段，主要完成下列工作： (1)提交仪表连接、安装设计条件； (2)接受管道平面图和分包方技术文件； (3)配合系统专业完成P&ID E版、F版、G版； (4)完成工程设计文件。
六、自控工程设计的方法
1、熟悉工艺流程； 2、确定自控方案，完成工艺控制流程图(PCD)，并 配合工艺系统专业完成各版管道仪表流程图(P&ID) 3、仪表选型，编制有关仪表信息的设计文件； 4、控制室设计； 5、节流装置和调节阀的计算； 6、仪表供电、供气系统的设计； 7、依据施工现场的条件，完成控制室与现场间联 系的相关设计文件；
《化工装置自控工程设计规定》是把自控 专业工程设计阶段应完成的工作，所需涉及 列的设计程序、设计方法、设计内容、设计 管理等方面规定，以及工程设计所需用的图 表、标准规范而综合编制成的行业标准。
本设计标准适用于化工、石油化工、石 油、轻纺、国防等行业的自控专业工程设计。
包括4项化工行业标推，共含22个分规定 1《自控专业设计管理规定》(HG／T20636)(含10个分规定)
二、自控工程设计阶段的工作分为六个方面
(1)根据工艺专业提出的监控条件绘制工艺控制图 (PCD)； (2)配合系统专业绘制各版管道仪表流程图(P&ID)； (3)征集研究用户对P&ID及仪表设计规定的意见； (4)编制仪表采购单，配合采购部门开展仪表和材料 的采购工作；
(5)确定仪表制造商的有关图纸．按仪表制造商返回 的技术文件，提交仪表接口条件，并开展有关设计 工作：
2、《自控专业工程设计文件的编制规定》(HG／T20637) (含8个分规定)
(1)“自控专业工程设计文件的组成和编制”(～.1)； (2)“自控专业工程设计用图形符号和文字代号”(～.2)； (3)“仪表设计规定的编制”(～.3)； (4)“仪表施工安装要求的编制”(～.4)； (5)“仪表采购单的编制”(～.5)： (6)“仪表技术说明书的编制”(～.6)； (7)“仪表安装材料的统计“(～.7)： (8)(仪表辅助设备及电缆、管缆的编号)(～.8) 3、《自控专业工程设计文件深度的规定》(HG／T20638) 4、《自控专业工程设计用典型图表及标准目录》(HG／ T20639) (1)“自控专业工程设计用典型表格”(HG／T20639.1)： (2)“自控专业工程设计用典型条件表”(～.2)； (3)“自控专业工程设计用标准目录”(～.3)。
1．基础工程设计阶段 在基础工程设计阶段主要的设计工作有以下几条：
(1)设计开工前的技术准备； (2)编制仪表设计规定； (3)编制设计计划； (4)绘制工艺控制图，参加工艺方案审查会； (5)配合系统专业完成P&ID A版、B版，参加B版内 审会；
(6)接受和提交设计条件； (7)配合系统专业完成P&ID C版、D版 (8)提出分包项目设计要求； (9)编制工程设计文件。
(5)负责现场仪表的环境防护措施的设计； (6)接受工艺、系统和其他主导专业的设计条件，提出设备、 管道、电气、土建、暖通和给排水等专业的设计条件；
(7)负责控制室、分析器室以及仪表车间的设计； (8)负责工厂生产过程计量系统的设计。
四、国际通用设计体制
《化工装置自控工程设计规定》
(HG/T20636～20639)
6.1 自控工程设计的任务、方法步骤
一、自控工程设计的基本任务 负责工艺生产装置与公用工程、辅助工程系统
的控制设计，检阅仪表、在线分析仪表、控制和管 理计算机等系统的设计，以及有关的程序控制、信 号报警和联锁系统的设计。此外还需考虑自控所用 的辅助设备及附件、电气设备材料、安装材料的选 型设计；自控的安全技术措施和防干扰、安全设施 的设计；以及控制室、仪表车间与分析器室的设计。
(6)编(绘)制最终自控工程设计文件。
三、自控工程设计的八项任务
(1)负责生产装置、辅助工程和公用工程系统的检测、控制、 报警、联锁/停车和监控/管理计算机系统的设计； (2)负责检测仪表、控制系统及其辅助设备和安装材料的选型 设计；
(3)负责检测仪表和控制系统的安装设计； (4)负责DCS、PLC、ESD和上位计算机(监控、管理)的系统 配置、功能要求和设备选型；并负责或参加软件的编制工作；
(1)“自控专业的职责范围” (HG／T20636.1)： (2)“自控专业与工艺、系统专业的设计条件关系” (～.2) (3)“自控专业与管道专业的设计分工” (～.3)； (4)“自控专业与电气专业的设计分工” (～.4)： (5)“自控专业与电信、机泵及安全(消防)专业的设计分工 （～.5） (6)“自控专业工程设计的任务” (～.6)； (7)“自控专业工程设计的程序” (～.7)： (8)“自控专业工程设计质量保证程序” (～.8)： (9)“自控专业工程设计文件的校审提要” (～.9)； (10)“自控专业工程设计文件的控制程序” (～.10)。
GB/T 13965-92
3 分析仪器术语
GB/T 13966-92
4 仪器仪表基本术语
GB/T 1ห้องสมุดไป่ตู้983-92
5 传感器通用术语
GB 7665-87
6 敏感元件名词术语
GB 4475-84
8．根据自控专业有关酌其他设备、材料的选用等 情况，完成有关的设计文件；
9．设计工作基本完成后，编写设计文件目录等文 件。
七、自控设计体系表 (基础标准 ；通用标准 ；专用标准)
1、基础标准(名词术语9个；图例、符号、制图 3个)
标准规范名称
标准编号
1 执行器术语
GB 9223-88
2 仪表元器件术语
五、自控工程设计阶段划分及内容 国际通用设计体制的工程设计分为两个阶段：
基础工程设计阶段和详细工程设计阶段 基础工程设计阶段编制四版：
(1)初版（简称“A”版）； (2)内部审查版（简称“B”版） (3)用户审查版（简称“C”版） (4)确认版（简称“D”版） 详细工程设计阶段编制三版， (1)详1版（或称研究版，简称“E”版） (2)详2版（或称设计版，简称“F”版） (3)施工版（简称“G版”）