热工过程控制系统

热工过程控制系统

第一章 过程控制系统概述

1.1过程控制定义及认识 1.2过程控制目的 *1.3过程控制系统的组成 1.4过程控制系统的特点 *1.5过程控制系统的分类 *1.6过程控制性能指标 1.7 过程控制仪表的发展 1.8 过程控制的地位 1.9 过程控制的任务

1.1过程控制定义及认识

过程控制定义

所谓过程控制（Process Control ）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。 1.3 过程控制系统组成

被控过程（Process ）， 指运行中的多种多样的工艺生产设备； 过程检测控制仪表（Instrumentation ）， 包括：

测量变送元件（Measurement ）； 控制器（Controller ）；

执行机构（Control Element ）; 显示记录仪表 1.5 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，程序控制系统 性能指标： 对自动控制系统性能指标的要求主要是稳、快、准。

最大超调量σ%反映系统的相对稳定性,稳态误差ess 反映系统的准确性，调整时间ts 反映系统的快速性。 第三章 过程执行器

主要内容

执行器 电动执行器 气动执行器 调节阀及其流量特性 变频器原理及应用

本节内容在本课程中的地位

执行器用于控制流入

或流出被控过程的物

料或能量，从而实现

对过程参数的自动控

制。

3.1 调节阀（调节机构）结构 调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之

间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数的目的。 3.1 调节阀

功能：接受控制器输出的控制信号，转换成直线位移或角位移，来改变调节阀的流通截面积。

3.1.1 调节阀的组成

要求观察

思考调节变换

显示记录调节给定值执行机构检测

仪表记录仪显示器调节器控制器测量变送被控过程

执行器r(t)e(t)u(t)q(t)f(t)y(t)z(t)-控制器 测量变送 被控过程

执行器 r ( t ) e ( t ) u ( t ) q ( t ) f ( t ) y ( t ) z ( t ) -

执行机构：执行机构是指根据控制器控制信号产生推力或位移的装置；

调节机构：调节机构是根据执行机构输出信号去改变能量或物料输送量的装置，通常指控制阀。

3.1.2 调节阀分类

根据使用能源不同

气动调节阀：以压缩空气为能源，输入信号20～100kPa ，价格便宜；多用于石油、化工等易燃易爆场合。

电动调节阀：以电为能源，输入信号4～20mA DC ，价格贵；使用范围广，本质安全（本安）型也可用于易燃易爆场合。

液动调节阀：以高压液体为能源的

阀体相同、执行机构不同

气动薄膜调节阀的气开、气关形式

所谓气开式，即当信号压力增加时，

阀门开大；没气时，阀门关闭

气关式则相反，即信号压力增加时，

阀门关小。没气时，阀门打开

气开、气关形式选择举例

受压容器，采用改变气体排出量以

维持容器内压力恒定，试问调节阀

应选择气开式还是气关式？

答：气关式。

3.3 气动执行机构

电-气转换器

输入信号从4mA 改变到20mA 时，转换器的输出压力从20-100kPa 变化，实现了将电流信号转换为气压信号的过程。

3.3 调节阀的流通能力

调节阀是一个局部阻力可变的截流元件，通过改变阀芯的行程可以改变调节阀的阻力系数，达到控制流量的目的。

流过调节阀的流量：阀的开度、阀门前后的压差。

为了衡量不同调节阀在某些特定条件下单位时间内流过流体的体积，引入流通能力的概念。

3.9调节阀的流量特性

理想流量特性

调节阀前后压差不变时，得到的流量特性； 理想流量特性完全取决于阀芯的形状；

理想流量特性有：

直线 等百分比

抛物线

快开

理想流量特性曲线 1. 快开 2. 直线

3. 抛物线

4. 等百分比 3.3

10080

6040

2002040

6080100

(q v /q y m a x )%

1234(l/L)%

例题

3.3 已知某调节阀的最大流量 ，可调范围R=30。分别计算直线流量特性和等百分比流量特性在理想情况下阀的相对行程l/L=0.1、0.2、0.8、0.9时的流量值qv ，并比较这两种不同理想流量特性的调节阀在小开度与大开度时的流量变化情况。

第四章 被控过程

重点：

1、自衡过程

2、传递函数中 的物理意义

4.1.1 过程控制动态特性分类

自衡过程（Self-Regulating Processes ）

定义：当扰动发生后，被控变量不断变化最后达到新的平衡。

非自衡过程（Non-Self-Regulating Processes ）

定义：当扰动发生后，被控变量不会达到新的平衡。

4.3过程特性参数的物理意义

过程增益的注意事项

过程增益描述输出变量随输入变量变化的灵敏度。

过程增益包含三部分:信号,数值和单位.

过程增益只和稳态值有关，因此过程增益是描述过程稳态特性的参数.

2）数学模型的时间常数T

当对象受到阶跃输入

作用后，被控变量达

到新稳态值的63.2%

所需时间。

3）滞后时间

滞后时间

第五章 常规控制策略

重点：

1、PID 调节中各部分的作用及优缺点？

2、为何要整定PID 参数，工程上有哪些常用方法？

控制器的控制规律定义 就是控制器的输出信号随输入信号(偏差)变化的规律。

这个规律常常称为控制器的特性。 过程控制最常用控制器：PLC （*） 数字调节器 IPC DCS

5.1 双位控制

双位控制品质指标 品质指标：振幅、周期

理想情况希望振幅减小，周期长

振幅周期是相互矛盾的

设计原则 满足振幅在允许的范围内后，尽可能使周期长

5.2 PID 控制规律

PID 控制规律的表示方法

C ( t ) C ( ) t 63 . 2 %

T