过程控制系统设计 PPT课件
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（4）自控设计是整个工程设计的一部分，与工艺、 化工设备、电气、土建等其它专业都有联系。
5
4.1.3对工程设计人员的要求
（5）现代生产中由于电子计算机及分析仪 表的在线控制，因此微弱信号的传递，取 样管的安装，配线施工中的干扰问题也突 出出来，所以设计人员要引起高度的重视。
（6）现代工业生产中，对于特殊工艺条件 下的检测和控制技术要求比较高，仪表本 身的质量固然重要，但施工方法不能忽视。 设计人员不仅要熟悉常规的自动化仪表的 各种安装规范外，对于特殊的检测和控制 也要推荐一定的施工方法。
4.3工程设计内容
（1）根据工艺要求和控制目标确定系统变量 （2）建立数学模型 （3）确定控制方案 （4）选择硬件设备 （5）选择控制算法，进行控制器设计 （6）软件设计 之后进行安装、调试、整定、投运。
14
（一）确定控制变量与控制方案
确定控制目标
1、被控变量 (1)选择直接变量 (2)选择与直接变量有单值关系的间接变量
4
4.1.3对工程设计人员的要求
（1）接到设计任务书后，要认真领会设计任务书 的要求，并严格地贯彻执行一系列技术条例和规 定。
（2）按照任务书的要求，从实践中取得第一手资 料，作出合理的设计，使设计建立在可靠和落实 的基础上，决不能闭门造车。
（3）在设计中要认真贯彻勤俭建国的方针，加强 经济观点，注意经济效益。对自动化水平的确定 要适合国情，对仪表的投资要进行经济概算。
是否形成阻塞流，流量系数的计算公式不同。
在阻塞流，计算C时，对不可压缩、可压缩、低雷诺数流 体都要修正
6
4.2 工程设计步骤 工程设计分两步进行：
（1）初步设计 （2）施工图设计
7
4.2.1初步设计内容
初步设计的主要目的，是报有关领导审批， 并为定货做好准备。在该设计阶段必须要 了解工艺生产的特点，环境特性，确定控 制方案，对重要的控制系统要作出详细的 说明；正确地选择仪表和其他自动化技术 工具，主要材料的选型，确定控制水平， 动力供应等，进行设计概算。
8
初步设计设计资料的主要内容
初步设计说明书 带控制点流程图 主要仪表设备、材料汇总表 初步设计概算
9
4.2.2 施工图设计
（1）自控图纸目录 （2）施工图说明书 （3）带控制点的工艺流程图 （4）自控设备汇总表 （5）自控设备表 （6）综合材料表 （7）电气设备材料表 （8）电缆、电线表 （9）管缆表
注意：考虑工艺的合理性、被控变量必须是独立可控。
15
（一）确定控制变量与控制方案
2、操纵变量的选择 选择时考虑：
（1）工艺合理性 （2）被控对象的特性
操纵变量
q
干 扰
ƒ
对象
被控变量
y
（a）使被控对象控制通道的放大倍数较大，时 间常数较小，纯滞后越小越好；
（b）使被控对象干扰通道的放大倍数尽可能小， 时间常数越大越好
第4章 工程设计
4.1 概述 4.2 工程设计步骤 4.3 工程设计内容 4.3.1 确定控制变量与控制方案 4.3.2 硬件选择 4.3.3节流元件计算 4.3.4 调节阀选择 4.3.5 计算举例
1
4.1概述
4.1.1工程设计的定义
把生产过程自动化的各种控制方案，用设 计图纸资料和设计文件资料表达出来的全 部工作。
10
（10）测量管线表 (11）仪表及管线绝热保温表 （12）节流装置计算数据表 （13）调节阀计算数据表 （14）液位计参数表 （15）管件及工件明细表 （16）供电系统图 （17）信号及连锁原理图
11
（18）（控制室）仪表盘正面布置总图 （19）仪表盘正面布置图 （20）半模拟盘正面布置图 (21）继电器箱正面布置图 （22）仪表盘背面电气接线图 （23）半模拟盘背面电气接线图 （24）继电器箱电气接线图 （25）仪表盘背面气动管线接线图 （26）仪表供气空视图
12
（27）仪表及管线伴热保温系统图 （28）气动管线外部连接系统图 （29）接管箱接线图 （30）电缆、电线外部连接系统图 （31）供电箱（或接线端子箱）接线图 （32）电缆、管缆平面敷设图 （33）复杂控制系统图 （34）非标准部件安装制造图 （35）工艺管道及控制流程图
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（一）确定控制变量与控制方案
例一：加热炉
选： t为被控变量；
t
q燃为操纵变量。 q
q燃
17
（一）确定控制变量与控制方案
确定控制方案
1、控制结构 反馈控制 前馈控制
串级、比值、均匀、分程 、选择控制 2、控制算法 选取控制规律：P PI PD PID
18
（二）硬wenku.baidu.com选择
控制装置
DCS PLC
1、检测变送 2、执行器
阻力越大，C值越小
CF
P
C的大小反映调节阀流量F的大小， 故习惯称为流通能力
C的定义：调节阀全开，阀两端压差为100Kpa，介质密度
为1g/cm3时，每小时流过调节阀的流量（m3/h）。
22
1、有关的系数 （1）阻塞流
当阀前压力一定，通过阀的流量随阀前后差压的增大而增 大，到达临界状态时，流量不随△P变化，为最大流量的流 动状况。 阻塞流的流量与差压的关系不遵循流量方程。
可靠、实用、先进、经济
3、其它 报警、联锁、保护
19
（三）节流装置计算
1、节流元件 2、取压方式 3、确定节流元件开孔直径
20
（四）调节阀口径计算
1、有关的系数 2、流量系数C的计算 3、调节阀口径的计算步骤
21
调节阀的流量基本方程
C的表达式：
F C P
C：流量系数
C n A 5.04 A
2
4.1.2自控工程设计的基本任务
从我国的实际情况出发，结合本厂的特点，确定 生产过程自动化水平。
根据工艺要求，确定各种检测参数。 主要控制参数的控制系统的设计。 工艺生产过程必要的信号报警和联锁保护设计。 控制室、仪表盘的设计。 仪表车间的设计。
3
4.1.3对工程设计人员的要求
在工厂建设中，要求设计人员综合地考虑 某项工程的经济性、安全性、耐久性和企 业的特点，消除公害的措施，与各部门的 相互配合等等，制订出合理的计划。自控 设计是工厂建设的一个重要组成部分，也 同样需要运用系统工程的思想指导它的设 计与施工的全过程。为此对设计人员提出 以下要求：
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4.1.3对工程设计人员的要求
（5）现代生产中由于电子计算机及分析仪 表的在线控制，因此微弱信号的传递，取 样管的安装，配线施工中的干扰问题也突 出出来，所以设计人员要引起高度的重视。
（6）现代工业生产中，对于特殊工艺条件 下的检测和控制技术要求比较高，仪表本 身的质量固然重要，但施工方法不能忽视。 设计人员不仅要熟悉常规的自动化仪表的 各种安装规范外，对于特殊的检测和控制 也要推荐一定的施工方法。
4.3工程设计内容
（1）根据工艺要求和控制目标确定系统变量 （2）建立数学模型 （3）确定控制方案 （4）选择硬件设备 （5）选择控制算法，进行控制器设计 （6）软件设计 之后进行安装、调试、整定、投运。
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（一）确定控制变量与控制方案
确定控制目标
1、被控变量 (1)选择直接变量 (2)选择与直接变量有单值关系的间接变量
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4.1.3对工程设计人员的要求
（1）接到设计任务书后，要认真领会设计任务书 的要求，并严格地贯彻执行一系列技术条例和规 定。
（2）按照任务书的要求，从实践中取得第一手资 料，作出合理的设计，使设计建立在可靠和落实 的基础上，决不能闭门造车。
（3）在设计中要认真贯彻勤俭建国的方针，加强 经济观点，注意经济效益。对自动化水平的确定 要适合国情，对仪表的投资要进行经济概算。
是否形成阻塞流，流量系数的计算公式不同。
在阻塞流，计算C时，对不可压缩、可压缩、低雷诺数流 体都要修正
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4.2 工程设计步骤 工程设计分两步进行：
（1）初步设计 （2）施工图设计
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4.2.1初步设计内容
初步设计的主要目的，是报有关领导审批， 并为定货做好准备。在该设计阶段必须要 了解工艺生产的特点，环境特性，确定控 制方案，对重要的控制系统要作出详细的 说明；正确地选择仪表和其他自动化技术 工具，主要材料的选型，确定控制水平， 动力供应等，进行设计概算。
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初步设计设计资料的主要内容
初步设计说明书 带控制点流程图 主要仪表设备、材料汇总表 初步设计概算
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4.2.2 施工图设计
（1）自控图纸目录 （2）施工图说明书 （3）带控制点的工艺流程图 （4）自控设备汇总表 （5）自控设备表 （6）综合材料表 （7）电气设备材料表 （8）电缆、电线表 （9）管缆表
注意：考虑工艺的合理性、被控变量必须是独立可控。
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（一）确定控制变量与控制方案
2、操纵变量的选择 选择时考虑：
（1）工艺合理性 （2）被控对象的特性
操纵变量
q
干 扰
ƒ
对象
被控变量
y
（a）使被控对象控制通道的放大倍数较大，时 间常数较小，纯滞后越小越好；
（b）使被控对象干扰通道的放大倍数尽可能小， 时间常数越大越好
第4章 工程设计
4.1 概述 4.2 工程设计步骤 4.3 工程设计内容 4.3.1 确定控制变量与控制方案 4.3.2 硬件选择 4.3.3节流元件计算 4.3.4 调节阀选择 4.3.5 计算举例
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4.1概述
4.1.1工程设计的定义
把生产过程自动化的各种控制方案，用设 计图纸资料和设计文件资料表达出来的全 部工作。
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（10）测量管线表 (11）仪表及管线绝热保温表 （12）节流装置计算数据表 （13）调节阀计算数据表 （14）液位计参数表 （15）管件及工件明细表 （16）供电系统图 （17）信号及连锁原理图
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（18）（控制室）仪表盘正面布置总图 （19）仪表盘正面布置图 （20）半模拟盘正面布置图 (21）继电器箱正面布置图 （22）仪表盘背面电气接线图 （23）半模拟盘背面电气接线图 （24）继电器箱电气接线图 （25）仪表盘背面气动管线接线图 （26）仪表供气空视图
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（27）仪表及管线伴热保温系统图 （28）气动管线外部连接系统图 （29）接管箱接线图 （30）电缆、电线外部连接系统图 （31）供电箱（或接线端子箱）接线图 （32）电缆、管缆平面敷设图 （33）复杂控制系统图 （34）非标准部件安装制造图 （35）工艺管道及控制流程图
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（一）确定控制变量与控制方案
例一：加热炉
选： t为被控变量；
t
q燃为操纵变量。 q
q燃
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（一）确定控制变量与控制方案
确定控制方案
1、控制结构 反馈控制 前馈控制
串级、比值、均匀、分程 、选择控制 2、控制算法 选取控制规律：P PI PD PID
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（二）硬wenku.baidu.com选择
控制装置
DCS PLC
1、检测变送 2、执行器
阻力越大，C值越小
CF
P
C的大小反映调节阀流量F的大小， 故习惯称为流通能力
C的定义：调节阀全开，阀两端压差为100Kpa，介质密度
为1g/cm3时，每小时流过调节阀的流量（m3/h）。
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1、有关的系数 （1）阻塞流
当阀前压力一定，通过阀的流量随阀前后差压的增大而增 大，到达临界状态时，流量不随△P变化，为最大流量的流 动状况。 阻塞流的流量与差压的关系不遵循流量方程。
可靠、实用、先进、经济
3、其它 报警、联锁、保护
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（三）节流装置计算
1、节流元件 2、取压方式 3、确定节流元件开孔直径
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（四）调节阀口径计算
1、有关的系数 2、流量系数C的计算 3、调节阀口径的计算步骤
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调节阀的流量基本方程
C的表达式：
F C P
C：流量系数
C n A 5.04 A
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4.1.2自控工程设计的基本任务
从我国的实际情况出发，结合本厂的特点，确定 生产过程自动化水平。
根据工艺要求，确定各种检测参数。 主要控制参数的控制系统的设计。 工艺生产过程必要的信号报警和联锁保护设计。 控制室、仪表盘的设计。 仪表车间的设计。
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4.1.3对工程设计人员的要求
在工厂建设中，要求设计人员综合地考虑 某项工程的经济性、安全性、耐久性和企 业的特点，消除公害的措施，与各部门的 相互配合等等，制订出合理的计划。自控 设计是工厂建设的一个重要组成部分，也 同样需要运用系统工程的思想指导它的设 计与施工的全过程。为此对设计人员提出 以下要求：