过程装备与控制工程--第1章课件
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陕西科技大学过程装备与控制工程过程装备双语过程装备基础-Chap.1
图例
§1.1 Key terms
3. 理解： • 抓住专业术语用法进行判断: substance ~物质 mechanism~机构（gearbox, P3 1st） ~物料 ~机理 • 注意关键处: 介词to，by，描述性语句 Fired heater（P2，last key term): a high-temperature furnace used to heat large volumes of raw materials;
Chapter 1 Introduction to Process Equipment
As your teacher, I think I have duty to direct everyone of you to find what you need, what you want, and to find your own interest. In that case, I need your supports to do this. I believe everyone of us will have a fresh and an enrich trip.
§1.1 Key terms
Heat exchanger (2nd, P3)：an energy-transfer device designed to transfer energy in the form of heat from a hotter fluid to a cooler fluid without physical contact between the two fluids. 4. 记忆：反复用而非反复背！ 5. 多总结：
§1.2 Basic Handtools
• 2nd sent.~ Process technicians inspect and maintain equipment, place and remove equipment from service, complete checklists, control documentation, respond to emergencies, and troubleshoot system problems. 1st para. Give us the responsibilities of process engineers.
过程装备与控制工程第1章ppt课件
有自衡特性的单容对象
30
过程装备控制技术与应用 有自衡特性的单容对象
设水槽的横截面积为A，而A是个常数，则因为
V（A2-H 2）
所以
dV AdH dt （2-3）dt
调节阀的特性：在其它条件不变的情况下，通过调节阀 的流体流量与阀的开度以及阀前后的流体压降有关。
31
过程装备控制技术与应用
36
过程装备控制技术与应用
37
过程装备控制技术与应用
（2）双容液位对象（图2-5）
它有两个串联在一起的水槽，它们之间的连通管具有阻力， 因此两者的液位是不同的，来水qv1（系统输入）先进入水槽 1，然后再通过水槽2流出。水流入量qv1由阀1控制，流出量 qv2决定于阀2的开度（根据用户的需要改变），被控变量是 水槽2的液位h2 （系统输出） 。分析h2在阀1开度扰动下的动 态特性。根据物料平衡方程有：
回顾:《机械控制工程基础》§3.5 控制系统的动 态响应指标
20
过程装备控制技术与应用
偏差积分性能指标
误差： e(t)r(t)y(t) e(t)y( )y(t)
平方误差积分性能指标(ISE) 时间平方误差积分性能指标(ITSE) 绝对误差积分性能指标(IAE) 时间绝对误差积分性能指标(ITAE)
5
过程装备控制技术与应用
§1.1.2 过程装备控制的任务和要求
过程装备控制是针对过程装备的主要参数,即温度、 压力、流量、液位、成分和物性参数进行控制。 过程装备控制要求：安全性、经济性和 稳定性。 自动控制系统的要求：稳、准、快。
控制的任务：在了解、掌握工艺流程和生产过程的 静态和动态特性的基础上，根据上述三项要求，应 用理论对控制系统进行分析和综合，最后采用合适 的技术手段加以实现
30
过程装备控制技术与应用 有自衡特性的单容对象
设水槽的横截面积为A，而A是个常数，则因为
V（A2-H 2）
所以
dV AdH dt （2-3）dt
调节阀的特性：在其它条件不变的情况下，通过调节阀 的流体流量与阀的开度以及阀前后的流体压降有关。
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过程装备控制技术与应用
36
过程装备控制技术与应用
37
过程装备控制技术与应用
（2）双容液位对象（图2-5）
它有两个串联在一起的水槽，它们之间的连通管具有阻力， 因此两者的液位是不同的，来水qv1（系统输入）先进入水槽 1，然后再通过水槽2流出。水流入量qv1由阀1控制，流出量 qv2决定于阀2的开度（根据用户的需要改变），被控变量是 水槽2的液位h2 （系统输出） 。分析h2在阀1开度扰动下的动 态特性。根据物料平衡方程有：
回顾:《机械控制工程基础》§3.5 控制系统的动 态响应指标
20
过程装备控制技术与应用
偏差积分性能指标
误差： e(t)r(t)y(t) e(t)y( )y(t)
平方误差积分性能指标(ISE) 时间平方误差积分性能指标(ITSE) 绝对误差积分性能指标(IAE) 时间绝对误差积分性能指标(ITAE)
5
过程装备控制技术与应用
§1.1.2 过程装备控制的任务和要求
过程装备控制是针对过程装备的主要参数,即温度、 压力、流量、液位、成分和物性参数进行控制。 过程装备控制要求：安全性、经济性和 稳定性。 自动控制系统的要求：稳、准、快。
控制的任务：在了解、掌握工艺流程和生产过程的 静态和动态特性的基础上，根据上述三项要求，应 用理论对控制系统进行分析和综合，最后采用合适 的技术手段加以实现
陕西科技大学 过程装备与控制工程 课件 1机械设计(王宁侠)第1章
第1章 绪论 3. 可靠性设计 可靠性设计是以概率论和数理统计为理论基础，以失效分 析、失效预测及各种可靠性试验为依据，以保证产品的可靠性 为目标的一种现代设计方法。其主要特点是将传统设计中视为 单值而实际上具有多值性的设计变量(如载荷、材料性能和应
章)。
第1章 绪论 (2) 通用机械零部件设计(第5～18章)。 ① 传动零件：带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动及 螺旋传动。 ② 轴系零部件：滑动轴承、滚动轴承、轴及联轴器、离 合器、制动器。
③ 联接零件：螺纹联接、铆接、焊接、粘接及轴毂联接。
④ 其他零部件：弹簧、机座与箱体。 (3) 总体构思与设计(结合课程设计进行)。
即可寻优求解。常用的优化算法有0.618法、Powell法、变尺度
法、惩罚函数法、基因算法等。采用优化设计方法可以在多变 量、多目标的条件下，获得高效率、高精度的设计结果，极大
地提高设计质量。
第1章 绪论
2. 计算机辅助设计 计算机辅助设计(CAD)是利用计算机运算快、计算准确、存储 量大、逻辑判断功能强等特点进行设计信息处理，并通过人机交互 作用完成设计工作的一种设计方法。它包括分析计算、自动绘图系 统和数据库三个方面。一个完整的机械产品CAD系统，应首先能够 确定机械结构的最佳参数和几何尺寸，这就要求具有进行机构运动 分析及综合、有限元分析和优化设计、可靠性设计等功能，然后能 够由分析计算结果自动显示和绘制机械的装配图和零件图，并可进 行动态修改。完善的数据库系统，可与计算机辅助制造、计算机辅 助监测、计算机管理自动化结合形成计算机集成制造系统 (CIMS)， 综合进行市场预测、产品设计、生产计划、制造和销售等一系列工 作，实现人力、物力和时间等各种资源的有效利用，有效地促进现 代企业生产组织、管理和实现自动化，使企业总效益得到提高。
过程装备与控制工程 ppt课件
▲
1959年美国谢夫隆公司开发出了Isocrosking加氢裂化技术，其后不久环
球油品公司开发出了Lomax加氢裂化技术，联合油公司开发出了Uicraking加
氢裂化技术。加氢裂化技术在世界范围内得到了迅速发展。
▲
早在20世纪50年代，中国就已经对加氢技术进行了研究和开发，早期主
要进行页岩油的加氢技术开发，60年代以后，随着大庆、胜利油田的相继发
PPT课件
10
重点部位
▲ 1．加热炉及反应器区
▲
加氢装置的加热炉及反应器区布置有加氢反应加热炉、分馏部分
加热炉、加氢反应加热器、高压换热器等设备，其中大部分设备为高
压设备，介质温度比较高，而且加热炉又有明火，因此，该区域潜在
的危险性比较大，主要危险为火灾、爆炸是安全上重点防范的区域。
PPT课件
11
PPT课件
6
补充
▲ 英文名称：hydrocracker
▲
说明：加氢是指石油馏分在化学反应的加工过程，加氢过程可分
为加氢精制、加氢裂化、临氢降凝、加氢异构化等，下面重点介绍加
氢裂化加工过程。
PPT课件
7
发展历程
▲ 加氢技术最早起源于20世纪20年代德国的煤和煤焦油加氢技术，第二次世界 大战以后，随着对轻质油数量及质量的要求增加和提高，重质馏分油的加氢 裂化技术得到了迅速发展。
加氢装置最重要的设备之一。
PPT课件
15
主要设备
▲2
．
高
压
换
热
器
▲
反应器出料温度较高，具有很高热焓，应尽可能回收这部分热量，
因此加氢装置都设有高压换热器，用于反应器出料与原料油及循环氢
换热。现在的高压换热器多为U型管式双壳程换热器，该种换热器可
过程装备与控制工程专业PPT课件
• 0803机械类，共17种专业，它们是：
• 080301机械制造工艺与设备；080302热加工工艺 及设备；080303铸造；080304塑性成形工艺及设备； 080305焊接工艺及设备；080306机械设计及制造； 080307化工设备与机械；080308船舶工程；080309汽 车与拖拉机；080310机车车辆工程；080311热力发动 机；080312流体传动及控制；080313流体机械及流体 工程；080314真空技术及设备；080315机械电子工程； 080316工业设计(注：可授工学或文学学士学位)； 080317设备工程与管理
• 这样就在最大规模的专业调整中，保留了化机 专业的地位。把它拓宽为“过程装备与控制工 程”，为化工机械专业开辟了更加美好的前程。
• 化机专业为新中国的化工、石油化工和相关流 程工业的发展壮大建立了不可磨灭的功绩，今后 国家更需要大量过程装备方面的高级人才。
• 1993.7，国家教委高教司《普通高等学校本科专 业目录》。目录分设哲学、经济学、法学、教育学、 文学、历史学、理学、工学、农学、医学十大门类， 下设二级类71个，504种专业，比修订前的专业数减 少309种。工学门类下设二级类22个，181种专业；
• 本专业培养的质量总体来说比较好，能够满足过 程工业对人才的要求，成为企业的技术骨干。本专 业培养的学生，对于设计方面的能力较强，对于维 修、故障诊断方面的能力较弱；对于设备方面的能 力较强，对于控制方面的能力较弱；
“过程装备与控制工程”专业
人才培养规格
• 技术型人才：对以教学为主的院校，熟悉过程装 备及其控制的原理、操作、维修、管理，成为企业 设备动力部门的管理人才。
• 结构上本专业的学生要加强基础，加强“过 程原理与装备”、和“过程装备控制技术”课 程教育，突出“过程”，加强“控制”，丰富 “装备技术”。
• 080301机械制造工艺与设备；080302热加工工艺 及设备；080303铸造；080304塑性成形工艺及设备； 080305焊接工艺及设备；080306机械设计及制造； 080307化工设备与机械；080308船舶工程；080309汽 车与拖拉机；080310机车车辆工程；080311热力发动 机；080312流体传动及控制；080313流体机械及流体 工程；080314真空技术及设备；080315机械电子工程； 080316工业设计(注：可授工学或文学学士学位)； 080317设备工程与管理
• 这样就在最大规模的专业调整中，保留了化机 专业的地位。把它拓宽为“过程装备与控制工 程”，为化工机械专业开辟了更加美好的前程。
• 化机专业为新中国的化工、石油化工和相关流 程工业的发展壮大建立了不可磨灭的功绩，今后 国家更需要大量过程装备方面的高级人才。
• 1993.7，国家教委高教司《普通高等学校本科专 业目录》。目录分设哲学、经济学、法学、教育学、 文学、历史学、理学、工学、农学、医学十大门类， 下设二级类71个，504种专业，比修订前的专业数减 少309种。工学门类下设二级类22个，181种专业；
• 本专业培养的质量总体来说比较好，能够满足过 程工业对人才的要求，成为企业的技术骨干。本专 业培养的学生，对于设计方面的能力较强，对于维 修、故障诊断方面的能力较弱；对于设备方面的能 力较强，对于控制方面的能力较弱；
“过程装备与控制工程”专业
人才培养规格
• 技术型人才：对以教学为主的院校，熟悉过程装 备及其控制的原理、操作、维修、管理，成为企业 设备动力部门的管理人才。
• 结构上本专业的学生要加强基础，加强“过 程原理与装备”、和“过程装备控制技术”课 程教育，突出“过程”，加强“控制”，丰富 “装备技术”。
现代过程装备与控制工程 概论 第一章 魏新利
授课教师
魏新利 教授 xlwei@ Tel: 13592485516
什么是过程装备与控制？
What is Process Equipment and Control Engineering
过程装备与控制的工业背景 过程装备与控制工程技术的发展简史
人类不可缺失的…..
Indispensable to Human Being
过程装备与控制工程是一门研究和实现上述装 置的重要学科。
现代过程装备与控制工程
“过程装备与控制工程” 技术支撑现在和未来社 会的发展，是人类不可 缺失的技术！
过程工业加工制造流程性材料产品
Process industry manufactures products of processed materials
单元过程设备（如换热器、反应器、塔、储罐等）与 单元过程机器（如压缩机、泵、离心机等）二者统称 为过程装备。
过程装备与控制工程是……
Process Equipment and Control Engineering is ……
Combining math, physics, chemistry and engineering of multidiscipline to solve a wide range of industrial problems in a safe and economical fashion. 结合数、理、化和多领域的工程知识，以安全和经 济的方式解决诸多的工业问题的学科 related to both process manufacture industry and equipment manufacture industry
另一类是以物件的加工和组装为核心的产业，根据机 械电子原理加工零件并装配成产品，但不改变物质的 内在结构，仅改变大小和形状，产品计件不计量，多 为非连续操作，这类工业可统称为为装备制造业。
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。
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
过程装备控制技术及应用第1章ppt课件
人工控制与自动控制的比较
9
篮 球 比 赛 是 根据运 动队在 规定的 比赛时 间里得 分多少 来决定 胜负的 ，因此 ，篮球 比赛的 计时计 分系统 是一种 得分类 型的系 统
控制系统的组成
1.被控对象
工艺变量需要控制的生产设备或机器。
2.测量元件及变送器
测量需要控制的工艺参数并将其转化为 一种特定信号（电流信号或气压信号） 的仪器。
定值控制系统 随动控制系统 程序控制系统
定值控制系统的给定值是恒定不变的。
13
篮 球 比 赛 是 根据运 动队在 规定的 比赛时 间里得 分多少 来决定 胜负的 ，因此 ，篮球 比赛的 计时计 分系统 是一种 得分类 型的系 统
②随动控制系统
随动控制系统的给定值是一个不断变化的信号，而且 这种变化不是预先定好的，即给定值得变化是随机的。
y
测量变送器 图1-5 反馈控制系统方框
20
篮 球 比 赛 是 根据运 动队在 规定的 比赛时 间里得 分多少 来决定 胜负的 ，因此 ，篮球 比赛的 计时计 分系统 是一种 得分类 型的系 统
②前馈控制系统
f
前馈补偿器
测量变送器
扰动通道
调节阀
m
y 2
调节通道 y 1
y
被控对象
图1-6 前馈控制系统方框图
如程序控制机床的程序控制系统的输出量应与给定量的变化规律相同14。
篮 球 比 赛 是 根据运 动队在 规定的 比赛时 间里得 分多少 来决定 胜负的 ，因此 ，篮球 比赛的 计时计 分系统 是一种 得分类 型的系 统
闭环控制
2.按系统输出信号对操纵变量影响划分
开环控制
①闭环控制 系统输出信号的改变会返回影响操纵变量，即操纵变
过程装备与控制工程课件
流和成果转。
过程装备与控制工程前沿 技术
智能制造技 术
智能制造概述
智能制造发展趋势
智能制造是一种深度融合先进制造技 术、信息物理系统以及互联网、大数 据、人工智能等新一代信息技术的制 造模式。
随着技术的不断发展，智能制造将进 一步向数字化、网络化、智能化、服 务化方向发展，为制造业转型升级提 供有力支撑。
创新设计与研究
创新设计
鼓励学生发挥创新思维，进行 过程装备与控制工程相关的设计。
研究内容
开展针对过程装备与控制工程 领域的研究，探索新的理论、 技术和方法。
研究方法
采用理论分析、实验研究、数 值模拟等多种研究方法，确保 研究的科学性和可靠性。
研究成果
将研究成果以学术论文、专利 等形式进行发表，促进学术交
其他领域
除了上述领域，过程装备与控制工程还广泛应用于轻工、 食品、冶金、环境工程等领域，为工业生产的稳定、高效 运行提供保障。
过程装备基础知识
过程装备的分类与组成
总结词
了解过程装备的分类和组成是学习过程装备与控制工程的基础。
详细描述
过程装备是指用于实现工业生产过程的设备和装置，包括各种反应器、热交换器、塔器、泵、压缩机等。根据用 途和结构特点，过程装备可以分为压力容器、常压容器、工业炉窑、工业管道等类型。这些设备和装置通常由壳 体、封头、法兰、支座、接管等部件组成。
学科应用领域
石油化工
涉及石油、天然气、化学品的生产、加工和输送等过程， 需要过程装备与控制工程的知识进行工艺流程设计、装备 选型与控制方案优化。
能源领域
火力发电、核能发电、风能、太阳能等新能源的开发利用 过程中，需要过程装备与控制工程技术实现高效、安全、 环保的能源生产。
过程装备与控制工程前沿 技术
智能制造技 术
智能制造概述
智能制造发展趋势
智能制造是一种深度融合先进制造技 术、信息物理系统以及互联网、大数 据、人工智能等新一代信息技术的制 造模式。
随着技术的不断发展，智能制造将进 一步向数字化、网络化、智能化、服 务化方向发展，为制造业转型升级提 供有力支撑。
创新设计与研究
创新设计
鼓励学生发挥创新思维，进行 过程装备与控制工程相关的设计。
研究内容
开展针对过程装备与控制工程 领域的研究，探索新的理论、 技术和方法。
研究方法
采用理论分析、实验研究、数 值模拟等多种研究方法，确保 研究的科学性和可靠性。
研究成果
将研究成果以学术论文、专利 等形式进行发表，促进学术交
其他领域
除了上述领域，过程装备与控制工程还广泛应用于轻工、 食品、冶金、环境工程等领域，为工业生产的稳定、高效 运行提供保障。
过程装备基础知识
过程装备的分类与组成
总结词
了解过程装备的分类和组成是学习过程装备与控制工程的基础。
详细描述
过程装备是指用于实现工业生产过程的设备和装置，包括各种反应器、热交换器、塔器、泵、压缩机等。根据用 途和结构特点，过程装备可以分为压力容器、常压容器、工业炉窑、工业管道等类型。这些设备和装置通常由壳 体、封头、法兰、支座、接管等部件组成。
学科应用领域
石油化工
涉及石油、天然气、化学品的生产、加工和输送等过程， 需要过程装备与控制工程的知识进行工艺流程设计、装备 选型与控制方案优化。
能源领域
火力发电、核能发电、风能、太阳能等新能源的开发利用 过程中，需要过程装备与控制工程技术实现高效、安全、 环保的能源生产。
过程装备与控制工程课件
过程装备控制系统的设计与实现
设计原则
确保控制系统的稳定性、可靠性和经济性。
控制方案确定
根据工艺要求和设备特性，选择合适的控制 方案。
控制算法选择
根据控制要求，选择合适的控制算法，如 PID控制、模糊控制等。
控制界面设计
设计操作简便、直观的控制界面。
过程装备控制系统的调试与优化
01
系统调试
对控制系统进行调试，确保系统正 常运行。
紧急处理措施
在故障发生时，采取紧急处理措施，防止事故扩大。
故障预防与改进
对故障进行总结和归纳，采取预防措施，改进设备设计、制造和运行管理。
06
案例分析与实践操作
典型过程装备的控制案例分析
案例一
反应釜控制系统的案例分析
案例二
离心机控制系统的案例分析
案例四
压缩机控制系统的案例分析
案例三
换热器控制系统的案例分析
过程装备的控制算法
控制算法的基本概念
指用于实现控制策略的数学模型或计算方法。
控制算法的分类
包括线性控制算法和非线性控制算法。
控制算法的选择与实现
需要根据被控对象的特性和控制要求进行选择和调整。
05
过程装备的安全与维护
过程装备的安全管理
安全管理原则
制定和执行安全规章制度，确保过程装备的 安全运行。
过程装备与控制工程 课件
目 录
• 过程装备与控制工程概述 • 过程装备基础知识 • 过程控制基础知识 • 过程装备的控制技术 • 过程装备的安全与维护 • 案例分析与实践操作
01
过程装备与控制工程概 述
定义与特点
定义
过程装备与控制工程是一门涉及化学、机械、材料、计算机等多个学科领域的 综合性工程学科，主要研究工业生产过程中的装备设计、制造、运行控制以及 生产过程优化等方面的理论和实践问题。
过程控制工程1PPT精品文档54页
21
过程与控制
液位人工控制 ： 检测—眼；运算（思考）、命令—脑； 执行—手。
22
过程与控制
液位自动控制 ： 测量元件及变送器—眼；控制器—脑；执行器—手。
23
过程与控制
24
过程控制及其系统
过程控制（process control) :指石油、化工、电力、轻 工、冶金、纺织、建材、原子能等工业部门生产过程的自动 化。
（1）大量采用气动和电动单元组合仪表； （2）计算机控制技术开始应用——DDC系统和SPC系统； （3）复杂控制开始开发应用——串级控制、前馈-反馈控制、比值控
制、分程控制、选择性控制； （4）控制理论——现代控制理论开始应用，由单变量转入多变量
（由于建模困难，应用较少）； （5）集中控制实现：
38
过程控制系统（process control system) :指工业生产 过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、 成分、粘度和PH值等这样一些过程变量的系统。
25
过程控制与运动控制的区别：
过程控制——对变化缓慢信号（物理量）的控制，如 温度、压力、流量、液位等。
运动控制——对变化较快的信号（物理量）的控制， 如转速等。
第一章
过程控制工程绪论
第一章 绪论
专业知识结构 过程控制系统的基本概念
过程控制的基本问题 过程控制的任务和要求 关于本课程的说明
2
案例
3
案例
4
案例
5
案例
6
案例
7
案例
8
案例
9
案例
10
第一节 自动化专业的知识结构
系统知识层 控制知识层 基础知识层
1个知识领域 6个知识领域 1个知识领域
过程与控制
液位人工控制 ： 检测—眼；运算（思考）、命令—脑； 执行—手。
22
过程与控制
液位自动控制 ： 测量元件及变送器—眼；控制器—脑；执行器—手。
23
过程与控制
24
过程控制及其系统
过程控制（process control) :指石油、化工、电力、轻 工、冶金、纺织、建材、原子能等工业部门生产过程的自动 化。
（1）大量采用气动和电动单元组合仪表； （2）计算机控制技术开始应用——DDC系统和SPC系统； （3）复杂控制开始开发应用——串级控制、前馈-反馈控制、比值控
制、分程控制、选择性控制； （4）控制理论——现代控制理论开始应用，由单变量转入多变量
（由于建模困难，应用较少）； （5）集中控制实现：
38
过程控制系统（process control system) :指工业生产 过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、 成分、粘度和PH值等这样一些过程变量的系统。
25
过程控制与运动控制的区别：
过程控制——对变化缓慢信号（物理量）的控制，如 温度、压力、流量、液位等。
运动控制——对变化较快的信号（物理量）的控制， 如转速等。
第一章
过程控制工程绪论
第一章 绪论
专业知识结构 过程控制系统的基本概念
过程控制的基本问题 过程控制的任务和要求 关于本课程的说明
2
案例
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案例
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案例
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案例
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案例
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案例
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案例
9
案例
10
第一节 自动化专业的知识结构
系统知识层 控制知识层 基础知识层
1个知识领域 6个知识领域 1个知识领域
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• 调节器（控制器）：对偏差信号按一定规律运算出 控制信号，并传送给执行器。
• 执行器：接受调节器的信号，自动改变阀门开度， 从而改变输送量。
过程装备与控制工程--第1章
8
§1.3 控制系统的方框图
图中的每一个方框代表控制系统的一个组成部分，称为“环节”。环节具有单 向性，即任何环节只能由输入得到输出，不能逆行。从整个系统来看，给 定值信号和干扰信号是输入信号，被测变量或其测量值是系统的输出信号。 方框图中的圆圈称为“加法器”，用于信号相加或相减，当两个信号相减，即 e=ys -ym ,又称为比较元件。
过程装备与控制工程--第1章
3
§1.1 概述
• 过程装备控制是指在过程装备上，配上一些自动化 装置以及合适的自动控制系统来代替操作人员的部 分或全部劳动，使设计、制造、装配、安装等在不 同程度上自动地进行。
• 生产过程自动化：用自动化装置来管理生产过程的 方法就是生产过程自动化。
• 过程装备控制是生产过程自动化的最重要分支之一。
• 回顾：《机械控制工程基础》§3.4.2 二阶系统的单 位阶跃响应
过程装备与控制工程--第1章
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过程装备与控制工程--第1章
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过程装备与控制工程--第1章
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过渡过程质量指标
最大偏差A（或超调量Mp， ):
衰减比n ：过渡过程曲线上同方向的相邻两个 波峰之比,一般用n:1表示. 回复时间(过渡过程时间、调整时间) 余差：过渡过程终了时，被控变量新的稳态值 与设定值之差。 振荡周期T：
• 自动操纵系统：根据预先规定的程序，自动地对生 产设备进行各种周期性操作的装置。
• 自动控制系统：利用自动化装置，对生产过程某些
重要的工艺变量进行调节，使它们在受到外界因素
影响偏离正常状态时能回复到规定的 范围内。
过程装备与控制工程--第1章
5
§1.1.2 过程装备控制的任务和要求
• 过程装备控制是针对过程装备的主要参数,即温度、 压力、流量、液位、成分和物性参数进行控制。
过程装备与控制工程--第1章
12Biblioteka 过程装备与控制工程--第1章
13
1.4.4 按系统克服干扰的方法分
• 1.反馈控制系统（FBC）
• 2.前馈控制系统（FFC，属于复杂系统在第二章详 细介绍）
• 3.前馈-反馈控制系统（FBC-FFC）
过程装备与控制工程--第1章
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过程装备与控制工程--第1章
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过程装备与控制工程--第1章
16
§1.5 控制系统的过渡过程及其性能指标
• 控制系统的过渡过程
从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值 时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给 定值附近，这个过程就是控制系统的过渡过程。
• 发散振荡过程( 0 )
• 等幅振荡过程(00 )1
• 衰减振荡过程( 1) • 非振荡的单调过程( )
• 生产过程自动化是衡量工业企业现代化水平的一个 重要标志。
过程装备与控制工程--第1章
4
§1.1.1生产过程自动化系统所包含的内容
• 自动检测系统: 采用各种检测仪表自动连续对各种 工艺参数进行测量，并将测量结果记录供操作人员 观察与分析或将测量获得的信息传送给控制系统， 作为自动控制的依据。
• 信号联锁系统：是一种安全系统。包括信号报警和 联锁保护
过程装备与控制工程--第1章
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• 被控变量：需要控制的工艺参数.
• 给定值(或设定值)：对应于生产过程中被控变量的期 望值.
• 测量值：由检测元件的到的被控变量的实际值。
• 操纵变量（或控制变量）：受控于调节阀，用以克服 干扰影响，具体实现控制作用的变量成为操作变量， 它是调节阀的输出信号。
• 干扰（或外界扰动）：引起被控变量偏离给定值的， 除操作变量以外的各种因素。
1.4.3 按系统复杂程度分
• 1.简单控制系统(单回路系统)：只有一个简单的反馈 回路。
• 2.复杂控制系统:系统包含多个调节器、检测变送器 或执行器，从而形成系统中存在多个回路或者在系 统中存在有多个输入信号和多个输出信号。
在第二章会详细介绍简单系统的设计与工程整定等知 识，较为详细地介绍几种复杂类型的控制系统。
给定值是一个不断变化的信号,而且这种变化不是 预先规定好的,给定值的变化是随机的. • 3.程序控制系统：
给定值也是一个不断变化的信号,但这种变化是一 个已知的时间函数,即给定值按一定的程序变化.
过程装备与控制工程--第1章
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1.4.2 按系统输出信号对操纵变量的影响来分
• 1.闭环控制
• 2.开环控制
过程装备控制技术与应用
装控08-1，2
过程装备与控制工程--第1章
1
• 过程：含化学工程、机械工程、动力工程、 控制工程
• 化学工程是过程工业的典型代表 • 控制工程：机械控制 形状、位移、速度
过程控制 温度、压力、流量、 液位、浓度
过程装备与控制工程--第1章
2
第一章 控制系统的基本概念
本章主要内容 • 生产过程自动化系统所包含的内容 • 控制系统的组成 • 控制系统方框图及其概念 • 控制系统的分类 • 控制系统的过渡过程及其性能指标
1.2.1过程装备的控制 锅炉水位控制
装置控制要求：汽包水位保持在一定范围内 人工控制与自动控制的区别与对应关系
过程装备与控制工程--第1章
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1.2.2 控制系统的组成
两大部分：被控对象与全套自动控制装置
• 被控对象:工艺变量需要控制的生产设备和机器.
• 测量元件和变送器：测量需控制的工艺参数并将其 转化为一个特定信号的仪器。
• 过程装备控制要求：安全性、经济性和 稳定性。 • 自动控制系统的要求：稳、准、快。
• 控制的任务：在了解、掌握工艺流程和生产过程的 静态和动态特性的基础上，根据上述三项要求，应 用理论对控制系统进行分析和综合，最后采用合适 的技术手段加以实现
过程装备与控制工程--第1章
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§1.2 控制系统的组成
• 偏差信号e：给定值与测量值的差，在反馈系统中， 调节器是根据偏差信号的大小来控制操作变量的。
• 控制信号：控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
过程装备与控制工程--第1章
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§1.4 控制系统的分类
1.4.1 按给定值的特点划分 • 1.定值控制系统：给定值是不变的 • 2.随动控制系统(或称自动跟踪系统)：
• 执行器：接受调节器的信号，自动改变阀门开度， 从而改变输送量。
过程装备与控制工程--第1章
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§1.3 控制系统的方框图
图中的每一个方框代表控制系统的一个组成部分，称为“环节”。环节具有单 向性，即任何环节只能由输入得到输出，不能逆行。从整个系统来看，给 定值信号和干扰信号是输入信号，被测变量或其测量值是系统的输出信号。 方框图中的圆圈称为“加法器”，用于信号相加或相减，当两个信号相减，即 e=ys -ym ,又称为比较元件。
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§1.1 概述
• 过程装备控制是指在过程装备上，配上一些自动化 装置以及合适的自动控制系统来代替操作人员的部 分或全部劳动，使设计、制造、装配、安装等在不 同程度上自动地进行。
• 生产过程自动化：用自动化装置来管理生产过程的 方法就是生产过程自动化。
• 过程装备控制是生产过程自动化的最重要分支之一。
• 回顾：《机械控制工程基础》§3.4.2 二阶系统的单 位阶跃响应
过程装备与控制工程--第1章
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过渡过程质量指标
最大偏差A（或超调量Mp， ):
衰减比n ：过渡过程曲线上同方向的相邻两个 波峰之比,一般用n:1表示. 回复时间(过渡过程时间、调整时间) 余差：过渡过程终了时，被控变量新的稳态值 与设定值之差。 振荡周期T：
• 自动操纵系统：根据预先规定的程序，自动地对生 产设备进行各种周期性操作的装置。
• 自动控制系统：利用自动化装置，对生产过程某些
重要的工艺变量进行调节，使它们在受到外界因素
影响偏离正常状态时能回复到规定的 范围内。
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§1.1.2 过程装备控制的任务和要求
• 过程装备控制是针对过程装备的主要参数,即温度、 压力、流量、液位、成分和物性参数进行控制。
过程装备与控制工程--第1章
12Biblioteka 过程装备与控制工程--第1章
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1.4.4 按系统克服干扰的方法分
• 1.反馈控制系统（FBC）
• 2.前馈控制系统（FFC，属于复杂系统在第二章详 细介绍）
• 3.前馈-反馈控制系统（FBC-FFC）
过程装备与控制工程--第1章
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过程装备与控制工程--第1章
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过程装备与控制工程--第1章
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§1.5 控制系统的过渡过程及其性能指标
• 控制系统的过渡过程
从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值 时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给 定值附近，这个过程就是控制系统的过渡过程。
• 发散振荡过程( 0 )
• 等幅振荡过程(00 )1
• 衰减振荡过程( 1) • 非振荡的单调过程( )
• 生产过程自动化是衡量工业企业现代化水平的一个 重要标志。
过程装备与控制工程--第1章
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§1.1.1生产过程自动化系统所包含的内容
• 自动检测系统: 采用各种检测仪表自动连续对各种 工艺参数进行测量，并将测量结果记录供操作人员 观察与分析或将测量获得的信息传送给控制系统， 作为自动控制的依据。
• 信号联锁系统：是一种安全系统。包括信号报警和 联锁保护
过程装备与控制工程--第1章
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• 被控变量：需要控制的工艺参数.
• 给定值(或设定值)：对应于生产过程中被控变量的期 望值.
• 测量值：由检测元件的到的被控变量的实际值。
• 操纵变量（或控制变量）：受控于调节阀，用以克服 干扰影响，具体实现控制作用的变量成为操作变量， 它是调节阀的输出信号。
• 干扰（或外界扰动）：引起被控变量偏离给定值的， 除操作变量以外的各种因素。
1.4.3 按系统复杂程度分
• 1.简单控制系统(单回路系统)：只有一个简单的反馈 回路。
• 2.复杂控制系统:系统包含多个调节器、检测变送器 或执行器，从而形成系统中存在多个回路或者在系 统中存在有多个输入信号和多个输出信号。
在第二章会详细介绍简单系统的设计与工程整定等知 识，较为详细地介绍几种复杂类型的控制系统。
给定值是一个不断变化的信号,而且这种变化不是 预先规定好的,给定值的变化是随机的. • 3.程序控制系统：
给定值也是一个不断变化的信号,但这种变化是一 个已知的时间函数,即给定值按一定的程序变化.
过程装备与控制工程--第1章
11
1.4.2 按系统输出信号对操纵变量的影响来分
• 1.闭环控制
• 2.开环控制
过程装备控制技术与应用
装控08-1，2
过程装备与控制工程--第1章
1
• 过程：含化学工程、机械工程、动力工程、 控制工程
• 化学工程是过程工业的典型代表 • 控制工程：机械控制 形状、位移、速度
过程控制 温度、压力、流量、 液位、浓度
过程装备与控制工程--第1章
2
第一章 控制系统的基本概念
本章主要内容 • 生产过程自动化系统所包含的内容 • 控制系统的组成 • 控制系统方框图及其概念 • 控制系统的分类 • 控制系统的过渡过程及其性能指标
1.2.1过程装备的控制 锅炉水位控制
装置控制要求：汽包水位保持在一定范围内 人工控制与自动控制的区别与对应关系
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1.2.2 控制系统的组成
两大部分：被控对象与全套自动控制装置
• 被控对象:工艺变量需要控制的生产设备和机器.
• 测量元件和变送器：测量需控制的工艺参数并将其 转化为一个特定信号的仪器。
• 过程装备控制要求：安全性、经济性和 稳定性。 • 自动控制系统的要求：稳、准、快。
• 控制的任务：在了解、掌握工艺流程和生产过程的 静态和动态特性的基础上，根据上述三项要求，应 用理论对控制系统进行分析和综合，最后采用合适 的技术手段加以实现
过程装备与控制工程--第1章
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§1.2 控制系统的组成
• 偏差信号e：给定值与测量值的差，在反馈系统中， 调节器是根据偏差信号的大小来控制操作变量的。
• 控制信号：控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
过程装备与控制工程--第1章
10
§1.4 控制系统的分类
1.4.1 按给定值的特点划分 • 1.定值控制系统：给定值是不变的 • 2.随动控制系统(或称自动跟踪系统)：