过程控制系统设计概论
第1章 过程控制系统概述ppt课件
三、过程控制系统的分类
１. 按结构特点分类 (１) 反馈控制系统 (２) 前馈控制系统
(３) 前馈—反馈控制系统（复合控制系统）
２. 按给定信号的特点分类 (１) 定值控制系统
(２) 程序控制系统 (３) 随动控制系统
(１) 方框图中每一个方框表示一个具体的实物。 (２) 方框之间带箭头的线段表示它们之间的信号联系，与 工艺设备间物料的流向无关。 (３) 比较点不是一个独立的元件，而色色 ２. 控制过程多属缓慢过程和参量控制形式 ３. 控制方案多种多样 ４. 定值控制是过程控制的一种主要控制形式
要求学生能应用控制理论和工程处理方法，掌握 过程控制系统控制方案的分析、设计和工程实施能 力。
§１—２ 过程控制系统的组成、特征及分类
一、过程控制系统的组成
１. 常用术语（见表１—２—１）
２. 方框图
方框图是控制系统或系统中每个环节的功能和信号流向的 图解表示，是控制系统进行理论分析、设计中常用到的一种形 式。每一个方框表示系统中的一个组成部分（也称为环节）， 方框内填入表示其自身特性的数学表达式或文字说明。
学习目标
１. 了解过程控制的发展历程和发展方向。 ２. 了解本课程的地位和性质。 ３. 掌握过程控制的定义，弄清过程控制的目的。 ４. 掌握过程控制系统的组成和特点。 ５. 掌握过程控制系统的分类以及相互之间的区别。
§1—1 绪论
一、过程控制概述
1．定义 过程控制系统是以表征生产过程的参量为被控制量，使 之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。这里 “过程” 是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相 互作用和转换过程。表征过程的主要参量有温度、压力、 流量、液位、成分和浓度等。过程控制系统的任务就是通 过对过程参量的控制，使生产过程中产品的产量增加、质 量提高、能耗减少，实现工业生产过程自动化。
过程控制系统概述
过程控制系统概述杨峰电信学院06自动化3班学号：40604010321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。
一﹑过程控制的特点随着生产过程的连续化﹑大型化和不断强化, 随着对过程内在规律的进一步了解,以及仪表﹑计算机技术的不断发展, 生产过程控制技术近年来发展异常迅速.所谓生产过程自动化, 一般指工业生产中(如石油﹑化工﹑冶金﹑炼焦﹑造纸﹑建材﹑陶瓷及热力发电等)连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制.凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数(如温度﹑压力﹑流量等)进行的自动控制统称为过程控制.生产过程的自动控制, 一般要求保持过程进行中的有关参数为一定值或按一定规律变化. 由于被控参数不但受内﹑外界各种条件的影响, 而且各参数之间也会相互影响, 这就给对某些参数进行自动控制增加了复杂性和困难性. 除此之外, 过程控制尚有如下一些特点:1. 被控对象的多样性.对生产过程进行有效的控制, 首先得认识被控对象的行为特征, 并用数学模型给以表征, 这叫对象特性的辨识. 由于被控对象多样性这一特点, 就给辨识对象特性带来一定的困难.2. 被控对象存在滞后.由于生产过程大多在比较庞大的设备内进行, 对象的储存能力大, 惯性也大. 在热工生产过程中, 内部介质的流动和热量转移都存在一定的阻力, 因此对象一般均存在滞后性. 由自动控制理论可知, 如系统中某一环节具有较大的滞后特性, 将对系统的稳定性和动态质量指标带来不利的影响, 增加控制的难度.3. 被控对象一般具有非线性特点.当被控对象具有的非线性特性较明显而不能忽略不计时, 系统为非线性系统, 必需用非线性理论来设计控制系统, 设计的难度较高. 如将具有明显的非线性特性的被控对象经线性化处理后近似成线性对象, 用线性理论来设计控制系统, 由于被控对象的动态特性有明显的差别, 难以达到理想的控制目的.4. 控制系统比较复杂.控制系统的复杂性表现之一是其运行现场具有较多的干扰因素. 基于生产安全上的考虑, 应使控制系统具有很高的可靠性.由于以上特点, 要完全通过理论计算进行系统设计与控制器的参数整定至今乃存在相当的困难, 一般是通过理论计算与现场调整的方法, 达到过程控制的目的.二﹑过程控制系统的组成过程控制系统的组成, 一般可用如下框图表示被控参数（变量）y(t ) ;控制（操纵）参数（变量）q(t) ;扰动量f(t) ;给定值r(t) ;当前值z(t); 偏差e(t) ;控制作用u(t)三、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1.反馈控制系统偏差值是控制的依据，最后达到减小或消除偏差的目的。
过程控制过程控制过程控制过程控制系统设计系统设计系统设计系统设计
搅拌釜式反应器（ 基于 PCS7 的带搅拌釜式反应器（CSTR）系统的 ）系统的 过程控制系统设计 过程控制系统设计摘要： 摘要：带搅拌釜式反应器（CSTR）系统是一种常见的化工设备，工业生产时，一些很重 要的过程参数如进料流量、反应温度、反应物液位、反应压力等都需要加以控制。
本文针对 釜式反应器的工艺特点和控制要求，给出了一套基于 PCS 7 的控制方案。
在控制算法上，综 合应用了串级控制、 前馈控制、 变比值控制等多种控制方式。
尤其是对反应器升温曲线控制， 考虑到常规 PID 控制器的控制效果不佳， 本文给出了模糊 PID 控制器的控制方案。
MATLAB 仿真结果表明，模糊 PID 控制器较传统 PID 有更好的控制效果。
此外，本文还给出了控制 系统相应的硬件配置、网络拓扑结构，以及各控制回路在西门子 PCS7 环境下的实施框图。
关键词： 关键词：CSTR，PCS7，过程控制 ， ，Design of Process Control System Based on PCS7 of Continuous Stirred-Tank Reactor SystemAbstract：CSTR system is widely used in chemical production and some crucial parameters as ： feed flow, reaction temperature, reactant liquid level must be controlled. In this paper, an integrated control system based on Siemens PCS7 is designed according to the system characteristic and control requirement, which synthetically uses cascade control, feed-forward control, changing ratio control. Especially considering PID control may not be effective as object is reaction temperature with notable delay, fuzzy PID control is proposed and then simulated by MATLAB. The result demonstrates that it really improved the control effect. Then specific hardware configuration, network structure and software configuration is also given in order to carry out the system by Siemens PCS7. Keywords: CSTR，PCS7，process control ， ，1 引言反应器是任何化学品生产过程中的关键设备，决定了化工产品的品质、品种和生产能 力。
过程控制系统设计 PPT课件
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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
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。
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。
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
《过程控制系统设计》PPT课件
❖ 命题
▪ 确定所要求取的参数——流量、孔径、压差
❖ 从层流到紊流的分界线取决于
▪ 流量、流体的密度、粘度和管道内径
❖ 雷诺数Re
▪ Re〈2300 层流 ▪ Re〉4000 紊流
46微米厚的液晶层的流动。 当电场强度平缓增加时 •层流（右上） •弱的湍流（左下） •方格状对流（右下） 下侧两图混沌→湍流
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3 过程控制系统设计
(2) 雷诺数Re（续）
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3 过程控制系统设计
(3) 推断控制 当被控变量不能直接测量使用，利用辅助变 量的测量值来调节控制变量，使不可测的被控变 量保持在预期值。
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3 过程控制系统设计
3.3 过程控制系统硬件选择
根据过程控制的输入输出变量以及控制要求，可
以选定系统硬件，包含：
保护
❖ 控制装置
装置
❖ 测量仪表、传感器 ❖ 执行机构
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3 过程控制系统设计
3.3.2 测量仪表和传感器的选型原则
❖ 检测部件一般宜采用定型产品，设计过程控 制系统时，根据控制方案选择测量仪表和传 感器
❖ 选型原则：
▪ 可靠性 ▪ 实用性 ▪ 先进性
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3 过程控制系统设计
3.4 流量计选择
3.4.1 流量计算有关的基本概念
(1) 流量Q 流体在单位时间内流过管道或设备某处横断面 的数量成为流量。
ε 可膨胀系数
a 节流装置开孔截面积
ρ1 流体流过节流装置前的密度
Δp 节流元件前后压力差
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3 过程控制系统设计
过程控制系统第1章-过程控制系统概述课件
2.自动化仪表的发展
自动化仪表是一种“信息机器”，其主要功能是信息形式的转换 和表达，将输入信号转换成输出信号。信号可以按时间域或频 率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字 量形式。自动化仪表的发展一直适应着工业的需要，经历了自 力式、基地式、单元组合式、智能式和总线式几个发展阶段。 按照工作能源的不同，单元组合仪表还可分为电动单元组合仪 表(DDZ)和气动单元组合仪表(QDZ)两大类，它们都经历了Ⅰ型、 Ⅱ型、Ⅲ型3个阶段。智能仪表就是在普通的模拟仪表基础上增 加微处理器电路而形成的仪表。这里所谓的“智能”，是指现场 仪表具有普通模拟仪表拥有的信号变换、补偿、驱动等常规功 能以外，还具有一定的拟人智能的特性或功能，例如自适应、 自学习、自校正、自诊断和自组织等。
6
1.传递函数
图1-13 环节的输入-输出关系
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2.框图变换 (1)框图的基本元素 (2)框图运算法则 (3)复杂框图的化简及应用
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2.框图变换
图1-14 简单控制系统框图
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(1)框图的基本元素 构成控制系统框图的基本元素包括信息、分支点、汇合点和 环节。 1)信息 2)分支点 3)汇合点 4)环节
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1.控制理论的发展
自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学，它的发展 初期是以反馈理论为基础的自动调节原理。根据自动控制技术 发展的不同阶段，自动控制理论相应经历了从经典控制理论、 现代控制理论，到控制论、信息论、系统论等学科交叉的若干 发展阶段。 经典控制理论是指在20世纪40年代到50年代末期所形成的理论 体系，它主要是研究单输入单输出(SISO)线性定常系统的分析 和设计，其理论基础是描述系统输入-输出关系的传递函数，解 决SISO系统的稳定性问题。
过程控制系统设计
过程控制系统设计过程控制系统是指在工业生产中对生产过程进行监控、调节和控制的系统。
它是工业自动化的核心部分，直接关系到生产的稳定性、效率和质量。
因此，过程控制系统的设计非常重要，下面将从几个方面对过程控制系统的设计进行探讨。
首先，过程控制系统的设计需要确定控制目标和要求。
根据生产过程的特点和目标，确定系统的控制方式、控制参数和控制精度等指标。
例如，在化工生产中，常采用PID控制器进行温度、压力、流量等参数的控制，而在电力系统中，常采用分布式控制系统（DCS）进行电流、电压和功率的控制。
控制目标和要求的明确可以为后续的系统设计提供指导。
其次，过程控制系统的设计需要考虑传感器与执行器的选择和布置。
传感器的选择和布置将直接影响到系统对生产过程的感知能力和控制精度。
传感器应能准确、稳定地测量相关物理量，并能与控制系统进行数据交互。
同时，传感器的布置要考虑到实际生产过程的特点，尽可能地覆盖全部关键位置，以获得全面的数据信息。
类似地，执行器的选择和布置也需要根据实际情况进行决策，以实现对生产过程的精确控制。
其次，过程控制系统的设计需要考虑系统的可靠性和安全性。
作为一个关键系统，过程控制系统在设计时必须考虑到可能出现的各种故障情况，并采取相应的措施进行容错和备份。
例如，可以使用冗余设计，即在系统中引入多个备用组件，以备份主要组件的工作。
此外，还需考虑到系统的安全性，采取相应的措施防止非法操作和恶意攻击，确保生产过程的安全运行。
最后，过程控制系统的设计需要进行系统的集成和优化。
传感器、执行器、控制器以及相关的软件和通信设备需要在设计和实施阶段进行集成，确保各个组件之间的正常通信和协作。
同时，在系统实施后，还需对系统进行优化和调整，以满足实际生产过程的要求。
通过对系统的数据进行分析和处理，可以发现问题和改进的空间，提高生产过程的效率和质量。
综上所述，过程控制系统的设计是一个复杂而重要的过程。
需要明确控制目标和要求，选择合适的传感器和执行器，考虑系统的可靠性和安全性，并进行系统的集成和优化。
过程控制系统概述
2.试验辨识法
先给被控过程人为地 施加一个输入作用，然后 记录过程的输出变化量， 得到一系列试验数据或曲 线，最后再根据输入－输 出试验数据确定其模型的 结构（包括模型形式、阶 次与纯滞后时间等）与模 型的参数。
主要步骤
3.混合法
机理演绎法与试验辩识法的相互交替使用的一种方法 精品文档
锅炉汽包水位的变化过程为典型的具有反向特性的过程
在给水量阶跃增大而燃料量和蒸汽负荷不变的情况下，由于蒸发率的 降低，于是刚开始时水位会下降，然后才逐渐上升。
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3.1.3 过程(guòchéng)建模方 法
1.机理(jī lǐ)演绎法 根据被控过程的内部机理，运用已知的静态或动态平衡关系，用数学解析的方法求取被控过
3 过程控制系统(kònɡ zhì xì tǒnɡ)概述
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主要 (zhǔyào)内 3容.1 被控过程的数学模型
3.2 简单(jiǎndān) 控制系统 3.3 常用高性能控制系统
3.4 实现特殊工艺要求的控制系统
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3.1 被控过程的数学模型
3.1.1 被控过程(guòchéng)的数学模型及 其作用 被控(bèi kònɡ)过程的数学模型是指过程的输入变量与输出变量之间定量关系的描述。
衰减振荡的传递函数一般可表示为
Ke s
G(s) (T 2s2 2Ts 1) 精品文档
(0 1)
• 具有(jùyǒu)反向特性的过 程
对过程(guòchéng)施加一阶跃输入信号，若在开始一段时间内，过程(guòchéng)输出先降 后升或先升后降，即出现相反的变化方向，则其为具有反向特性的被控过程(guòchéng)。
（a）
过程控制系统方案设计
过程控制系统方案设计过程控制系统是指将传感器、执行器和控制算法等组成的一套系统，用于监测和控制工业过程中的温度、压力、流量等参数。
本文将从系统组成、功能设计、安全性设计和可扩展性设计等方面，详细介绍过程控制系统的方案设计。
1.系统组成-传感器：用于采集工业过程中的参数，如温度传感器、压力传感器、液位传感器等。
-执行器：用于根据控制算法的输出执行动作，如电动阀门、电机等。
-控制算法：通过对传感器采集的参数进行处理，并根据设定的控制策略输出控制信号给执行器。
-人机界面：通过图形化界面使操作人员能够监视和控制整个系统。
-通信网络：用于传输传感器采集的数据和控制信号。
-数据存储和处理单元：用于存储历史数据和对数据进行处理分析。
-电源供应：为系统提供电力。
2.功能设计-参数采集：通过传感器采集工业过程中的参数，并将其转化为数字信号。
-数据处理：对传感器采集的数据进行滤波、去噪等处理，以满足控制算法的要求。
-控制策略生成：根据设定的控制策略，利用控制算法对传感器采集的数据进行处理，从而生成控制信号。
-执行动作控制：将控制信号传递给执行器，通过调节执行器的状态来控制工业过程中的参数。
3.安全性设计-可靠性：系统需要具备高可靠性，能够正常工作并保证工业过程的稳定性。
-网络安全：通过加密通信、防火墙等措施，确保系统在网络通信中的安全性。
-级联保护：当系统中的一些部分出现故障时，能够及时发出警报并采取相应的保护措施。
-系统备份：对系统进行定时备份，以保证系统数据的安全性。
-权限管理：通过设定用户权限，限制非授权人员对系统的访问和操作。
4.可扩展性设计-模块化设计：将系统划分为多个模块，每个模块具有独立的功能和接口，方便对系统的扩展和维护。
-开放式接口：提供开放式接口，允许第三方设备和软件与系统进行集成。
-标准化协议：采用标准化协议，方便系统与其他设备进行通信和交互。
-可定制性：根据用户需求，对系统进行定制化开发，以满足不同工业过程的需求。
过程控制系统 复习总结!讲解
过程控制系统知识点总结）一、概论1、过程控制概念：五大参数。
过程控制的定义：工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。
2、简单控制系统框图。
控制仪表的定义：接收检测仪表的测量信号，控制生产过程正常进行的仪表。
主要包括：控制器、变送器、运算器、执行器等，以及新型控制仪表及装置。
控制仪表的作用：对检测仪表的信号进行运算、处理，发出控制信号，对生产过程进行控制。
3、能将控制流程图（工程图、工程设计图册）转化成控制系统框图。
4、DDZ -Ⅲ型仪表的电压信号制，电流信号制。
QDZ-Ⅲ型仪表的信号制。
它们之间联用要采用电气转换器。
5、电信号的传输方式，各自特点。
电压传输特点：1). 某台仪表故障时基本不影响其它仪表； 2). 有公共接地点；3). 传输过程有电压损耗，故电压信号不适宜远传。
电流信号的特点：1).某台仪表出故障时，影响其他仪表；2).无公共地点。
若要实现仪表各自的接地点,则应在仪表输入、输出端采取直流隔离措施。
6、变送器有四线制和二线制之分。
区别。
1、四线制：电源与信号分别传送，对电流信号的零点及元件的功耗无严格要求。
2、两线制：节省电缆及安装费用，有利于防爆。
活零点，两条线既是信号线又是电源线。
7、本安防爆系统的2个条件。
1、在危险场所使用本质安全型防爆仪表。
2、在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅，以限制流入危险场所的能量。
第一个字母：参数类型 T ——温度（Temperature ） P ——压力（Pressure ） L ——物位（Level ） F ——流量（Flow ） W ——重量（Weight ） 第二个字母：功能符号 T ——变送器（transmitter ） C ——控制器（Controller ） I ——指示器（Indicator ） R ——记录仪（Recorder ） A ——报警器（Alarm ）加热炉8、安全栅的作用、种类。
过程控制系统设计实例概述43页PPT
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
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。
过程控制系统设计的主要内容
过程控制系统设计的主要内容
以下是 7 条关于过程控制系统设计的主要内容：
1. 确定控制目标呀，这就像你要去一个地方，得先明确目的地是哪儿。
比如说，要让一个化学反应釜的温度保持稳定，这就是一个明确的控制目标嘛！
2. 选择合适的传感器和执行器呢。
这不就好比给车子选对轮胎和发动机，能让它跑得又稳又好。
比如用温度传感器来检测温度，再用调节阀来控制介质流量呀。
3. 设计控制算法呀，这可太重要啦！就如同给机器注入智慧，让它知道该怎么根据情况做出反应。
像 PID 控制算法，那可是常用的好宝贝呢。
4. 构建控制系统架构哦。
这就像是搭积木一样，得把各个部分巧妙地组合在一起。
是集中式还是分布式呢，得好好琢磨一下呀。
5. 要进行系统调试和优化呀，这可不是一蹴而就的事儿。
这就好像雕刻一件艺术品，得一点点打磨完善。
看看参数设置得合不合理，有没有更好的调整空间。
6. 考虑人机界面的设计呢。
这得让人能轻松地和系统互动呀，不然多别扭。
就像手机界面一样，得简洁明了、方便操作才行。
7. 安全保障可不能忘啊！这好比给系统穿上铠甲，保护它和周围的一切呀。
各种故障诊断和保护措施都得准备齐全呀。
总之，过程控制系统设计可不是简单的事儿，每一步都得精心考量，才能让系统高效、稳定地运行呀！。
《过程控制系统概述》PPT课件
本课程在自动化类专业中的地位和作用
➢与自动控制理论的联系（思考自控的内容）； ➢与运动控制系统的区别； ➢主要应用场合； ➢支撑课程以及相关基础课程。 ➢在整个自动化大类专业中的地位；
电气信息学院测控系
本课程主要内容
➢基本概念
▪ 过程控制系统的概念和发展状况 ▪ 控制对象的数学模型
采集到的氧气流量，送入 流量变送器FT，再经过开 方器，其结果送到流量控 制器（调节器）FC作为流 量反馈值，与供氧量的设 定值比较，得到偏差值， 经过流量控制器（调节器） FC进行PID运算，输出控制 信号，去控制调节阀的开 度，从而改变供氧量的大 小，以满足生产工艺要求。
3
FC 4
2 FT
5
氧
气
界干扰，使被控量尽量保持接近或等于设定值。
电气信息学院测控系
5．过程控制有多种分类方法
• 按被控参数分类： 温度、压力、流量、液位或物位控制系统、物性
控制系统、成分控制系统。 • 按被控量数分类：
单变量过程控制系统、多变量过程控制系统。 • 按设定值分类：
定值控制系统、随动（伺服）控制系统、程序控 制系统。
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1.1 过程控制的任务与目标
• 生产过程：
– 是指物料经过若干加工步骤而成为产品的过程。
• 生产过程的总目标：
– 以最经济的途径将原物料加工成预期的产品。
• 过程控制的任务:
– 了解工艺流程和动静态特性， – 实现生产过程的控制目标。
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• 生产过程的要求：安全性,稳定性,经济性。
计算机控制技术。
电气信息学院测控系
二、过程控制的特点
1、被控过程的多样性 石油化工过程、钢铁生产中的冶炼和轧制过程、核
第3章过程控制系统设计ppt课件
◆按式(3-17)，求 1
◆按式(3-11)(3-9)，分别求 1和 C1 ，则
A2 X1C11
◆求差值 1 ，则 1 A2 A2
◆作第二次假定，用
重复上述步骤，直到
1、nC小1作于为某第规二定个的假值定为值止，
A2 XC 10n
A2
◆以在后冶的金迭工代业值，，常可取用 具有1，快n速＝收4。敛对的于弦X截3 法和公 3
※标准节流装置的取压方式
★径距取压：其取压口与孔板的间距是取压口中 心线与孔板某一规定端面之间的距离。
★法兰取压：须用专门带钻孔的法兰。上下游取 压管中心位于距孔板两侧相应端面25.4mm处
★角接取压：取压口的位置紧贴孔板的端面。有 环室取压、钻孔式夹持环取压、环管取压
•
具有径距取压或法兰取压的孔板取压口间距
★实际可调比：调节阀实际控制的最大和最小流 量的比值
☆串联管道：在管道系统的总压降一定时，随着 流量的增加，串联管路的阻力损失增大，调节 阀上的压降减小，使调节阀的最大流量减小。 即串联管道调节阀的实际可调比降低。
◆串联管道的实际可调比为：
Rs
Qmax Qmin
Cmax Cmin
pmin R pmax
◆旁路程度 ◆可调比
B Q1max QT max
R Q1max Q1min
Q1min
QT max B R
Q2 QT max Q1max (1 B)QT max
Rp
1
1 BR
1
1 1 B
QT max Q2
R
调节阀的流量特性
★流量特性 ★理想流量特性 ★工作流量特性
※调节阀的流量特性
★指流体流过阀门的相对流量和相对开度之间的 函数关系。
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3.1 过程控制设计概述
QSVP-16N智能电动单座调节阀 主要技术参数： 执行机构 型式：智能型直行程执行机构 输入信号：0~10mA
4~20mADC 0~5VDC 1~5VDC 输入阻抗：250Ω 500Ω
本章小结
1. 过程控制系统设计的步骤与方法，根据生产工艺 要求，如何选择被控变量和控制变量，以及仪表 选型的基本原则。
3.1 过程控制设计概述
二、确定控制变量与控制方案
控制变量
被控变量 输入变量
控制方案
控制结构 控制算法
反馈控制 前馈控制
3.1 过程控制设计概述
二、确定控制变量与控制方案
3.1 过程控制设计概述
二、确定控制变量与控制方案
3.1 过程控制设计概述
三、过程控制系ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ硬件选择
根据过程控制的输入输出变量以及控制要求， 可以选定系统硬件，包含控制装置、测量仪表、 传感器、执行机构和报警、保护、连锁等部件。
3.1 过程控制设计概述
二、确定控制变量与控制方案
根据稳定性、安全性和经济性原则确定控制目标
在定性地确定目标以后，需要用工业过程的 被控变量来定量地表示控制目标。被控变量也是 工业过程的输出变量。
工业过程的控制目标以及输入输出变量确定以 后，控制方案就可以确定了 。控制方案包括控制 结构和控制算法。
设定值
4~20mA
控制器
执行机构
流量
控制对象
液位
(仪表)
(调节阀)
(水箱)
4~20mA 测量装置 (压力传感器)
RS485
3.1
过程控制设计概述
当被测介质（液 体）的压力作用于传 感器时，压力传感器 将压力信号转换成电 信号，经归一化差分 放大和输出放大器放 大 ， 最 后 经 V/A电 压 电流转换器转换成与 被测介质（液体）的 液位压力成线性对应 关系的4~20mA标准电 流输出信号。
第3章 过程控制系统设计
3.1 过程控制设计概述 3.2 节流元件（流量计）计算 3.3 调节阀选择
3.1 过程控制设计概述
一、过程控制系统设计步骤
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 7. 设备安装、调试与整定、运行
3.1 过程控制设计概述
三、过程控制系统硬件选择 测量仪表和传感器的选型
检测部件一般宜采用定型产品，设计过程 控制系统时，根据控制方案选择测量仪表和传 感器。
选型原则
可靠性原则 实用性原则 先进性原则
标准信号
0-10mA电流信号 4-20mA电流信号 0-5V直流电压信号 0-10V直流电压信号
3.1 过程控制设计概述
2. 流量测量和计算有关的基本原理与概念，流量计 类型，节流装置的取压方式，以及标准节流装置 的一种计算方法。
本章小结
3. 调节阀的几种典型特性，调节阀口径计算中 有关的基本概念，调节阀口径计算方法和验 算方法。
4. 步进加热炉流量控制系统的组成，给出了一 个标准孔板和蝶阀计算的实例。
简单的过程控制系统可以选择单回路控制器， 对于比较复杂的系统需要用计算机控制。
3.1 过程控制设计概述
三、过程控制系统硬件选择 控制装置的选择
用于过程控制的计算机控制设备多采用DCS （集散控制系统）或PLC（可编程序控制器）。
模拟量控制回路较多，开关量较少的过程控 制系统宜采用DCS控制；模拟量控制回路较少， 开关量较多的过程控制系统宜采用PLC控制。