过程控制-第四讲 复杂控制系统
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– 单闭环比值控制系统：以一个参数的测定值计算出 另一个参数闭环控制的设定值；
– 双闭环比值控制系统：以一个单闭环参数的测定值 计算另一个参数闭环控制的设定值；
– 变比值控制系统：以第三个参数的大小决定上述控 制系统的比值。
2020/4/21
第四讲 复杂过程控制系统
11
1.4 选择性控制系统
• 两种系统保护措施
2020/4/21
第四讲 复杂过程控制系统
5
串级控制的特点
• 两个回路：主回路、副回路 • 两个变量：主变量、副变量 • 两个控制器 • 一个执行器 • 改善动态特性：有效克服了滞后 • 自适应能力：可应用于负荷和操作条件
变化较大的场合。
2020/4/21
第四讲 复杂过程控制系统
6
串级控制的通用方块图
13
分程控制系统示例
LT
LV1 LC
LV2
2020/4/21
第四讲 复杂过程控制系统
14
1.6 多冲量控制系统
• 多冲量控制系统： 以多个变量经过一定的运算后，共同 控制同一个执行器，以实现较高质量 的控制系统。
2020/4/21
第四讲 复杂过程控制系统
15
多冲量控制系统示例——锅炉液 位控制系统
出、打印等。
2020/4/21
第四讲 复杂过程控制系统
21
集散式控制系统的特点
• 采用分级梯阶结构
– 过程控制、优化控制、自适应控制、工厂 管理；
• 采用微机智能技术 • 采用网络通讯技术 • 丰富的功能软件包 • 强有力的人机接口功能 • 采用高可靠技术
– 提高硬件可靠性，采用冗余配置。
2020/4/21
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第四讲 复杂过程控制系统
3
例： 管式加热炉的控制
出口温度 炉温
• 主参数（目标参数）： 出口温度
• 操纵变量：燃料量
• 副变量：炉温
燃料量 原料
通过出口温度 调节炉温设定值
原料量变化
炉温变化
2020/4/21
通过燃料量 调节炉温
第四讲 复杂过程控制系统
出口温度变化
4
管式加热炉流程图和方块图
第四讲 复杂过程控制系统
8
控制规律与正反作用
• 控制规律
– 主回路：无余差——PI、PID控制 – 副回路：快速反应——纯P控制。
• 正反作用
– 主回路：根据主、副变量的关系确定正反作 用；
– 副回路：根据系统安全性确定正反作用。
2020/4/21
第四讲 复杂过程控制系统
9
1.2 均匀控制系统
• 当系统中具有两个相互关联的参数，其 中任意一个参数的稳定必然导致另一个 参数的大幅度变化，而工艺上需要两者 兼顾时，可采用均匀控制。
2020/4/21
第四讲 复杂过程控制系统
20
2.3 计算机集散式控制系统
• 集散控制系统 Distributed Control System
（DCS） – 基于计算机网络，按实际功能进行梯阶控制和管理
的复杂控制系统。
• DCS系统组成
– 现场控制站：局部控制、数据采集与传送； – 人机接口：系统编程（组态）、状态监视、操作； – 通讯接口：信息传送； – 通用计算机接口与通用计算机：系统管理、数据输
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第四讲 复杂过程控制系统
12
1.5 分程控制系统
• 分程控制系统：由一个控制器同时控制 两个执行机构并使之次第执行的控制系 统。
• 使用范围：
– 扩大调节范围，提高调节精度； – 可用于两种不同的介质，以满足工艺要求； – 用作生产安全的防护措施。
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第四讲 复杂过程控制系统
– 所有数据存在位置都以地址表示；
– 计算机通过指定地址（包括接口位置）对数 据读、写。
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第四讲 复杂过程控制系统
17
计算机内部结构原理图
EPROM
ROM CPU
RAM
I/O
CRT PRN KB MOUSE NET I/O
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第四讲 复杂过程控制系统
18
2.1 直接计算机控制系统
• 均匀控制的目标：
– 两个参数都是变化的，且变化缓慢； – 两个参数的变化范围都要尽可能小。
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第四讲 复杂过程控制系统
10
1.3 比值控制系统
• 比值控制系统：实现两个或两个以上参 数符合一定比例关系的控制系统。
• 比值控制方案
– 开环比值控制系统：以一个参数的测定值控制另一 个参数；
FT
FT
LT
LT
LT
LC
LC
LC
LV
单冲量
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LV
双冲量
第四讲 复杂过程控制系统
LV FT
三冲量
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2. 计算机程序控制系统
• 工业控制计算机的特点：
– 可靠性强，抗干扰能力强； – 与用户设备联结方便； – 可以使用单一的计算机语言，或通用语言。
• 计算机控制基本原理：
– 计算机中，所有数据均以高低电平表示—有 电、无电；
– 选择性控制系统
– 分程控制系统
– 多冲量控制系统
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第四讲 复杂过程控制系统
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1.1 串级控制系统
• 串级控制系统：有两个闭环反馈回路， 每个回路都有自己的控制器、测量变送 器，但只有一个执行器。两个控制器采 用串联控制方式，主控制器的输出作为 副控制器的给定值，而由副控制器的输 出来控制执行器的动作。所以，主回路 是一个定值控制系统，副回路则是一个 随动控制系统。
第四讲 复杂过程控制系统
主讲人： 王同敏
材料科学与工程学院
2020/4/21
第四讲 复杂过程控制系统
1
1. 复杂控制系统
• 复合控制系统是由两个及两个以上简单 控制系统组合起来的控制一个或同时控 制多个参数的控制系统。
• 常见复合控制系统主要有以下几种：
– 串级控制系统
– 均匀控制系统
– 比值控制系统
• 直接数字控制系统
– Direct Digital Control ——DDC – 用一台工业计算机配以适当的输入输出设备，从生
产过程中经输入通道获取信息，按照预先规定的控 制算法计算出控制量，并通过输出通道，直接作用 到执行机构上，实现对生产过程的闭环控制。
• DDC控制系统实质上是以计算机为控制器过程控制
第四讲 复杂过程控制系统
22
•本讲小结
1. 控制规律的选择 2. 复杂控制系统的分类、特点、应用场合 3. 计算机控制系统介绍 4. 下一讲: 温度测量方法及控制
2020/4/21
第四讲 复杂过程控制系统
23
Thank you for you attention!
wk.baidu.com
2020/4/21
第四讲 复杂过程控制系统
系统。
• DDC控制系统的特点：
– 高可靠性，友好的人机对话界面，方便的显示打印 功能，灵活的控制规律。
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第四讲 复杂过程控制系统
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2.2 计算机控制网络系统
• 一个独立的计算机工作站就如同一台独 立的家用计算机，可以通过网线和服务 器构成计算机网络。
• 如同其它计算机局域网一样，通过计算 机控制网络同样可以进行数据的传输和 远程操作。各工作站的历史数据也可以 通过网络按需要进行储存和显示打印。
– 硬保护：极限情况下，声光报警，转入人工控制或 停车；
– 软保护：极限情况下，转入另一种控制模式，进行 自动处理——选择性控制系统。
• 选择性控制系统分类
– 开关型选择性控制系统：由限位信号切断控制器输 出；
– 连续型选择性控制系统：由限位信号切换为另一个 控制器输出给执行器；
– 混合型选择性控制系统：采用两个限制信号，同时 进行上述两种控制。
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第四讲 复杂过程控制系统
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串级控制系统中副回路的确定
• 主、副回路应有一定的内在联系 • 副回路应尽可能多地包含干扰因素
– 主要干扰应包含在副回路中； – 在可能条件下，使副回路包含较多的次要
干扰。
• 注意主、副回路的时间匹配，防止 “共振”
• 尽量使副回路包含较少的滞后时间。
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– 双闭环比值控制系统：以一个单闭环参数的测定值 计算另一个参数闭环控制的设定值；
– 变比值控制系统：以第三个参数的大小决定上述控 制系统的比值。
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1.4 选择性控制系统
• 两种系统保护措施
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串级控制的特点
• 两个回路：主回路、副回路 • 两个变量：主变量、副变量 • 两个控制器 • 一个执行器 • 改善动态特性：有效克服了滞后 • 自适应能力：可应用于负荷和操作条件
变化较大的场合。
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串级控制的通用方块图
13
分程控制系统示例
LT
LV1 LC
LV2
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1.6 多冲量控制系统
• 多冲量控制系统： 以多个变量经过一定的运算后，共同 控制同一个执行器，以实现较高质量 的控制系统。
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多冲量控制系统示例——锅炉液 位控制系统
出、打印等。
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集散式控制系统的特点
• 采用分级梯阶结构
– 过程控制、优化控制、自适应控制、工厂 管理；
• 采用微机智能技术 • 采用网络通讯技术 • 丰富的功能软件包 • 强有力的人机接口功能 • 采用高可靠技术
– 提高硬件可靠性，采用冗余配置。
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例： 管式加热炉的控制
出口温度 炉温
• 主参数（目标参数）： 出口温度
• 操纵变量：燃料量
• 副变量：炉温
燃料量 原料
通过出口温度 调节炉温设定值
原料量变化
炉温变化
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通过燃料量 调节炉温
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出口温度变化
4
管式加热炉流程图和方块图
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控制规律与正反作用
• 控制规律
– 主回路：无余差——PI、PID控制 – 副回路：快速反应——纯P控制。
• 正反作用
– 主回路：根据主、副变量的关系确定正反作 用；
– 副回路：根据系统安全性确定正反作用。
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1.2 均匀控制系统
• 当系统中具有两个相互关联的参数，其 中任意一个参数的稳定必然导致另一个 参数的大幅度变化，而工艺上需要两者 兼顾时，可采用均匀控制。
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2.3 计算机集散式控制系统
• 集散控制系统 Distributed Control System
（DCS） – 基于计算机网络，按实际功能进行梯阶控制和管理
的复杂控制系统。
• DCS系统组成
– 现场控制站：局部控制、数据采集与传送； – 人机接口：系统编程（组态）、状态监视、操作； – 通讯接口：信息传送； – 通用计算机接口与通用计算机：系统管理、数据输
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1.5 分程控制系统
• 分程控制系统：由一个控制器同时控制 两个执行机构并使之次第执行的控制系 统。
• 使用范围：
– 扩大调节范围，提高调节精度； – 可用于两种不同的介质，以满足工艺要求； – 用作生产安全的防护措施。
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– 所有数据存在位置都以地址表示；
– 计算机通过指定地址（包括接口位置）对数 据读、写。
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计算机内部结构原理图
EPROM
ROM CPU
RAM
I/O
CRT PRN KB MOUSE NET I/O
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2.1 直接计算机控制系统
• 均匀控制的目标：
– 两个参数都是变化的，且变化缓慢； – 两个参数的变化范围都要尽可能小。
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1.3 比值控制系统
• 比值控制系统：实现两个或两个以上参 数符合一定比例关系的控制系统。
• 比值控制方案
– 开环比值控制系统：以一个参数的测定值控制另一 个参数；
FT
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LT
LT
LT
LC
LC
LC
LV
单冲量
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LV
双冲量
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LV FT
三冲量
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2. 计算机程序控制系统
• 工业控制计算机的特点：
– 可靠性强，抗干扰能力强； – 与用户设备联结方便； – 可以使用单一的计算机语言，或通用语言。
• 计算机控制基本原理：
– 计算机中，所有数据均以高低电平表示—有 电、无电；
– 选择性控制系统
– 分程控制系统
– 多冲量控制系统
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1.1 串级控制系统
• 串级控制系统：有两个闭环反馈回路， 每个回路都有自己的控制器、测量变送 器，但只有一个执行器。两个控制器采 用串联控制方式，主控制器的输出作为 副控制器的给定值，而由副控制器的输 出来控制执行器的动作。所以，主回路 是一个定值控制系统，副回路则是一个 随动控制系统。
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主讲人： 王同敏
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1. 复杂控制系统
• 复合控制系统是由两个及两个以上简单 控制系统组合起来的控制一个或同时控 制多个参数的控制系统。
• 常见复合控制系统主要有以下几种：
– 串级控制系统
– 均匀控制系统
– 比值控制系统
• 直接数字控制系统
– Direct Digital Control ——DDC – 用一台工业计算机配以适当的输入输出设备，从生
产过程中经输入通道获取信息，按照预先规定的控 制算法计算出控制量，并通过输出通道，直接作用 到执行机构上，实现对生产过程的闭环控制。
• DDC控制系统实质上是以计算机为控制器过程控制
第四讲 复杂过程控制系统
22
•本讲小结
1. 控制规律的选择 2. 复杂控制系统的分类、特点、应用场合 3. 计算机控制系统介绍 4. 下一讲: 温度测量方法及控制
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Thank you for you attention!
wk.baidu.com
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第四讲 复杂过程控制系统
系统。
• DDC控制系统的特点：
– 高可靠性，友好的人机对话界面，方便的显示打印 功能，灵活的控制规律。
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第四讲 复杂过程控制系统
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2.2 计算机控制网络系统
• 一个独立的计算机工作站就如同一台独 立的家用计算机，可以通过网线和服务 器构成计算机网络。
• 如同其它计算机局域网一样，通过计算 机控制网络同样可以进行数据的传输和 远程操作。各工作站的历史数据也可以 通过网络按需要进行储存和显示打印。
– 硬保护：极限情况下，声光报警，转入人工控制或 停车；
– 软保护：极限情况下，转入另一种控制模式，进行 自动处理——选择性控制系统。
• 选择性控制系统分类
– 开关型选择性控制系统：由限位信号切断控制器输 出；
– 连续型选择性控制系统：由限位信号切换为另一个 控制器输出给执行器；
– 混合型选择性控制系统：采用两个限制信号，同时 进行上述两种控制。
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第四讲 复杂过程控制系统
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串级控制系统中副回路的确定
• 主、副回路应有一定的内在联系 • 副回路应尽可能多地包含干扰因素
– 主要干扰应包含在副回路中； – 在可能条件下，使副回路包含较多的次要
干扰。
• 注意主、副回路的时间匹配，防止 “共振”
• 尽量使副回路包含较少的滞后时间。
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