过程控制系统课程设计
过程控制系统课设
过程控制系统课程设计一、设计任务书1. 题目PH控制系统2. 设计要求①设计义某化工过程中废液中和的pH控制系统；②对控制系统稳定性进行分析；③对控制系统的参数进行整定；④控制系统Simulink仿真。
3 . 仪器设备A3000现场控制系统，pH控制系统。
二、基本原理pH控制系统子工业，尤其是化工等行业，应用非常广泛。
利用pH控制可以实现化工过程的正常生产过程、造纸厂等化工厂废液达标排放等。
1. pH的特点PH控制系统的主要方式有：有一种碱（或酸）滴定另一种物质使pH值保持在某一值上；对两种分别呈酸性和碱性物质的流量进行控制使pH值保持在某一值上；控制两种物质使混合溶液保持在一定的pH值上。
PH控制和其他控制参数的不同主要有以下两点：●PH滴定曲线的高度非线性；●滴定过程的测量纯滞后特性。
图01为典型的酸碱滴定特性曲线。
从图01知，溶液的pH值随中和流量非线性变化。
图01 典型的酸碱滴定特性曲线显然在控制系统中将pH值的变化转化为中和反应酸碱的控制流量变化，是根据滴定特性曲线进行的。
将滴定特性曲线转化为酸碱流量变化规律的方法主要有三种：●利用非线性阀补偿过程的非线性；●采用三段式滴定调节器，用三条相接的线性段代替非线性滴定曲线；●采用滴定曲线的非线性调节器精确描述滴定曲线。
随着技术的进步，利用非线性阀补偿滴定曲线非线性用的越来越少；而基于计算机功能元器件或计算机的第二种方法和第三种方法应用越来越多。
对滞后的补偿常采用以下三种方法：●微分Smith补偿方法，由于该方法本身适应能力较差，较少使用；●改进的Smith补偿方法；●自适应方法，应用较多的是增益自适应的Smith法。
为了提高控制系统的误差跟踪能力，pH控制系统经常采用的控制策略是PI或PID，不能采用P调节。
2. 三段式非线性调节器和采用滴定曲线的非线性调节器（1）三段式非线性调节器实际中，酸碱中和后通过pH计测得pH值的大小，控制系统当前pH值大小折算成溶液中酸碱量的多少，并调节系统酸碱流量的大小实现要求的pH值。
过程控制系统课程设计任务书
设计说明书一份（总体设计、硬件组态、相关数据连接、控制程序清单等）
பைடு நூலகம்四、进程安排
周一：硬件模块组态
周二：相关数据的连接与调试
周三：编写控制程序，进行软件调试
周四：撰写设计说明书
周五：答辩
五、主要参考资料
1、吴作明主编，工控组态软件与PLC应用技术，北京航空航天大学出版社
（2）组态的说明。
3.系统程序的设计。
（1）相关数据的连接。
（2）控制程序的编写。
4．完成的控制系统能达到题目的要求。
5．撰写设计说明书。
二、设计原始资料
施仁主编，自动化仪表与过程控制，电子工业出版社。
许志军主编，工业控制组态软件及应用，机械工业出版社。
三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）
2、潘立登主编，过程控制，机械工业出版社。
3、侯志林主编，过程控制与自动化仪表，机械工业出版社
指导教师（签名）：
教研室主任（签名）：
过程控制系统课程设计任务书
一、设计题目、内容及要求
设计题目：过程控制系统课程设计
设计内容：
下列设计中其中一项作为设计内容：水箱液位串级控制，水箱液位与进水口流量串级控制，锅炉夹套水温与锅炉内胆水温串级控制。
设计要求：
1、根据题目要求进行控制系统总体设计。
2.完成系统硬件模块的组态。
（1）硬件模块组态。
过程控制系统课程设计
过程控制系统课程设计报告书课设小组：第四小组目录摘要 (1)第一章课程设计任务及说明 (2)1.1课程设计题目 (2)1.2 课程设计容 (3)1.2.1 设计前期工作 (3)1.2.2 设计工作 (4)第二章设计过程 (4)2.1符号介绍 (4)2.2水箱液位定制控制系统被控对象动态分析 (6)2.3压力定制控制系统被控对象动态分析 (7)2.4串级控制系统被控对象动态分析 (7)第三章压力 P2 定值调节 (8)3.1 压力定值控制系统原理图 (8)3.2 压力定值控制系统工艺流程图 (8)第四章水箱液位L1定值调节 (9)4.1 水箱液位控制系统原理图 (9)4.2 水箱液位控制系统工艺流程图 (9)第五章锅炉流动水温度T1调节串级出水流量F2调节的流程图 (10)5.1串级控制系统原理图 (10)5.2串级控制系统工艺流程图 (11)第六章控制仪表的选型 (12)6.1 仪表选型表 (12)6.2现场仪表说明 (13)6.3 DCS I/O点位号、注释、量程、单位、报警限及配电设置表 (14)第七章控制回路方框图 (15)总结 (15)参考文献 (16)摘要过程控制课程设计是过程控制课程的一个重要组成部分。
通过实际题目、控制方案的选择、工程图纸的绘制等基础设计和设计的学习，培养学生理论与实践相结合能力、工程设计能力、创新能力，完成工程师基本技能训练。
使学生在深入理解已学的有关过程控制和DCS系统的基本概念、组成结构、工作原理、系统设计方法、系统设计原则的基础上，结合联系实际的课程设计题目，使学生熟悉和掌握DCS控制系统的设计和调试方法，初步掌握控制系统的工程性设计步骤，进一步增强解决实际工程问题的能力。
关键词：过程控制设计DCS第一章课程设计任务及说明1.1课程设计题目：附图为某过程控制实验装置的P&ID图，该图为一示意图，并不完全符合规。
根据该图，请完成以下任务：不完全符合规的P&ID图1、指出该图不符合“自控专业工程设计用图形符号和文字代号（HG/T20637.2）”的地方。
过程控制课程设计
过程控制 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解过程控制的基本概念，掌握其原理和分类。
2. 使学生掌握过程控制系统中常用的数学模型及其应用。
3. 引导学生了解过程控制系统的设计方法和步骤。
技能目标：1. 培养学生运用数学模型分析和解决过程控制问题的能力。
2. 培养学生设计简单过程控制系统的能力，能根据实际需求选择合适的控制策略。
3. 提高学生运用现代工具（如计算机软件）进行过程控制系统仿真的技能。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制学科的兴趣和热情，激发他们探索未知、勇于创新的科学精神。
2. 培养学生具备良好的团队合作意识，学会与他人共同分析问题、解决问题。
3. 引导学生认识到过程控制在工业生产、环境保护等领域的重要作用，增强他们的社会责任感和使命感。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在让学生掌握过程控制的基本知识和技能，培养他们解决实际问题的能力。
通过课程学习，学生将能够：1. 理论联系实际，运用所学知识分析、解决过程控制问题。
2. 掌握过程控制系统的设计方法和步骤，具备一定的控制系统设计能力。
3. 提高自身的科学素养，培养良好的团队合作精神和创新意识。
4. 关注过程控制在社会生产中的应用，为我国工业发展和环境保护做出贡献。
二、教学内容1. 过程控制基本概念：包括过程控制定义、分类、发展历程及其在工业中的应用。
教材章节：第一章 绪论2. 过程控制系统数学模型：介绍控制系统的传递函数、状态空间表达式、方块图及其相互转换。
教材章节：第二章 数学模型3. 过程控制策略：讲解比例、积分、微分控制规律，以及串级、比值、前馈等复合控制策略。
教材章节：第三章 控制策略4. 过程控制系统设计方法：阐述控制系统的设计原则、步骤和方法，包括稳定性分析、性能指标和控制器设计。
教材章节：第四章 系统设计与分析5. 过程控制系统仿真：介绍过程控制系统仿真软件及其应用，通过实例演示仿真过程。
教材章节：第五章 系统仿真与实现6. 过程控制案例分析：分析典型过程控制系统的实际问题，探讨解决方案。
过程控制系统课程设计
过程控制系统课程设计1000字作为一种系统工程，过程控制系统对于工业自动化的实现至关重要。
本文将介绍一项过程控制系统课程设计，目的是通过实际操作、编程和调试提高主观能动性，深化理论学习，提升学生对过程控制系统的认识。
1. 实验目的通过本次课程设计的实验，学生将学习并掌握以下内容：1）了解过程控制系统的基本概念，熟悉控制系统的硬件结构和控制器的工作原理；2）掌握模拟信号的采集和处理技术，及其在过程控制系统中的应用；3）理解PID控制器的原理和调节方法，熟悉常用的控制算法；4）学习模拟量信号的传输及数字量信号的传输与控制，深入剖析过程控制系统中各种控制技术的特点及其应用；5）熟悉数据采集与通信技术，主控器的编程、调试和软硬件环境搭建方法。
2. 实验设备与材料本实验所需的设备及材料如下：1）PLC控制器（可使用Siemens S7-200、Schneider Zelio Logic等PLC控制器）；2）功率放大器（使用1KW的功率放大器，用于控制实验装置的加热）；3）温控器、温度传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器（包括普通型、电容型、毛细管型等）；4）人机界面操作器/工控机、旋钮开关、LED、蜂鸣器等交互控制组件；5）驱动器/执行机构，接口电缆、相应的电源和电线等。
3. 实验内容及步骤（1）实验装置的搭建实验装置包括温度控制、压力控制、流量控制、液位控制等构件，以PID控制器为主要控制模式，控制对象为温度、压力、流量和液位，并通过PLC控制器进行控制。
搭建实验平台的具体步骤如下：1）选择和购买控制器和实验箱；2）安装和调试控制器与箱体之间的接口；3）加装驱动器/执行机构；4）安装、连接和调试传感器（温度、压力、流量、液位）；5）调试控制器与各传感器、驱动器/执行机构之间的串联关系，确保各根信号电线的接法正确无误。
（2）模拟信号采集与处理本实验将设置4路模拟输入口，通过PLC控制器采集原始信号并处理。
过程控制系统课程设计报告
1.概述课程设计的目的了解具体过程控制系统设计的基本步骤和方法，加深对过程控制系统基本原理的理解和对S7-300PLC与S7-200PLC编程的实际应用能力，培养运用WINCC组态软件和计算机设计过程控制系统的实际能力。
课程设计的内容用S7-300PLC与S7-200PLC主-从站进行单回路流量过程控制。
要实现的目标（1）明确控制要求，设计出系统结构图、方框图、电气接线图、程序流程图等。
（2）S7-200PLC从站程序设计①采用模块程序设计，控制程序包括主程序OB1、子程序SBR_0和中断程序INT_0。
②流量给定700升。
③采用定时中断SMB35，来调用流量采样定时中断程序INT_0，把实时检测的管路流量反馈到S7-200PLC的模拟量输入口，与流量给定量进行比较算出误差e。
④采用指令系统中的PID控制算法，整定好PID参数，计算出的实时控制量通过S7-200PLC的模拟量输出口输出，来控制电动执行器和阀门的开度。
⑤所有信号要转换为4-20mACD信号，并与流量物理量0-2500升建立对应关系。
⑥采用状态表进行各变量的监视与修改，系统有启动、停止按钮操作功能。
（3）S7-300PLC主站程序设计①要求采用SFC14和SFC15指令进行主-从站的数据交换，通过S7-300PLC 主站进行写操作（如系统启动/停止等），并能读取S7-200PLC从站的参数；S7-200PLC能接受S7-300PLC主站的指令；实现主-从站读/写（接收/发送）操作。
（4）性能指标要求无超调量，稳态误差为3%，加随机扰动能克服掉。
（5）上位监控要求：采用WINCC上位监控软件，设计出单回路流量一阶的上位监控系统，包括建立通讯，数据变库组态、工艺图形组态、数据组态与显示、趋势组态与显示、报表组态与显示等功能。
2.S7-300PLC与200PLC主-从站单回路流量系统硬件设计方案2.1主-从站单回路流量过程控制系统硬件组成原理该实验过程控制系统的控制器选用S7—300PLC作为主站控制器，由电源模块307—1BA00—00AA00、CPU模块315—2AG10—0AB0、模拟量输入模块331—5HF02—0AB0、模拟量输出模块332—5HF02—0AB0、数字量输入/输出模块323—1BH01—0AA0组成，PC机与300PLC采用MPI(CP5611)通讯。
过程控制系统课程设计
过程控制系统课程设计过程控制系统课程设计引言：过程控制系统是工程技术中的重要组成部分，它负责对工业过程进行监控与控制，以确保工艺的稳定性和高效性。
在过程控制系统课程设计中，学生将探讨过程控制系统的原理与应用，并通过实践设计一个实际的过程控制系统。
一、绪论过程控制系统又称作工业控制系统，它广泛应用于化工、电力、机械制造等领域。
过程控制系统的主要目标是监控和控制工业过程，以确保产品质量、提高生产效率和降低能源消耗。
通过对传感器的采集和执行器的控制，过程控制系统可以实现自动化的生产。
二、过程控制系统的组成1.传感器与执行器：传感器负责采集工业过程中的各项参数，如温度、压力、流量等。
执行器则负责根据控制系统的指令，对工艺过程进行调节和控制。
2.控制器：控制器是过程控制系统的核心，它根据传感器采集到的数据，通过算法和控制策略进行分析和判断，产生相应的控制信号送往执行器。
3.人机界面：人机界面是人与过程控制系统之间的桥梁，它提供了一个直观、友好的操作界面，使操作人员可以实时地监控和控制生产过程。
三、过程控制系统的设计步骤1.确定系统的目标：在设计过程控制系统前，首先需要明确系统的目标，即要控制的工艺过程中所需达到的标准和要求。
2.收集和分析数据：通过传感器采集工艺过程中的数据，并进行数据分析，了解工艺过程的变化规律和特点。
3.建立模型：根据收集到的数据，建立工艺过程的数学模型，用于后续的控制系统设计。
4.选择控制策略：根据工艺过程的性质和目标要求，选择合适的控制策略，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
5.设计控制算法：根据选择的控制策略，设计相应的控制算法，并将其实现在控制器中。
6.仿真和优化：使用仿真工具对设计好的控制系统进行仿真，并进行调整和优化，以使系统的性能符合要求。
7.实现与调试：根据控制器的设计方案，采购和安装相应的硬件设备，并进行调试和验证。
8.监控与维护：设计好的过程控制系统需要持续地进行监控和维护，以确保系统的稳定性和可靠性。
过程控制系统课程设计
过程控制系统课程设计在过程控制系统课程设计中，学生需要综合运用所学的理论和技能，设计一个能够有效控制和监控工业过程的系统。
本文将介绍一个典型的过程控制系统课程设计流程，并着重介绍设计中需要考虑的关键要素和实施步骤。
一、引言过程控制系统是现代工业中必不可少的一部分，它能够监测和控制工业过程中的各种参数，保证生产的高效性和安全性。
因此，对于学习过程控制系统的专业学生而言，掌握设计过程控制系统的能力非常重要。
本课程设计旨在帮助学生深入了解过程控制系统，并通过实践提高他们的设计能力。
二、设计要素在进行过程控制系统的课程设计时，需要考虑以下关键要素：1. 系统需求分析：了解工业过程的特点和需求，明确系统的功能、性能和稳定性要求。
2. 控制策略选择：根据系统需求分析，选择适合的控制策略，如PID控制、最优控制等。
3. 传感器选择与布置：根据需求确定需要监测的参数，并选择合适的传感器进行测量，并合理布置传感器。
4. 控制器选择与配置：选择合适的控制器，并通过配置参数来实现所需的控制策略。
5. 人机界面设计：设计一个直观、易用的人机界面，以方便操作人员实时监测和控制过程。
6. 安全性考虑：确保系统具备安全性，采取相应的防护措施，防止事故的发生。
三、课程设计步骤以下是一个典型的过程控制系统课程设计步骤，供学生参考：1. 系统需求分析：对于一个给定的工业过程，分析其特性和需求，确定系统的功能、性能和稳定性要求。
2. 控制策略选择：根据需求分析，选择适合的控制策略，如PID控制、模糊控制等，并解释其原理和适用范围。
3. 传感器选择与布置：根据需求确定需要监测的参数，选择合适的传感器进行测量，并合理布置传感器，以保证测量的准确性和可靠性。
4. 控制器选择与配置：根据选择的控制策略，选择合适的控制器，并通过配置参数来实现所需的控制策略。
5. 人机界面设计：设计一个直观、易用的人机界面，以方便操作人员实时监测和控制过程。
界面应包括实时数据显示、报警功能等。
过程控制系统课程设计书
6. 撰写课程设计报告，总结设计过程和成 果。
02
过程控制系统基本原理
过程控制概念及分类
过程控制概念
过程控制是对生产过程中的各种工艺参数进行实时测量、调 节和控制，以确保生产过程的稳定、高效和安全。它是自动 化技术的重要组成部分，广泛应用于化工、冶金、电力、轻 工等工业领域。
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；根据控制器结构的不同，过程 控制可分为单回路控制和多回路控制。
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静态特性分析
01
研究被控对象在稳态工作条件下的输入输出关系，包括线性度
、死区、滞后等特性。
动态特性分析
02
研究被控对象在动态过程中的输入输出关系，包括时域响应、
频域响应等特性。
稳定性分析
03
研究被控对象在受到扰动后的恢复能力，包括稳定性判据、稳
定裕度等特性。
数学模型建立方法
01
机理建模法
根据被控对象的物理或化学原理 ，建立描述其动态行为的数学模 型。
系统辨识法
02
03
混合建模法
利用实验数据，通过系统辨识方 法确定被控对象的数学模型结构 和参数。
结合机理建模和系统辨识方法， 充分利用已知信息和实验数据， 建立更准确的数学模型。
模型参数辨识与校正
参数辨识方法
利用最小二乘法、梯度下降法等 优化算法，对实验数据进行拟合 ，得到模型参数的最优估计值。
模型校正方法
过程控制系统组成要素
被控对象
被控对象是指需要控制的工艺参数或设备，如温 度、压力、流量等。
控制器
《过程控制系统》课程设计
控制器参数工程整定方法
方法四：响应曲线法：如果被控对象是 一阶惯性环节 ，或具有很小滞后的一阶 惯性环节，若用临界比例带法或阻尼振 荡法（4:1衰减）就有难度。对于这种情 况，可采用下述的响应曲线法来整定控 制器的参数。
响应曲线法
方法三：响应曲线法：
X0
X0
令控制器的输出为幅度为x0,的阶跃信号，则对象经测量变送器后的输出Y（t）。
MATLAB 软件简介
MATLAB这个词代表“矩阵实验室” （matrix laboratory）。它的基 本数据元素是没有维数限制的阵列 （矩阵）。
MATLAB 软件简介
MATLAB是一种高效的工程计算语言， 其典型应用主要包括以下几个方面：数 学计算；
算法开发； 系统建模和仿真； 数据分析和可视化； 科学和工程绘图；
控制器参数工程整定方法
方法二：临界比例度（带）法：
比例度（带）δ(%) ：与比例系数Kc成 反比关系。
这种整定方法是在闭环情况下进行的。 设TI=∞，TD=0 ，使控制器工作在纯 比例情况下，将比例带由大逐渐变小(对 应的比例系数Kc由小逐渐变大)，使系统 的输出响应呈现等幅振荡。
临τ、T和 Kc。
响应曲线法
K0
y() x0
y(0)
通过下式将比例系数转化为比例度：
1 100%
K0
响应曲线法
利用下表所示的经验公式，就可计算出对应于衰减率为 4:1时控制器的相关参数。
使用MATLAB建立仿真模型
首先在命令窗口中键入“simulink”命令 或在MATLAB工具条上用鼠标左键单击 相应的工具按钮都可以起动simulink模 块库浏览器窗口。
工业被控过程的建模
过程控制系统课程设计
过程控制系统课程设计过程控制系统是现代工程中不可或缺的一部分，它在工业生产中起着至关重要的作用。
在过程控制系统的课程设计中，我们需要根据实际情况选择合适的设计方案，并进行详细的设计和实施。
本文将介绍过程控制系统课程设计的相关要点和步骤。
一、设计目标和要求在进行过程控制系统课程设计之前，首先要明确设计的目标和要求。
这包括所要控制的过程、控制系统的性能要求、安全要求等。
只有明确了设计目标和要求，才能有针对性地进行设计。
二、系统建模和仿真在过程控制系统课程设计中，系统建模和仿真是非常重要的步骤。
通过对待控对象进行建模，可以更好地理解和描述系统的动态特性。
然后，可以使用仿真软件进行仿真实验，验证设计的有效性。
三、控制系统设计在控制系统设计过程中，需要选择合适的控制策略和控制器参数。
控制策略可以根据具体情况选择，如比例-积分-微分（PID）控制、模糊控制、自适应控制等。
同时，要根据系统的动态特性和性能要求，调整控制器的参数以实现良好的控制效果。
四、硬件和软件实现在过程控制系统课程设计中，需要选择合适的硬件设备和软件工具进行实现。
硬件方面包括传感器、执行器和控制器等设备的选择和搭建。
软件方面可以采用各种编程语言或软件平台进行开发和编码。
五、系统调试和优化在实施和实施过程中，需要进行系统调试和优化。
这包括对传感器和执行器的校准、控制器参数的优化调整以及整个系统的调试和测试。
通过优化和调试，可以提高系统的控制性能和稳定性。
六、结果分析与总结在过程控制系统课程设计完成后，需要对设计结果进行分析和总结。
对系统的控制性能进行评价，分析系统存在的问题，并提出改进的建议。
同时，总结设计的经验和教训，为今后的工程实践提供参考。
总结：过程控制系统课程设计是一个综合性的实践性项目，要求学生在理论和实践中相结合，从实际出发，进行系统性的设计和实现。
通过这个设计项目，可以提高学生的工程实践能力和解决问题的能力。
希望本文所介绍的过程控制系统课程设计的要点和步骤，能对读者有所帮助。
过程控制类课程设计
过程控制类课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握过程控制的基本概念、原理和方法，培养学生分析和解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）掌握过程控制的基本概念和分类；（2）了解过程控制系统的组成和原理；（3）熟悉常见的过程控制算法和应用。
2.技能目标：（1）能够运用过程控制理论分析和解决实际问题；（2）具备过程控制系统的设计和调试能力；（3）掌握过程控制软件的使用和维护。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生的创新意识和团队合作精神；（2）增强学生对过程控制技术的兴趣和信心；（3）培养学生关注社会发展和科技进步的责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.过程控制基本概念：介绍过程控制的发展历程、定义、分类和应用领域；2.过程控制系统组成：讲解过程控制系统的硬件和软件组成部分，包括传感器、执行器、控制器等；3.过程控制原理：阐述过程控制的基本原理，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等；4.过程控制算法：介绍常见的过程控制算法及其优缺点和适用场景；5.过程控制应用：分析实际过程中的控制案例，讲解过程控制系统的设计和调试方法。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法：1.讲授法：通过讲解和演示，使学生掌握过程控制的基本概念和原理；2.讨论法：学生分组讨论，培养学生的思考能力和团队协作精神；3.案例分析法：分析实际过程中的控制案例，提高学生解决实际问题的能力；4.实验法：安排实验室实践，让学生动手设计和调试过程控制系统。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的过程控制教材，为学生提供系统的理论知识；2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系；3.多媒体资料：制作精美的课件和教学视频，提高学生的学习兴趣；4.实验设备：配置齐全的实验室设备，确保学生能够动手实践。
五、教学评估本课程的教学评估将采用多元化评价方式，全面、客观地评价学生的学习成果。
过程控制系统课程设计.d
过程控制系统课程设计2篇过程控制系统课程设计（一）一、引言过程控制系统是现代工业生产中不可或缺的重要组成部分，它通过对工业过程中涉及的各个环节进行控制，提高生产效率、优化工艺流程、降低生产成本。
本文将对过程控制系统进行设计和优化，以实现对工业生产过程的有效控制和管理。
二、设计目标本次课程设计的目标是设计一个能够对一个工业生产过程进行控制和管理的过程控制系统。
通过该系统，能够实时监测和控制工业生产过程中的各个环节，提高生产效率和产品质量，减少资源浪费和成本损失。
三、系统需求1. 数据采集和监测：系统需要能够实时采集和监测工业生产过程中涉及的各个参数和数据，包括温度、压力、流量等。
2. 控制算法设计：系统需要能够根据实时采集的数据，设计和优化控制算法，从而实现对生产过程的精确控制和调节。
3. 故障检测和预警：系统需要能够检测和诊断生产过程中的故障，并及时发出预警信号，以减少故障对生产过程的影响。
4. 数据存储和分析：系统需要能够对采集到的数据进行存储和分析，以便后续的数据挖掘和决策支持。
四、系统设计1. 硬件设计：系统的硬件部分主要包括传感器、控制器和执行器。
传感器用于采集工业生产过程中的各种数据和参数，控制器用于实时监测和控制生产过程，执行器用于执行控制指令。
2. 软件设计：系统的软件部分主要包括数据采集与监测模块、控制算法设计模块、故障检测与预警模块以及数据存储与分析模块。
3. 网络设计：为了实现远程监控和管理，系统需要建立一个可靠的通信网络，以实现与远程终端的数据传输和控制。
五、系统优化在设计过程中，我们还可以对系统进行优化，以进一步提高生产效率和产品质量。
具体的优化措施包括以下几个方面：1. 控制算法优化：通过对控制算法的优化和改进，可以进一步提高对生产过程的控制效果，实现更加精确和稳定的控制。
2. 故障检测与预警优化：通过对故障检测与预警模块的优化，可以提高故障检测的准确性和预警的时效性，为及时处理故障提供有力支持。
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。
过程控制系统课程设计
过程控制系统 课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解过程控制系统的基本概念、原理及分类；2. 掌握过程控制系统中各组成部分的作用及其相互关系；3. 学会分析简单过程控制系统的工作原理和性能指标；4. 了解过程控制系统在实际工程中的应用。
技能目标：1. 能够运用所学知识设计简单的过程控制系统；2. 能够分析过程控制系统存在的问题，并提出相应的优化方案；3. 能够熟练运用相关软件工具对过程控制系统进行模拟与仿真；4. 能够撰写过程控制系统相关报告，并进行展示和交流。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制系统相关领域的兴趣，激发其探索精神和创新意识；2. 培养学生具备良好的团队合作精神和沟通能力，提高其解决实际问题的能力；3. 培养学生关注过程控制系统在工程实践中的应用，认识到其在社会发展中的重要性；4. 培养学生遵循工程伦理，具备良好的社会责任感和职业道德。
课程性质：本课程为理论与实践相结合的课程，旨在帮助学生掌握过程控制系统的基本知识和技能，提高解决实际问题的能力。
学生特点：学生具备一定的物理、数学和工程基础，具有较强的学习能力和动手能力。
教学要求：结合学生特点和课程性质，通过案例分析、实验操作、小组讨论等形式，引导学生主动参与教学过程，提高其理论联系实际的能力。
在教学过程中，注重培养学生的创新意识和团队协作精神，使学生在掌握基本知识的同时，提升自身综合素质。
最终实现课程目标的分解和落实，为后续教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 过程控制系统的基本概念与原理- 控制系统的定义、分类及特点- 控制系统的数学模型- 控制系统的性能指标2. 过程控制系统的组成与设计- 控制器的设计与选择- 执行器的类型与特性- 测量变送器的原理与应用- 控制系统的工程设计与实现3. 过程控制系统的分析方法- 稳态分析及稳态误差- 动态分析及系统稳定性- 频率响应分析及应用4. 过程控制系统的先进控制策略- 模糊控制原理及应用- 神经网络控制原理及应用- 预测控制原理及应用5. 过程控制系统的实际应用案例分析- 工业生产过程中的控制系统案例分析- 环境监测过程中的控制系统案例分析- 机器人控制系统案例分析6. 过程控制系统实验与仿真- 控制系统的模拟实验- 控制系统的仿真软件应用- 实验数据分析和报告撰写教学内容安排与进度：第1-2周：过程控制系统的基本概念与原理第3-4周：过程控制系统的组成与设计第5-6周：过程控制系统的分析方法第7-8周：过程控制系统的先进控制策略第9-10周：过程控制系统的实际应用案例分析第11-12周：过程控制系统实验与仿真教学内容与教材关联性：本教学内容紧密结合教材，涵盖过程控制系统的基础知识、设计方法、先进控制策略及实际应用等方面，确保学生能够系统地掌握过程控制系统的相关理论和技术。
过程控制系统课程设计
过程控制系统课程设计1. 概述过程控制系统是一种以电子数字技术为基础的实时控制系统。
它通过对工业生产中液体、气体、固体等物质的流量、压力、温度等关键指标进行监测、控制与调节，以保证生产的连续和质量稳定。
本课程设计旨在通过设计模拟一个火车站的过程控制系统，帮助同学们深入理解过程控制系统的原理和实现。
2. 课程设计要求2.1 设计目标•设计一个火车站的过程控制系统。
•该火车站包括两个车站和一个铁路交叉口，车站间的距离为4公里，交叉口处的距离为2公里。
•设计程序模拟通过该火车站的10列火车的运行。
•每列火车的速度、装载量、卸载量等参数是随机设定的。
•设计程序可实现对火车的自动安排、安全检测等操作。
2.2 设计内容设计包括以下内容：2.2.1 程序框架•程序应具有图形用户界面。
•程序应能自动调度尚未到站的列车，同时需要考虑铁路交叉口的坐标情况。
•程序应根据实际情况，计算每列火车到站时间，并做好相应的停车、装卸货物等操作。
2.2.2 火车数据模拟设计程序能够随机生成10辆火车的相关数据，包括每列火车的速度、装载量、卸载量、到站时间等参数，并将这些数据保存至文件中。
2.2.3 数据读入与处理设计程序能够从文件中读取数据，并对数据进行处理，计算出每列火车到站时间和停留时间，并输出到图形化界面中。
2.2.4 实时监测与控制•设计程序应具有实时监测功能，能即时反馈各列火车的运行状态。
•程序应实现对火车的自动控制功能，及时识别并处理出问题的列车。
2.3 额外要求•设计程序应具有良好的用户体验，如界面友好、操作便捷等。
•设计程序应具有较好的稳定性和安全性。
3. 思路设计3.1 数据模拟由于火车数据是随机生成的，因此可使用Python中random库中的randint函数生成随机数。
将每列火车的数据保存至文本文档中，便于读取。
3.2 数据读入使用Python中的pandas库读入文本文档，将数据存储于Pandas数据框架中。
过程控制系统课程设计
2 目录一、设计目的 2二、设计要求 3三、实现过程3 1、 系统概述 (3)1.1加热炉 (3)1.2加热炉工艺过程 ...................................................... 4 13控制参数的选择及控制燃烧方案的确定 . (5)1.4加热炉的工艺结构及其设备组成 (6)1.5生产线的特点 ........................................................ 6 2、 设计与分析 .. (7)2.1加热炉生产工艺和控制要求 (7)2.2燃烧控制系统及仿真 (7)四、总结 11五、附录 12六、参考文献12 一、设计目的经过一个学期的过程控制系统课程的学习，对过程控制有了一个基本的了 解。
然而仅仅在理论方面是远远不够的，需要将所学的应用于实际生产过程中， 惟独这样才干真正的对过程控制有一个比较深入的认识，为以后的学习和工作打 下一个良好的基础。
通过这次课程设计，我们可以了解具体生产工业过程控制系 统设计的基本步骤和方法。
同时也对氧化铝的生产工艺有一个大概的认识，惟独 弄清晰生产工艺对控制的具体要求，才干去设计一个过程控制系统。
同时：1、 提高对所学自动化仪表和过程控制的原理、结构、特性的认识和理解， 加深对所学知识的巩固和融会贯通。
2、针对一个小型课题的设计开辟，培养查阅参考书籍资料的自学能力，通过独立思量，学会分析问题的方法。
3、综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力。
4、培养学生严谨的工作作风，相互合作的团队精神，提髙其综合素质，获得初级工程应用经验，为将来从事专业工作建立基础。
二、设计要求燃烧量对蒸汽母线压力：G(s)= —?——r+ 100^+11、査阅资料，深入掌握钢铁工业过程的工作原理及控制要求，绘制出钢铁工业生产过程工艺流程图。
2、设计控制方案。
(1)根据燃烧对象特性及控制要求，完成燃烧量的选择、执行器、变送器的选择、控制仪表选择等方案设计。
过程控制课程设计
05
02
问题分析
温度控制是工业过程中常见的控制问题，涉 及传感器选择、控制算法设计和执行机构配 置等方面。
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案例二
液位控制系统设计
06
解决方案
通过设计合理的液位传感器、控制器和执行机 构，实现液位的稳定控制，并考虑系统的安全 性和可靠性。
学生作品展示及评价标准
作品展示
学生将完成的过程控制课程设计作品 进行展示，包括设计思路、实现过程 、实验结果等方面。
随着互联网、物联网等技术的普及，过程控制领域将逐渐实现网络化控制，即通过网络实 现对远程设备的监控与控制，提高生产过程的自动化程度和效率。
对未来学习的建议
深入学习先进控制技术
为了适应过程控制领域的发展趋势，我们需要深入学习先进控制技术，如智能控制、多 变量协同控制等，提高自己的专业素养和竞争力。
加强实践能力和创新能力培养
解析法
通过建立被控对象的数学模型， 利用数学方法求解控制器参数， 以获得最优的控制性能。
仿真法
利用计算机仿真技术，模拟被控 对象的动态特性和控制系统的性 能，通过调整控制器参数优化系 统性能。
先进控制技术应用
预测控制
01
利用被控对象的历史数据和模型预测未来输出，通过优化算法
求解未来控制量，实现对系统的精确控制。
经验分享与改进建议
01
经验分享：在完成过程控制课程设计的过程中，学 生可以获得以下经验
02
掌握过程控制的基本原理和方法，了解不同类型的 控制系统设计。
03
熟悉常见的传感器、控制器和执行机构，以及它们 在过程控制中的应用。
经验分享与改进建议
1
学会使用仿真软件进行系统建模和仿真实验，验 证控制算法的有效性。
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过程控制系统课程设计报告书专业班级：自动化0905课设小组：第五小组姓名：组员学号：同组人:指导老师 :日期：2013年1月14日目录第1章题目要求 (1)第2章具体设计 (2)2.1 符号介绍 (2)2.2 控制系统设计 (3)2.2.1 单回路液位控制系统 (3)2.2.2 锅炉液位串级控制系统原理 (5)2.3 仪表的选择 (6)2.3.1 调节器的选择 (6)2.3.2 液位变送器的选择 (7)2.3.3 执行器的选择 (8)2.3.4 调节阀的选择 (9)第3章仪表选型 (9)第4章现场仪表说明 (10)第5章总结 (11)参考文献.. (11)第1章题目要求附图为某过程控制实验装置的P&ID图，该图为一示意图，并不完全符合规范。
根据该图，请完成以下任务：不完全符合规范的P&ID图1、指出该图不符合“自控专业工程设计用图形符号和文字代号（HG/T20637.2）”的地方。
2、如果该系统采用DCS集中控制，测量，依据相关标准重新绘制PID图。
3、在该图的基础上，设计至少两个单回路控制系统，一个串级控制系统。
控制仪表选用单回路盘装控制仪表，根据设计，简化该图，去掉不必要的阀门，测量元件，增加必要的控制仪表，重新绘制P&ID图。
4、依据设计，根据图中提供的有关数据，分析系统的工作原理、环境、条件，选取图中所涉及的测量元件及变送器，填写所有仪表数据表。
并说明量程选择的依据。
5、具体要求为：锅炉液位L2定值调节之一（VC1作进水量执行器）压力P2定值调节之五（用水泵作水源、变频器作执行器的串联式压力调节）- 1 -锅炉液位L2调节之一串级进水流量F1调节第2章 具体设计2.1 符号介绍过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号1、常用检测元件的图形符号热电偶热电阻嵌在管道中的检测元件 孔板 取压接头2、仪表的图形符号 就地安装 盘面安装 盘后安装3、执行机构的图形符号电动调节阀气动调节阀带电-气阀门定位器的气动阀 电磁阀如上表所示，文字代号由两部分组成：字母部分与数字部分。
字母部分即圆中上部分代号；数字部分即圆中下部分代号。
字母部分由两部分，第一个字母为所处理的变量，例如温度T、压力P、物位L、流量F。
需要时其后面可跟一个修饰字母，例如‘F’表示‘比’、‘D’表示‘差’、‘Q’表示‘累计’。
根据国标改后的P&ID图2.2 控制系统设计2.2.1单回路液位控制系统单回路液位控制系统是由下列4部分组成的：（1）被控对象——锅炉；（2）电子阀；（3）液位变送器；（4）PID智能调节器等组成。
如下图所示。
- 3 -被控量是锅炉的液位Hs ，调节参数是流入水箱的流量Q ，锅炉液位由液位变送器检测得液位反馈信号Hf ，它和液位设定信号Hs 进行比较，得到偏差信号Hi ，调节器对输入偏差Hi 进行PID 运算，输出变化量u 控制信号，控制电子调节阀门的阀位，改变调节参数Q ，使被调节参数H 保持着设定值。
其中f 为系统扰动信号。
锅炉液位L2定值调节之一（VC1作进水量执行器）被控量是压力Hs ，调节参数是水泵，压力由压力变送器检测得反馈信号Hf ，它和压力设定信号Hs 进行比较，得到偏差信号Hi ，调节器对输入偏差Hi 进行PID 运算，输出变化量u 控制信号，控制水泵，使被调节参数H 保持着设定值。
其中f 为系统扰动信号。
扰动fH- 5 -压力P2定值调节之五（用水泵作水源、变频器作执行器的串联式压力调节） 2.2.2 锅炉液位串级控制系统原理扰动f量Hs是主参数给定值，H1是被控的主参数，H2是副参数，f1是作用在主对象上的扰动，f2是作用在副对象上的扰动。
对于此液位控制系统，最终目的是在串级控制情况下，实现PID调节的最大范围。
锅炉液位串级控制系统的工艺框图为：锅炉液位L2调节之一串级进水流量F1调节锅炉液位控制器给出控制信号给出水流量控制器，副回路中，出水流量控制器根据给定值给出出水流量控制电动阀控制指令，从而控制出水压力，出水压力传感器采集出水压力值，反馈到出水流量控制器，与给定值进行比较后得出的残差信号再次输出给定水流量控制电动阀，控制出水压力；主回路中，出水流量值影响锅炉液位，锅炉液位传感器采集锅炉液位值，反馈到锅炉液位控制器，与最初给定值进行比较得出残差信号再次输出给出水流量控制器的副回路控制出水流量，从而达到控制锅炉液位的目的。
2.3 仪表的选择2.3.1 调节器的选择DDZ-III型仪表采用了集成电路和安全火花型防爆结构，提高了仪表精度、仪表可靠性和安全性，适应了大型化工厂、炼油厂的防爆要求。
III型仪表具有以下主要特点： A．采用国际电工委员会（IEC）推荐的统一信号标准，现场传输信号为DC4~20mA，控制室联络信号为DC1~5V，信号电流与电压的转换电阻为250 。
B．广泛采用集成电路，仪表的电路简化、精度提高、可靠性提高、维修工作量减少。
- 7 -C ．整套仪表可构成安全火花型防爆系统。
DDZ-III 型仪表室按国家防爆规程进行设计的，而且增加了安全栅，实现了控制室与危险场所之间的能量限制于隔离，使仪表能在危险的场所中使用。
电动指示调节仪工作原理的整个电路按其功能可分为指示放大电路、虚地电路、输入电路、PID 调节电路、输出电路、手自动切换电路六个部分。
它的工作原理如图所示：此调节器的主要技术指标为： ①输入信号：1~5VDC ②输出信号：4~20mADC③给定方式：内外给定由开关选择 ④调节形式：比例＋积分＋微分⑤手自动切换特性：自动≒手动１≒手动２（直线是无扰动，无平衡） ⑥供电电压：24V ±5%DC ⑦消耗功率：光柱不大于10W2.3.2 液位变送器的选择本设计采用GHR900系列液位变送器。
变送器工作原理是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用隔离型扩散硅敏感元件的压阻效应，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号(一般为4～20mA)。
基本性能指标：基本误差：±0.2%F.S;±0.5%F.S 电源电压：24V ±5%DC,(12~36VDC)工作温度：-20~+80℃（介质无结晶）超出此范围可采用螺纹或法兰式底部取压，中间加隔离器。
贮存温度：-40~+125℃零点温度系数：±0.015%量程/℃量程温度系数：±0.015%量程/℃长期稳定性：±0.1%量程/年输出信号：4~20mA,1~5V;连接：M27х 2允许过载：标准量程的3倍限流保护：在过载情况下，电源限制标称为26mA2.3.3 执行器的选择设计选用ZKJ-610型电动执行机构，该机构由伺服放大器、伺服电机、位置发送器和减速器四部分组成。
DKJ型角行程电动执行机构是DDZ型电动单元组合仪表中的执行单元，它接受调节单元（或计算机）信号，自动地操纵执行机构完成调节任务，广泛地用于电站、化工、石油、冶金、建材、供热、轻工、水处理等行业。
它可以输出转矩和90度转角。
DKJ型电动执行机构，配成各种电动操作器，可完成调节系统的“手动—自动”的无扰动切换，及时对调节对象的远方手动操作。
该执行机构位置发送器均采用最新的传感元件，参考国外最新电路，集电源变压器，整流、稳压、功放、恒流于一体，制成模块（M）使执行机构的可靠性、稳定性更高，从而使系统更加安全可靠。
主要技术性能：1、输入信号：开关量信号2、输入通道：三个3、输入电阻：2型200欧姆；3型250欧姆4、输出信号：2型0-10mA，DC；3型4-20mA,DC5、输出轴每转时间80—120秒6、输出轴有效转角90度7、死区：2型小于等于150uA；3型小于等于240uA8、阻尼特输出轴振荡次数不超过“三个半”周期9、基本误差：正负2.5%10、回差：1.5%11、电源电压：220V（+22V,-33V）50Hz12、使用环境温度：放大器：0—+50度；执行器：-25—+55度13、使用环境相对湿度：放大器：10%—70%，执行器：小于等于95%2.3.4 调节阀的选择给水调节阀气开关的选择一般都是从安全角度开率，在停电停气时，确保设备和人身安全，如果高压蒸汽给蒸汽透平压缩机供气，为保护这些设备以选用气开阀为宜。
如果以蒸汽作为工艺生产中的热源时，为保护钢炉，以选用气开阀为宜。
第3章仪表选型仪表选型表- 9 -第4章现场仪表说明第5章总结通过该课程设计，掌握了AUTO-CAD软件工作的基本操作过程，了解了其相关的技术，对课本上的知识有了更深的理解。
课本上的知识是机械的、表面的，通过本次课设把原来以为很深奥的书本知识变得更为简单，对实验原理有更深的理解。
而且在设计中，把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。
把学过的过程控制的知识强化，能够把课堂上学的知识通过自己设计的程序表示出来，加深了对理论知识的理解。
以前对于AUTO-CAD的认识是模糊的、概念上的，现在通过自己动手设计，从实践上认识了系统是如何编辑的，对过程控制的认识更加深刻。
课程设计比较复杂，经过我们一起探讨，一起研究，反复修改之后，最终得到满意的结果。
总之，这次课程设计对于我们有很大的帮助，通过课程设计，我更加深入地理解了过程控制课程上讲到的各种过程，把他们合理地拼凑起来，就会构成一个完整的系统，实现一定的控制功能。
参考文献《过程控制系统》李国勇编著电子工业出版社《过程控制系统》方康玲编著武汉理工大学出版社《EFPT过称控制实验装置实验指导书》《控制仪表与装置》周泽魁化学工业出版社《EFAT-P型过程控制实验装置应用资料》《太原理工大学总管路图》- 11 -。