过程控制系统的简介

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《过程控制系统》课程简介

《过程控制系统》课程简介

过程控制系统
(ProcessContro1System)
总学时:40学时理论40学时
学分:2.5
课程主要内容:
《过程控制系统》课程是电气工程与自动化专业的一门专业主干课程,具有很强的实践性。

主要内容包括单回路控制系统的方案设计、调节参数整定以及控制系统的投运:为提高控制品质或满足特殊操作要求的复杂过程控制系统及应用中的有关问题;对典型案例的学习,掌握对各典型单元操作静、动态特性的分析方法,和与之相匹配的典型控制方案的设计等三大部分。

通过本课程的学习,要使学生在掌握控制理论和过程检测与控制仪表等知识的基础上,用工程处理的方法去解决控制系统的分析、设计与研究方面的问题。

先修课程:自动控制理论、微机原理、过程检测与控制仪表、微机控制等。

适用专业:电气工程与自动化
教材:
邵裕森.过程控制工程.北京:机械工业出版社,2006年1月。

教学弁考书:
[1]金以慧.过程控制.北京:清华大学出版社,1993年4月。

[2]蒋慰孙.过程与控制.北京:化学工业出版社,1996年10月。

[3]邵裕森.过程控制及仪表(修订版).上海:上海交大出版社,1995年3月。

过程控制系统 (2)

过程控制系统 (2)

过程控制系统简介过程控制系统(Process Control System)是一种用于监控和控制生产过程的系统。

它由多个硬件设备和软件组成,能够实时监测各种传感器和执行器的状态,并根据设定的规则和算法进行自动控制。

过程控制系统广泛应用于工业生产、能源管理、环境监测等领域,能够提高生产效率、降低能源消耗、提升产品质量和安全性。

架构过程控制系统通常由以下几个组件构成:1. 传感器传感器是过程控制系统的输入设备,用于实时监测和采集生产过程中的各种数据。

常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等。

这些传感器将检测到的数据传输给控制系统进行处理和分析。

2. 执行器执行器是过程控制系统的输出设备,用于根据系统的控制策略执行操作。

例如,根据温度传感器的数据,过程控制系统可以控制执行器来调节加热或冷却设备的操作,以维持所需的温度。

3. 控制器控制器是过程控制系统的核心组件,负责接收传感器数据、计算控制策略,并通过执行器来实现控制。

控制器可以是硬件控制器,如可编程逻辑控制器(PLC),也可以是软件控制器,如基于计算机的控制系统。

4. 监视界面监视界面是过程控制系统的用户界面,用于显示实时数据、报警信息和操作状态,方便操作人员进行监控和操作。

监视界面通常具有图形化界面,方便用户进行数据浏览、参数调整和报表生成等操作。

5. 数据存储与分析过程控制系统还需要具备数据存储和分析功能,以便后续的监测和分析。

数据存储可以使用数据库或云存储等方式,分析可以使用数据挖掘、统计学等方法,以提供对生产过程的优化建议。

工作原理过程控制系统的工作原理可分为以下几个步骤:1.传感器实时采集生产过程中的数据,如温度、压力、流量等。

2.数据被传输到控制器,控制器将采集到的数据与设定的控制规则进行比较,并计算出相应的控制量。

3.控制器通过执行器来实现控制操作,例如调节温度、打开或关闭阀门等。

4.控制器还会将数据传输到监视界面,以便操作人员实时监测生产过程,并及时处理异常情况。

光整机过程控制系统介绍课件

光整机过程控制系统介绍课件
算,我们需要存储轧制力缸的平均位置,这个位置是在标定时序时计算的。通 常标定时序在调试时进行,标定时采用新辊,光整机内没有带钢。
辊缝 = 存储的 HRFC 平均位置 – HRFC 平均位置测量值 式中 :
HRFC 平均位置测量值 = [ HRFC 操作侧位置 + HRFC 驱动侧位置 ] / 2 为了计算辊缝我们必须增加一些调节参数
为了获得带钢表面质量和延伸率,光整机提供必须的轧制力。光整机为 四辊式,采用交流电机传动。在比较高的轧制力下,延伸率改变带钢的 冶金性能(例如屈服强度)和提高带钢平直度。实际的轧制力和延伸率 取决于轧辊粗糙度、产品特征和轧制模式。
光整机侧视简图
光整机控制的PLC柜组成及功能划分
PLC的硬件组成包括s7控制柜机架 带有两个CPU、(分别负责LCO和MRG), CPU458和CPU443 S7 CPU 部分带有 (包括工艺段 S7 CPU): 机架控制 (SC): 机架协调由双重联动装置形成,操作模式选择,标定和液压 辊缝控制,工作辊弯辊控制和延伸率控制 本地设备控制 (LD): 本地设备控制功能包括机架设备动作例如抗皱辊,带吹 扫装置的挤干辊等等 换辊设备 (RC): 换辊设备功能包括换辊小车, 抽送液压缸, 夹钳等等。工作 辊换辊有手动和自动模式,支撑辊是手动模式 高压液压设备(HY): 这部分包括控制和监视功能,高压液压系统例如冷却, 加热,循环和压力泵控制,过滤,液面和温度检测等等. 仪表和控制 (IC): 这部分包括控制和监视功能,湿法光整系统例如加热,计 量和补给泵控制,压力控制,区域进水阀命令,过滤,液面检测和温度监视. 自动延伸率控制 (AEC): 自动延伸率控制包括实际值的测量, 参数, 诊断功能, 自适应, 控制器操作和液压辊缝和传动输出.

过程控制系统原理及应用

过程控制系统原理及应用
逻辑功能强、适应大量的顺序控制、逻辑控制。
2.2 PLC系统基本组成
上位机1 上位机2
通讯网络
下位机
1)下位机:执行PLC的控制程序,完成控制功能,一般采用专用的PLC厂 商提供的专用的PLC程序,西门子PLC的STEP7,GE公司PLC的LM90-70, 莫迪康PLC的CONCEPT。 2)上位机:为人机界面,完成监视操作功能,一般采用工控软件如 IUTCH、FIX、WINCC等,功能类似DCS的监视和控制功能。 3)通讯网络:上位机和下位机的通讯采用各种方式,通用的、专用的,工 控软件可支持各种厂商的PLC的通讯。
5)调整画面:每个控制功能模块的详细调整,PID参数设定、上下限报警输 出、输出限幅、1个回路/窗口,100000个窗口/HIS
6)过程报警画面:100个点的报警一览表。18个报警/窗口,200个报警/HIS 7) 控制方案图窗口:显示控制方案图的数值和报警状态。
DCS系统窗口调用功能键
系帮过操
绑 绑存
2、操作简便:DCS系统的操作功能强大,给操作人员提 供了许多便利的操作功能,操作人员通过操作画面方便完成 各种操作功能。
3、系统便于扩展:DCS系统设计结构便于增加卡件、增 加机架、增加操作站和增加控制站,便于装置的扩能改造。
4、维护方便:DCS系统设计按照标准设计、硬件模块化、 系统配备自诊断软件,方便检测系统故障。
PLC(Programmable Logic Controller)可 编程序控制器于20世纪60年代末期在美国首先 出现,目的是用来取代继电器,实现逻辑计算、 计时、计数和顺序控制,主要用于开关量控制, 随着技术和需求的发展, PLC也可完成模拟量 的控制。
2.1 PLC的特点
1)应用灵活:PLC为标准的积木式硬件结构,现 场安装方便,各种控制功能通过软件编程完成。

知识领域17:过程控制系统(PCS)

知识领域17:过程控制系统(PCS)
熟练掌握
调节阀的流量特性
掌握
调节阀口径计算
掌握
调节阀选型
掌握
测量变送器的选型
传感器*
掌握
测量仪表
掌握
系统投运
控制系统的调试与投运
掌握
PCS3
复杂控制系统
串级控制系统*
工作原理及分析
熟练掌握
系统设计
熟练掌握
参数整定
掌握
前馈控制系统
前馈补偿器的设计与实现
掌握
前馈控制系统设计及参数整定
掌握
大迟延过程系统
常规控制方案的设计与实现
知识单元知识点掌握程度目前修改pcs1过程建模与过程特对象数学模型动态特性的基本描述形式熟练掌握对象动态特性描述形式的转换方法熟练掌握机理建模方法熟练掌握实验建模方法掌握pcs2简单控制系统设计方法系统设计原则与步骤被控变量与控制变量的选择控制方案的确定熟练掌握控制器及其参数整pid控制器原理熟练掌握控制系统的性能指标熟练掌握pid参数整定熟练掌握执行器的选型调节阀的工作原理和流量方程式熟练掌握调节阀的流量特性掌握调节阀口径计算掌握调节阀选型掌握测量变送器的选型传感器掌握测量仪表掌握系统投运控制系统的调试与投运掌握pcs3复杂控制系统串级控制系统工作原理及分析熟练掌握系统设计熟练掌握参数整定掌握前馈控制系统前馈补偿器的设计与实现掌握前馈控制系统设计及参数整定掌握大迟延过程系统常规控制方案的设计与实现掌握预估补偿控制方案的设计与实现掌握采样控制方案的设计与实现掌握特定要求的过程控比值控制系统掌握均匀控制系统掌握分程控制系统掌握选择性控制系统掌握多变量解耦控制多变量控制系统的关联与分析典型耦合结构相对增益的概念与计算掌握常用解耦控制系统的设计与实现了解pcs4先进控制技术推理控制系统推理控制器设计了解误差模型掌握多变量推理控制了解预测控制系统预测控制模型选修控制算法选修预测控制方法选修稳定性和鲁棒性选修自适应控制系统自校正控制选修模型参考自适应控制选修模糊控制系统模糊集理论的基本概念与计算选修模糊推理选修模糊控制器原理及设计选修神经网络控制系统神经网络的结构及学习规则选修神经控制原理选修神经网络控制系统结构与原理选修pcs5过程计算机控制系组成与类型熟练数字式pid控制算法熟练掌握参数整定熟练掌握数据通信技术异步传送与同步传送掌握面向字符和面向位的传送掌握平衡与不平衡传输掌握工业网络技术工业网络协议掌握工业网络的选型掌握工业以太网及其应用掌握分布式计算机控制系统dcs的结构组成掌握dcs的软件掌握dcs的组态方法掌握总线型dcs掌握dcs中的先进控制技术了解现场总线控制系统fcs的设计与组态掌握现场总线网络系统的构成与组态掌握基金会现场总线了解profibus现场总线了解

过控实验指导书(USB-4711A)

过控实验指导书(USB-4711A)

实验一过程控制系统简介及过程控制演示一、组合式过程控制系统介绍结合过程计算机控制系统理论的学习,我们研制了一套组合式过程控制系统,这套系统可以通过灵活、方便的管路组合,实现过程控制中的五种典型控制方式—单回路控制,串级控制、前馈控制、均匀控制和比值控制。

二、主要仪器与设备1、计算机2、接口板卡USB-4711AUSB-4711A系列板卡是即插即用数据采集模块,它通过USB端口与计算机相连,为数据测量与系统控制提供了便利。

USB-4711A通过USB端口获得所需电源,在该板卡上包含了所有的数据采集功能,如:16路AI,2路AO,8路DI,8路DO,1路32位计数器,其中A/D数据采集为12位。

USB-4711A 板卡如图1-1所示。

图1-2为USB-4711A 上五个10针I/O 接口的针脚定义。

图1-1 USB-4711A板卡DO0DO1DO2DO3DGNDDO4DO5DO6DO7DGNDDI0DI1DI2DI3DGNDAI0GATE DGND EXTTRG DGND EVTINPOut AGND AO1AGNDDI4DI5DI6DI7 DGNDAI1AI2AI3AGNDAI4AI5AI6AI7AGNDAI8AI9AI10AI11AGNDAI12AI13AI14AI15AGNDAO0USBLED8-TTL DO Port8-TTL DI Port16-SE/8-Diff AIExternal Control2-AO Port图1-2I/O 接口针脚定义3、水箱:水箱如图1-3所示,技术参数见表1-1。

表1-1 水箱参数工作温度最大:+65CO外部尺寸宽度深度高度240 mm 190 mm 385 mm材质塑料图1-3 水箱4、流量传感器流量传感器如图1-4所示,主要技术参数见表1-2。

表1-2 流量传感器技术参数工作电压 5 to 12 V DC工作电流 6 to 33 mA输出信号方波信号,5…12 V频率范围13 to 1200 HZ测量范围0.5 to 15.0 l/min工作压力80°C max。

过程控制系统第一章

过程控制系统第一章

锅筒
FT
开环控制的优点:
控制及时,对较频繁的主要扰
动起到补偿效果。 缺点:仅在蒸汽扰动信号对液 位有影响时,才进行补偿,对 其他影响液位的扰动无控制作 用,不能保证液位无误差。
35
FFC
省煤器
给水
开环的液位控制系统
1.2 过程控制系统简介—控制系统的组成
比较机构:比较设定值 根据偏差的正负、大小 接收控制器的输出,相 与测量值并输出其差值 及变化情况,按预定规 应地改变操纵变量 扰动 f(t) 律给出控制作用 控制器
息称为输出信号。上一环节的输出信号就是下一环节的输入信号。
6
控制理论的发展过程
复杂的工业过程难于推广现 代控制理论
大系统理论 主要方法:现代控制理论与系统理论相结合
无法广泛应用于工业过程控 制
智能控制 主要方法:人工智能(专家系统;模糊控制;人工神经网 络控制)与自动控制的结合
7
1.1 控制理论与过程控制系统的发展状况
过程控制发展概况
• 20世纪40年代前后,处于手动状态,从50年代前后开 始,划分为如下几个阶段: • 50年代前后——第一阶段,实现了仪表和局部自动化, 主要特点: (1) 仪表为气动式,普遍采用基地式仪表和部分单元组 合仪表; (2)单输入单输出系统; (3)被控参数主要是温度、压力、流量、液位; (4)控制的目的是保证参数稳定,消除或减小扰动; (5)控制理论:频率法和根轨迹法。
18
智能交通物联网
19
1.2 过程控制系统简介
请描述一下驾驶员如何驾驶汽车?
20
1.2 过程控制系统简介
• 请描述一下家庭热水器如何工作?
温度调节装置
控制器
加热棒

SPC简介

SPC简介

五大工具简介之一基础统计过程控制(SPC )第一节 概述为什么作SPC ?实际是在回答一个问题:在有一定变差的过程中,这个与操作是否是可以接收 与允许的范围内的。

一、预防和检验用最终产品检验将不合格产品剔除的方法,进行生产和质量控制是一种浪费,因为它允许把时间和原料投入无用的生产与服务中。

这属于死后验尸,于事无补。

避免此种浪费的有效办法 是预防, 事先预防是最好的节约。

二、过程控制系统(SPC )▲过程/系统▲输入 顾客的呼声PO'SSPC 反馈系统(闭环控制系统)1、5M1E :人、机、料、法、测量、环境为输入集合。

2、产品或服务为输出集合。

3、工作方法或资源融合为过程或系统。

4、有关性能信息,研究过程及其内在变化规律的信息。

如温度、循环时间、进给速度、周转时间、统计方法 ----- *—►人 Man ——► 设备 Mach ina —►—► 材料 Material —►_► —>—► 方法 Method —► —>—k 测量 Measure —k—k环境Enrironment—►工作方法/资源的融合产品或 服务识别更高的 要求和期望过程的呼声PO'S延迟、缺勤、中止次数、工件的飞边大小等等,过程特性是我们关注的重点。

5、对过程采取措施,对重要的过程特性采取使之较少的偏离目标值, 使过程保持稳定,保持输入变差在可接收的控制界限内,这些措施应该是经济的,这包括改变操作与改变过程的基本因素。

6、对输出采取措施、如严格检验及剔除不合格产品的措施是不经济的。

仅仅作为过程不稳定或工程能力不足时的临时措施用。

二、变差的普遍原因和特殊原因上述5M1E人、机、料、法、测量、环境等原因,造成产品特性变差的原因可分为:1普通原因:随时间稳定分布,是偶然性原因造成波动质量波动。

当普通原因不改变时,过程、是稳定的,是可以预测的。

这叫:“过程处于受控状态”或“受控”。

2特殊原因:它的出现会引起过程特性分布的变化,这是系统的原因。

DCS简介

DCS简介

DCS简介
一、DCS的概念
DCS是英文(Distributed Control System)的缩写,在国内自动控制行业又称之为集散控制系统。

DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物,是目前最先进、最合理的过程控制系统,可以适应各种过程控制的要求。

系统具有很高的可靠性。

它通过集中的操作和监控,管理分散的受控点,所以DCS可理解为“分散控制,集中管理”。

二、DCS的应用状况
自1975 年Honeywell 公司推出第一套DCS 以后,全世界有60 余家公司生产了1500 余种产品,目前约有10 000套DCS 在运行。

我国DCS 发展较晚,大约在20 世纪80 年代末才开始逐渐使用。

目前还处在从大型工程逐步向中、小型工程,从主要应用领域(如石化、化工、电力、冶金等行业) 逐步向全工业范围扩展阶段,市场远没有饱和。

特别在最近一段时期,将会有大量的国内企业采用先进的DCS 来改造传统产业,不但大型、中型工程项目采用,不少小型项目也开始采用。

它们的技术改造为DCS 提供了十分巨大的市场空间。

三、 DCS系统结构。

过程控制系统范文

过程控制系统范文

过程控制系统范文过程控制系统是一个广泛应用于工业生产中的自动化系统。

它通过监控、调节和控制工艺过程中的各种参数和变量,实现对工艺过程的自动化控制。

过程控制系统在工业生产中起到了至关重要的作用,对于提高生产效率、保障产品质量、降低生产成本具有重要的意义。

过程控制系统通常由以下几个主要组成部分构成:传感器与执行器、控制器、人机界面和通信网络。

其中,传感器与执行器用于监测、采集和控制工艺过程中的各种参数和变量,控制器用于对传感器和执行器进行控制和调节,人机界面用于显示和操作控制系统的相关信息,通信网络用于实现各个组成部分之间的数据传输和通讯。

过程控制系统的工作过程通常包括三个阶段:测量与采集、控制与调节、显示与记录。

在测量与采集阶段,传感器通过测量和采集工艺过程中的各种参数和变量,将其转换为电信号,并传送给控制器进行处理。

在控制与调节阶段,控制器根据测量与采集的数据进行计算和判断,并通过输出控制信号,控制执行器对工艺过程进行调节和控制。

在显示与记录阶段,人机界面将控制系统的运行状态、参数和变量信息进行显示和记录,供操作人员进行观察和分析,以及进行实时的监控和控制。

1.自动化控制:过程控制系统能够实现对工艺过程的自动化调节和控制,减少人工干预,提高生产效率和产品质量。

2.实时监控:过程控制系统能够实时监测工艺过程中的各种参数和变量,并及时采取相应的措施进行调整和控制,以保证工艺过程的稳定性和可靠性。

3.精确度高:过程控制系统具有高精度的测量、控制和调节能力,能够对工艺过程中的各种参数和变量进行准确的测量和控制,提高产品质量和生产效率。

4.灵活性强:过程控制系统能够根据不同的工艺要求和生产需求进行灵活的设置和调整,以适应不同产品的生产过程的变化和调整。

过程控制系统的应用广泛,在各个工业领域都有所涉及。

例如,石油化工、电力、冶金、制药、食品等行业都需要使用过程控制系统进行生产过程的监控和控制。

过程控制系统还广泛应用于环境保护和安全监测领域,用于监测和控制大气污染、废水处理、排放浓度等环境因素,以实现对环境的保护和管理。

asd

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asd控制简介和PID控制器过程控制系统自动过程控制系统是指将被控量为温度、压力、流量、成份等类型的过程变量保持在理想的运行值的系统。

过程实际上是动态的。

变化总是会出现,此时如果不采取相应的措施,那些与安全、产品质量和生产率有关的重要变量就不能满足设计要求。

为了说明问题,让我们来看一下热交换器。

流体在这个过程中被过热蒸汽加热,如图1所示。

这一装置的主要目的是将流体由入口温度乃(f)加热到某一期望的出口温度T(f)。

如前所述,加热介质是过热蒸汽。

只要周围没有热损耗,过程流体获得的热量就等于蒸汽释放的热量,即热交换器和管道间的隔热性很好。

很多变量在这个过程中会发生变化,继而导致出口温度偏离期望值。

如果出现这种情况,就该采取一些措施来校正偏差,其目的是保持出口温度为期望值。

实现该目的的一种方法是首先测量r(0,然后与期望值相比较,由比较结果决定如何校正偏差。

蒸汽的流量可用于偏差的校正。

就是说,如果温度高于期望值,就关小蒸汽阀来减小进入换热器的蒸汽流量;若温度低于期望值,就开大蒸汽阀,以增加进入换热器的蒸汽流量。

所有这些操作都可由操作员手工实现,操作很简单,不会出现什么问题。

但是,由于多数过程对象都有很多变量需要保持为某一期望值,就需要许多的操作员来进行校正。

因此,我们想自动完成这种控制。

就是说,我们想利用无需操作人员介入就可以控制变量的设备。

这就是所谓自动化的过程控制。

为达到上述目标,就需要设计并实现一个系统。

图2所示为一个可行的控制系统及其基本构件。

首先要做的是测量过程流体的出口温度,这一任务由传感器(热电偶、热电阻等)完成。

将传感器连接到变送器上,由变送器将传感器的输出信号转换为足够大的信号传送给控制器。

控制器接收与温度相关的信号并与期望值比较。

根据比较的结果,控制器确定保持温度为期望值的控制作用。

基于这一结果,控制器再发一信号给执行机构来控制蒸汽流量。

下面介绍控制系统中的4种基本元件,分别是:(1)传感器,也称为一次元件。

计算机过程控制系统

计算机过程控制系统

海明距离
长度相同的两个编码的对应数字不同的比特数 我们的简单编码存在的问题是两个有效的数字
(“0”和“1”)之间的海明距离也是1。这样 ,一位错误会将一个有效的数字变成另一个有 效的数字…
错误检测
我们所需要的编码方案是一位错误不会产生另 一个有效数字
无校验位 1000010”B” 1000011”C” 有奇校验位 11000010-”B” 11000011-”A”
10.3.1.4差错控制技术
在通信线路上传输信息时,往往由于各种干扰 ,使接收端收到信息出现错误。提高传输质量 的方法有两种:第一种方法是改善信道的电性 能,使误码率降低;第二种方法是接收端检验 出错误后,自动纠正错误,或让发送端重新发 送,直至接收到正确的信息为止。通常把第一
括检验错误和纠正错误。
7层网络结构模型
10.3.3 IEEE802标准
电气与电子工程师协会(IEEE)是世界上最大的 专业学会。成立于1980年2月的IEEE802课题 组(IEEE Standards Project 802)于1981年底 提出了IEEE 802局域网标准
IEEE 802局域网标准与OSI对应关系
图10.30PLC的基本结构
图10.33PLC工作流程图
PLC的基本技术指标
(1) CPU类型 (2) 存储器容量 (3) I/O点数 (4) 扫描速度 (5) 编程软件 (6) 扩展功能
10.4.2梯形图
可编程序控制器是专为工业控制应用开发的。 为方便广大电气技术人员使用,PLC的编程方 法通常不采用一般微机的编程语言,而是各种 面向控制的编程方法,如梯形图法、功能图法 、逻辑图法等。其中,梯形图(Ladder Diagram)法是应用最为广泛的一种。

过程控制系统实验报告

过程控制系统实验报告

过程控制及检测装置硬件结构组成认识,控制方案的组成及控制系统连接过程控制是指自动控制系统中被控量为温度、压力、流量、液位等变量在工业生产过程中的自动化控制。

本系统设计本着培养工程化、参数化、现代化、开放性、综合性人材为出发点。

实验对象采用当今工业现场常用的对象,如水箱、锅炉等。

仪表采用具有人工智能算法及通讯接口的智能调节仪,上位机监控软件采用MCGS 工控组态软件。

对象系统还留有扩展连接口,扩展信号接口便于控制系统二次开辟,如PLC 控制、DCS 控制开辟等。

学生通过对该系统的了解和使用,进入企业后能很快地适应环境并进入角色。

同时该系统也为教师和研究生提供一个高水平的学习和研究开辟的平台。

本实验装置由过程控制实验对象、智能仪表控制台及上位机PC 三部份组成。

由上、下二个有机玻璃水箱和不锈钢储水箱串接, 4.5 千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭外循环不锈钢锅炉夹套构成),压力容器组成。

用,透明度高,有利于学生直接观察液位的变化和记录结果。

水箱结构新颖,内有三个槽,分别是缓冲槽、工作槽、出水槽,还设有溢流口。

二个水箱可以组成一阶、二阶单回路液位控制实验和双闭环液位定值控制等实验。

锅炉采用不锈钢精致而成,由两层组成:加热层(内胆)和冷却层(夹套)。

做温度定值实验时,可用冷却循环水匡助散热。

加热层和冷却层都有温度传感器检测其温度,可做温度串级控制、前馈-反馈控制、比值控制、解耦控制等实验。

采用不锈钢做成,一大一小两个连通的容器,可以组成一阶、二阶单回路压力控制实验和双闭环串级定值控制等实验。

整个系统管道采用不锈钢管连接而成,彻底避免了管道生锈的可能性。

为了提高实验装置的使用年限,储水箱换水可用箱底的出水阀进行。

检测上、下二个水箱的液位。

其型号:FB0803BAEIR,测量范围:0~1.6KPa,精度:0.5 。

输出信号:4~20mA DC。

LWGY-6A,公称压力:6.3MPa,精度:1.0%,输出信号:4~20mA DC本装置采用了两个铜电阻温度传感器,分别测量锅炉内胆、锅炉夹套的温度。

SPC简介

SPC简介

五大工具简介之一基础统计过程控制(SPC)第一节概述为什么作SPC?实际是在回答一个问题:在有一定变差的过程中,这个与操作是否是可以接收与允许的范围内的。

一、预防和检验用最终产品检验将不合格产品剔除的方法,进行生产和质量控制是一种浪费,因为它允许把时间和原料投入无用的生产与服务中。

这属于死后验尸,于事无补。

避免此种浪费的有效办法是预防,事先预防是最好的节约。

二、过程控制系统(SPC)图1 SPC反馈系统(闭环控制系统)1、5M1E:人、机、料、法、测量、环境为输入集合。

2、产品或服务为输出集合。

3、工作方法或资源融合为过程或系统。

4、有关性能信息,研究过程及其内在变化规律的信息。

如温度、循环时间、进给速度、周转时间、延迟、缺勤、中止次数、工件的飞边大小等等,过程特性是我们关注的重点。

5、对过程采取措施,对重要的过程特性采取使之较少的偏离目标值,使过程保持稳定,保持输入变差在可接收的控制界限内,这些措施应该是经济的,这包括改变操作与改变过程的基本因素。

6、对输出采取措施、如严格检验及剔除不合格产品的措施是不经济的。

仅仅作为过程不稳定或工程能力不足时的临时措施用。

二、变差的普遍原因和特殊原因上述5M1E人、机、料、法、测量、环境等原因,造成产品特性变差的原因可分为:1、普通原因:随时间稳定分布,是偶然性原因造成波动质量波动。

当普通原因不改变时,过程是稳定的,是可以预测的。

这叫:“过程处于受控状态”或“受控”。

2、特殊原因:它的出现会引起过程特性分布的变化,这是系统的原因。

当存在特殊原因时,过程不稳定,其输出是不可预测的;这种变差可能是有害的,也可能是有益的。

关键是识别。

如是好看趋势,有利于产品质量提高;如是坏的趋势,会影响产品质量,应该控制和消除。

过程控制计划就是确保顾客要求得到满足,而且不受其他特殊原因的影响。

普通原因与特殊原因的比较四、局部措施和系统措施局部措施解决变差的特殊原因,这是过程操作人员的责任。

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过程控制系统
过程控制的主要控制对象:
温度(Temperature),压力(Pressure),液位(Liquid level),
成分(Component)和物性(Physical property)等参数
控制系统首要的要求:
系统稳定性,所有参数必须保证系统能够运行正常且具有一定的稳定裕度,通常可取衰减比作为稳定指标,随动系统,常取衰减比为10:1;定值系统常取衰减比为4:1;
过程控制的任务:
在了解,掌握生产工艺和系统综合指标的要求基础上,根据安全性、稳定性、经济性的要求,应用控制理论、最优控制、系统论的理论知识对系统进行分析与设计,提出合理的控制方案,设计报警和联锁保护系统,选择最优的控制器参数及生产过程现场调试方案等!
过程控制系统的基本要求:
○1安全性:一个控制系统的必要条件,无安全性保证不谈控制系统
○2稳定性:如何有效抑制或减小系统外部干扰,保持生产过程长期稳定运行的是设计控制系统的要求
○3经济性:随着市场竞争力以及资源匮乏的情况下,在满足安全性及稳定性的前提下,要求控制系统低成本,高效益
过程控制系统的组成:
○1被控对象(过程):指需要控制的生产过程、设备或装置。

如锅炉锅筒、水槽
○2被控变量(被控量):被控对象中要控制的某个物理量或生产过程中的某个参数,如加热炉的温度、水槽的液位
○3检测和变送器:用于检测被控对象的被控量,并将检测信号转换为统一标准电信号输出
○4控制器(调节器):将检测信号与设定值信号进行比较,产生偏差信号,按一定的控制规律对偏差信号进行运算,产生控制信号输出到执行器
○5执行器:将控制信号进行放大,转换为控制操纵变量的执行信号,以驱动控制阀。

气动调节阀,电动调节阀
○6控制阀:接受执行器的输出信号变换为控制进给量。

有气开阀和气关阀○7干扰:凡是影响被控量的各种作用信号称为干扰或者扰动,内干扰,外干扰
○8偏差:被控量的给定量与实际量之差,但能够直接得到的信号是被控量的测量值,通常把给定值与测量值之差成为偏差
○9辅助装置:报警装置,连锁保护装置
过程控制系统的特点:
1.被控对象的多样性:过程控制设计各个工业领域(如石油,化工,冶金,
机械,电力,建材等领域)
2.对象特性的难辨性:过程控制被控对象的内在机理较为复杂,具有严重
的非线性,具有多变量过程,要想完全从机理上揭示其内在规律,几乎不可能,所以,根据过程输入、输出数据确定过程模型的结构和参数的系统辨识方法建模,构成白箱模型,黑箱模型和灰箱模型。

3.对象滞后与耦合:被控量具有较大的惯性,被控对象往往具有纯滞后性。

滞后对于调节过程产生不利的影响,它将降低调节系统的稳定性,增大调节参数的偏差,延长调节时间。

被控量与控制量之间呈现出交互影响的关系,每个控制量的变化引起几个被控量的变化,形成控制量的被控量的耦合。

4.特性往往具有非线性:客观世界本来就是非线性的,工业生产过程中,大多数是非线性的,非线性是控制系统中普遍存在的系统特性。

5.控制方案的多样性:控制对象的多样性决定了控制方案的多样性,出现了单回路控制、串级控制、前馈-反馈控制、比值控制、均匀控制、分程控制、选择性控制、智能控制(专家控制、模糊控制、神经网络控制等)、数字和计算机控制系统等
6.定制系统主要是控制形式:大多数生产过程中被控量的设定值为一定值,控制的目的是使系统尽快减小或消除干扰的影响,使被控量保持或接近设定值,即系统为定值控制
7.系统多属于慢变化过程:过程控制的被控对象往往具有很大的储蓄容积,导致被控量变化十分缓慢。

8.容错性:对复杂(如非线性、快时变、复杂多变量和环境扰动等)控制系统来说,能进行有效的全局控制,并具有较强的容错能力。

过程系统的性能指标:

1稳定性:稳定性是控制系统的首要要求,并且考虑到实际过程系统工作环境、参数、原料等的变化,对系统除要求稳定外,还要求其具有一定的稳定裕量。


2准确性:系统过渡过程结束后,控制系统被控量与设定值之间的偏差是衡量系统性能的重要指标,通常希望静态偏差尽可能小。


3快速性:控制系统受到干扰影响后,系统是否可迅速做出响应,根据偏差调节操纵变量是被控量与设定值之间的偏差尽快地减小,并且被控量在工艺要求范围内变化。

时域控制性能指标:
以二阶系统的单位阶跃响应输出为例
222
1(s)2n n n C s s s
ωζωω=⋅++ ;(t)h = 1
(C(s))L - ;(t)1n p t h e ζω-=+ :为系统的无阻尼自然振荡角频率
:阻尼比
1
n
T ω=
:系统的振荡周期
上升时间
r T =
峰值时间:2
1p d
n k T π
ωωζ
==
- ( 为第 个峰值,峰值时间 为第一个峰
值时间)
最大超调量:p δ=
2
-
1-(t )()100%=100%()
n p
t p h h e
e h ζωζ--∞=⨯⨯∞ 过渡过程时间(调节时间):211ln ln
1s n T ζωζ⎛⎫ ⎪=+ ⎪∆-⎝⎭
若取=5%∆ ,并忽略2
ln
1ζζ-(0<<0.9)
时,则得3
s n
T ζω≈
若取=2%∆ ,并忽略2
ln
1ζζ
-(0<<0.9)
时,则得4
s n
T ζω≈
Overshoot:超调量; :稳态值; Peak time:峰值时间;
Rise time: 上升时间 Setting time:调节时间 y(t):输出值 p M :峰值 1. 衰减比(稳定性)
定义为两个相邻的同相波峰值之比1
2
B n B =
,衰减比越大,系统越稳定 1n <系统的响应为衰减振荡1n =系统的响应为等幅振荡 1n >系统的响应为发散振荡
一般随动系统,常取衰减比为10:1;定值系统常取衰减比为4:1;
2. 衰减率(快速性)
1221
1111B B B B B n
ψ-==-=-(一般当0.75~0.9ψ= 时,410n = )
衰减率也用于快速控制系统稳定性的衡量。

衰减率是指每经过一个周期,输出响应曲线波动幅值衰减的百分数。

3. 余差(静态偏差)C (准确性)
余差是指输出系统的过渡过程稳态值与设定值之差。

余差是控制系统稳态准确性指标,对于定值或者随动系统,一般要求余差为零或小于工艺设计范围
4最大动态偏差(最大超调量Overshoot )(动态稳定性)
最大动态偏差是指系统输出量的最大值与输出的稳定值之差其与输出稳态值的相对百分数构成系统的最大超调量%σ
(t )y()%100%
y()
p y σ-∞=
⨯∞
5.调节时间(过渡过程时间)(快速性)
调节时间反映了控制系统的快速性,调节时间 越短,表明系统动态响应越快,系统克服扰动信号的能力越强
综合性能指标:
控制系统除上述单项控制性能指标外,也采用综合控制性能指标来衡量控制系统的优劣,常采用偏差积分性能指标 偏差积分(IE ) 0
(t)min
J e dt ∞
=→⎰
偏差绝对积分(IAE )
|e(t)|min
J dt ∞
=→⎰
该综合性能指适用于衰减和无静差系统 偏差绝对值与时间乘积的积分(ITEA)
|e(t)|min J t dt ∞
=→⎰
该综合性能指标既包含了控制系统初始大误差对性能指标影响,有同时强调了过渡过程后期的误差对系统性能指标的影响 偏差二次方差积分(ISE)
20
(t)dt min
J e ∞
=→⎰
该积分性能指标重点考虑抑制过渡过程中的大偏差
名词解释
无静差调节(无差):
反馈系统通过测量系统的输出
值、反馈到系统的输入端与设定值
比较,产生偏差信号,进行系统控
制,系统输入端与输出端之间不仅
存在输入到输出的前向通道,还存
在输出到输入的反馈通道,构成闭
环控制系统。

反馈控制系统是利用偏差纠正偏差,即偏差值是控制的依据,控制的目的是达到减小或消除误差,控制系统有较高的控制精度和较好的适应能力。

由于反馈系统的控制作用只有在偏差出现后再产生,因此对具有大惯性和纯滞后时间常数较大的时变系统。

前馈控制系统:
前馈控制是一种利用输入或者
扰动信号的直接控制作用构成的开
环控制系统,如果被控过程有严重
的可测、可控的扰动信号,前馈控
制可以利用干扰信号直接产生控制
输出,以减少干扰对控制系统的影
响,它应用的是补偿原理,前馈控
制能有效改善控制系统的性能
前馈控制是一种开环控制方法,开环控制的优点是不存在闭环系统的稳定性问题,但它要求模型精确,且不能消除余差
复合控制系统(前馈-反馈控制系统):
按输入或扰动直接
构成的开环控制通道与
包含偏差的闭环系统共
同组成反馈-前馈控制系
统,成为符合控制系统
对于时滞较大的控制
对象,其反馈作用不能
及时影响系统的输出,
以致引起较大的波动,
直接影响控制品质。


果扰动量是可观可控
的,则利用外来扰动信号直接控制输出,构成复合控制,这样既发挥了前馈控制校正及时的优点,又保持了反馈控制能克服多种扰动对被控量的影响。

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