过程控制与自动化仪表.
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过程控制与自动化仪表
3
自动化仪表
自动化仪表 用于生产过程自动化的仪器或设备，是实现工业
企业自动化的必要手段和技术工具。
特点 兼容性、统一标准
过程控制与自动化仪表
4
特点1 系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成
过程控制与自动化仪表
5
特点2 被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计
某自治区“十二五”循环经济发展规划 煤电化体化循环经济链条
过程控制与自动化仪表
16
自动控制的发展历史
第一阶段：上世纪40-60年代，“经典控制理论”，单
输入单输出问题，采用传递函数、频域特性、根轨迹 为基础的频域分析方法，研究线性定常系统。
第二阶段：上世纪60-70年代，“现代控制理论”，计 算机发展驱动空间技术发展，状态空间法->极大值原 理、动态规划、卡尔曼滤波。
具体时间另行通知
我在日内瓦车展
过程控制与自动化仪表
12
参考书
参考书 1.自动检测技术与装置. 张宏建等. 化学工业出版社. 2004.7 2.自动化仪表与过程控制. 施仁等. 电子工业出版社. 2009.2 3.自动检测技术及仪表控制系统. 张毅等. 化学工业出 版社. 2005.3 4.过程控制与自动化仪表.潘永湘等.机械工业出版社. 2008.5
自动化仪表 与 过程控制
1
概念
自动化：机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没
有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、 信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。
电力 过程控制 石油 煤炭
自动化
运动控制
钢铁 冶金
化工
过程控制与自动化仪表
2
过程控制
过程控制----泛指石油、化工、电力、冶金、核能
数字信号
出料流量
液位高度
百度文库
数字信号
图1-3 液位自动控制系统方块图
过程控制与自动化仪表
21
图1-4 蒸汽加热器温度控制系统流程图
画系统控制方块图
图1-5 加热炉过程控制系统流程图
过程控制与自动化仪表
22
注意！方块图中的每一个方块都 代表一个具体的装置。
方块与方块之间的连接线，只是代表方块之间的信号联系， 并不代表方块之间的物料联系。方块之间连接线的箭头也 只是代表信号作用的方向，与工艺流程图上的物料线是不 同的。 工艺流程图上的物料线是代表物料从一个设备进入另一个 设备，而方块图上的线条及箭头方向有时并不与流体流向 相一致。 自动控制系统通常是一个闭环系统。
第三阶段：上世纪70年代末至今。向“大系统理论” 和“智能控制”方向发展，随机森林、深度学习和增 强学习等智能方法与控制相结合。
过程控制与自动化仪表
17
第二节 自动控制系统的基本组成及方块图
人工操作与自动控制比较图（液位控制）
图1-2 液位自动控制系统图
控制速度和精度不能满足大型 现代化生产的需要 图1-1 人工操作图 过程控制与自动化仪表
其中：x 指设定值；z 指输出信号；e 指偏差信号；p 指发出信号；q 指 出料流量信号；y 指被控变量；f 指扰动作用。 当x 取正值，z取负值，e= x- z，负反馈；x 取正值，z取正值， e= x+ z， 正反馈。
图1-3 液位自动控制系统方块图
过程控制与自动化仪表
20
图1-2 液位自动控制系统流程图
过程控制与自动化仪表
8
(中国)特点6 相关企业污染严重
过程控制与自动化仪表
9
特点7：工业4.0
过程控制与自动化仪表
10
SIMATIC PCS 7
过程控制与自动化仪表
11
王宇雷，男，1985年生，吉林大学，通信工程学院控制理论与控制工程 系讲师。2004/09-2008/06，南开大学学士；2008/09-2013/10，哈尔滨工 业大学，航天学院控制科学与工程专业，博士。2010年至2012年在德国 杜伊斯堡埃森大学AKS研究中心联合培养。自2013年起，在吉林大学从 事汽车仿真与控制等的教学和科研工作。先后发表学术论文20篇，其中 SCI收录5篇，EI收录14篇，核心收录2篇。 过程控制与自动化仪表 上课时间： 周二第5、6节{第1-10周} 周四第5、6节{第1-10周} 上课地点： 南岭一教 301 实验课 {第11-14周}
过程控制与自动化仪表
13
考核方式
1.课堂测验 20% 2.实验报告 10% 3.期末考试 70% 1.成绩高斯分布 2.平均值70分上下 3.不及格率10%左右
过程控制与自动化仪表
14
回顾
控制方向分为运动控制与过程控制
过程控制的被控量：压力、液位、流量、温度、PH值
等过程变量
过程控制仪表：调节器（控制器）、执行器、安全栅等 仪表 被控过程复杂性：基于系统辨识的控制策略
等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产 过程自动控制，其被控量通常为压力、液位、流量、 温度、PH值等过程变量，是自动化技术的重要组成 部分。
作用----在现代工业生产过程自动化中，过程控制
技术可实现各种最优的技术经济指标、提高经济效 益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护
环境卫生等方面起着越来越大的作用。
18
自动控制系统的组成
测量元件与变送器 自动化装置 组 成 被控对象 自动控制器 执行器
过程控制与自动化仪表
19
液位自动控制的方块图
在研究自动控制系统时，为了便于对系统分析研究，一 般都用方块图来表示控制系统的组成。 下图为液位自动控制系统的方块图，每个环节表示组成 系统的一个部分，称为“环节”。
过程控制与自动化仪表
6
特点3 控制方案丰富多彩，控制要求越来越高
单输入/单输出系统 多输入/多输出系统 自适应控制 预测控制 非线性控制 分布参数控制
… 连续搅拌釜模型
过程控制与自动化仪表
7
特点4 控制过程大多属于慢变过程与参量控制
温度
大惯性
大时延（滞后）
压力 流量 物位
…
特点5 定值控制是过程控制的主要形式
过程控制与自动化仪表
15
第一章 自动化概论
第一节 自动控制的基本概念
所谓自动控制,就是在没有人直接参与的情况下, 利用外加的设备或装臵 (控制装臵) ,使机器、设 备或生产过程 (控制对象) 的某个工作状态或参 数 (被控量) 自动地按照预定的规律运行。 现代科学技术的众多领域中,自动控制技术起着越 来越重要的作用.如数控车床按预定程序自动切削, 人造卫星准确进入预定轨道并回收,雷达自动跟踪 空中的飞行体等,所有这些都离不开自动控制技术。
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自动化仪表
自动化仪表 用于生产过程自动化的仪器或设备，是实现工业
企业自动化的必要手段和技术工具。
特点 兼容性、统一标准
过程控制与自动化仪表
4
特点1 系统由被控过程与系列化生产的自动化仪表组成
过程控制与自动化仪表
5
特点2 被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计
某自治区“十二五”循环经济发展规划 煤电化体化循环经济链条
过程控制与自动化仪表
16
自动控制的发展历史
第一阶段：上世纪40-60年代，“经典控制理论”，单
输入单输出问题，采用传递函数、频域特性、根轨迹 为基础的频域分析方法，研究线性定常系统。
第二阶段：上世纪60-70年代，“现代控制理论”，计 算机发展驱动空间技术发展，状态空间法->极大值原 理、动态规划、卡尔曼滤波。
具体时间另行通知
我在日内瓦车展
过程控制与自动化仪表
12
参考书
参考书 1.自动检测技术与装置. 张宏建等. 化学工业出版社. 2004.7 2.自动化仪表与过程控制. 施仁等. 电子工业出版社. 2009.2 3.自动检测技术及仪表控制系统. 张毅等. 化学工业出 版社. 2005.3 4.过程控制与自动化仪表.潘永湘等.机械工业出版社. 2008.5
自动化仪表 与 过程控制
1
概念
自动化：机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没
有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、 信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。
电力 过程控制 石油 煤炭
自动化
运动控制
钢铁 冶金
化工
过程控制与自动化仪表
2
过程控制
过程控制----泛指石油、化工、电力、冶金、核能
数字信号
出料流量
液位高度
百度文库
数字信号
图1-3 液位自动控制系统方块图
过程控制与自动化仪表
21
图1-4 蒸汽加热器温度控制系统流程图
画系统控制方块图
图1-5 加热炉过程控制系统流程图
过程控制与自动化仪表
22
注意！方块图中的每一个方块都 代表一个具体的装置。
方块与方块之间的连接线，只是代表方块之间的信号联系， 并不代表方块之间的物料联系。方块之间连接线的箭头也 只是代表信号作用的方向，与工艺流程图上的物料线是不 同的。 工艺流程图上的物料线是代表物料从一个设备进入另一个 设备，而方块图上的线条及箭头方向有时并不与流体流向 相一致。 自动控制系统通常是一个闭环系统。
第三阶段：上世纪70年代末至今。向“大系统理论” 和“智能控制”方向发展，随机森林、深度学习和增 强学习等智能方法与控制相结合。
过程控制与自动化仪表
17
第二节 自动控制系统的基本组成及方块图
人工操作与自动控制比较图（液位控制）
图1-2 液位自动控制系统图
控制速度和精度不能满足大型 现代化生产的需要 图1-1 人工操作图 过程控制与自动化仪表
其中：x 指设定值；z 指输出信号；e 指偏差信号；p 指发出信号；q 指 出料流量信号；y 指被控变量；f 指扰动作用。 当x 取正值，z取负值，e= x- z，负反馈；x 取正值，z取正值， e= x+ z， 正反馈。
图1-3 液位自动控制系统方块图
过程控制与自动化仪表
20
图1-2 液位自动控制系统流程图
过程控制与自动化仪表
8
(中国)特点6 相关企业污染严重
过程控制与自动化仪表
9
特点7：工业4.0
过程控制与自动化仪表
10
SIMATIC PCS 7
过程控制与自动化仪表
11
王宇雷，男，1985年生，吉林大学，通信工程学院控制理论与控制工程 系讲师。2004/09-2008/06，南开大学学士；2008/09-2013/10，哈尔滨工 业大学，航天学院控制科学与工程专业，博士。2010年至2012年在德国 杜伊斯堡埃森大学AKS研究中心联合培养。自2013年起，在吉林大学从 事汽车仿真与控制等的教学和科研工作。先后发表学术论文20篇，其中 SCI收录5篇，EI收录14篇，核心收录2篇。 过程控制与自动化仪表 上课时间： 周二第5、6节{第1-10周} 周四第5、6节{第1-10周} 上课地点： 南岭一教 301 实验课 {第11-14周}
过程控制与自动化仪表
13
考核方式
1.课堂测验 20% 2.实验报告 10% 3.期末考试 70% 1.成绩高斯分布 2.平均值70分上下 3.不及格率10%左右
过程控制与自动化仪表
14
回顾
控制方向分为运动控制与过程控制
过程控制的被控量：压力、液位、流量、温度、PH值
等过程变量
过程控制仪表：调节器（控制器）、执行器、安全栅等 仪表 被控过程复杂性：基于系统辨识的控制策略
等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产 过程自动控制，其被控量通常为压力、液位、流量、 温度、PH值等过程变量，是自动化技术的重要组成 部分。
作用----在现代工业生产过程自动化中，过程控制
技术可实现各种最优的技术经济指标、提高经济效 益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护
环境卫生等方面起着越来越大的作用。
18
自动控制系统的组成
测量元件与变送器 自动化装置 组 成 被控对象 自动控制器 执行器
过程控制与自动化仪表
19
液位自动控制的方块图
在研究自动控制系统时，为了便于对系统分析研究，一 般都用方块图来表示控制系统的组成。 下图为液位自动控制系统的方块图，每个环节表示组成 系统的一个部分，称为“环节”。
过程控制与自动化仪表
6
特点3 控制方案丰富多彩，控制要求越来越高
单输入/单输出系统 多输入/多输出系统 自适应控制 预测控制 非线性控制 分布参数控制
… 连续搅拌釜模型
过程控制与自动化仪表
7
特点4 控制过程大多属于慢变过程与参量控制
温度
大惯性
大时延（滞后）
压力 流量 物位
…
特点5 定值控制是过程控制的主要形式
过程控制与自动化仪表
15
第一章 自动化概论
第一节 自动控制的基本概念
所谓自动控制,就是在没有人直接参与的情况下, 利用外加的设备或装臵 (控制装臵) ,使机器、设 备或生产过程 (控制对象) 的某个工作状态或参 数 (被控量) 自动地按照预定的规律运行。 现代科学技术的众多领域中,自动控制技术起着越 来越重要的作用.如数控车床按预定程序自动切削, 人造卫星准确进入预定轨道并回收,雷达自动跟踪 空中的飞行体等,所有这些都离不开自动控制技术。