典型工业过程控制系统
PLC、DCS、FCS三大工业控制系统的区别
PLC›DCS、FCS三大工业控制系统的区别随着工业技术的快速发展，相继出现了集散控制系统和现场总线控制系统，一些行业当中有的人认为FCS是由PLC发展而来的；另一些行业的人认为FCS又是由DCS发展而来的。
FCS与PLC及DCS之间既有密不可分的关联，又存在着本质的区别。
在工业过程控制中的三大控制系统，分别是PLC、DCS、FCSoPLC控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的应用而设计。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。
DCS集散控制系统，又叫计算机分布式控制系统，它是20世纪70年代中期迅速发展起来的，它把控制技术、计算机技术、图像显示技术以及通信技术结合起来，也称作4C技术，实现了对生产过程的监视、控制和管理。
它既打破了常规控制仪表功能的局限性，又较好的解决了早期计算机系统对于信息、管理和控制作用过于集中带来的危险性。
FCS现场总线控制系统的核心是总线协议，基础是数字智能现场设备，本质是信息处理现场化。
1、大型PLC构成的过程控制系统的基本特点⑴从上到下的结构，PLC既可以作为独立的DCS,也可以作为DCS的子系统。
(2)PID放在控制站中，可实现连续PID控制等各种功能。
⑶可用一台PC为主站，多台同类型PLC为从站；也可用一台PLC为主站，多台同类型PLC为从站，构成PLC网络。
⑷主要用于工控中的顺序控制，新型PLC也兼有闭环控制功能。
2、DCS控制系统的基本特点⑴从上到下的树状系统，其中通信是关键。
(2)PID在控制器中，连接计算机与现场仪器仪表。
⑶是树状拓扑和并行连续的链路结构，有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。
⑷信号系统包括开关量信号和模拟信号。
(5)DCS一般是由现场仪表层、控制装置单元层、工厂(车间)层、和企业管理层构成。
传统DCS-现场级设备与控制器之间连接采用一对一I/O连线方式3、FCS控制系统的基本特点(I)FCS是3C技术的融合。
典型工业过程控制工程
•精馏塔两端产品成分控制框图
• 当改变回流量 时，不仅影响塔顶产 品组分的变化，同时 也引起塔底产品组分 的变化；同理，当控 制塔底的加热用蒸汽 流量时，也将引起塔 内温度的变化，从而 不但使塔底产品组分 产生变化，同时也将 影响到塔顶产品组分 的变化。可见，这是 一个2×2的多变量耦 合系统.
•例如，当 •的最优值为1.08～1.15时，可得 •的最优值为1.6%～2.9%。 •因此，烟气中的含氧量 •可作为一种衡量经济燃烧的间接指标。
• 根据以上分析可知，只要在上图控制方案上对进风量用烟气含氧量加以 校正，就可构成如下图所示的烟气含氧量的闭环控制系统。
• 在该控制系统
中，只要把含氧量
经函数发生器改变 含氧量成分调节器 的设定值，然后再
由含氧量成分调节 器校正过剩空气量 ，使锅炉燃烧过程
•最佳烟气含氧量的锅炉燃烧控制系 统
在不同负荷下，始 终处于最佳过剩空 气量的状态。
•4．炉膛负压控制与安全保护控制方案
• 下图所示为系统构成。
• 重点以锅炉汽包水位控 制、过热蒸汽温度控制、锅 炉燃烧控制为例讨论它们的 控制方案。
•19－汽机高压调汽门；20－再热器；21－再 热器减温器；22－汽机中压调汽门；23－媒粉 仓；24－燃料量控制机构；25－喷燃器；26－ 送风机；27－空气预热器；28－调风门；29－
水冷壁管；30－引风机；31－烟道挡板。
•汽包水位三冲量串级控制系统流程图
• 三冲量前馈－反馈串级控 制系统在克服虚假水位的影响 、维持水位稳定、提高给水控 制质量等多方面都优于前述两 种控制系统，是现场广泛采用 的汽包水位控制方案。
•5.1.1.2 过热蒸汽温度控制
• •1过．热控蒸制汽要温求度与是过影程响特安性全和经济的重要参数，要求保持在±5℃的范围内 。
第9章 典型化工生产过程控制系统
第9章 典型工业生产过程控制系统
（2）对流传热 常见于流体与固体壁之间的传热，传热的速率与流 体性质及流动边界的状况密切的相关。 传热膜系数是对流传热的主要参数，对其影响因素 有：流体的种类、性质、运动状况以及流体对流的状 况。 一般来讲，蒸汽冷凝传热膜系数较大，液体的传热 膜系数较小，而气体的传热膜系数最小。因此，在蒸 汽加热器中必须注意冷凝水与蒸汽中不凝气体的排除 问题。
TC 101 TC 102
PT 101 PC 101
燃料油
FC 101 FT 101
FC 102 FT 102 来自初馏塔
PT 102 PC 102
燃料干扰：单回路压力控制
第9章 典型工业生产过程控制系统
自分馏塔来 的回炼油 FC 原料油 FC TC PC
去反应器
炉催 自化 动裂 控解 制装 系置 统加 热
液 氨
第9章 典型工业生产过程控制系统
⑶ 调节传热面积 q
ATm
蒸 汽
当、T不变时，改变 A 可以改变传热量。 m 调节阀的安装位臵和作用： 冷 TC TT 位臵：出口(冷凝液)管线上 凝 101 101 作用：开度变化，液位变化，面积变化 缺点：冷凝液液位影响传热面积，变化 缓慢，是一滞后的过程，调节不及时，不利于 控制器参数整定， 影响调节品质。 TC TT 适用场合：适用于传热量小、被控温度 较低的 101 101 蒸 场合 汽 LT 为改善对象特性，我们可以利用串级 控制系 101 统的特点设计串级控制方案。（如右下图 LC 所示） 冷
过程控制系统(DCS系统原理)精选
过程控制系统（DCS系统原理）精选过程控制系统，又称分布式控制系统（DCS），在现代工业生产中发挥着举足轻重的作用。
DCS系统原理以其高度集中、分散控制的特点，为生产过程提供了稳定、高效的保障。
下面，让我们一起来深入了解DCS系统的核心原理。
一、DCS系统概述DCS系统是一种以计算机技术、通信技术和控制技术为基础，实现对生产过程进行实时监控、操作和管理的控制系统。
它将整个生产过程划分为若干个子系统，通过分散控制、集中管理的方式，确保生产过程稳定、高效运行。
二、DCS系统原理1. 分散控制DCS系统采用分散控制原理，将复杂的工业生产过程分解为若干个相对简单的子过程。
每个子过程由相应的控制器进行实时监控和控制，降低了系统故障的风险，提高了生产过程的可靠性。
2. 集中管理虽然DCS系统采用分散控制，但整个生产过程仍需进行集中管理。
DCS系统通过高速通信网络将各子系统的数据实时传输至中央控制室，操作人员可以在中央控制室对整个生产过程进行监控、调整和优化。
3. 模块化设计4. 开放式通信协议DCS系统采用开放式通信协议，便于与其他系统进行集成。
这使得DCS系统可以轻松地与企业管理系统、数据库等实现数据交换，为企业生产提供全面的信息支持。
5. 故障诊断与处理DCS系统具备强大的故障诊断和处理能力，能够实时监测系统运行状态，发现异常情况及时报警，并采取相应措施进行处理，确保生产过程不受影响。
三、DCS系统在现代工业生产中的应用1. 石化行业：DCS系统在石化行业中应用广泛，用于对炼油、化工等生产过程进行控制，提高产品质量和产量。
2. 电力行业：DCS系统在发电厂、电网调度等领域发挥着重要作用，保障电力系统安全、稳定运行。
3. 冶金行业：DCS系统应用于冶金行业的烧结、炼铁、炼钢等工序，提高生产效率，降低能耗。
4. 环保行业：DCS系统在污水处理、烟气脱硫等环保领域具有显著效果，助力企业实现绿色生产。
DCS系统原理在现代工业生产中具有广泛的应用前景，为企业提高生产效率、降低成本、保障安全生产提供了有力支持。
典型工业过程控制工程
典型工业过程控制工程1、工业过程控制工程简介工业过程控制是指使用工业自动化技术对生产过程进行自动化控制，并通过对生产过程的监控和控制来确保产品质量和提高生产效率。
工业过程控制工程是实现工业自动化的核心领域，涉及到传感器、执行器、控制器、通信系统、数据处理和安全控制等技术。
典型工业过程控制工程的实现包括以下几个步骤：•传感器采集生产过程数据和环境数据；•控制器对采集到的数据进行处理和分析，并对系统进行控制；•执行器根据控制器的指令对生产过程进行控制；•通信系统负责数据传输和控制指令传递；•数据处理部分负责对采集到的数据进行处理和分析；•安全控制负责对系统进行安全保护。
2、典型工业过程控制工程应用范围工业过程控制在工业生产中应用广泛，常见的应用场景包括：•石油化工行业：油炼化工、石油化工、氯碱化工、合成材料、烟气脱硝、烟气脱硫、污水处理等。
•能源行业：火电厂、核电厂、风力发电、太阳能电站、地热、生物质等。
•制造业：汽车制造、航空航天、船舶制造、纺织工业、家电制造、电子制造、半导体生产等。
•食品饮料行业：糖果饮料、啤酒生产、乳制品、蔬菜加工、肉制品加工等。
在这些行业中，工业过程控制工程系统常见的应用包括控制系统、监测系统、调节系统和安全保护系统。
3、典型工业过程控制工程实现技术3.1 传感器传感器是工业过程控制工程实现的关键组成部分，用于采集生产过程中的关键数据。
传感器根据不同的应用场景和需求选择不同的类型，常见的传感器有温度传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器和振动传感器等。
此外，传感器的选择也需要考虑安全、可靠性和精度等因素。
3.2 控制器控制器是工业过程控制工程实现的核心部分，通过对传感器采集到的数据的处理和分析来产生控制指令，实现对工业生产过程的控制。
常见的控制器有PLC、DCS和SCADA等。
PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是一种特定的数字计算机，用于控制工业过程中的电子设备、机器、系统等，具有高速、精准、可靠等特点。
工业过程控制考试知识点总结
⼯业过程控制考试知识点总结第1章1. 系统动态性能的常⽤单项指标有哪些？这些指标那些分别属于稳定性、准确性和快速性？会计算给定值单位阶跃响应下的性能指标。
P8，9，10解：单项性能指标主要有：衰减⽐n 、超调量与最⼤动态偏差A 、静差C 、调节时间T S 、振荡频率w 、振荡周期T 和峰值时间T P 等。
稳定性：衰减⽐，最⼤动态偏差。
准确性：静差，最⼤动态偏差。
快速性：调节时间，振荡频率。
1y 为第⼀个波峰值，y 3为与1y 相邻的同向波峰值，y （∞）为最终稳态值,X 1为设定值。
n=1y ：y 3；1100%()y y σ=?∞；A=最⾼峰-设定值；C=⼁X 1-y （∞）⼁;T 为相邻两个同向波峰之间的时间间隔。
2. 典型过程控制系统由哪⼏部分构成，并画出典型过程控制系统⽅框图？解：测量变送器、控制器、执⾏器和被控对象.第2章1. 热电偶的中间温度定律及中间导体定律？什么是热电偶冷端补偿？常⽤补偿⽅法的应⽤场合？补偿导线的作⽤？解：中间温度定律：E AB (t ，t o )=E AB (t ，t n )+E AB (t n ，t o )中间导体定律：在热电偶回路中接⼊中间导体后，只要中间导体两端的温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响。
接⼊多种导体时亦然。
热电偶冷端补偿：实际应⽤时热电偶冷端温度波动较⼤给测量带来误差，为降低影响，通常⽤补偿导线作为热电偶的连接导线。
补偿导线的作⽤：将热电偶的冷端延长到距热源较远且温度⽐较稳定的地⽅。
常⽤补偿⽅法的应⽤场合：（1）查表法。
只能⽤于临时测温。
（2）仪表零点调整法。
适宜冷端温度稳定的场合。
（3）冰浴法。
⼀般⽤于热电偶的检定。
（4）补偿电桥法。
⼴泛⽤于热电偶变送电路中。
（5）半导体PN结补偿法。
2.常⽤热电偶分度号有那些，每种热电偶主要的优缺点是什么？解：3.什么是基本误差？精度的定义？从经济和实⽤的⾓度选择仪表的精度等级？解：基本误差：基本误差⼜称引⽤误差或相对百分误差，是⼀种简化的相对误差。
过控简答题总结
1、什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？过程控制系统：一般指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成分等这样一些变量的系统。
组成：过程控制系统=检测和控制仪表+被控过程2、过程控制的主要任务是什么？过程控制有哪些特点？任务：对生产过程中的重要参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度等）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化。
特点：1.控制对象复杂、控制要求多样2．控制方案丰富3．控制对象大多属于慢过程4．大多数工艺要求定值控制5．大多使用标准化的检测、控制仪表及装置。
3、过程控制系统的分类？按设定值的形式分类：1）定值控制系统——设定值恒定不变。
2）随动控制系统——设定值随时可能变化。
3）程序控制系统——设定值按预定的时间程序变化。
按系统的结构特点分类：1）反馈控制系统（闭环控制系统）2）前馈控制系统（开环控制系统）3）复合控制系统4、什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？稳态—把被控变量不随时间变化的平衡状态称为系统的稳态（静态）。
静态特性—静态时系统各环节的输入输出关系。
动态—把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。
动态特性—在动态过程中系统各环节的输入输出变化关系。
静态特性和动态特性都是反映被控参数与控制变量之间的关系，不同点是一个处于静态一个处于动态过程，而这两种过程又是控制系统正常运行中的两种不同状态，只有综合两种性能指标才能反映出一个系统的特性与品质。
5、为什么常选用阶跃信号进行系统分析？阶跃信号的输入突然，对被控变量的影响也最大。
如果一个控制系统能够有效地克服这种干扰，那么对其它比较缓和的干扰也能很好地克服。
阶跃信号的形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。
故更多使用阶跃信号。
6、什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？控制规律是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。
基本控制规律有：位式控制、P调节、PI调节、PD调节、PID调节。
过程控制系统—简单控制系统(工业仪表自动化)
02
小结
控制柜主要由电源和DCS部分组成；控制对象中的两个独 立的控制回路可以通过不同的执行器、工艺线路组成不同 的控制方案。
02
思考题
1、压力变送器如何进行液位测量的？ 2、PT100如何实现温度测量的？
CONTENTS
01
1.准备工作
2.仪表检查
投运前要在现场校验仪表一次, 确认正常后可考虑 投运。
给定值X e
p 控制器
控制阀
干扰f q
被控对象
被控 变量y
测量值Z
测量变送器
方法：系统四环节特性符号乘积为“— ”。
控制器 × 控制阀 × 变送器 × 被控对象
为“—”
02 环节特性符号的规定：
输入
输出
环节
输入↑→输出↑ 符号为“+” 输入↑→输出↓ 符号为“-”
02
操纵变量q ↑ 被控对象
被控变量y ↑ 符号为“+” ↓ 符号为“ ”
02
控制器参数的工程整定
按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制器 参数值。即确定最合适的控制器比例度δ、积分时间TI和 微分时间TD。
方法 理论计算的方法和工程整定法。 几种常用的工程整定法
1.临界比例度法
先通过试验得到临界比例度δk和临界周期Tk，然后根 据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。
对于控制记录仪表,除了要观察测量指示是否正常 外,还特别要对控制器控制点进行复校。
01
3.检查控制器的正、反作用及控制阀的气开、气关型式
控制好控制器的正、反作用，是确保整个自动控制 系统成为负反馈闭环系统的重要一环。
正作用？ 反作用？
控制器正、反作用开关示意图
01
过程控制系统 (2)
图7-1 定值控制系统阶跃响应过渡过程曲线
7.2 过程参数的检测与变送
在化工生产过程中，为了有效地进行生产操作和自动控制， 需要对工艺生产中的压力、流量、液位、温度等参数进行 测量。用来测量这些参数的仪表称为检测仪表，经常与变 送器配合使用。
将上述数据代入，得
EK (800,30) EK (800,0) EK (30,0) 32.074mV
例7-2 今用一只S型热电偶测温，已知冷端温度 t0 30C 测得热电势 Es (t,t0) 14.195mV
t 求被测介质的实际温度
解 由相应的分度表可知：
Es (30,0) 0.173mV
7.1.4 过程控制系统的性能指标
控制性能良好的过程控制系统，在受到外来干扰作用或者 给定值发生变化后，应能够平稳、迅速、准确地回到给定 值上。
在衡量一个控制方案时，必须给出相应的性能指标。 控制性能指标是根据生产工艺过程的实际需要确定的，过
渡过程是衡量控制系统性能指标的依据，一般采用定值控 制系统阶跃响应过渡过程曲线来讨论控制系统的性能指标。
数据代入变换，得
Es (t,0) Es (t,30) Es (30,0) 14.195 0.173 14.368(mV )
再由附录可以查得l4.368mV对应的温度t为1400℃。
工业常用的热电偶有铂铑 10
铂热电偶，分度号为S；镍铬一镍硅热电偶，分度号为K；镍铬一康铜热电 偶，分度号为E，选用时根据要求而定。
(3)利用热阻效应测温，它利用导体或半导体的电阻随温 度变化的性质制成。
(4)利用热辐射原理测温，利用物体辐射能随温度变化而 变化的性质制成，属于非接触式温度计.
过程控制系统与仪表课后习题答案
第1章思考题与习题1-1 过程控制有哪些主要特点为什么说过程控制多属慢过程参数控制解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统典型过程控制系统由哪几部分组成解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统;组成：参照图1-1;1-4 说明过程控制系统的分类方法,通常过程控制系统可分为哪几类解答：分类方法说明：按所控制的参数来分,有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分,有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分,有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分,有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分,有比例P控制、比例积分PI 控制,比例、积分、微分PID控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分,有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等;通常分类：1．按设定值的形式不同划分：1定值控制系统2随动控制系统3程序控制系统2．按系统的结构特点分类：1反馈控制系统2前馈控制系统3前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的,引起系统被控参数变化的就是扰动信号;1-6 什么是被控对象的静态特性什么是被控对象的动态特性二者之间有什么关系解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性;被控对象的动态特性：;系统在动态过程中,被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性;二者之间的关系：1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义;为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性解答：稳态：对于定值控制,当控制系统输入设定值和扰动不变时,整个系统若能达到一种平衡状态,系统中各个组成环节暂不动作,它们的输出信号都处于相对静止状态,这种状态称为稳态或静态;动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作,到整个系统又建立新的稳态达到新的平衡、调节过程结束的这一段时间,整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中,这种状态称为动态;在实际的生产过程中,被控过程常常受到各种振动的影响,不可能一直工作在稳态;只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性,才能设计出良好的控制系统;1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些各自的定义是什么解答：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等;衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n；过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统,是指被控参数偏离设定值的最大值A；y与最终稳态值y∞之比的百分数σ；超调量：第一个波峰值1残余偏差C：过渡过程结束后,被控参数所达到的新稳态值y∞与设定值之间的偏差C称为残余偏差,简称残差；调节时间：从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间；振荡频率：过渡过程中相邻两同向波峰或波谷之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期,其倒数称为振荡频率；峰值时间：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间;1-10 某被控过程工艺设定温度为900℃,要求控制过程中温度偏离设定值最大不得超过80℃;现设计的温度定值控制系统,在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-4所示;试求该系统过渡过程的单项性能指标：最大动态偏差、衰减比、振荡周期,该系统能否满足工艺要求 解答：错误!最大动态偏差A ：C C C A ︒=︒-︒=50900950错误!衰减比n ：1:5900910900950=--=n错误!振荡周期T ：(min)36945=-=TA<80C ︒, 且n>1 衰减振荡,所以系统满足工艺要求;第2章 思考题与习题2-1 某一标尺为0～1000℃的温度计出厂前经校验得到如下数据：求：1该表最大绝对误差；2该表精度；3如果工艺允许最大测量误差为±5℃,该表是否能用 2-2 一台压力表量程为0～10MPa,经校验有以下测量结果：求：1变差；2基本误差；3该表是否符合级精度2-3 某压力表的测量范围为0～10MPa,精度等级为级;试问此压力表允许的最大绝对误差是多少若用标准压力计来校验该压力表,在校验点为5MPa 时,标准压力计上读数为,试问被校压力表在这一点上是否符合1级精度,为什么解答： 1基本误差δ=100%⨯最大绝对误差max ＝×10＝2校验点为5 MPa 时的基本误差：%8.0%10010508.5=⨯-=δ ％<1％ ,所以符合级表;2-4 为什么测量仪表的测量范围要根据被测量大小来选取选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有什么问题解答： 1 22-5 有两块直流电流表,它们的精度和量程分别为1 级,0～250mA 2级,0～75mA现要测量50mA 的直流电流,从准确性、经济性考虑哪块表更合适 解答：分析它们的最大误差：1max ＝250×1％＝；%5%100505.2±=⨯±=δ2max ＝75×％＝；%75.3%10050875.1±=⨯±=δ选择级,0～75mA 的表;2-11 某DDZ-Ⅲ型温度变送器输入量程为200～1000℃,输出为4～20mA;当变送器输出电流为10mA 时,对应的被测温度是多少解答：104202001000T=--； T=500C ︒;2-12 试简述弹簧管压力计的工作原理;现有某工艺要求压力范围为±,可选用的弹簧管压力计精度有、、、和五个等级,可选用的量程规格有0～、0～和0～4MPa;请说明选用何种精度和量程见附录E 的弹簧管压力计最合适解答： 1工作原理：2根据题意：压力范围为＋ MPa,即允许的最大绝对误差max ＝错误!分析选用不同量程的表所需的精度等级：0～ MPa 量程：%125.3%1006.105.0±=⨯±=δ,可选级表；0～ MPa 量程：%2%1005.205.0±=⨯±=δ,可选或级表；0～ MPa 量程：%2.1%1000.405.0±=⨯±=δ,可选级表;错误!量程选择：被测最大压力＝1/3～2/3量程上限0～ MPa 量程：32436.12.1〉=0～ MPa 量程：325.22.131〈〈0～ MPa 量程：313.00.42.1〈=综合分析,选用级或级,0～ MPa 量程的表最合适;2-13 如果某反应器最大压力为,允许最大绝对误差为;现用一台测量范围为0～,精度为1级的压力表来进行测量,问能否符合工艺要求若采用一台测量范围为0～,精度为1级的压力表,能符合要求吗试说明其理由;解答：工艺要求：最大压力为,允许最大绝对误差为; 分别求出两台仪表的最大允许误差,进行判断; 1精度为1级,量程为0～的表,其最大绝对误差： ＝×1％＝ MPa,> MPa, 所以不符合要求； 2精度为1级,量程为0～的表,其最大绝对误差：＝×1％＝ MPa,＝ MPa, 所以最大误差符合要求,但是压力表的最大测量值应≤ 2/3仪表量程,否则压力波动会使测量值超出仪表量程; 所以,该表也不符合要求;2-14 某台空压机的缓冲器,其工作压力范围为～,工艺要求就地观察罐内压力,并要测量结果的误差不得大于罐内压力的±5%;试选择一块合适的压力表类型、测量范围、精度等级,并说明其理由;解答：根据题意知：压力范围～,允许最大误差：max ＝×＋5％＝＋ MPa 1量程确定：应满足工作最大压力小于仪表量程的2/3处,即 MPa ×2/3＝ MPa 可以选量程为0～ MPa 的弹簧压力表; 2精度等级确定：求出基本误差,以确定满足要求的精度等级;%2.3%1005.208.0±=⨯±=δ ,允许的精度等级为级;综上分析,选择量程为0～ MPa,精度等级为级的弹簧压力表;＝×＋％＝＋ MPa,< MPa该表的最大绝对误差：max所以满足要求;2-17 什么叫标准节流装置试述差压式流量计测量流量的原理；并说明哪些因素对差压式流量计的流量测量有影响解答：1标准节流装置：包括节流件和取压装置;2原理：基于液体流动的节流原理,利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的;3影响因素：P47错误!流量系数的大小与节流装置的形式、孔口对管道的面积比m及取压方式密切相关；错误!流量系数的大小与管壁的粗糙度、孔板边缘的尖锐度、流体的粘度、温度及可压缩性相关；错误!流量系数的大小与流体流动状态有关;2-19 为什么说转子流量计是定压式流量计而差压式流量计是变压降式流量计解答：1转子流量计是定压式流量计P47虽然转子流量计也是根据节流原理测量流量的,但它是利用节流元件改变流体的流通面积来保持转子上下的压差恒定;所以是定压式;2差压式流量计是变压降式流量计P45是基于流体流动的节流原理,利用流体流经节流装置是产生的压差实现流量测量的;所以是变压降式;2-21 椭圆齿轮流量计的特点是什么对被测介质有什么要求解答：1特点：流量测量与流体的流动状态无关,这是因为椭圆齿轮流量计是依靠被测介质的压头推动椭圆齿轮旋转而进行计量的;粘度愈大的介质,从齿轮和计量空间隙中泄漏出去的泄漏量愈小,因此核测介质的粘皮愈大,泄漏误差愈小,对测量愈有利;椭圆齿轮流量计计量精度高,适用于高粘度介质流量的测量;2对被测介质的要求：不适用于含有固体颗粒的流体固体颗粒会将齿轮卡死,以致无法测量流量;如果被测液体介质中夹杂有气体时,也会引起测量误差; 2-22 电磁流量计的工作原理是什么它对被测介质有什么要求解答：P511原理：利用导电液体通过磁场时在两固定电极上感应出电动是测量流速; 2对被测介质的要求：导电液体,被测液体的电导率应大于水的电导率Ωμ100cm,不能测量油类或气体的流量; 2-24 超声波流量计的特点是什么解答：超声波流量计的非接触式测量方式,不会影响被测流体的流动状况,被测流体也不会对流量计造成磨损或腐蚀伤害,因此适用范围广阔;2-25 用差压变送器测某储罐的液位,差压变送器的安装位置如图2-75所示;请导出变送器所测差压p ∆与液位H 之关系;变送器零点需不需要迁移为什么 2-26 用法兰式差压变送器测液位的优点是什么解答：P57测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大、易凝固等液体的液位,在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油,作为传压介质,使被测介质不进入毛细管与变送器,以免堵塞;可节省隔离罐;2-27 试述电容式物位计的工作原理;解答：利用电容器的极板之间介质变化时,电容量也相应变化的原理测物位,可测量液位、料位和两种不同液体的分界面; 2-28 超声波液位计适用于什么场合解答：P60适合于强腐蚀性、高压、有毒、高粘性液体的测量;第3章 习题与思考题3-1 什么是控制器的控制规律控制器有哪些基本控制规律解答：1控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系;2基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制;3-2 双位控制规律是怎样的有何优缺点解答：1双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负,控制器的输出为最大或最小; 2缺点：在位式控制模式下,被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡,无法稳定在设定值上;这是由于双位控制器只有两个特定的输出值,相应的控制阀也只有两个极限位置,总是过量调节所致;3优点：偏差在中间区内时,控制机构不动作,可以降低控制机构开关的频繁程度,延长控制器中运动部件的使用寿命; 3-3 比例控制为什么会产生余差解答：产生余差的原因：比例控制器的输出信号y 与输入偏差e 之间成比例关系： 为了克服扰动的影响,控制器必须要有控制作用,即其输出要有变化量,而对于比例控制来讲,只有在偏差不为零时,控制器的输出变化量才不为零,这说明比例控制会永远存在余差;3-4 试写出积分控制规律的数学表达式;为什么积分控制能消除余差解答：1积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：⎰=edt T y 112当有偏差存在时,输出信号将随时间增大或减小;当偏差为零时,输出停止变化,保持在某一值上;因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差; 3-5 什么是积分时间试述积分时间对控制过程的影响;解答：1⎰=edt T y 11积分时间是控制器消除偏差的调整时间,只要有偏差存在,输出信号将随时间增大或减小;只有当偏差为零时,输出停止变化,保持在某一值上;2 在实际的控制器中,常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱,在数值上,T i =1／K i ;显然,T i 越小,K i 就越大,积分作用就越强,反之亦然;3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA,若将比例度设为100%、积分时间设为2min 、稳态时输出调为5mA,某时刻,输入阶跃增加,试问经过5min 后,输出将由5mA 变化为多少解答：由比例积分公式：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎰edt T e P y 111分析： 依题意：%1001==pK p ,即K p =1, T I = 2 min , e ＝＋； 稳态时：y 0＝5mA,5min 后：mAedt T e P y y )7.05()52.0212.0(151110±=⨯⨯±±⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎰3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响调整比例度时要注意什么问题解答：P741控制器的比例度P 越小,它的放大倍数p K就越大,它将偏差放大的能力越强,控制力也越强,反之亦然,比例控制作用的强弱通过调整比例度P 实现;2比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数,还表示符合这个比例关系的有效输入区间;一表的量程是有限的,超出这个量程的比例输出是不可能的;所以,偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程16mA,避免控制器处于饱和状态; 3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么为什么常用实际为分控制规律解答：1dtde T y D= 2由于理想微分运算的输出信号持续时间太短,往往不能有效推动阀门;实际应用中,一般加以惯性延迟,如图3-7所示,称为实际微分;3-9 试写出比例、积分、微分PID 三作用控制规律的数学表达式;解答：3-10 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点,积分和微分为什么不单独使用解答：1比例控制及时、反应灵敏,偏差越大,控制力越强；但结果存在余差; 2积分控制可以达到无余差；但动作缓慢,控制不及时,不单独使用;3微分控制能起到超前调节作用；但输入偏差不变时,控制作用消失,不单独使用; 3-11 DDZ-Ⅲ型基型控制器由哪几部分组成各组成部分的作用如何解答：P791组成如图3-11所示; 2作用参照P79;3-12 DDZ-Ⅲ型控制器的软手动和硬手动有什么区别各用在什么条件下解答：1软手动操作是指调节器的输出电流I 0与手动操作的输入信号成积分关系； 硬手动操作是指调节器的输出电流I 0与手动操作的输入信号成比例关系; 2软手动操作：系统投运 硬手动操作：系统故障3-13 什么叫控制器的无扰动切换在DDZ-Ⅲ型调节器中为了实现无扰切换,在设计PID 电路时采取了哪些措施解答：P841调节器进行状态转换后,输出值不发生跳动,即状态转换无冲击; 2C M 、C I ;P85中;3-14 PID 调节器中,比例度P 、积分时间常数I T 、微分时间常数D T 分别具有什么含义在调节器动作过程中分别产生什么影响若将I T 取∞、D T 取0,分别代表调节器处于什么状态 解答：比例度P 含义：使控制器的输出变化满量程时也就是控制阀从全关到全开或相反,相应的输入测量值变化占仪表输入量程的百分比;比例作用的强弱取决于比例度的大小;积分时间常数I T 含义：I T 越小,积分作用越强；越大积分作用越弱；若将I T 取∞,则积分作用消失;微分时间常数D T 含义：D T 越大,微分作用越强；D T 取0,微分作用消失; 3-15 什么是调节器的正/反作用在电路中是如何实现的解答：1正作用：偏差=测量值-给定值； 反作用：偏差=给定值-测量值; 2运放输入端的切换开关实现的;3-16 调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式输出电路是怎样将输出电压转换成4～20mA 电流的解答：1采用差动输入方式,可以消除公共地线上的电压降带来的误差; 2参照P83下的输出电路;3-18 给出实用的PID 数字表达式,数字仪表中常有哪些改进型PID 算法 解答：1 P91式3-18 2改进的算法：第4章 思考题与习题4-1 气动调节阀主要由哪两部分组成各起什么作用解答：1执行机构和调节机构;2执行机构的作用：按调节器输出的控制信号,驱动调节机构动作；调节机构的作用：由阀芯在阀体内的移动,改变阀芯与阀座之间的流通面积,从而改变被控介质的流量;4-2 试问调节阀的结构有哪些主要类型各使用在什么场合解答：1类型：直通单座阀、直通双座阀;2直通单座阀使用场合：小口径、低压差的场合；直通双座阀使用场合：大口径、大压差的场合;4-4 什么叫调节阀的理想流量特性和工作流量特性常用的调节阀理想流量特性有哪些解答：1理想流量特性：在调节阀前后压差固定的情况下得出的流量特性称为固有流量特性,也叫理想流量特性;工作流量特性：在实际的工艺装置上,调节阀由于和其他阀门、设备、管道等串连使用,阀门两端的压差随流量变化而变化,这时的流量特性称为工作流量特性;2常用理想流量特性：直线流量特性、等百分比对数流量特性、快开特性4-6 什么叫调节阀的可调范围在串联管道中可调范围为什么会变化解答：1可调范围：反映调节阀可控制的流量范围,用R ＝Q max /Q min 之比表示;R 越大,调节流量的范围越宽,性能指标就越好;2由于串联管道阻力的影响;4-7 什么是串联管道中的阀阻比S S 值的变化为什么会使理想流量特性发生畸变解答：1阀阻比：用阀阻比o T p p S /min ∆=表示存在管道阻力的情况下,阀门全开时,阀门前后的最小压差min T p ∆占总压力p o 的比值;2在S ＜1时,由于串联管道阻力的影响,使阀门开大时流量达不到预期的值,也就是阀的可调范围变小;随着S 值的减小,直线特性渐渐区于快开特性,等百分比特性渐渐趋近于直线特性;4-8 什么叫气动调节阀的气开式与气关式其选择原则是什么解答：1气开式：无压力信号时阀门全闭,随着压力信号增大,阀门逐渐开大的气动调节阀为气开式;气关式：无压力信号时阀门全开,随着压力信号增大,阀门逐渐关小的气动调节阀为气关式;2选择原则：从工艺生产安全考虑,一旦控制系统发生故障、信号中断时,调节阀的开关状态应能保证工艺设备和操作人员的安全;4-9 如图4-24所示的蒸气加热器对物料进行加热;为保证控制系统发生故障时,加热器的耐热材料不被烧坏,试确定蒸气管道上调节阀的气开、气关形式;解答：气开式调节阀;4-11 试述电/气转换器的用途与工作原理;解答：P1131用途：为了使气动阀能够接收电动调节器的输出信号,必须使用电／气转换器把调节器输出的标准电流信换为20～100kPa的标准气压信号;2原理：在杠杆的最左端安装了一个线圈,该线圈能在永久磁铁得气隙中自由地上下运动,由电动调节器送来得电流I通入线圈;当输入电流I增大时,线圈与磁铁间产生得吸力增大,使杠杆左端下移,并带动安杠杆上的挡板靠近喷嘴,改变喷嘴和挡板之间的间隙;喷嘴挡板机构是气动仪表中最基本的变换和放大环节,能将挡板对于喷嘴的微小位移灵敏地变换为气压信号;经过气动功率放大器的放大后,输出20～l00kPa的气压信号p 去推动阀门;4-12 试述电/气阀门定位器的基本原理与工作过程;解答：P115在杠杆上绕有力线圈,并置于磁场之中;当输入电流I增大时,力线圈产生的磁场与永久磁铁相作用,使杠杆绕支点O顺时针转动,带动挡板靠近喷嘴,使其背压增大,经气动功率放大器放大后,推动薄膜执行机构使阀杆移动;4-14 电动仪表怎样才能用于易燃易爆场所安全火花是什么意思解答：1必须是采取安全防爆措施的仪表,就是限制和隔离仪表电路产生火花的能量;使其不会给现场带来危险;2安全火花：电路在短路、开路及误操作等各种状态下可能发生的火花都限制在爆炸性气体的点火能量之下;4-16 齐纳式安全栅的基本结构是什么它是怎样限压、限流的解答：1结构：图4-19所示;2利用齐纳二极管的反向击穿特性进行限压,用电阻进行限流;第5章思考题与习题5-1 什么是被控过程的数学模型解答：被控过程的数学模型是描述被控过程在输入控制输入与扰动输入作用下,其状态和输出被控参数变化的数学表达式;5-2 建立被控过程数学模型的目的是什么过程控制对数学模型有什么要求解答：1目的：错误!设计过程控制系统及整定控制参数；错误!指导生产工艺及其设备的设计与操作；错误!对被控过程进行仿真研究；错误!培训运行操作人员；错误!工业过程的故障检测与诊断;2要求：总的原则一是尽量简单,二是正确可靠;阶次一般不高于三阶,大量采用具有纯滞后的一阶和二阶模型,最常用的是带纯滞后的一阶形式;5-3 建立被控过程数学模型的方法有哪些各有什么要求和局限性解答：P1271方法：机理法和测试法;2机理法：测试法：5-4 什么是流入量什么是流出量它们与控制系统的输入、输出信号有什么区别与联系解答：1流入量：把被控过程看作一个独立的隔离体,从外部流入被控过程的物质或能量流量称为流入量;流出量：从被控过程流出的物质或能量流量称为流出量;2区别与联系：控制系统的输入量：控制变量和扰动变量;控制系统的输出变量：系统的被控参数;5-5 机理法建模一般适用于什么场合解答：P128对被控过程的工作机理非常熟悉,被控参数与控制变量的变化都与物质和能量的流动与转换有密切关系;5-6 什么是自衡特性具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点解答：1在扰动作用破坏其平衡工况后,被控过程在没有外部干预的情况下自动恢复平衡的特性,称为自衡特性;2被控过程输出对扰动存在负反馈;5-7 什么是单容过程和多容过程解答：1单容：只有一个储蓄容量;2多容：有一个以上储蓄容量;5-8 什么是过程的滞后特性滞后又哪几种产生的原因是什么解答：1滞后特性：过程对于扰动的响应在时间上的滞后;2容量滞后：多容过程对于扰动的响应在时间上的这种延迟被称为容量滞后;纯滞后：在生产过程中还经常遇到由物料、能量、信号传输延迟引起的纯滞后;5-9 对图5-40所示的液位过程,输入量为1Q ,流出量为2Q 、3Q ,液位h 为被控参数,水箱截面为A ,并设2R 、3R 为线性液阻;1列写液位过程的微分方程组；2画出液位过程的框图；3求出传递函数)()(1s Q s H ,并写出放大倍数K 和时间常数T 的表达式;解答：13322321R hQ R h Q dthd A Q Q Q ∆=∆∆=∆∆=∆-∆-∆ 2框图如图：3 3232321)()(R R s R AR R R s Q s H ++= 5-10 以1Q 为输入、2h 为输出列写图5-10串联双容液位过程的微分方程组,并求出传递。
基本过程控制系统
给定值
基本过程控制系统 名词术语
给定值
控制 广义被控对象
被调量
1．生产过程（被控对象）
生产设备以及所发生的物理和化学变化的过程。
被置于控制系统中过程称为被控对象 2．控制系统 控制仪表和生产过程通过信号的传递互相联系起来就构成控 制系统。 3．被调量（被控制量）
基本过程控制系统
给定值+ 控制器 测量变送器 执行器 调节阀
TI：积分时间 TD：微分时间 KD：微分增益
实际PID
基本过程控制系统 2．PID调节的优点
原理简单（适用和实现方便）
鲁棒性强（对过程参数变化不敏感） 3．调节器偏差的定义 按仪表制造业的规定： 调节器偏差=测量值-给定值，即 工业调节器的基本构成
r + y 反
e(t) = y(t) - r(t)
基本过程控制系统
火力发电厂热工过程控制
基本过程控制系统
什么是过程控制？
工业生产过程 指原材料经过若干加工步骤转变成产品的过程。 工业生产过程可分为： 连续生产过程 离散生产过程 间歇生产过程（批量生产过程）。
基本过程控制系统 工业生产的目标 在可能获得的原料和能源条件下，以最经济的途径将原材 料加工成预期的合格产品。 理想条件
正
-1 1 u
|PID|
设置正反作用开关的目的：使控制系统构成闭环负反馈系统
基本过程控制系统
K= y Δμ 0
T
τ 的作图法
Y
b
Y∞
τ
T
t
c
基本过程控制系统
Ke-τs （2）确定 G(s) = 参数的两点法 Ts + 1 y(t) * y t = • 将响应曲线标幺 y()
工业过程智能综合自动化系统
工业过程智能综合自动化系统
工业过程智能综合自动化系统的核心是以PLC为主要控制元件，以多
种多样的智能仪表、单元及组件构成的自动化控制系统。
主要包括输入设备，如模拟量传感器，温度开关，开关量传感器，液位传感器，输出设备，如电磁阀，继电器，执行器，比例调节阀，变频器，及智能仪表。
其中，
智能仪表的主要作用是采集测量设备的各种数据，反映运行状态，将信号
转化为标准信号，将标准信号转换为数字信号，并发送给PLC供其处理。
PLC是工业过程智能综合自动化系统的核心控制元件，可以根据用户
的程序，对输入的信号进行处理，并输出控制信号。
其程序有2种形式：
结构化的程序语言和执行程序语言。
在解决工业过程智能综合自动化系统
方面，PLC可实现输入量的实时监测、定时调控、实时计时、不同单元直
接之间数据通信等功能。
PLC在冶金工业中的应用案例
PLC在冶金工业中的应用案例PLC（可编程逻辑控制器）是一种广泛应用于工业自动化的电子设备。
它以其高效、灵活和可靠的特性，成为冶金工业中的重要工具。
本文将介绍PLC在冶金工业中的应用案例，探讨其如何提高生产效率和质量。
一、高炉控制系统高炉是冶金工业中最重要的设备之一，主要用于炼铁过程。
PLC在高炉控制系统中扮演着关键角色。
通过PLC，可以实现高炉内各设备的自动化控制，包括供料系统、风温系统和排放系统等。
PLC可以根据温度、压力和流量等参数，精确调配供料和风量，以实现最佳的炉况控制。
同时，PLC还能实时监控各个设备的运行状态，及时发现问题并采取预防措施，提高生产安全性和可靠性。
二、连铸机控制系统连铸机是冶金工业中常用的浇注设备，用于将熔化的金属注入到连续流动的结晶器中，制造连续坯料。
PLC在连铸机控制系统中发挥着重要作用。
通过PLC的逻辑控制，可以精确控制铸流速度、结晶器温度和结晶器水量等参数，以确保坯料质量和生产效率。
此外，PLC还可实现连铸机各个组件的自动同步控制，避免设备之间的冲突和故障，提升生产稳定性和一致性。
三、轧机控制系统轧机是冶金工业中用于将金属坯料轧制成板材或线材的设备。
PLC广泛应用于轧机控制系统中，实现轧机的自动化操作和控制。
通过PLC，可以实时监测和调整轧机的压力、速度和张力等参数，以确保产品尺寸和表面质量的一致性。
此外，PLC还能自动检测轧机轧辊的磨损程度，并根据需要进行自动调整，延长轧辊寿命，降低维护成本。
四、冶炼过程控制系统冶炼过程是冶金工业中的核心环节，PLC在冶炼过程控制系统中发挥着至关重要的作用。
通过PLC，可以实时监控和调控冶炼过程中的温度、压力和化学成分等参数，确保炉内条件的稳定和产品质量的一致性。
此外，PLC还可以与其他设备和系统进行联动控制，如喷吹系统、加料系统和废气处理系统等，实现全面的工艺控制和能源优化。
总结：PLC在冶金工业中的应用案例举不胜举，从高炉控制系统到冶炼过程控制系统，从连铸机到轧机控制系统，它为冶金工业的自动化生产和质量改进提供了强有力的支持。
工业控制系统课件
常见的逻辑运算
逻辑运算包括与运算、或运算、非运算等，根据实际需求选择合适的逻辑运算进行组合。
逻辑控制器
逻辑控制器是实现逻辑运算的设备，其种类繁多，常见的有继电器、固态继电器、可编程逻辑控制器等。
逻辑控制在工业中的应用
逻辑控制在工业中广泛应用于开关控制、顺序控制等方面，例如电机启停控制、灯光控制等。
及时处置和总结
对发生的安全事件进行及时处置，并总结经验教训，完善应急预案。
05
工业控制系统发展趋势
随着人工智能和机器学习技术的快速发展，工业控制系统正朝着智能化方向迈进。
智能化工业控制系统能够通过机器学习和人工智能技术，实现自主决策、优化控制和预测性维护等功能，提高生产效率和降低运营成本。
详细描述
工业控制系统课件
contents
目录
工业控制系统概述工业控制系统组成工业控制系统原理工业控制系统安全工业控制系统发展趋势工业控制系统案例分析
01
工业控制系统概述
工业控制系统是一种用于自动化和监控工业过程的系统，它通过收集、处理和传输数据，实现对生产过程的控制、优化和管理。
定义
工业控制系统具有实时性、可靠性和安全性等特点，能够提高生产效率、降低能耗和减少人力成本。
运动控制的组成
运动控制系统通常由运动控制器、伺服驱动器、电机等组成。
运动控制在工业中的应用
运动控制在工业中广泛应用于数控机床、机器人等领域，对于提高生产效率和加工精度具有重要意义。
运动控制的算法
运动控制的算法包括PID控制、模糊控制等，根据实际需求选择合适的算法进行调节。
运动控制的概念
运动控制是指对机械设备的运动部件进行精确控制，使其按照预定的轨迹和参数进行运动。
流程工业过程控制综合实验系统
流程工业过程控制综合实验(装置)系统设计方案安徽工业大学杭州电子科技大学二O一O年十月流程工业过程控制综合实验系统1、典型化工流程过程控制综合实验系统的组成典型化工流程过程控制综合实验系统由：（1）、典型化工流程过程控制综合实验对象系统；（2）、典型化工流程过程控制综合实验系统检测传感执行装置；（3）、智能仪表及电器控制屏台；（4）、典型化工流程过程控制综合实验DCS控制系统组成。
（1）典型化工流程过程控制综合实验对象系统结构图见化工过程控制实验装置系统结构图。
典型化工流程过程控制综合实验对象系统采用化工釜式反应系统的工艺控制流程且结构为开放式，学生可进入系统操作。
对象系统由：实验控制对象仿工业设备结构。
具有较强现场设备感；具有较丰富的设备种类，包括：●框架系统：3000X2000X2800mm;（100×50×4mm方钢管，50×5角铁，60×6槽钢，扶手护栏：1寸及4分钢管）。
防锈红丹底漆，喷烤漆处理。
●反应器：采用蒸馏反应釜：不锈钢，高径比分别为1: 2（内胆配置冷却盘管、耐压0.6MPa、夹套加热方式为热水加热），带搅拌电机及及浆叶式搅拌浆）●液位容器：采用￠377X800，及￠300X800不锈钢密闭容器作为两个高位槽储罐.●加热容器：￠377X800加热炉(外带不锈钢包裹的硅酸铝保温棉)；●压力容器：采用工业￠300X1000的工业压力储罐做为压力容器，安全且储气容量大，易做压力控制实验：●换热器：采用￠1597X1000工业标准列管换热器，换热效果明显；●滞后盘管：温度滞后控制实验用（滞后时间15秒）●管道及阀门：DN25和DN20工业不锈钢管道；永德信铜球阀及闸阀阀门。
（2）典型化工流程过程控制综合实验对象系统工艺流程系统结构图见化工过程控制实验装置控制系统流程图储水箱——变频调速原料泵P101—孔板流量计（带3151电容式差压变送器）—文丘里流量计（带3151电容式差压变送器）—高位储罐（带扩散硅压力/液位变送器）—转子流量计--反应釜内胆（带电远传磁翻转液位传感器）—列管换热器—电动调节阀--储水箱储水箱——变频调速原料泵P102—涡轮流量计—高位储罐—（带扩散硅压力/液位变送器）—转子流量计--反应釜内胆（带电远传磁翻转液位传感器）—列管换热器—气动调节阀--储水箱储水箱——变频调速给水泵P103—涡轮流量计—加热炉（带扩散硅压力/液位变送器）—滞后盘管--储水箱储水箱——变频调速给水泵P103—涡轮流量计—反应釜内胆（冷却盘管）--储水箱加热炉——变频调速热水水泵P104—涡轮流量计—反应釜加热夹套--加热炉静音空压机——压力储罐（空压机自带）——压力储罐（实验用）——电动调节阀——放空静音空压机——压力储罐（空压机自带）——压力储罐（实验用）——电动调节阀——反应釜内胆2、典型化工流程过程控制综合实验系统管线敷设系统中的控制信号管线敷设采用易于拆装式，与现场仪表装置、控制台（柜）接点均采用接线端子连接。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
反向特性
H (s) K1 K2 D(s) s T2s 1
H (s) (K2 K1T2 )s K1 K1(T0s 1)
D(s)
s(T2s 1)
s(T2s 1)
T0
K2 K1
T2
对象为非最小相位（存在位于复平面右半平面的零 点）的条件为
T0
K2 K1
T2
0
刘玉长
(1)汽包水位的单冲量控制
第十五章 典型工业过程控制系统
15.1 锅炉设备的控制 15.2 传热设备的控制 15.3 加热炉燃烧过程控制 15.4 流体输送设备的控制
刘玉长
15.1 锅炉设备的控制
锅炉是发电、炼油、化工等工业部门的重 要能源、热源动力设备。锅炉种类很多，按所 用燃料分类，有燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅 炉，还有利用残渣、残油、释放气等为燃料的 锅炉。
刘玉长
1)燃烧过程的任务 和被控变量、操纵变量
❖控制任务： 锅炉蒸汽出口压力稳定；燃烧过程的经济 运行；锅炉炉膛负压稳定。
❖被控变量： 蒸汽出口压力；燃料量与送风量比值；炉 膛负压。
❖操纵变量： 燃料量；送风量；抽风量。
刘玉长
刘玉长
2)燃烧过程的控制
方案一：串级-比值控制系统
该方案包括以蒸汽压力为主被 控变量、燃料量为副被控变量 组成的串级控制系统；以及燃 料量为主动量、空气量为从动 量的比值控制系统。
三冲量控制系统的简化连接
水
蒸
给
位
汽
水
C2
∑
C1
C3
LC
水
蒸
给
位
汽
水
LC
C2
∑
C1
C3
刘玉长
只采用一个控制器
15.1.2 锅炉燃烧系统的控制
锅炉燃烧控制系统与燃料的种类、燃烧设备以及 锅炉形式有关，以下以燃油锅炉燃烧控制系统为例。 1）燃烧控制的任务
是使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需求， 同时保证锅炉的经济、安全运行。第一，为适应蒸汽负 荷的变化，应及时调整燃料量；第二，为完全燃烧，应 控制燃料量与空气量的比值，使过剩空气系数满足要求； 第三，为防止燃烧过程中火焰或烟气外喷，应控制炉膛 负压。这三项控制任务相互影响，应消除或削弱它们的 关联。此外，从安全考虑，需设置防喷嘴背压过低的回 火和防喷嘴背压过高的脱火措施。
刘玉长
锅炉设备的工艺流程
负荷设备 调节阀
D
过热蒸汽送 负荷设备
PM 减温器
汽
包
炉墙
热空气 燃料
刘玉长
炉 膛
燃料嘴
过热器
省 煤 器
热空气 送往炉膛
空气预热器
给水
冷空气 烟气
(经引风机送往烟囱)
锅炉
❖ 由两大部分组成：第一部分为燃烧系统，由送风机、 空气预热器、燃料系统、燃烧室、烟道、除尘器和引 风机等组成；第二部分为蒸汽发生系统，由给水系统、 省煤器、汽包和过热器等组成。
汽 包
省 煤 器
给 水
蒸汽 PF
LC ∑
PC
C1PC +C2PF+C0
前馈补偿原理：假设
调节阀为气关阀， C1=1，则调节器为正 作用，而C2应取负号， 具体数值可现场调整
或根据阀门特性计算 其初始值。
刘玉长
双冲量控制系统（本质：前馈-反馈控制系统）
双冲量控制的特点
❖双冲量控制系统考虑了蒸汽流量扰动对汽包水 位的影响，但对给水流量扰动的影响未加考虑， 因此适用于给水流量波动较小的场合。
刘玉长
(2) 汽包水位的双冲量控制
汽包水位的主要干扰是
ห้องสมุดไป่ตู้
蒸汽
蒸汽流量的变化。双冲
PF 量水位控制系统利用蒸
汽 包
LC ∑ 汽流量变化信号对给水
PC
量进行补偿控制，从而
省 煤 器
给 水
C1PC +C2PF+C0
不仅可以消除或减小虚 假水位现象对汽包水位 的影响，而且使给水控 制阀的调节更及时。
刘玉长
汽包水位的双冲量控制
该方案能够确保燃料量与空气 量的比值关系，当燃料量变化 时，空气量能够跟踪燃料量变 化，但是送入的空气量滞后于 燃料量的变化。
燃烧控制方案二：串级-串级控制系统
❖ 工作时，燃料和空气按一定比例进入炉膛燃烧，燃烧 释放的热量通过蒸汽发生系统产生饱和蒸汽，再经过 过热器将饱和蒸汽加热成满足一定质量(温度、压力) 指标的过热蒸汽输出，供给生产负荷设备使用。与此 同时，燃烧过程中产生的高温烟气经过过热器，将饱 和蒸汽加热成过热蒸汽后，经省煤器预热锅炉给水， 再经过空气预热器预热锅炉送风，最后经引风机送往 烟囱排入大气，每经过一个环节，烟气的温度都会有 所降低，使燃料燃烧热量得到充分利用。
Ht H1
t H
H1 H
τ t
传递函数表达？
1）汽包水位的对象特性
干扰通道特性 蒸汽流量扰动下汽包 水位的阶跃响应曲线
D
控制通道特性 给水流量扰动下汽包 水位的阶跃响应曲线
G
t
H
H2
H0
Ht
H1
H (s) K1 K2 D(s) s T2s 1
刘玉长
t H
H1 H
τ t
H (s) K0 e s G(s) s
蒸汽负荷（蒸汽流量），用D (s)表示 ❖ 其它扰动：
给水方面的扰动；燃料量的扰动；汽包压力变 化 ❖ 通道对象： 非自衡、反向特性、非线性等特性
刘玉长
1）汽包水位的对象特性
干扰通道特性 蒸汽流量扰动下汽包 水位的阶跃响应曲线
D
控制通道特性 给水流量扰动下汽包 水位的阶跃响应曲线
G
H H0
刘玉长
t H2
汽 包
省 煤 器
给 水
刘玉长
蒸汽
LC
单回路控制系统
单冲量汽包水位控制系统的特点
❖ 结构简单，投资少 ❖ 适用于汽包容量较大，虚假水位不严重，负荷
较平稳的场合 ❖ 为安全运行，可设置水位报警和联锁控制系统
缺点： 由于存在虚假水位的反向特性，当负荷变
化比较大时，会造成控制器输出误动作，影响 控制系统的控制品质。此外，由于蒸汽负荷变 化后，要在引起水位变化后才改变给水量，因 此，控制不及时。
刘玉长
锅炉设备的控制问题
负 荷
给水量 减温水 燃料量 送风量 引风量
锅炉设备
水位 蒸汽温度 蒸汽压力 过剩空气 炉膛负压
主要控制系统：（1）锅炉汽包水位的控制；
（2）锅炉燃烧系统的控制；
刘玉长
（3）过热蒸汽系统的控制。
15.1.1 锅炉汽包水位的控制
❖被控变量：汽包水位，用H (s)表示 ❖控制变量：汽包给水量流量，用G (s)表示 ❖ 主要干扰：
刘玉长
(3)汽包水位的三冲量控制
汽包水位是主被控参数，也称主冲量；给水流量
为副被控参数，蒸汽流量是前馈补偿的主要扰动，给 水流量与蒸汽流量也称为辅助冲量。它实际上是一个 前馈-串级复合控制系统。
蒸汽
水
蒸
给
位
汽
水
PF
汽
LC ∑
包
PC
LC PC
PF
∑
省 煤
FC
C1PC +C2PF+C0
器
FC
给水
刘玉长