过程控制-第一章-绪论课件

现代控制理论是人们对控制技术在认识上的一次质的飞跃,为实现高水平的自动化奠 定了理论基础. 同时, 电子计算机的发展为实现工业自动化提供了重要的技术手段. 出 现了直接数字控制(DDC)系统和计算机监控系统．
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直接数字控制系统
直接数字控制系统特点：
①多输入多输出，在线实时控制
1) 确定控制目标
要设计过程控制系统，首先必须了解控制 目标．对于给定的被控过程，可以根据具 体情况提出各种不同的控制目标.本例中可 以有几个目标:
① 在安全运行的条件下，保证热油 出口温度稳定
② 在安全运行条件下，保证热油出 口温度和烟气含氧量稳定
③ 在安全运行条件下，保证热油出 口温度稳定,而且加热炉热效最高
3) 操作量的选择 一般情况下，操作量都是工艺规定的，设计中没有多大的选择余地．但在有多个操 作量和被调量的情况下，用哪个操作量去控制哪个被调量还是需要认真选择的．
4) 控制方案的确定 控制方案是随控制目标和控制精度要求而不同的,它是整个设计过程中的关键步骤
ห้องสมุดไป่ตู้
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过 程控制
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绪论
一 生产过程自动化的发展概况和趋势 1) 过程控制定义 2) 自动化技术发展简介
二 过程控制的任务和要求
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一 生产过程自动化的发展概况和趋势
1. 过程控制定义： 通常是指石油,化工,电力,冶金,轻工,建材和核能等工业生产中连续或按一定周
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二 过程控制的任务和要求
任务：在了解掌握工艺流程及生产过程的静态和动态特性的基础上，根据 安全性，经济性，稳定性的要求，应用理论对控制系统进行分析和 综合，最后采用适宜的技术手段加以实现．
要求： 安全性，经济性，稳定性
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过程控制系统的设计步骤：
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① 如果采用的是第一种方案，即：在安全运行的条件下，保证热油出口 温度稳定．那么只要对炉子进行人工调整，使之不冒黑烟，不熄火， 保证一定的安全性和经济性，然后采用热油出口温度简单控制系统的 方案就可以满足要求．
② 对于第二个目标，需要烟气含氧量稳定，则可以再加一个烟气含氧 量简单控制系统，用两个单回路来完成控制任务．
英文缩写
DDC－－直接数字控制 (Direct Digital Control)
DCS－－分布式/集散控制 (Distributed Control System)
CIPS－－计算机集成过程(生产)系统 (Computer Integrated Produc
-tion System)
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期进行的生产过程自动控制,它是自动化技术的重要组成部分．
2. 针对参数：温度,压力,流量,液位(物位),成分和物性
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3. 工业生产对过程控制的要求
① 安全性 （最基本，最重要要求） 在整个生产过程中，确保人身和设备的安全 保证措施：参数越限报警, 事故报警, 联锁保护, 在线故障预测和 诊断, 设计容错控制系统．
1) 理论基础: 状态空间分析方法, 包括以最小二乘法为基础的系统辩 识, 以极大值和动态规划为主要方法的最优控制和以卡尔曼滤波理 论为核心的最佳估计等．
2) 优点： ① 能够深入揭示系统内在的规律性, 从局部控制进入到一定意义下 的全局最优 ② 在结构上已经从单环扩展到适应环, 学习环．
3) 缺点: ① 由于当时计算机技术的限制, 计算机控制处于试验阶段 ② 现代控制理论与工程实际之间有较大差距: 建模困难, 性能指标不 易确定, 控制策略缺乏.
② 经济性 使生产同样质量和数量产品所消耗的能量和原材料最少, 即低成 本高效率. 通过实现生产过程局部或整体最优化来实现．
③ 稳定性 系统具有抑制外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力
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4.自动化技术发展概况 (三个阶段)
(1) 第一阶段 (经典控制理论) 1) 理论基础：传递函数 (被控系统的数学描述) 根轨迹法和频率法 (对系统进行分析和综合) 2) 设计方法：将复杂的生产过程分解为若干个简单过程，实现单输 入单输出的控制系统 3) 缺点： ① 只能满足于保持生产的稳定和安全，属于局部自动化范畴 ② 依赖手工和经验
②分时方式控制
③灵活性、多功能性，控制由计算机完成．
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计算机监控系统
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(3) 第三阶段 (第三代控制理论) 特点: ① 可靠性高，价格低． 由于计算机，大规模集成电路技术的发展，使计算机功能更强， 价格大幅度降低. 在采用了冗余技术, 软硬件自诊断功能等措施 后，可靠性提高到基本上能够满足工业控制的要求 ② 多学科相互交叉, 相互渗透. 突破了局部控制, 进入到全局控制.
加热炉控制流程图
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2) 选择测量参数(被调量) 无论采用什么控制方案，都需要通过某些参数的测量来控制和监视整个生产过 程．参数由目标确定．如需温度稳定，就肯定要检测温度参数．确定了参数，应 选择合适的测量元件和变送器． 有些参数难以直接测量,则应通过测量与之成一定关系的另一些参数来获取
③ 对于第三个控制目标，除了分别对温度和含氧量采用定值控制外， 含氧量的设定值还应该保证加热炉热效最高。这需要建立燃烧过程 数学模型，使之在不同工况下，均能依靠调整含氧量设定值保持加 热炉热效率最高．
可以看到，控制策略是随控制目标和控制精度要求而不同的．
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简单控制系统方框图
r ---给定值(模拟,数字) e---偏差 (e=r-ym)
u---调节器输出
μ---执行器输出
ym---被调量的测量信号 D---干扰
y---被调量实际值
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(2) 第二阶段 (现代控制理论)
5) 选择控制算法