化工過程控制工程

1、主 講： 孟 華,課程特點,課程內容涵面廣,自動控制原理,檢測技術,控制儀表及裝置,過程計算機控制,化工過程控制工程,集散控制系統,內容以敘述性為主，理論推導較少,化工儀表及自動化例題習題集 厲玉鳴 化學工業(yè)出版社工業(yè)過程儀表與控制 陳詩濤 輕工業(yè)出版社 自動控制原理 李友善 國防工業(yè)出版社 化工測量儀表

2、 盛克仁 化學工業(yè)出版社控制儀表及裝置 吳勤勤 化學工業(yè)出版社控制儀表與裝置 向婉成 機械工業(yè)出版社化工過程控制工程 王驥程 化學工業(yè)出版社過程控制工程

3、 邵裕森 機械工業(yè)出版社計算機過程控制系統 劉寶坤 機械工業(yè)出版社過程計算機控制 王錦標 清華大學出版社,參考文獻,第一章,過程控制系統基本概念,過程控制系統的發(fā)展狀況及特點,生產過程自動控制,自動控制技術在工業(yè)、農業(yè)、國防和科學技術現代化中起著十分重要的作用，自動控制水平的高低也是衡量一個國家科學技術先進與

4、否的重要標志之一。隨著國民經濟和國防建設的發(fā)展，自動控制技術的應用日益廣泛，其重要作用也越來越顯著。,生產過程自動控制（簡稱過程控制）是自動控制技術在石油、化工、電力、冶金、機械、輕工、紡織等生產過程的具體應用，是自動化技術的重要組成部分。,過程控制系統的發(fā)展狀況及特點,過程控制系統發(fā)展狀況,20世紀40年代 手工操作狀態(tài)，只有少量的檢測儀表用于生產過程。20世紀40年代末～50年代過程控制系統：多為單輸入、單輸出簡單控制系統

5、自動化儀表：采用的是基地式儀表和部分單元組合儀表（氣動Ⅰ 型和電動Ⅰ型）；控制理論：以反饋為中心的經典控制理論,過程控制系統的發(fā)展狀況及特點,20世紀60年代：過程控制系統：串級、比值、均勻、前饋和選擇性等多種復雜控制系統。自動化儀表：單元組合儀表（氣動Ⅱ型和電動Ⅱ型）成為主流產品。60年代后期，出現了專門用于過程控制的小型計算機，直接數字控制系統和監(jiān)督計算機控制系統開始應用于過程控制領域。控制理論：

6、出現了以狀態(tài)空間方法為基礎，以極小值原理和動態(tài)規(guī)劃等最優(yōu)控制理論為基本特征的現代控制理論,傳統的單輸入單輸出系統發(fā)展到多輸入多輸出系統領域。,控制理論：形成了大系統理論和智能控制理論。模糊控制、專家系統控制、模式識別技術,20世紀70～80年代,過程控制系統：最優(yōu)控制、非線性分布式參數控制、解耦控制、 模糊控制,自動化儀表：氣動Ⅲ型和電動Ⅲ型，以微處理器為主要構成單元的智能控制裝置。集散控制系統

7、（DCS）、可編程邏輯控制器 (PLC) 、工業(yè)PC機、和數字控制器等，已成為控制裝置的主流。,過程控制系統的發(fā)展狀況及特點,過程控制系統的發(fā)展狀況及特點,控制理論：人工智能、神經網絡控制,20世紀90年代至今：信息技術飛速發(fā)展,過程控制系統：管控一體化現場，綜合自動化是當今生產過程控制的發(fā)展方向。,自動化儀表：總線控制系統的出現，引起過程控制系統體系結構和功能結構上的重大變革。現場儀表的數字化和智能化，形成了真正意義上的全數字過程控制

8、系統。各種智能儀表、變送器、無紙紀錄儀,過程控制系統的發(fā)展狀況及特點,過程控制系統特點,生產過程的連續(xù)性 在過程控制系統中，大多數被控過程都是以長期的或間歇形式運行，在密閉的設備中被控變量不斷的受到各種擾動的影響。被控過程的復雜性 過程控制涉及范圍廣，被控對象較復雜 控制方案的多樣性 過程控制系統的控制方案非常豐富,自動化技術的應用范疇,宇航方面： 同步衛(wèi)星（隨動控制系統）衛(wèi)星的發(fā)射與回收（神州5號飛船，

9、航天飛機）自動關機、點火系統軍事方面： 火炮自動點火、巡航導彈其他方面：農業(yè)（病蟲害防治、專家系統） 社會科學（計劃生育，人口增長模型）現代管理：辦公自動化工業(yè)生產：自動車床、加熱爐、發(fā)酵罐,過程控制的主要內容,自動檢測系統 利用各種檢測儀表對工藝參數進行測量、指示或記錄自動信號和聯鎖保護系統自動信號系統：當工藝參數超出要求范圍，自動發(fā)出聲光信號聯鎖保護系統：達到危險狀態(tài)，打開安全閥或切斷

10、某些通路， 必要時緊急停車,,,自動操縱及自動開停車系統自動操縱系統：根據預先規(guī)定的步驟自動地對生產設備進行某 種周期性操作自動開停車系統：按預先規(guī)定好的步驟將生產過程自動的投入 運行或自動停車自動控制系統： 利用自動控制裝置對生產中某些關鍵性參數進行自動控制，使他們在受到外界擾動的影響而偏離正常狀態(tài)時

11、，能自動的回到規(guī)定范圍。,過程控制的主要內容,過程控制系統的組成,過程控制系統,,檢測元件（裝置）,控制器,執(zhí)行器（裝置）,檢測被控制的物理量,將設定值與測量信號進行比較，求出它們之間的偏差,然后按照預先選定的控制規(guī)律進行計算并將計算結果作為控制信號送給執(zhí)行裝置,作用是接受控制器的控制信號，直接推動被控對象，使被控變量發(fā)生變化,過程控制系統的兩種表示形式,方框圖,方框、信號線、比較點、引出點,組成,控制系統或系統中每個環(huán)節(jié)的功能

12、和信號流向的圖解表示,,帶有輸入輸出信號的方框 比較點 分支點,繪制方框圖注意事項,過程控制系統的兩種表示形式,,通過測量變送裝置將被控變量的測量值送回到系統的輸入端,反饋,負反饋,正反饋,,,過程控制系統的兩種表示形式,連接線,,通用的儀表信號線和能源線的符號是細實線。連接線表示相連及交叉時，可采用圖（a）（b）形式。在復雜系統中，當有必要表明信息流動方向時，應在信號線

13、符號上加箭頭,如圖(c)所示。,(a) (b) (c),過程控制系統的主要類型,閉環(huán)控制系統,指控制器與被控對象之間既有順向控制又有反向聯系的控制系統。,閉環(huán)控制系統的優(yōu)點：,不管任何擾動引起被控變量偏離設定值，都會產生控制作用去克服被控變量與設定值的偏差。,閉環(huán)控制系統的缺點：,由于閉環(huán)控制系統的控制作用只有在偏差出現后才產生，當系統的慣性滯后和純滯后較大時，控制作用對擾動的克服

14、不及時，從而使其控制質量大大降低。,過程控制系統的主要類型,閉環(huán)控制系統分類,根據設定值分為定值控制系統，隨動控制系統和程序控制系統。,定值控制系統,特點：設定值是固定不變的閉環(huán)控制系統稱為定值控制系統。,作用：克服擾動的影響，使被控變量保持在工藝要求的數值上,過程控制系統的主要類型,隨動控制系統,特點：設定值是一個未知的變化量的閉環(huán)控制系統稱為隨動控制系統。,作用：以一定的精度跟隨設定值的變化而變化,自動平衡電位差計的方框圖,過程控制

15、系統的主要類型,程序控制系統,特點：設定值是變化的，且按一定時間程序變化的時間函數,程序控制系統可以看成是隨動控制系統的特殊情況，其分析研究方法與隨動控制系統相同。,作用：以一定的精度跟隨設定值的變化而變化,過程控制系統的性能指標及要求,常見典型信號,階躍信號、斜坡信號、脈沖信號、加速度信號和正弦信號等。,階躍信號,,,數學表達式為：,當A=1時稱為單位階躍信號。,特 點,易產生對系統輸出影響大便于分析和計算,在階躍信號作用下，