工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制

1、工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制 為了使一個工業(yè)生產(chǎn)過程或一個企業(yè)良好、高效地運行，都離不開對整個生產(chǎn)過程物料、能源、人力等的管理、組織和運作。要達(dá)到目的，必須對工業(yè)生產(chǎn)過程的信息、數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的檢測和控制。因此，生產(chǎn)調(diào)度、安全穩(wěn)定地生產(chǎn)與操作等，都離不開自動化技術(shù)。其中生產(chǎn)過程是由有關(guān)的生產(chǎn)過程工藝設(shè)備如容器、泵、機(jī)器、管道等組成。不同的產(chǎn)品由不同的生產(chǎn)設(shè)備來生產(chǎn)，一般工業(yè)生產(chǎn)過程的設(shè)備是不變的，但是，由于腐蝕、老化等原因，這些設(shè)備需進(jìn)行定期檢修或更換。常規(guī)控制層是由生產(chǎn)過程工藝參數(shù)的測量變送儀表、儀器、自動執(zhí)行機(jī)構(gòu)如控制閥、電磁閥、電動執(zhí)行器以及顯示、記錄、控制器(有時稱調(diào)節(jié)器)等組成。先進(jìn)控制層是由

2、計算機(jī)(或dcs)和有關(guān)軟件及控制算法等組成，該層的功能是實現(xiàn)常規(guī)控制層無法做到的多變量控制。優(yōu)化層是由計算機(jī)和有關(guān)優(yōu)化軟件及優(yōu)化算法等組成，它的功能是為先進(jìn)控制層提供優(yōu)化給定值、優(yōu)化控制軌跡或生產(chǎn)方案控制。一、 常規(guī)控制所謂常規(guī)控制是指有采用經(jīng)典的pid(比例十積分+微分)控制算法或其他簡單的控制算法，如雙位控制、比例控制以及比較復(fù)雜的前饋控制、串級控制、比值控制等，使工業(yè)生產(chǎn)過程的被控變量，如溫度、液面、壓力、流量等關(guān)系安全運行的重要參數(shù)，在遭受到外來擾動情況下，穩(wěn)定地維持在預(yù)設(shè)的給定值上。這種控制系統(tǒng)最典型的是單回路(單個參數(shù)的控制)負(fù)反饋控制系統(tǒng)(或叫反饋控制回路)，如圖11所示。如果

3、外來的擾動是可以測量的，則可組成如圖12所示的單回路的反饋加前饋控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)只要前饋補(bǔ)償器設(shè)計合理，前饋補(bǔ)償作用完全可以抵消擾動對生產(chǎn)過程被控變量的影響。工業(yè)生產(chǎn)過程穩(wěn)定控制是工業(yè)生產(chǎn)過程控制的基礎(chǔ)，是安全生產(chǎn)的前提。一個工業(yè)生產(chǎn)過程只有常規(guī)控制層設(shè)計合理，運行正常，才能進(jìn)行優(yōu)化操作與控制。二、 先進(jìn)控制雖然傳統(tǒng)pid控制系統(tǒng)對于一般工業(yè)生產(chǎn)過程都能滿足控制要求，再加上這種控制方式比較簡單，也容易操作，所以受到工業(yè)界的歡迎。但是，隨著工業(yè)生產(chǎn)過程規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜性的增加，對安全參數(shù)和過程被控變量的波動范圍要求越來越嚴(yán)格，特別是對于那些危險性大、規(guī)模大、自動化程度高的工業(yè)生產(chǎn)過程，簡單的p

4、id控制系統(tǒng)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)了。具體表現(xiàn)在單回路pid控制系統(tǒng)對于復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程，其被控變量波動較大，難以實現(xiàn)邊界控制。另一方面，對于多變量的工業(yè)生產(chǎn)過程，這種簡單的控制方法不能實現(xiàn)多變量控制。自20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的現(xiàn)代控制，在航空航天領(lǐng)域，取得了較好的應(yīng)用以后，人們一起尋求各種現(xiàn)代控制算法，企圖能在復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程控制中應(yīng)用，特別是在具有代表性的流體工業(yè)系統(tǒng)。經(jīng)過30多年的努力，首先是基于模型的預(yù)測控制方式，于20世紀(jì)80年代在復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程取得成功應(yīng)用以后，從而形成了先進(jìn)控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用的新時代。尤其是大型化工、石油化工、鋼鐵、電站等生產(chǎn)運行過程的應(yīng)用。成為改變和提升

5、裝置安全生產(chǎn)水平的根本性措施。先進(jìn)控制(advancedprocesscontrolapc)是對那些不同于常規(guī)單回路pid控制，并具有比常規(guī)pid控制更好控制效果的控制策略的統(tǒng)稱，而非專指某種計算機(jī)控制算法。由于先進(jìn)控制的內(nèi)涵豐富，同時帶有較好的時代特征，即用來處理那些采用常規(guī)控制無法控制的復(fù)雜工業(yè)過程。先進(jìn)控制與常規(guī)(pid)控制的關(guān)系如圖13所示。這種結(jié)構(gòu)形成是在原來常規(guī)控制方案基礎(chǔ)上，加上先進(jìn)控制策略，這不僅容易實現(xiàn)，而且也方便操作和維護(hù)，從而保證先進(jìn)控制系統(tǒng)安全可靠地運行。先進(jìn)控制在復(fù)雜的關(guān)鍵工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用，在保證裝置安全運行的同時，可獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益，其投資收益關(guān)系如圖14所示。通過先進(jìn)控制系統(tǒng)