過(guò)程控制緒論金以慧清華大學(xué)出版社

1、過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論過(guò)程控制主講人：馬平過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論什么是過(guò)程控制？什么是過(guò)程控制？ 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程 指原材料經(jīng)過(guò)若干加工步驟轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品并具有一指原材料經(jīng)過(guò)若干加工步驟轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品并具有一定生定生 產(chǎn)規(guī)模的過(guò)程。產(chǎn)規(guī)模的過(guò)程。 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程可分為：工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程可分為： 連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程 離散生產(chǎn)過(guò)程離散生產(chǎn)過(guò)程 間歇生產(chǎn)過(guò)程（批量生產(chǎn)過(guò)程）。間歇生產(chǎn)過(guò)程（批量生產(chǎn)過(guò)程）。過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的目標(biāo)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的目標(biāo) 在可能獲得的原料和能源在可能獲得的原料和能源條件條件下，以下，以最經(jīng)濟(jì)最經(jīng)濟(jì)的的途徑將原材料加工成途徑將原材料加工成預(yù)期預(yù)期的

2、的合格產(chǎn)品合格產(chǎn)品。過(guò)程控制主要是指連續(xù)過(guò)程工業(yè)的過(guò)程控制過(guò)程控制主要是指連續(xù)過(guò)程工業(yè)的過(guò)程控制過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論教教 材材： 過(guò)程控制過(guò)程控制 清華大學(xué)出版社，金以慧，清華大學(xué)出版社，金以慧，1993年年教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：緒論緒論第一篇第一篇 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)第二篇第二篇 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)第十章第十章 火電廠熱工過(guò)程控制系統(tǒng)火電廠熱工過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論學(xué)習(xí)目的：學(xué)習(xí)目的：通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，建立過(guò)程控制系統(tǒng)的通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，建立過(guò)程控制系統(tǒng)的基本概念，掌握分析系統(tǒng)和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本方基本概念，掌握分析系統(tǒng)和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本方法。達(dá)到對(duì)典型系統(tǒng)能夠分析

3、和設(shè)計(jì)的能力。法。達(dá)到對(duì)典型系統(tǒng)能夠分析和設(shè)計(jì)的能力。過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求：緒論：緒論： 建立過(guò)程控制系統(tǒng)的基本概念，了解建立過(guò)程控制系統(tǒng)的基本概念，了解現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)第一篇：第一篇： 要求建立簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的基本概念；要求建立簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的基本概念；理解控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)，生產(chǎn)過(guò)程被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特理解控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)，生產(chǎn)過(guò)程被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的特點(diǎn)，調(diào)節(jié)規(guī)律及調(diào)節(jié)參數(shù)變化對(duì)調(diào)節(jié)過(guò)程的影性的特點(diǎn)，調(diào)節(jié)規(guī)律及調(diào)節(jié)參數(shù)變化對(duì)調(diào)節(jié)過(guò)程的影響，調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)和工作流量特性；掌握由階躍響應(yīng)響，調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)和工作流量特性；掌握由階躍響應(yīng)曲線(xiàn)建立被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的方法和簡(jiǎn)單

4、控制系統(tǒng)的曲線(xiàn)建立被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的方法和簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的工程整定方法工程整定方法過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論第二篇：要求建立串級(jí)控制、比值控制、前饋控第二篇：要求建立串級(jí)控制、比值控制、前饋控制、大遲延系統(tǒng)和解耦控制的基本概念，理解這制、大遲延系統(tǒng)和解耦控制的基本概念，理解這些控制的基本特點(diǎn)和設(shè)計(jì)原理，掌握這些控制系些控制的基本特點(diǎn)和設(shè)計(jì)原理，掌握這些控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法和基本整定方法統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法和基本整定方法第十章：第十章： 要求了解火電廠熱工控制基本組成，掌要求了解火電廠熱工控制基本組成，掌握負(fù)荷控制、燃燒控制、給水控制及汽溫控制的握負(fù)荷控制、燃燒控制、給水控制及汽溫控制的常規(guī)設(shè)計(jì)方法

5、。常規(guī)設(shè)計(jì)方法。過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論參考書(shū)：參考書(shū)：1 熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)熱工自動(dòng)控制系統(tǒng) 中國(guó)電力出版社，李遵基，中國(guó)電力出版社，李遵基，1999年年2 過(guò)程控制工程（第二版）過(guò)程控制工程（第二版） 中國(guó)石化出版社，蔣中國(guó)石化出版社，蔣慰孫、俞金壽編著，慰孫、俞金壽編著，1999年年3 工業(yè)過(guò)程控制工程工業(yè)過(guò)程控制工程 化學(xué)工業(yè)出版社，王樹(shù)青等，化學(xué)工業(yè)出版社，王樹(shù)青等，2003年年過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論答疑方式及安排答疑方式及安排1 課間答疑課間答疑2 每周三下午每周三下午4：30以后以后3 郵件答疑郵件答疑E-mail： 過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論測(cè)量測(cè)

6、量變送器變送器控制器控制器（PID)執(zhí)行器執(zhí)行器水位水位H給水給水流量流量飽和蒸汽飽和蒸汽過(guò)熱蒸汽過(guò)熱蒸汽汽包爐汽水生產(chǎn)過(guò)程汽包爐汽水生產(chǎn)過(guò)程測(cè)量變送器測(cè)量變送器控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥對(duì)象對(duì)象-定值定值+被被調(diào)調(diào)量量廣義被控對(duì)象廣義被控對(duì)象（廣義過(guò)程）（廣義過(guò)程）控制器控制器廣義被控對(duì)象廣義被控對(duì)象給定值給定值被調(diào)量被調(diào)量過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論1 1生產(chǎn)過(guò)程（被控對(duì)象）生產(chǎn)過(guò)程（被控對(duì)象） 生產(chǎn)設(shè)備以及所發(fā)生的物理和化學(xué)變化的過(guò)程。生產(chǎn)設(shè)備以及所發(fā)生的物理和化學(xué)變化的過(guò)程。 置于控制系統(tǒng)中過(guò)程稱(chēng)為被控對(duì)象置于控制系統(tǒng)中過(guò)程稱(chēng)為被控對(duì)象2控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 控制儀表和生產(chǎn)過(guò)程通過(guò)

7、信號(hào)的傳遞互相聯(lián)系起控制儀表和生產(chǎn)過(guò)程通過(guò)信號(hào)的傳遞互相聯(lián)系起來(lái)就構(gòu)成控制系統(tǒng)。來(lái)就構(gòu)成控制系統(tǒng)。3被調(diào)量（被控制量）被調(diào)量（被控制量） 表征生產(chǎn)過(guò)程是否正常運(yùn)行并需要加以調(diào)節(jié)的表征生產(chǎn)過(guò)程是否正常運(yùn)行并需要加以調(diào)節(jié)的物理量。物理量。 名詞術(shù)語(yǔ)名詞術(shù)語(yǔ)過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論4給定值給定值 按生產(chǎn)要求被調(diào)量必須維持的希望值（簡(jiǎn)稱(chēng)給定按生產(chǎn)要求被調(diào)量必須維持的希望值（簡(jiǎn)稱(chēng)給定值）。值）。5調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 可用來(lái)改變進(jìn)入控制對(duì)象的物質(zhì)或能量的裝置?？捎脕?lái)改變進(jìn)入控制對(duì)象的物質(zhì)或能量的裝置。6控制量（調(diào)節(jié)量）控制量（調(diào)節(jié)量） 由操作者或調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由操作者或調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(閥門(mén)、擋板等閥門(mén)、擋板等)改變的

8、輸入物改變的輸入物理量，用以控制被調(diào)量的變化。稱(chēng)為控制量。理量，用以控制被調(diào)量的變化。稱(chēng)為控制量。7擾動(dòng)擾動(dòng) 引起被調(diào)量偏離平衡狀態(tài)的各種原因稱(chēng)為擾動(dòng)。引起被調(diào)量偏離平衡狀態(tài)的各種原因稱(chēng)為擾動(dòng)。過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論 8控制過(guò)程（調(diào)節(jié)過(guò)程）控制過(guò)程（調(diào)節(jié)過(guò)程） 原來(lái)處于平衡狀態(tài)的生產(chǎn)過(guò)程，一旦受到擾動(dòng)作用，原來(lái)處于平衡狀態(tài)的生產(chǎn)過(guò)程，一旦受到擾動(dòng)作用，被調(diào)量偏離原來(lái)平衡狀態(tài)，通過(guò)施加調(diào)節(jié)作用使被調(diào)被調(diào)量偏離原來(lái)平衡狀態(tài)，通過(guò)施加調(diào)節(jié)作用使被調(diào)量重新恢復(fù)到新的平衡狀態(tài)的過(guò)程，稱(chēng)為控制（調(diào)節(jié)）量重新恢復(fù)到新的平衡狀態(tài)的過(guò)程，稱(chēng)為控制（調(diào)節(jié)）過(guò)程。過(guò)程。9系統(tǒng)工藝流程圖系統(tǒng)工藝流程圖：包括被控對(duì)

9、象和控制設(shè)備的控制：包括被控對(duì)象和控制設(shè)備的控制系統(tǒng)示意圖系統(tǒng)示意圖10控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖：不包括被控對(duì)象，描述控：不包括被控對(duì)象，描述控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制功能的方框圖制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制功能的方框圖11控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)原理圖：用傳遞函數(shù)描述控制系統(tǒng)的方：用傳遞函數(shù)描述控制系統(tǒng)的方框圖框圖過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論過(guò)程控制的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：過(guò)程控制的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：50年代：經(jīng)典控制理論，簡(jiǎn)單系統(tǒng)，基地式氣動(dòng)儀表。年代：經(jīng)典控制理論，簡(jiǎn)單系統(tǒng)，基地式氣動(dòng)儀表。6070年代：現(xiàn)代控制理論，以狀態(tài)空間分析為基礎(chǔ)，年代：現(xiàn)代控制理論，以狀態(tài)空間分析為基礎(chǔ)，揭示系統(tǒng)內(nèi)在的規(guī)律

10、性，為高水平的自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)，揭示系統(tǒng)內(nèi)在的規(guī)律性，為高水平的自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)，電動(dòng)單元組合儀表及早期的直接數(shù)字控制電動(dòng)單元組合儀表及早期的直接數(shù)字控制DDC（計(jì)算機(jī)（計(jì)算機(jī)儀表）。儀表）。70年代年代20世紀(jì)末：智能控制理論，將控制理論與其它世紀(jì)末：智能控制理論，將控制理論與其它學(xué)科相互交叉、滲透和結(jié)合，學(xué)科相互交叉、滲透和結(jié)合，DCS集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)21世紀(jì)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用使控制設(shè)備之間的連接世紀(jì)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用使控制設(shè)備之間的連接更加簡(jiǎn)便更加簡(jiǎn)便現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)開(kāi)始應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)開(kāi)始應(yīng)用。過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論生產(chǎn)過(guò)程對(duì)過(guò)程控制的要求：生產(chǎn)過(guò)程對(duì)過(guò)程控制的要求：安全性安

11、全性（要求在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中確保人身和設(shè)備的安全）（要求在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中確保人身和設(shè)備的安全）經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性（要求在生產(chǎn)同樣質(zhì)量和數(shù)量產(chǎn)品所的能量的原材料最少要求在生產(chǎn)同樣質(zhì)量和數(shù)量產(chǎn)品所的能量的原材料最少）穩(wěn)定性穩(wěn)定性（要求系統(tǒng)具有抑制外部干擾，保持生產(chǎn)過(guò)程長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的能力）（要求系統(tǒng)具有抑制外部干擾，保持生產(chǎn)過(guò)程長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的能力）過(guò)程控制的任務(wù)過(guò)程控制的任務(wù)： 應(yīng)用控制理論對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和綜合，采用適宜的技應(yīng)用控制理論對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和綜合，采用適宜的技術(shù)手段使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性的要求。術(shù)手段使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性的要求。 過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論過(guò)程控制系統(tǒng)

12、的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)步驟：過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)步驟：確定控制目標(biāo)確定控制目標(biāo)選擇測(cè)量參數(shù)（被調(diào)量）選擇測(cè)量參數(shù)（被調(diào)量）選擇操作量（調(diào)節(jié)量）選擇操作量（調(diào)節(jié)量）確定控制方案確定控制方案選擇控制算法選擇控制算法選擇執(zhí)行器選擇執(zhí)行器設(shè)計(jì)報(bào)警和連鎖保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)警和連鎖保護(hù)系統(tǒng)控制系統(tǒng)的調(diào)試和投運(yùn)控制系統(tǒng)的調(diào)試和投運(yùn) 水位水位H給水流量給水流量飽和蒸汽飽和蒸汽過(guò)熱蒸汽過(guò)熱蒸汽測(cè)量測(cè)量變送器變送器控制器控制器（PID)執(zhí)行器執(zhí)行器過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論學(xué)習(xí)本課程的目的：學(xué)習(xí)本課程的目的：建立過(guò)程控制系統(tǒng)的基本概念，掌握分析系統(tǒng)和設(shè)計(jì)系建立過(guò)程控制系統(tǒng)的基本概念，掌握分析系統(tǒng)和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本方法。對(duì)典型

13、系統(tǒng)能夠分析和設(shè)計(jì)。統(tǒng)的基本方法。對(duì)典型系統(tǒng)能夠分析和設(shè)計(jì)。 過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容：本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容：1.過(guò)程控制系統(tǒng)的基本要求過(guò)程控制系統(tǒng)的基本要求2.生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性常用描述方法及特點(diǎn)生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性常用描述方法及特點(diǎn)3.調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)規(guī)律及對(duì)控制系統(tǒng)的控制作用調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)規(guī)律及對(duì)控制系統(tǒng)的控制作用4.簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)方法5.串級(jí)控制、前饋串級(jí)控制、前饋反饋控制、比值控制反饋控制、比值控制6.多變量控制系統(tǒng)多變量控制系統(tǒng)7.火電廠熱工控制系統(tǒng)實(shí)例分析火電廠熱工控制系統(tǒng)實(shí)例分析過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論水位水位H給水給水流量流量飽和蒸汽飽和

14、蒸汽過(guò)熱蒸汽過(guò)熱蒸汽過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論水位水位H給水流量給水流量飽和蒸汽飽和蒸汽過(guò)熱蒸汽過(guò)熱蒸汽測(cè)量測(cè)量變送器變送器控制器控制器（PID)執(zhí)行器執(zhí)行器過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論水位水位H給水流量給水流量飽和蒸汽飽和蒸汽過(guò)熱蒸汽過(guò)熱蒸汽測(cè)量測(cè)量變送器變送器控制器控制器（PID)執(zhí)行器執(zhí)行器被調(diào)量被調(diào)量過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論水位水位H給水流量給水流量飽和蒸汽飽和蒸汽過(guò)熱蒸汽過(guò)熱蒸汽測(cè)量測(cè)量變送器變送器控制器控制器（PID)執(zhí)行器執(zhí)行器調(diào)節(jié)量調(diào)節(jié)量過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論水位水位H給水流量給水流量飽和蒸汽飽和蒸汽過(guò)熱蒸汽過(guò)熱蒸汽測(cè)量測(cè)量變送器變送器控制器控制器（PID)執(zhí)行器執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥過(guò)程控制過(guò)程控制 緒論緒論測(cè)量變送器測(cè)量變送器控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥對(duì)象對(duì)象-給定值給定值+被調(diào)量被調(diào)量擾動(dòng)擾動(dòng)1擾動(dòng)