過程控制-王再英

過程控制系統(tǒng)與儀表王再英陳毅靜編著

例：發(fā)電廠示意圖工作目標(biāo):安全生產(chǎn)。單位電能的能耗。排出煙氣對(duì)環(huán)境的污染。通過良好的工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。圖鍋爐工藝流程汽包過熱蒸汽飽和蒸汽爐墻爐膛熱空氣燃料過熱器省煤器熱空氣送往爐膛給水G冷空氣煙氣PMD主要調(diào)節(jié)系統(tǒng)：1汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)2燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)3過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制系統(tǒng)被控變量控制變量控制目的鍋爐給水控制系統(tǒng)鍋爐汽包水位給水流量鍋爐內(nèi)生產(chǎn)的蒸汽和給水的平衡鍋爐燃燒控制系統(tǒng)蒸汽壓力燃料流量蒸汽負(fù)荷的平衡煙氣成分送風(fēng)流量燃燒的完全和經(jīng)濟(jì)型爐膛負(fù)壓引風(fēng)流量鍋爐運(yùn)行的安全性過熱蒸汽控制系統(tǒng)過熱蒸汽溫度減溫水流量過熱蒸汽溫度和安全性f(t)f(t)燃料空氣煙氣給水f(t)f(t)過熱蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)例目錄:第1章緒論第2章檢測(cè)儀表(2.1,2.4.2)第3章控制儀表(3.1)第4章執(zhí)行器及安全柵(4.1)第5章被控過程的數(shù)學(xué)模型第6章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定第7章復(fù)雜控制系統(tǒng)第8章先進(jìn)過程控制技術(shù)第9章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第10章過程控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例主要參考書施仁，《自動(dòng)化儀表與過程控制》電子工業(yè)出版社，2003侯志林，《過程控制與自動(dòng)化儀表》機(jī)械工業(yè)出版社，2002歷玉鳴，《化工儀表與自動(dòng)化》化學(xué)工業(yè)出版社，2003劉元楊，《自動(dòng)檢測(cè)和過程控制》冶金工業(yè)出版社，2003金以慧，《過程控制》清華大學(xué)出版社，1998

過程控制相關(guān)資源

中國(guó)工控網(wǎng)：MATLAB大觀圓：/；PAControl(過程自動(dòng)化控制)：/index.html控制工程：/ctl/index.asp工業(yè)控制技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室：中國(guó)自動(dòng)化在線：/magazine.asp西門子公司舉辦的過程控制仿真大賽學(xué)習(xí)本課程的目的了解工藝參數(shù)的基本測(cè)量方法，能正確選擇使用自動(dòng)化儀表。理解自控系統(tǒng)的工作原理及各環(huán)節(jié)的作用，掌握基本控制規(guī)律及其控制器參數(shù)對(duì)被控過程的影響，能對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)。掌握常見的幾種控制方案的原理，系統(tǒng)組成，特點(diǎn)，能對(duì)給出的常見的被控過程進(jìn)行合理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。了解常用過程控制設(shè)備，先進(jìn)過程控制技術(shù)（PLC，DCS，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等）第一章緒論了解過程控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程，特點(diǎn)理解過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的性能指標(biāo)的含義掌握簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的組成，過程控制系統(tǒng)的分類室溫控制問題回風(fēng)恒溫室23送風(fēng)熱水M回水41圖2室溫自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖1—熱水加熱器；3—控制器；2—傳感變送器；4—執(zhí)行器TCTT第1章緒論送風(fēng)回風(fēng)恒溫室溫度計(jì)閥門圖1室溫人工控制示意圖熱水回水一般簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的組成（掌握）過程控制系統(tǒng)的定義：

為實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)工藝參數(shù)的自動(dòng)控制，由相互聯(lián)系、制約的一些儀表、裝置及工藝對(duì)象、設(shè)備構(gòu)成的一個(gè)整體?；仫L(fēng)恒溫室23送風(fēng)熱水M回水41圖2室溫自動(dòng)控制系統(tǒng)工藝流程圖1—熱水加熱器；3—控制器；2—傳感變送器；4—執(zhí)行器TCTT過程控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是：對(duì)生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位、成分、濕度等）進(jìn)行控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律變化。給定值被控變量干擾f

控制器監(jiān)測(cè)變送器執(zhí)行器加熱器及房間

+e實(shí)測(cè)值－室溫自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖控制系統(tǒng)由被控對(duì)象、檢測(cè)變送器、控制器和執(zhí)行器等組成一般控制系統(tǒng)的組成及框圖控制系統(tǒng)由被控對(duì)象、檢測(cè)變送、控制器和執(zhí)行器等組成通常將執(zhí)行器、被控對(duì)象和檢測(cè)變送環(huán)節(jié)合并為廣義對(duì)象。一般控制系統(tǒng)的框圖變送器檢測(cè)液位控制器對(duì)偏差運(yùn)算執(zhí)行器改變操縱變量

試指出被控對(duì)象，控制參數(shù)（操縱變量），被控參數(shù)（被控變量），擾動(dòng)，并作出系統(tǒng)方框圖。

課堂練習(xí)1。液位控制系統(tǒng)示例QiQoh-貯罐LTLChr-差壓液位計(jì)-液位控制器-執(zhí)行器課堂納練習(xí)2：儲(chǔ)焦罐液誘位控宰制系槳統(tǒng)hrQiQo-貯罐LTLCh下面威給出浪了兩叉?zhèn)€液芽位控飲制系促統(tǒng)，最（1）試倦分別戶指出潛兩個(gè)虹系統(tǒng)謀的被覆控對(duì)日象，貞被控栽參數(shù)禾，操桂縱變景量，閉擾動(dòng)鳴量。頂（2）畫答出系鉆統(tǒng)的悶方框兆圖。老注意密：系錢統(tǒng)的久流入脆量，增流出所量和調(diào)系統(tǒng)樸的輸霜入量傘，輸評(píng)出量寬有何頓區(qū)別撫？圖1hrQiQoh-貯罐LTLC圖2控制器執(zhí)行器儲(chǔ)罐測(cè)量變送圖1方框習(xí)圖圖2方框賤圖控制器執(zhí)行器儲(chǔ)罐測(cè)量變送課堂已練習(xí)3。溫旱度控扶制系殼統(tǒng)示宏例變送勁器檢公測(cè)溫唯度控制雙器對(duì)悄偏差與運(yùn)算執(zhí)行騎器改蕉變操笨縱變題量試指俗出被宮控對(duì)研象，特控制歸參數(shù)哲，被父控參那數(shù)，悟并作怖出系萬統(tǒng)方捐框圖1.金1過程施控制譯的特春點(diǎn)（老了解惠）過程壟控制逝系統(tǒng)攝具有收以下腰特點(diǎn)講：1．控潮制對(duì)階象復(fù)黨雜、扣控制聽要求跟多樣2．控籃制方軍案豐粉富（單回滲路，攝串級(jí)更，前嬸饋，塔比值獲，均抽勻，命選擇野，分挑程，鵲解耦和控制）3．控撞制對(duì)鉆象大形多屬醉于慢過后程4．大梅多數(shù)蘋工藝逮要求詠定值購(gòu)控制5．大誓多使目用標(biāo)特準(zhǔn)化替的檢蘆測(cè)、什控制舉儀表內(nèi)及裝睜置1.患2過程冶控制密的發(fā)煤展概財(cái)況（諸了解穴）1.遍2.擠1過程榨控制日裝置岔與系踐統(tǒng)的唐發(fā)展摘過程1．局停部自蠅動(dòng)化偽階段（20世紀(jì)50～60年代膠）2．模丑擬單貧元儀伐表控勇制階針段（20世紀(jì)60～70年代嚷）3．計(jì)益算機(jī)肅控制即階段（20世紀(jì)70年代勉中期劉至今歌）直接詳數(shù)字璃控制弓（DD避C，Di嬸re吧ct胃D盼ig與it耍al者Co讓nt御ro付l）－存－一啄臺(tái)計(jì)融算機(jī)梢取代則所有綠回路救的控急制儀蜻表集散路型控優(yōu)制系技統(tǒng)（DC廟S，Di慈st司ri土bu同te研d豬C胞on利tr厲ol橡Sy簡(jiǎn)st恨em）－筆－集中間管理灶，分里散控圓制”蓬的理過念，撓在數(shù)胖字控哥制儀于表和不計(jì)算董機(jī)與辜網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)技術(shù)框基礎(chǔ)秋上，場(chǎng)集中質(zhì)、分率散相峰結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鈔總線月控制序系統(tǒng)?。‵C資S，F(xiàn)i漠el治db嗽u(píng)s鴿Co擺nt告ro梨l跡S嘴ys品te索m)。1.推2.珍2過程征控制延策略俊與算帖法發(fā)門展（藥理解季）簡(jiǎn)單暮控制－－愛以經(jīng)典寺控制盈理論為基策礎(chǔ)的PI狗D（Pr上op罷or拴ti債on碌al蚊I蠅nt毀eg岔ra近l伴D賀er切iv君at煌iv邊e）控逢制算漂法復(fù)雜賄控制避－－由單屋回路疏控制氧發(fā)展甘了串販級(jí)控跑制、球比值您控制引、前圾饋控雪制、嘩均勻兆控制壁、Sm史it他h預(yù)估艇控制字及選朱擇性們控制躬等控飛制策廟略。先進(jìn)浸過程盲控制業(yè)－－演現(xiàn)代狡控制橋理論她和人設(shè)工智丹能技可術(shù)的發(fā)劣展，扭解耦給控制繁、推吐斷控球制、盼預(yù)測(cè)閉控制洞、模窯糊控門制、掉自適膽應(yīng)控鵝制等言控制貨策略析與算附法，塞也日陣趨完苗善。先進(jìn)職控制鄰（Ad多va添nc奪ed臥P哲ro預(yù)ce辭ss墳C廚on未tr撥ol艘--眼-A漢PC奮)各種跡先進(jìn)他控制夏策略魯棒控制綜合專家控制模糊控制神經(jīng)元控制最優(yōu)控制非線性控制模型預(yù)測(cè)控制統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制內(nèi)?？刂谱赃m應(yīng)控制變?cè)鲆婵刂茣r(shí)滯補(bǔ)償改進(jìn)的PID算法正在研究的先進(jìn)控制正在試用的先進(jìn)控制流行的先進(jìn)控制經(jīng)典先進(jìn)控制西安儀表廠渭河挽電廠巴基嗽斯坦趨古杜緩電廠核電甚廠新疆臂煉油淚廠哈爾樂濱伊拖蘭煤并氣污水疊處理躺廠哈爾淋濱第串三水膚廠揚(yáng)子欣石化蘭州容石化自來區(qū)水廠控制胞柜控制竭柜觸局摸顯商示屏控制柜內(nèi)部控制柜內(nèi)PLC過程凡控制割實(shí)驗(yàn)勝室1.按設(shè)悔定值主的形健式分沈類1）定值聯(lián)控制戀系統(tǒng)——設(shè)定茄值恒耀定不宵變。2）隨動(dòng)瞞控制矩系統(tǒng)——設(shè)定蓄值隨名時(shí)可寫能變蒜化。3）程序狂控制類系統(tǒng)——設(shè)定殺值按壘預(yù)定著的時(shí)勤間程主序變賢化。給定紫值被控選變量干擾f控制扔器變送并器執(zhí)行胳器被控抱對(duì)象+e實(shí)測(cè)冶值－1.殖3過程網(wǎng)控制攔系統(tǒng)羅分類寒及其露性能牛指標(biāo)寨（掌頂握）1.受3.改1過程策控制鼻系統(tǒng)任的分掩類2.按系向統(tǒng)的處結(jié)構(gòu)柿特點(diǎn)票分類1）反饋儲(chǔ)控制掠系統(tǒng)筑（閉取環(huán)控福制系津統(tǒng)）給定值被控變量干擾f

控制器變送器執(zhí)行器被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值－2）前饋緩控制新系統(tǒng)宵（開辨環(huán)控陰制系津統(tǒng)）測(cè)量值被控量干擾f

控制器執(zhí)行器被控對(duì)象

開環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖檢測(cè)變送器3）復(fù)合上控制畏系統(tǒng)給定值被控變量干擾f

控制器1變送器1執(zhí)行器被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值－變送器2控制器2++前饋-反饋酒復(fù)合申控制厲系統(tǒng)否原理麗框圖1.宵3.賀2.巴1穩(wěn)態(tài)省與動(dòng)盤態(tài)1、穩(wěn)態(tài)—把被想控變軋量不晴隨時(shí)狼間變損化的橡平衡兆狀態(tài)宗稱為丟系統(tǒng)吧的穩(wěn)捷態(tài)（靜態(tài)）。靜態(tài)本特性—靜態(tài)佛時(shí)系輛統(tǒng)各撫環(huán)節(jié)縣的輸縫入輸使出關(guān)政系。靜態(tài)靜態(tài)動(dòng)態(tài)ty1.遙3.瘡2過程惕控制傍系統(tǒng)宴的性包能指敏標(biāo)2、動(dòng)嘩態(tài)—把被胡控變刊量隨槐時(shí)間蓬變化損的不眾平衡駱狀態(tài)糊稱為耳系統(tǒng)尸的動(dòng)農(nóng)態(tài)。動(dòng)態(tài)中特性—在動(dòng)憂態(tài)過劣程中賭系統(tǒng)伐各環(huán)蛛節(jié)的雕輸入遠(yuǎn)輸出示變化豬關(guān)系瓶。系統(tǒng)接擾動(dòng)1.南3.雪2.卡2控制民系統(tǒng)尤的過苗渡過籍程控制利系統(tǒng)唇的輸入變化臘后，緩系統(tǒng)艙從原服來的洪平衡汁狀態(tài)易，經(jīng)添過動(dòng)率態(tài)過歸程到醋達(dá)新桃的平跌衡狀詠態(tài)的越動(dòng)態(tài)霸歷程鴉稱為鞠系統(tǒng)京的過渡鑼過程淹。系統(tǒng)初的過裝渡響坑應(yīng)受內(nèi)部和外部?jī)煞N淋因素少的影褲響。給定拔值被控壟量干擾f控制夢(mèng)器傳感盛器執(zhí)行言器被控愧對(duì)象+e實(shí)測(cè)領(lǐng)值－內(nèi)部澇因素摧：系攝統(tǒng)特謎性外部緣瑞因素菌：輸端入信路號(hào)。如圖膀，輸腳入信倍號(hào)在t慰=靠0時(shí)，蕉階躍博上升啄幅度弦為A，其毅后保館持。琴表達(dá)啞為f村(t)丹=A致(尖t)Atf（t）特定轟的輸緒入信青號(hào)--志--階躍童信號(hào)--葡--階躍票信號(hào)在階滲躍輸超入的色擾動(dòng)眾作用旋下，定值扶控制庫(kù)系統(tǒng)過渡考過程行有四種形式勺：②振隱蕩衰慈減過金程①t0y②0y①單品調(diào)衰娘減過萄程④t0y③y0t③等諷幅振憂蕩過楚程④振采蕩發(fā)槽散過鉛程過渡粉過程舉的分降類（1）穩(wěn)定曾的過蛋渡過腸程單調(diào)愁過程謙和衰盒減振交蕩過核程是口穩(wěn)定挑的過川渡過互程。（2）不穩(wěn)急定過朝渡過某程－案－發(fā)散駱振蕩屢過程（3）臨界音過渡鴨過程(a澤)干擾蝕階躍挺響應(yīng)給定屈值被控策變量干擾f控制雕器傳感耽器執(zhí)行啦器被控腫對(duì)象+e實(shí)測(cè)涼值－t0y1.泊3.爆2.未3控制殖系統(tǒng)域的性耳能指設(shè)標(biāo)Atf（t）給定秀值被控旦變量干擾f控制誘器傳感爐器執(zhí)行早器被控繡對(duì)象+e實(shí)測(cè)棉值－給定階躍響應(yīng)0tytAX（t）1）衰勇減比n和衰核減率ψ－－穩(wěn)定粒程度圖1.飄3閉環(huán)君控制逝系統(tǒng)料對(duì)設(shè)提定值瞧的階摸躍擾摸動(dòng)的壺響應(yīng)鏟曲線yry1y3Cy(∞)TpTSTt1.系統(tǒng)胖階躍綱響應(yīng)則的單猜項(xiàng)性附能指煌標(biāo)2）最卵大動(dòng)辜態(tài)偏希差A(yù)和超方調(diào)量σA3）余近差C,靜差祥（穩(wěn)債態(tài)誤史差)4）調(diào)鞠節(jié)時(shí)派間Ts和振喇蕩頻嫩率ω,峰值往時(shí)間Tp（又給稱上唱升時(shí)捎間）沿，[例]某換悄熱器圍的溫榨度控泄制系塔統(tǒng)給逼定值汽為20竊0鋤℃。在階盒躍干葬擾作壤用下號(hào)的過來渡過完程曲臥線如肯圖所碎示。費(fèi)試求劣最大桑偏差拆、余侮差、犯衰減恥比、拒振蕩亂周期栽和過鉛渡時(shí)糧間。解：最大勁偏差A(yù)丑=貨23喘0-戴20趨0輛=30治℃余差C=欣20偏5-爐20洞0訓(xùn)=5℃衰減畢比n棵=y1:y3=倉(cāng)25翻:5樂=5:星1振蕩哪周期T=看20隔–更5=袍15（mi曾n）設(shè)被驚控變獵量進(jìn)秘入穩(wěn)態(tài)值的廁土2％，怖就認(rèn)慌為過日渡過俱程結(jié)冤束，稀則誤其差區(qū)醉域=2話05×（±2％）蹲＝±4.紋1℃調(diào)節(jié)毒時(shí)間Ts=饒22顯mi室n控制材系統(tǒng)洽的單房誠(chéng)項(xiàng)品勻質(zhì)指俘標(biāo)小年結(jié)穩(wěn)定鳥性衰減已比n雨=4:坐1~獵10島:1最佳準(zhǔn)確跑性余差C小好最大嚼偏差A(yù)小好快速報(bào)性過渡垮時(shí)間Ts短好振蕩孤周期T短好2.系統(tǒng)盒階躍序響應(yīng)醒的綜盼合性離能指撫標(biāo)——偏差寒積分①偏贏差積軌分IE（In封te坊gr瞇al膛o爛f擠Er利ro袋r）tyrCy(∞)yrCy(∞)t②絕鵲對(duì)偏玻差積添分IA乓E（In培te隸gr鋪al藍(lán)A員bs膏ol碰ut餃e愛va慮lu龍e姓of夫E勒rr御or）③平么方偏借差積培分IS缺E（In錫te塘gr催al稈o批f著Sq微ua恒re臘d石Er巧ro筋r）④時(shí)忌間與炒絕對(duì)掉偏差論乘積雖積分IT綢AE（In莊te桐gr擠al絮o斬f烘Ti漠me獵m雕ul僚ti爽