第8章 过程控制系统的组成与特点.ppt

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1、最后介绍典型过程控制系统：单闭环控制系统50%、串级控制系统20%；,过程控制系统的体系结构：,首先介绍过程控制的基本概念；,然后分别介绍过程控制的4个组成部分：被控对象、执行器、检测变送器、控制器；,主要内容-过程控制定义-过程控制目的-过程控制任务-过程控制系统的组成-过程控制系统的特点-过程控制系统的分类-仪表位号-过程控制系统的性能指标-过程控制系统运行的重要准则,第8章 过程控制系统的组成与特点,根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。,一、过程（工业生产过程）控制（Process Contr

2、ol）定义,工业生产过程：通常把原材料转变成产品并具有一定生产规模的过程叫做工业生产过程。可分为：连续（或批处理）生产过程，如化工、石油、冶金、发电、造纸、生物化工、轻工、水处理等；离散制造过程，如机械加工、汽车制造等。本书重点是对连续生产过程中的某一或某些物理参数：温度 压力 流量 液位 成份等变量 进行自动控制。,二、过程控制目的,抑制外界扰动的影响；确保过程的稳定性；使生产过程的工况最优化。具体来说：保证产品质量；提高产品产量；节能降耗；实现安全运行；改善劳动条件；保护环境卫生；提高管理水平等。过程控制已深入到工业生产过程的各个层面，不仅可以给企业带来直接的经济效益，还可以为企业和社会带

3、来间接的社会效益。,1、对过程控制系统进行分析,三、过程控制任务,2、对过程控制系统进行设计,3、对过程控制系统进行综合,即：根据控制系统各部分特性对控制系统的影响，选择控制系统的被控变量、操作变量、控制规律、参数整定及各构成部件。,1、引例,四、过程控制系统的组成,1）过程控制系统组成：被控对象（被控过程）（Object 或 Process）过程检测控制仪表（Instrumentation）A、被控对象是指：被控制的工艺生产设备或装置。常见的有：锅炉、加热炉、分馏塔、反应釜、干燥炉、压缩机、旋转窑等生产设备或储存物料的槽、罐以及传递物料的管段等。B、过程检测控制仪表是指：检测变送器（Meas

4、urement）控制器（Controller）执行器（Control Element）,2、组成,2）过程控制系统组成框图：,3）有关术语：,设定值（Set Point:SP)：被控变量的预定值。测量值（Present Value:PV)：被控变量的当前实际测量值。偏差（Error：E)：被控变量的设定值与当前实际值之差。,五、过程控制系统的特点,1、被控过程（对象）复杂多样：具有非线性、时变、时滞及不确定性等特点，难以获得精确的过程数学模型。2、控制过程多属缓慢过程：具有一定时间常数和时滞，控制并不需在极短时间完成。3、控制方案多种多样：同一被控过程，因受扰动不同，需采用不同的控制方案；同一

5、控制方案可适用于不同的生产过程控制；控制方案适应性强。4、过程控制的常用控制形式为定值控制。5、过程控制实施手段多样性：可以方便地在计算机控制装置上实现；可以方便地在控制室或现场获得仪表的信息；可以直接进行仪表的校验和调整。,六、过程控制系统的分类,按设定值信号的特点，过程控制系统分为：1、定值控制系统：设定值保持不变的反馈控制系统。2、随动控制系统：设定值要变，被控变量随设定值变化而变化，达到新的稳态值。3、程序控制系统：设定值按照一定的程序变化。,七、仪表位号,1、控制系统中，构成一个回路的每一个仪表（或元件）都有自己的仪表位号。2、仪表位号由字母代号组合和回路编号两部分组成。1）字母代号

6、组合中的第一位字母表示被测变量，后续字母表示仪表的功能。2）回路编号中第一位数表示工序号，后续数字（二位或三位）表示顺序号。如TI-101，T表示被测参数是温度；I 表示仪表具有指示功能；101表示第一工序第01个检测回路。,3、几个常用字母代号：F（Flow）：流量，L（Level）：液位P（Pressure）：压力，T（Temperature）：温度W（Weight）：重量,八、过程控制系统的性能指标,1、静态（稳态）与动态（瞬态）：2、系统的过渡过程：3、影响过程控制系统品质的环节：-控制系统结构-被控过程（对象）特性-过程检测、控制、执行仪表4、性能良好的过程控制系统，在受到外来扰动作

7、用或给定值发生变化后，应-稳定（稳定性）-准确（准确性）-快速地回复（或趋近）到给定值上。（快速性）,5、为了评价过程控制系统的品质（稳定性、准确性、快速性），通常采用系统阶跃响应曲线的单项控制指标和综合控制指标（积分性能指标）。,1）单项控制指标,A、系统准确性稳态指标：余差（静态偏差）C-反映系统稳态特性的唯一指标，是系统准确性指标。-指系统过渡过程终了时给定值与被控变量稳态值之差。-一般希望余差为零或不超过预定的范围。,或衰减率：,B、系统稳定性动态指标：衰减比n或衰减率-衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。-衰减比指系统的第一个波的振幅与同方向第二个波的振幅之比。,-对衰减振荡控制系

8、统，n恒大于1。n越小，系统振荡越剧烈，稳定度也越低，反之，n越大，系统稳定度也越高。但，一般控制衰减率在=0.750.9之间。衰减比 n=4：1为评价定值控制系统的指标。衰减比 n=10：1为评价随动控制系统的指标。,C、系统稳定性动态指标：最大动态偏差A或超调量-描述被控变量偏离给定值最大程度的物理量。-最大动态偏差A：被控变量第一个波的峰值与给定值之差。用于描述定值控制系统。-超调量：被控变量第一个波的峰值与系统最终稳态值之差。用于描述随动控制系统。一般，超调量以百分数给出：-最大动态偏差或超调量越大，表示生产过程瞬时偏离设定值越远。,D、系统快速性指标：过渡过程时间ts 或振荡频率-过渡过程时间：控制系统在受到阶跃外作用后，被控变量从原有稳态值达到新的稳态值所需要的时间。-回复时间：在定值控制系统中，指被控变量进入工艺允许的稳态值所需要的时间。-建立时间：在随动控制系统中，指被控变量进入新的稳态值附近5%或3%的范围内所需要的时间。-控制系统一般要求ts愈短愈好。-振荡频率与过渡过程时间成反比，振荡频率越高，过渡过程时间越短。因此，定值控制系统常用振荡频率来衡量控制系统的快慢。,2）综合控制指标（积分性能指标）,九、过程控制系统运行的重要准则,