化工過程控制工程

1、主 講： 孟 華,課程特點,課程內(nèi)容涵面廣,自動控制原理,檢測技術(shù),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(tǒng),內(nèi)容以敘述性為主，理論推導(dǎo)較少,化工儀表及自動化例題習(xí)題集 厲玉鳴 化學(xué)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(xué)工業(yè)出版社控制儀表及裝置 吳勤勤 化學(xué)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(xué)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(tǒng) 劉寶坤 機械工業(yè)出版社過程計算機控制 王錦標(biāo) 清華大學(xué)出版社,參考文獻,第一章,過程控制系統(tǒng)基本概念,過程控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r及特點,生產(chǎn)過程自動控制,自動控制技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)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(xué)技術(shù)先進與

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

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(jīng)典控制理論,過程控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r及特點,20世紀(jì)60年代：過程控制系統(tǒng)：串級、比值、均勻、前饋和選擇性等多種復(fù)雜控制系統(tǒng)。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(chǎn)品。60年代后期，出現(xiàn)了專門用于過程控制的小型計算機，直接數(shù)字控制系統(tǒng)和監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)開始應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域?？刂评碚摚?/p>

6、出現(xiàn)了以狀態(tài)空間方法為基礎(chǔ)，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(xiàn)代控制理論,傳統(tǒng)的單輸入單輸出系統(tǒng)發(fā)展到多輸入多輸出系統(tǒng)領(lǐng)域。,控制理論：形成了大系統(tǒng)理論和智能控制理論。模糊控制、專家系統(tǒng)控制、模式識別技術(shù),20世紀(jì)70～80年代,過程控制系統(tǒng)：最優(yōu)控制、非線性分布式參數(shù)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(gòu)成單元的智能控制裝置。集散控制系統(tǒng)

7、（DCS）、可編程邏輯控制器 (PLC) 、工業(yè)PC機、和數(shù)字控制器等，已成為控制裝置的主流。,過程控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r及特點,過程控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r及特點,控制理論：人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,20世紀(jì)90年代至今：信息技術(shù)飛速發(fā)展,過程控制系統(tǒng)：管控一體化現(xiàn)場，綜合自動化是當(dāng)今生產(chǎn)過程控制的發(fā)展方向。,自動化儀表：總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，引起過程控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)上的重大變革?，F(xiàn)場儀表的數(shù)字化和智能化，形成了真正意義上的全數(shù)字過程控制

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

9、航天飛機）自動關(guān)機、點火系統(tǒng)軍事方面： 火炮自動點火、巡航導(dǎo)彈其他方面：農(nóng)業(yè)（病蟲害防治、專家系統(tǒng)） 社會科學(xué)（計劃生育，人口增長模型）現(xiàn)代管理：辦公自動化工業(yè)生產(chǎn)：自動車床、加熱爐、發(fā)酵罐,過程控制的主要內(nèi)容,自動檢測系統(tǒng) 利用各種檢測儀表對工藝參數(shù)進行測量、指示或記錄自動信號和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)自動信號系統(tǒng)：當(dāng)工藝參數(shù)超出要求范圍，自動發(fā)出聲光信號聯(lián)鎖保護系統(tǒng)：達(dá)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(tǒng)自動操縱系統(tǒng)：根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動地對生產(chǎn)設(shè)備進行某 種周期性操作自動開停車系統(tǒng)：按預(yù)先規(guī)定好的步驟將生產(chǎn)過程自動的投入 運行或自動停車自動控制系統(tǒng)： 利用自動控制裝置對生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)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(nèi)容,過程控制系統(tǒng)的組成,過程控制系統(tǒng),,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(shè)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(yù)先選定的控制規(guī)律進行計算并將計算結(jié)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(tǒng)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(tǒng)或系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的輸入端,反饋,負(fù)反饋,正反饋,,,過程控制系統(tǒng)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(xì)實線。連接線表示相連及交叉時，可采用圖（a）（b）形式。在復(fù)雜系統(tǒng)中，當(dāng)有必要表明信息流動方向時，應(yīng)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(tǒng)的主要類型,閉環(huán)控制系統(tǒng),指控制器與被控對象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系的控制系統(tǒng)。,閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點：,不管任何擾動引起被控變量偏離設(shè)定值，都會產(chǎn)生控制作用去克服被控變量與設(shè)定值的偏差。,閉環(huán)控制系統(tǒng)的缺點：,由于閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制作用只有在偏差出現(xiàn)后才產(chǎn)生，當(dāng)系統(tǒng)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(zhì)量大大降低。,過程控制系統(tǒng)的主要類型,閉環(huán)控制系統(tǒng)分類,根據(jù)設(shè)定值分為定值控制系統(tǒng)，隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。,定值控制系統(tǒng),特點：設(shè)定值是固定不變的閉環(huán)控制系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。,作用：克服擾動的影響，使被控變量保持在工藝要求的數(shù)值上,過程控制系統(tǒng)的主要類型,隨動控制系統(tǒng),特點：設(shè)定值是一個未知的變化量的閉環(huán)控制系統(tǒng)稱為隨動控制系統(tǒng)。,作用：以一定的精度跟隨設(shè)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(tǒng)的主要類型,程序控制系統(tǒng),特點：設(shè)定值是變化的，且按一定時間程序變化的時間函數(shù),程序控制系統(tǒng)可以看成是隨動控制系統(tǒng)的特殊情況，其分析研究方法與隨動控制系統(tǒng)相同。,作用：以一定的精度跟隨設(shè)定值的變化而變化,過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)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(shù)學(xué)表達(dá)式為：,當(dāng)A=1時稱為單位階躍信號。,特 點,易產(chǎn)生對系統(tǒng)輸出影響大便于分析和計算,在階躍信號作用下，