過程控制工程設計—緒論-(566)

1、1,緒論,機電學院自動化研究所：許素安仰儀南樓310 電話：86914549,2,控制理論與控制工程直接服務于工業(yè)生產過程的工程性技術過程控制概念,課程性質,3,,過程控制：以表征生產過程的參量為被控制量使之接近給定值或保持在給定范圍內的自動控制系統(tǒng)。這里“過程”是指在生產裝置或設備中進行的物質和能量的相互作用和轉換過程。表征過程的主要參量有溫度、壓力、流量、液位、成分、濃度等。通過對過程參量的控制，可使生產過程中產品的產

2、量增加、質量提高和能耗減少。一般的過程控制系統(tǒng)通常采用反饋控制的形式，這是過程控制的主要方式。,4,控制系統(tǒng)的由來,,傳感測量器：液位計+人眼控制器：大腦執(zhí)行機構：手+手動閥,差壓傳感變送器電動調節(jié)器自動調節(jié)閥,,5,液位控制系統(tǒng)的組成與方塊圖,6,自控工程設計學習的原因,進入90年代以來自動化技術發(fā)展很快，是重要的高科技技術。過程控制是自動化技術的重要組成部分。在現(xiàn)代工業(yè)生產過程自動化中電過程控制技術正在為實現(xiàn)各種最優(yōu)的技術經

3、濟指標、提高經濟效益和勞動生產率、節(jié)約能源、改善勞動條件、保護環(huán)境衛(wèi)生等方面起著越來越大的作用。,7,自控工程設計？,自控工程設計是為了實現(xiàn)生產過程的自動化，用圖紙資料和文字資料的形式表達出來的全部工作。,8,自控工程主要學習內容,１. 建立自控系統(tǒng)（設計系統(tǒng)） ①常規(guī)控制 ②計算機控制 根據(jù)工藝要求組成不同自控系統(tǒng)。如采用常規(guī) 儀表、DCS系統(tǒng)或FCS系統(tǒng)的控制系統(tǒng),9,,DCS，即所謂的分布式控制系統(tǒng)，或在有些資料

4、中稱之為集散系統(tǒng)，是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計算機控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎上發(fā)展、演變而來的。在系統(tǒng)功能方面，DCS和集中式控制系統(tǒng)的區(qū)別不大，但在系統(tǒng)功能的實現(xiàn)方法上卻完全不同。 DCS是控制（工程師站）、操作（操作員站）、現(xiàn)場儀表（現(xiàn)場測控站）的3級結構。,10,,FCS:現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System) 　　計算機和網絡技術的飛速發(fā)展，引起了自動化控制系統(tǒng)結構的變革，一種

5、世界上最新型的控 制系統(tǒng)即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System，F(xiàn)CS）在上世紀九十年代走向實用化，并正以迅猛的勢頭快速發(fā)展。把微機處理器轉入現(xiàn)場自控設備，使設備具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，信號傳輸精度高，遠程傳輸。 現(xiàn)場總線是安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內的自動控制 裝置之間的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是目前自動化技術中的一個熱點，正越來越受到國內外自動 化設備

6、制造商與用戶的關注。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，將給自動化領域在過程控制系統(tǒng)上帶來又一次革命，其深度和廣度將超過歷史的任何一次，從而開創(chuàng)自動化 的新紀元。,11,２. 控制系統(tǒng)的實施 ①確定被控變量（受控變量） ②操縱變量：代表現(xiàn)狀、工藝機理、過程特性 ③確定檢測點，選擇測量元件 ④閥特性選取：氣開、氣關、對數(shù)、特性 ⑤控制規(guī)律選取 ⑥各種儀表的選型、氣動、電動I、II、III型 ⑦控制參數(shù)整定及自控系統(tǒng)的投運,自控工程主要

7、學習內容,12,自控工程學習達到的目的,如何根據(jù)控制理論（控制原理），結合過程機理，軟、硬件知識去從事控制系統(tǒng)的分析、設計、運行等工作的學科?！獙崿F(xiàn)控制對象的自動化。 自動化——在被控制的設備上配一些自動化裝置，代替操作人員直接勞動，使生產過程在不同程度上自動進行，這種自動化裝置管理生產的辦法為自動化。,13,自控工程學習達到的目的,1.一般系統(tǒng)（簡單系統(tǒng)）的設計分析，選型， 投運及參數(shù)整定2.復雜系統(tǒng)（車

8、間、工廠級）的分析設計,14,過程控制發(fā)展概述,早期 一千多年前：銅壺滴漏計時器、指南車（中國西漢時期--開環(huán)前饋）、各種天文儀器。十八世紀：風車定向裝置（1750），蒸汽機調速裝置（1784年）30年代 黑箱子時期：憑經驗，配儀表(經典控制理論1代+2代)1948年N. Wiener發(fā)表《控制論》40年代前后(手工階段)：手工操作狀態(tài)，憑經驗人工控制生產過程，勞動生產率很低。,15,,16,過程控制發(fā)展概述,早期 一千多年前：

9、銅壺滴漏計時器、指南車（中國西漢時期--開環(huán)前饋）、各種天文儀器。十八世紀：風車定向裝置（1750），蒸汽機調速裝置（1784年）30年代 黑箱子時期：憑經驗，配儀表(經典控制理論1代+2代)1948年N. Wiener發(fā)表《控制論》40年代前后(手工階段)：手工操作狀態(tài)，憑經驗人工控制生產過程，勞動生產率很低。,17,過程控制發(fā)展概述,50年代前后(儀表化與局部自動化階段)：過程控制發(fā)展的第一個階段，一些工廠企業(yè)實現(xiàn)了儀表化和

10、局部自動化。主要特點：檢測和控制儀表-----采用基地式儀表和部分單元組合儀表(多數(shù)是氣動儀表)；過程控制系統(tǒng)結構------單輸入、單輸出系統(tǒng)；被控參數(shù)------溫度、壓力、流量和液位參數(shù)；控制目的------保持這些參數(shù)的穩(wěn)定，消除或者減少對生產過程的主要擾動；理論-----頻率法和根軌跡法的經典控制理論，解決單輸入單輸出的定值控制系統(tǒng)的分析和綜合問題。,18,基地式儀表,將測量、顯示、控制等各部分集中組裝在一個表殼里，從而形成一

11、個整體，并且可就地安裝的的一類儀表。 　　基地式儀表的特點： 　　（1）綜合與集中：基地式儀表把必要的功能部件全集中在一個儀表之內，只需配上調節(jié)閥便可構成一個調節(jié)系統(tǒng)； 　?。?）基地式儀表系統(tǒng)結構簡單，不需要變送器，使用維護方便、防爆?！　。?）基地式儀表的缺點是功能較簡單，不便于組成復雜的調節(jié)系統(tǒng)，外殼尺寸大，精度稍低。,19,過程控制發(fā)展概述,60年代前后 發(fā)展階段（現(xiàn)代控制理論，第3代）：過程控制發(fā)展的第二個階段，工廠企

12、業(yè)實現(xiàn)車間或大型裝置的集中控制。主要特點：檢測和控制儀表---采用單元組合儀表(氣動、電動)和組裝儀表，計算機控制系統(tǒng)的應用，實現(xiàn)直接數(shù)字控制(DDC)和設定值控制(SPC)；過程控制系統(tǒng)結構---多變量系統(tǒng)，各種復雜控制系統(tǒng)，如串級、比值、均勻、前饋、選擇性控制系統(tǒng)；控制目的---提高控制質量或實現(xiàn)特殊要求；理論-----除經典控制理論，現(xiàn)代控制理論開始應用。,20,單元組合儀表,由若干種具有獨立功能的標準單元組成的一套調節(jié)儀表。它完

13、全適應大型機組和過程控制方面的要求，可以實現(xiàn)多回路的復雜控制（見電動單元組合儀表、氣動單元組合儀表）。,21,19世紀70年代以來(全盤自動化階段)：發(fā)展到現(xiàn)代過程控制的新階段，這是過程控制發(fā)展的第三個階段。主要特點：檢測和控制儀表-----新型儀表、智能化儀表、微型計算機；過程控制系統(tǒng)結構-------由單→多變量系統(tǒng)，由PID控制規(guī)律→特殊控制規(guī)律，由定值控制→最優(yōu)控制、自適應控制，由儀表控制系統(tǒng)→智能化計算機分布式控制系統(tǒng)；理論-

14、----現(xiàn)代控制理論→過程控制領域，如狀態(tài)空間分析，系統(tǒng)辨識與狀態(tài)估計，最優(yōu)濾波與預報。,過程控制發(fā)展概述,22,目前(全盤自動化階段+多級優(yōu)化控制)：集散控制系統(tǒng)-----是集計算機技術、控制技術、通信技術和圖形顯示技術為一體的裝置。系統(tǒng)在結構上是分散的(生產過程是分散系統(tǒng))，但過程控制的監(jiān)視、管理是集中的。優(yōu)點：將計算機分布到車間或裝置。使系統(tǒng)的危險分散，提高了系統(tǒng)的可靠性，能方便靈活地實現(xiàn)各種新型的控制規(guī)律與算法，實現(xiàn)最佳

15、管理。,過程控制發(fā)展概述,23,第一章 緒論,目前(全盤自動化階段+多級優(yōu)化控制)：CIMS (Computer Integrated Manufacturing System) CIPS (Computer Integrated Process System) FCS (Field--bus Control System) 智能控制理論（第4代）：模糊控制、神經網絡控 制、專家控制、遺傳算法、灰色理論,過程控制發(fā)展概