ZXQ过程控制.ppt
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过程控制与现场总线技术主讲:
郑小倩主讲:
郑小倩E-mailE-mail:
zxq_zxq_贵州师范大学机电学院贵州师范大学机电学院过程控制与现场总线技术过程控制与现场总线技术过程控制过程控制第一部分第一部分教材:
教材:
过程控制系统及装置过程控制系统及装置何离庆何离庆重庆大学出版社重庆大学出版社11过程控制系统过程控制系统郭一楠郭一楠机械工业出版社机械工业出版社22自动化仪表与过程控制自动化仪表与过程控制(第三版第三版)施仁施仁电子工业出版社电子工业出版社33工业过程检测与控制工业过程检测与控制孟华孟华北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社44过程控制与仪表过程控制与仪表邵裕森邵裕森上海交通大学出版社上海交通大学出版社5.5.控制仪表及装置控制仪表及装置吴勤勤吴勤勤化工出版社化工出版社6.6.化工仪表及自动化化工仪表及自动化历玉鸣历玉鸣化工出版社化工出版社参考书:
参考书:
(一一)掌掌握握常常见见变变送送器器、运运算算器器、控控制制器器、执执行行器器的的结结构构、组组成成、工工作作原原理理、特特性性以以及及在在实际应用中的主要问题。
实际应用中的主要问题。
(二二)掌掌握握简简单单控控制制系系统统的的原原理理及及应应用用,理理解解其它复杂控制系统的原理及应用。
其它复杂控制系统的原理及应用。
(三三)掌握过程控制系统的设计原则、思路。
掌握过程控制系统的设计原则、思路。
教学要求:
教学要求:
第一章第一章绪绪论论1.1过程控制及其特点过程控制及其特点1.2过程控制系统的发展过程控制系统的发展1.3过程控制系统的组成及分类过程控制系统的组成及分类1.4过程控制系统的性能指标过程控制系统的性能指标1.1过程控制系统及其特点1.过程控制过程控制是对生产过程中的有关参数进行是对生产过程中的有关参数进行控制,使其保持为一定值或按一定规控制,使其保持为一定值或按一定规律变化,在保证质量和生产安全的前律变化,在保证质量和生产安全的前提下,使生产自动进行下去。
提下,使生产自动进行下去。
n有关参数:
温度、流量、压力、液位、有关参数:
温度、流量、压力、液位、成分和物性成分和物性重要2.过程控制的特点:
过程控制的特点:
对象复杂多样对象复杂多样生产过程多种多样,存在各种物理生产过程多种多样,存在各种物理变化,化学反应,能量转换,状态改变,变化,化学反应,能量转换,状态改变,对象的特性多种多样(滞后,惯性,参对象的特性多种多样(滞后,惯性,参数相互影响)。
数相互影响)。
对象存在滞后对象存在滞后当流入(流出)对象的质量或当流入(流出)对象的质量或能量发生变化时,由于存在容量、能量发生变化时,由于存在容量、惯性和阻力,被控参数不可能立即惯性和阻力,被控参数不可能立即产生响应,这种现象称为产生响应,这种现象称为滞后滞后。
滞后导致信号相应时间推迟,滞后导致信号相应时间推迟,输入与输出之间产生相移,容易引输入与输出之间产生相移,容易引起振荡,不利于自动控制。
起振荡,不利于自动控制。
对象特性具有非线性对象特性具有非线性绝大多数对象的特性都具有非绝大多数对象的特性都具有非线性(随负荷变化而变化)。
负荷线性(随负荷变化而变化)。
负荷变化,对象特性不同,把非线性系变化,对象特性不同,把非线性系统按照线性系统处理有一定前提。
统按照线性系统处理有一定前提。
控制系统复杂控制系统复杂要求生产过程平稳,不振荡;要求生产过程平稳,不振荡;但对象特性多变,从而导致控制系但对象特性多变,从而导致控制系统结构、参数的复杂性。
统结构、参数的复杂性。
1.21.2过程控制系统的发展概括过程控制系统的发展概括生产过程自动化的发展,分为三个阶段生产过程自动化的发展,分为三个阶段仪表自动化阶段仪表自动化阶段n20世纪世纪40年代,基地式仪表,就地控制。
年代,基地式仪表,就地控制。
特点:
特点:
不同设备或同一设备中的不同控制系统之间没有不同设备或同一设备中的不同控制系统之间没有或很少有联系或很少有联系对象:
对象:
对参数的定值控制对参数的定值控制n20世纪世纪60年代,年代,DDZ(电动单元组合仪表),电动单元组合仪表),QDZ(气动单元组合仪表),集中监控集中操作,气动单元组合仪表),集中监控集中操作,实现工厂仪表化,局部自动化。
实现工厂仪表化,局部自动化。
理论:
理论:
经典控制经典控制理论(理论(频率法和根轨迹法)频率法和根轨迹法),对象:
对象:
单输入单输单输入单输出定值控制系统。
特点:
各控制系统间互不关联出定值控制系统。
特点:
各控制系统间互不关联或关联甚少,控制品质有较大提高。
或关联甚少,控制品质有较大提高。
计算机控制阶段计算机控制阶段n20世纪世纪70年代,采用年代,采用计算机直接数字控制计算机直接数字控制(DDC)与与计算机监控计算机监控(SCC)。
)。
集散控制系统集散控制系统(DCS),),具有控制分散,操作管理具有控制分散,操作管理集中的优势,发展较快。
它集中了计算机、控制、通信、集中的优势,发展较快。
它集中了计算机、控制、通信、图形显示技术。
图形显示技术。
n控制结构:
控制结构:
前馈,串级,比值,均匀,选择性控制。
前馈,串级,比值,均匀,选择性控制。
n理论:
理论:
除采用经典控制理论外,现代控制理论开始得到除采用经典控制理论外,现代控制理论开始得到应用应用n控制方法:
控制方法:
最优控制、推理控制、预测控制、自适应控最优控制、推理控制、预测控制、自适应控制等制等n控制系统:
控制系统:
由单变量控制系统转向多变量控制系统。
由单变量控制系统转向多变量控制系统。
20世纪世纪90年代,过程控制进入年代,过程控制进入综合自动综合自动化阶段化阶段,出现,出现现场总线控制技术现场总线控制技术,计算机控制,计算机控制达到新的层次,出现达到新的层次,出现智能控制理论智能控制理论,将,将人工智人工智能、控制理论和运筹学能、控制理论和运筹学组合,采用了组合,采用了模糊技术、模糊技术、神经网络和专家系统神经网络和专家系统。
综合自动化系统包括生产计划和调度操作综合自动化系统包括生产计划和调度操作优化,基层控制和先进控制等内容的递阶控制优化,基层控制和先进控制等内容的递阶控制系统,也称为系统,也称为管理控制一体化的系统,称为计管理控制一体化的系统,称为计算机集成过程系统算机集成过程系统CIPS。
综合自动化阶段综合自动化阶段1.31.3过程控制系统的组成及分类过程控制系统的组成及分类n锅炉控制锅炉控制n过程控制系统方框图过程控制系统方框图1.3.11.3.1过程控制系统的组成过程控制系统的组成被控对象:
被控对象:
被控制的生产设备或装置。
需被控制的生产设备或装置。
需要进行自动控制的参数称为被控量。
要进行自动控制的参数称为被控量。
传感器和变送器:
传感器和变送器:
实现信号的检测。
实现信号的检测。
控制器(调节器):
控制器(调节器):
接收传感器或变送器的接收传感器或变送器的输入信号,按照事先所设定的控制规律产生控制输输入信号,按照事先所设定的控制规律产生控制输出。
出。
扰动:
扰动:
使得被控量发生变化的作用。
使得被控量发生变化的作用。
内扰:
内扰:
控制通道内,控制阀不动作的情况下,由于通控制通道内,控制阀不动作的情况下,由于通道内质量或能量变化造成的扰动。
(给水压力变化)道内质量或能量变化造成的扰动。
(给水压力变化)外扰:
外扰:
其它来自外部的影响统称(蒸汽负荷变化)其它来自外部的影响统称(蒸汽负荷变化)设定值设定值r,被控量测量值被控量测量值z,偏差偏差erz。
注意:
仪表行业规定注意:
仪表行业规定ezr。
执行器执行器接收控制器的控制信号,转换为一个动接收控制器的控制信号,转换为一个动作,推动控制阀去控制被控对象。
作,推动控制阀去控制被控对象。
分为分为电动、气动电动、气动两大类。
两大类。
控制阀控制阀调节流体流量,改变对象的被控参数调节流体流量,改变对象的被控参数。
另需备另需备一套手动控制回路,和显示通信一套手动控制回路,和显示通信联锁以及自动保护回路联锁以及自动保护回路复习相关概念复习相关概念n开环控制开环控制n反馈反馈n反馈控制反馈控制n闭环控制闭环控制1.3.21.3.2过程控制系统的分类过程控制系统的分类n按照按照控制参数控制参数分:
温度,压力分:
温度,压力n按照按照信号类型信号类型分:
模拟,数字分:
模拟,数字n按照按照设备设备:
仪表控制,计算机控制(:
仪表控制,计算机控制(DDC,DCS,现场总线)现场总线)n按照按照功能功能:
串级,均匀,自适应:
串级,均匀,自适应n按照按照控制动作规律控制动作规律:
比例控制,积分微分:
比例控制,积分微分n按照按照组成回路组成回路:
单回路,多回路,开环,闭环:
单回路,多回路,开环,闭环。
n按照设定值的形式不同按照设定值的形式不同分类分类定值控制系统定值控制系统在生产过程中,在生产过程中,设定值是固定不变的设定值是固定不变的,被控量,被控量保持在规定的小范围内变化保持在规定的小范围内变化随动控制系统随动控制系统在生产过程中,被控量是变化的,即控制系统在生产过程中,被控量是变化的,即控制系统的的设定值不是定值设定值不是定值,而是,而是无规律变化无规律变化的,自动的,自动控制的目的在于使被控量准确而及时地跟随设控制的目的在于使被控量准确而及时地跟随设定值的变化。
定值的变化。
程序控制系统程序控制系统设定值设定值按生产工艺的要求按生产工艺的要求有规律的变有规律的变化,自动化,自动控制的目的是使被控量按规定的程序自动进行控制的目的是使被控量按规定的程序自动进行1.41.4过程控制系统的性能指标过程控制系统的性能指标n静态:
静态:
被控制量被控制量不随时间变化不随时间变化,系统处于,系统处于平衡平衡状态。
状态。
n动态:
动态:
被控制量被控制量随时间而变化随时间而变化,系统,系统未处于未处于平平衡状态。
衡状态。
n改变设定值改变设定值或或有干扰进入系统有干扰进入系统,原来的平衡状,原来的平衡状态就被破坏,被控量偏离设定值,控制器即按态就被破坏,被控量偏离设定值,控制器即按所设定的算法运算并发出控制命令,使控制阀所设定的算法运算并发出控制命令,使控制阀产生相应动作,改变操纵量的大小,使被控量产生相应动作,改变操纵量的大小,使被控量逐渐回到设定值,直到恢复平衡为止。
逐渐回到设定值,直到恢复平衡为止。
1.41.4过程控制系统的性能指标过程控制系统的性能指标n控制过程控制过程就是消除干扰的过程就是消除干扰的过程n控制系统的控制系统的优劣优劣就在于它受到扰动后能就在于它受到扰动后能否在控制器的作用下稳定下来,即克服否在控制器的作用下稳定下来,即克服扰动造成的偏差而回到设定值的扰动造成的偏差而回到设定值的准确性准确性和和快速性快速性n从扰动开始,由于控制器的作用,在系从扰动开始,由于控制器的作用,在系统达到平衡之前,存在一个统达到平衡之前,存在一个过渡过程过渡过程。
1.41.4过程控制系统的性能指标过程控制系统的性能指标a:
等幅振荡等幅振荡b:
发散振荡发散振荡c:
衰减振荡衰减振荡d:
非周期振荡非周期振荡典型过渡过程曲线:
典型过渡过程曲线:
控制系统是否稳定、准确而快速地达到控制系统是否稳定、准确而快速地达到平衡状态,通常采用以下几个指标来衡量:
平衡状态,通常采用以下几个指标来衡量:
1.41.4过程控制系统的性能指标过程控制系统的性能指标n递减比递减比nnn最大动态偏差最大动态偏差n调节时间调节时间n静态偏差静态偏差n性能准则性能准则nB1/B2或或n=A1/A2,4:
1较好较好B1、B2为第一、二周期的振幅,为第一、二周期的振幅,A1、A2为第一、二周期的可用面积。
为第一、二周期的可用面积。
递减率递减率:
=(B1-B2)/B1=(B1-B2)/B1反映了控制系统的稳定快慢程度反映了控制系统的稳定快慢程度1.4.11.4.1递减比递减比nn1.4.11.4.1递减比递减比nn1.4.21.4.2最大动态偏差最大动态偏差扰动发生后,被控量偏离稳定值(或扰动发生后,被控量偏离稳定值(或设定值)的最大偏差,称为设
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- 关 键 词:
- ZXQ 过程 控制