化工過(guò)程控制工程

1、主 講： 孟 華,課程特點(diǎn),課程內(nèi)容涵面廣,自動(dòng)控制原理,檢測(cè)技術(shù),控制儀表及裝置,過(guò)程計(jì)算機(jī)控制,化工過(guò)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(dòng)化例題習(xí)題集 厲玉鳴 化學(xué)工業(yè)出版社工業(yè)過(guò)程儀表與控制 陳詩(shī)濤 輕工業(yè)出版社 自動(dòng)控制原理 李友善 國(guó)防工業(yè)出版社 化工測(cè)量?jī)x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(jī)械工業(yè)出版社化工過(guò)程控制工程 王驥程 化學(xué)工業(yè)出版社過(guò)程控制工程

3、 邵裕森 機(jī)械工業(yè)出版社計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng) 劉寶坤 機(jī)械工業(yè)出版社過(guò)程計(jì)算機(jī)控制 王錦標(biāo) 清華大學(xué)出版社,參考文獻(xiàn),第一章,過(guò)程控制系統(tǒng)基本概念,過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r及特點(diǎn),生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制,自動(dòng)控制技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化中起著十分重要的作用，自動(dòng)控制水平的高低也是衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)先進(jìn)與

4、否的重要標(biāo)志之一。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，其重要作用也越來(lái)越顯著。,生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制（簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)程控制）是自動(dòng)控制技術(shù)在石油、化工、電力、冶金、機(jī)械、輕工、紡織等生產(chǎn)過(guò)程的具體應(yīng)用，是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。,過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r及特點(diǎn),過(guò)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(cè)儀表用于生產(chǎn)過(guò)程。20世紀(jì)40年代末～50年代過(guò)程控制系統(tǒng)：多為單輸入、單輸出簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)

5、自動(dòng)化儀表：采用的是基地式儀表和部分單元組合儀表（氣動(dòng)Ⅰ 型和電動(dòng)Ⅰ型）；控制理論：以反饋為中心的經(jīng)典控制理論,過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r及特點(diǎn),20世紀(jì)60年代：過(guò)程控制系統(tǒng)：串級(jí)、比值、均勻、前饋和選擇性等多種復(fù)雜控制系統(tǒng)。自動(dòng)化儀表：?jiǎn)卧M合儀表（氣動(dòng)Ⅱ型和電動(dòng)Ⅱ型）成為主流產(chǎn)品。60年代后期，出現(xiàn)了專(zhuān)門(mén)用于過(guò)程控制的小型計(jì)算機(jī)，直接數(shù)字控制系統(tǒng)和監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)始應(yīng)用于過(guò)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(dòng)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(zhuān)家系統(tǒng)控制、模式識(shí)別技術(shù),20世紀(jì)70～80年代,過(guò)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(dòng)化儀表：氣動(dòng)Ⅲ型和電動(dòng)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(jī)、和數(shù)字控制器等，已成為控制裝置的主流。,過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r及特點(diǎn),過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r及特點(diǎn),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(guò)程控制系統(tǒng)：管控一體化現(xiàn)場(chǎng)，綜合自動(dòng)化是當(dāng)今生產(chǎn)過(guò)程控制的發(fā)展方向。,自動(dòng)化儀表：總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，引起過(guò)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(chǎng)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(guò)程控制

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

9、航天飛機(jī)）自動(dòng)關(guān)機(jī)、點(diǎn)火系統(tǒng)軍事方面： 火炮自動(dòng)點(diǎn)火、巡航導(dǎo)彈其他方面：農(nóng)業(yè)（病蟲(chóng)害防治、專(zhuān)家系統(tǒng)） 社會(huì)科學(xué)（計(jì)劃生育，人口增長(zhǎng)模型）現(xiàn)代管理：辦公自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)：自動(dòng)車(chē)床、加熱爐、發(fā)酵罐,過(guò)程控制的主要內(nèi)容,自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 利用各種檢測(cè)儀表對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、指示或記錄自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)信號(hào)系統(tǒng)：當(dāng)工藝參數(shù)超出要求范圍，自動(dòng)發(fā)出聲光信號(hào)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)：達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)，打開(kāi)安全閥或切斷

10、某些通路， 必要時(shí)緊急停車(chē),,,自動(dòng)操縱及自動(dòng)開(kāi)停車(chē)系統(tǒng)自動(dòng)操縱系統(tǒng)：根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某 種周期性操作自動(dòng)開(kāi)停車(chē)系統(tǒng)：按預(yù)先規(guī)定好的步驟將生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)的投入 運(yùn)行或自動(dòng)停車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)： 利用自動(dòng)控制裝置對(duì)生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，使他們?cè)谑艿酵饨鐢_動(dòng)的影響而偏離正常狀態(tài)時(shí)

11、，能自動(dòng)的回到規(guī)定范圍。,過(guò)程控制的主要內(nèi)容,過(guò)程控制系統(tǒng)的組成,過(guò)程控制系統(tǒng),,檢測(cè)元件（裝置）,控制器,執(zhí)行器（裝置）,檢測(cè)被控制的物理量,將設(shè)定值與測(cè)量信號(hào)進(jìn)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(jìn)行計(jì)算并將計(jì)算結(jié)果作為控制信號(hào)送給執(zhí)行裝置,作用是接受控制器的控制信號(hào)，直接推動(dòng)被控對(duì)象，使被控變量發(fā)生變化,過(guò)程控制系統(tǒng)的兩種表示形式,方框圖,方框、信號(hào)線、比較點(diǎn)、引出點(diǎn),組成,控制系統(tǒng)或系統(tǒng)中每個(gè)環(huán)節(jié)的功能

12、和信號(hào)流向的圖解表示,,帶有輸入輸出信號(hào)的方框 比較點(diǎn) 分支點(diǎn),繪制方框圖注意事項(xiàng),過(guò)程控制系統(tǒng)的兩種表示形式,,通過(guò)測(cè)量變送裝置將被控變量的測(cè)量值送回到系統(tǒng)的輸入端,反饋,負(fù)反饋,正反饋,,,過(guò)程控制系統(tǒng)的兩種表示形式,連接線,,通用的儀表信號(hào)線和能源線的符號(hào)是細(xì)實(shí)線。連接線表示相連及交叉時(shí)，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(dòng)方向時(shí)，應(yīng)在信號(hào)線

13、符號(hào)上加箭頭,如圖(c)所示。,(a) (b) (c),過(guò)程控制系統(tǒng)的主要類(lèi)型,閉環(huán)控制系統(tǒng),指控制器與被控對(duì)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(diǎn)：,不管任何擾動(dòng)引起被控變量偏離設(shè)定值，都會(huì)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(diǎn)：,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(shí)，控制作用對(duì)擾動(dòng)的克服

14、不及時(shí)，從而使其控制質(zhì)量大大降低。,過(guò)程控制系統(tǒng)的主要類(lèi)型,閉環(huán)控制系統(tǒng)分類(lèi),根據(jù)設(shè)定值分為定值控制系統(tǒng)，隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。,定值控制系統(tǒng),特點(diǎn)：設(shè)定值是固定不變的閉環(huán)控制系統(tǒng)稱(chēng)為定值控制系統(tǒng)。,作用：克服擾動(dòng)的影響，使被控變量保持在工藝要求的數(shù)值上,過(guò)程控制系統(tǒng)的主要類(lèi)型,隨動(dòng)控制系統(tǒng),特點(diǎn)：設(shè)定值是一個(gè)未知的變化量的閉環(huán)控制系統(tǒng)稱(chēng)為隨動(dòng)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(dòng)平衡電位差計(jì)的方框圖,過(guò)程控制

15、系統(tǒng)的主要類(lèi)型,程序控制系統(tǒng),特點(diǎn)：設(shè)定值是變化的，且按一定時(shí)間程序變化的時(shí)間函數(shù),程序控制系統(tǒng)可以看成是隨動(dòng)控制系統(tǒng)的特殊情況，其分析研究方法與隨動(dòng)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(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及要求,常見(jiàn)典型信號(hào),階躍信號(hào)、斜坡信號(hào)、脈沖信號(hào)、加速度信號(hào)和正弦信號(hào)等。,階躍信號(hào),,,數(shù)學(xué)表達(dá)式為：,當(dāng)A=1時(shí)稱(chēng)為單位階躍信號(hào)。,特 點(diǎn),易產(chǎn)生對(duì)系統(tǒng)輸出影響大便于分析和計(jì)算,在階躍信號(hào)作用下，