过程控制系统与装置1
过程控制系统 第1章
1.1控制理论与过程控制系统的发展状况（续）
1970年左右起，为了解决大规模复杂系统的 优化与控制问题，现代控制理论和系统理论相 结合，逐步发展形成了大系统理论 （Mohammad，1983）。
核心思想是系统的分解与协调，多级递阶优化与
控制（Mesarovie，1970）正是应用大系统理论的 典范。 大系统理论仍未突破现代控制理论的基本思想与 框架，除了高维线性系统之外，它对其它复杂系 统仍然束手无策。
③操纵变量：受控制器操 纵的用以克服干扰的影 响，使被控变量保持设 定值的物料量或能量 （流过控制阀介质的流 量）。 ④扰动：除操纵变量外， 作用于被控过程并引起 被控变量变化的因素 （使被控变量偏离
图7-4 锅炉汽包水位控制
操纵变量：水的流量 扰动：水压力、蒸汽压力
⑤设定值：工艺参数 所要求保持的数值 ⑥偏差：被控变量设 定值与实际值之差
蒸汽 汽 包
给水
操作人员所进行的工作有三方面:
①检测
用眼睛观察玻璃管液位计液位的高 低,并通过神经系统告诉大脑. 大脑根据眼睛看到的液位高度 , 加以思考分析 , 然后根据操作经 验,经思考决策后发出命令。 根据大脑发出的命令 , 通过双手去 改变阀门开度.
②运算、命令 ③执行
2 自动控制
自动化装置的三个部分分别是 ： ①测量元件与变送器
控制变压器活动触点的位 置即改变了输入电压，则 通过电阻丝的电流将产生 变化，使恒温箱得到不同 的温度。 被控变量是恒温箱的温度， 经热电偶测量并与设定值 比较后，其偏差经过放大 器放大，控制电动机的转 向，然后经过传动装置， 移动变压器的活动触点位 置。结果使偏差减少，直 到温度达到给定值为止。
随动控制系统
1.2.4 控制系统的分类
过程控制系统 (2)
过程控制系统简介过程控制系统（Process Control System）是一种用于监控和控制生产过程的系统。
它由多个硬件设备和软件组成，能够实时监测各种传感器和执行器的状态，并根据设定的规则和算法进行自动控制。
过程控制系统广泛应用于工业生产、能源管理、环境监测等领域，能够提高生产效率、降低能源消耗、提升产品质量和安全性。
架构过程控制系统通常由以下几个组件构成：1. 传感器传感器是过程控制系统的输入设备，用于实时监测和采集生产过程中的各种数据。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等。
这些传感器将检测到的数据传输给控制系统进行处理和分析。
2. 执行器执行器是过程控制系统的输出设备，用于根据系统的控制策略执行操作。
例如，根据温度传感器的数据，过程控制系统可以控制执行器来调节加热或冷却设备的操作，以维持所需的温度。
3. 控制器控制器是过程控制系统的核心组件，负责接收传感器数据、计算控制策略，并通过执行器来实现控制。
控制器可以是硬件控制器，如可编程逻辑控制器（PLC），也可以是软件控制器，如基于计算机的控制系统。
4. 监视界面监视界面是过程控制系统的用户界面，用于显示实时数据、报警信息和操作状态，方便操作人员进行监控和操作。
监视界面通常具有图形化界面，方便用户进行数据浏览、参数调整和报表生成等操作。
5. 数据存储与分析过程控制系统还需要具备数据存储和分析功能，以便后续的监测和分析。
数据存储可以使用数据库或云存储等方式，分析可以使用数据挖掘、统计学等方法，以提供对生产过程的优化建议。
工作原理过程控制系统的工作原理可分为以下几个步骤：1.传感器实时采集生产过程中的数据，如温度、压力、流量等。
2.数据被传输到控制器，控制器将采集到的数据与设定的控制规则进行比较，并计算出相应的控制量。
3.控制器通过执行器来实现控制操作，例如调节温度、打开或关闭阀门等。
4.控制器还会将数据传输到监视界面，以便操作人员实时监测生产过程，并及时处理异常情况。
过程控制装置
一般来说，改变调节阀阀芯与阀座间的流通截面积，便可控制 流量。但实际上当阀的流通面积变化时，阀两端压差也发生变 化，这又导致流量的改变。因此为方便起见，将流量特性分为 理想流量特性和实际的工作流量特性。
调节阀的可调比：就是调节阀能够控制的最大流量 与最小流量之比，也称为可调范围，即
R
qv max
1 调节阀的理想流量特性
理想流量特性是指调节阀前后压差一定时的流 量特性，它是调节阀的固有特性，由阀芯的形状所 决定。根据阀芯形状不同，主要有直线、等百分比 (对数)、抛物线及快开等四种理想流量特性。
●直线流量特性 当调节
阀的相对流量与相对开度成 直线关系，即阀杆单位行程 变化所引起的流量变化为常 数时，称阀具有直线流量特 性。即：
阀位％ 相对流量%
流量变化量%
10 13.0 9.7 74.6
50 51.7 9.6 18.5
80 80.6 9.8 12.1
相对变化％
由此可见，虽然相同的阀杆行程引起的 流量变化绝对值相同，但引起的流量变化的 相对值是不同的。在流量小时，流量变化的 相对值大；而流量大时，流量变化的相对值 小。也即当阀门开度小时调节作用太强，易 使系统产生振荡；而当阀门开度大时调节作 用又太弱，调节不灵敏、不及时。因此具有 直线流量特性的调节阀不宜用于负荷变化较 大的场合。
Hale Waihona Puke 三 调节机构(调节阀)调节机构习惯上称为调节阀，是执行器的调节部分，是 一个可变阻力的节流元件。通过阀芯在阀体内的移动，改变 了阀芯与阀座之间的流通面积，从而改变了被调介质的流量， 达到自动调节工艺参数的目的。 调节阀有正作用和反作用两种。当阀芯向下位移时，阀 芯与阀座之间的流通截面积减少时，称为正作用式或正装； 反之，则称为反作用式或反装。对于阀芯直径DN＜
过程控制系统第二版课后答案
过程控制系统第二版课后答案【篇一：过程控制系统与仪表课后习题答案完整版】>1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。
组成：参照图1-1。
1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？解答：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（p）控制、比例积分（pi）控制，比例、积分、微分（pid）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。
通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统?解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。
被控对象的动态特性：。
系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。
过程控制系统第1章-过程控制系统概述课件
2.自动化仪表的发展
自动化仪表是一种“信息机器”，其主要功能是信息形式的转换 和表达，将输入信号转换成输出信号。信号可以按时间域或频 率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字 量形式。自动化仪表的发展一直适应着工业的需要，经历了自 力式、基地式、单元组合式、智能式和总线式几个发展阶段。 按照工作能源的不同，单元组合仪表还可分为电动单元组合仪 表(DDZ)和气动单元组合仪表(QDZ)两大类，它们都经历了Ⅰ型、 Ⅱ型、Ⅲ型3个阶段。智能仪表就是在普通的模拟仪表基础上增 加微处理器电路而形成的仪表。这里所谓的“智能”，是指现场 仪表具有普通模拟仪表拥有的信号变换、补偿、驱动等常规功 能以外，还具有一定的拟人智能的特性或功能，例如自适应、 自学习、自校正、自诊断和自组织等。
6
1.传递函数
图1-13 环节的输入-输出关系
31
2.框图变换 (1)框图的基本元素 (2)框图运算法则 (3)复杂框图的化简及应用
32
2.框图变换
图1-14 简单控制系统框图
33
(1)框图的基本元素 构成控制系统框图的基本元素包括信息、分支点、汇合点和 环节。 1)信息 2)分支点 3)汇合点 4)环节
4
1.控制理论的发展
自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学，它的发展 初期是以反馈理论为基础的自动调节原理。根据自动控制技术 发展的不同阶段，自动控制理论相应经历了从经典控制理论、 现代控制理论，到控制论、信息论、系统论等学科交叉的若干 发展阶段。 经典控制理论是指在20世纪40年代到50年代末期所形成的理论 体系，它主要是研究单输入单输出(SISO)线性定常系统的分析 和设计，其理论基础是描述系统输入-输出关系的传递函数，解 决SISO系统的稳定性问题。
过程控制系统范文
过程控制系统范文过程控制系统是一个广泛应用于工业生产中的自动化系统。
它通过监控、调节和控制工艺过程中的各种参数和变量，实现对工艺过程的自动化控制。
过程控制系统在工业生产中起到了至关重要的作用，对于提高生产效率、保障产品质量、降低生产成本具有重要的意义。
过程控制系统通常由以下几个主要组成部分构成：传感器与执行器、控制器、人机界面和通信网络。
其中，传感器与执行器用于监测、采集和控制工艺过程中的各种参数和变量，控制器用于对传感器和执行器进行控制和调节，人机界面用于显示和操作控制系统的相关信息，通信网络用于实现各个组成部分之间的数据传输和通讯。
过程控制系统的工作过程通常包括三个阶段：测量与采集、控制与调节、显示与记录。
在测量与采集阶段，传感器通过测量和采集工艺过程中的各种参数和变量，将其转换为电信号，并传送给控制器进行处理。
在控制与调节阶段，控制器根据测量与采集的数据进行计算和判断，并通过输出控制信号，控制执行器对工艺过程进行调节和控制。
在显示与记录阶段，人机界面将控制系统的运行状态、参数和变量信息进行显示和记录，供操作人员进行观察和分析，以及进行实时的监控和控制。
1.自动化控制：过程控制系统能够实现对工艺过程的自动化调节和控制，减少人工干预，提高生产效率和产品质量。
2.实时监控：过程控制系统能够实时监测工艺过程中的各种参数和变量，并及时采取相应的措施进行调整和控制，以保证工艺过程的稳定性和可靠性。
3.精确度高：过程控制系统具有高精度的测量、控制和调节能力，能够对工艺过程中的各种参数和变量进行准确的测量和控制，提高产品质量和生产效率。
4.灵活性强：过程控制系统能够根据不同的工艺要求和生产需求进行灵活的设置和调整，以适应不同产品的生产过程的变化和调整。
过程控制系统的应用广泛，在各个工业领域都有所涉及。
例如，石油化工、电力、冶金、制药、食品等行业都需要使用过程控制系统进行生产过程的监控和控制。
过程控制系统还广泛应用于环境保护和安全监测领域，用于监测和控制大气污染、废水处理、排放浓度等环境因素，以实现对环境的保护和管理。
换热器温度控制系统的设计过程控制系统与装置课程设计(论文)--大学毕业设计论文
过程控制系统与装置课程设计（论文）题目：换热器温度控制系统的设计课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：测控技术与仪器学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目换热器温度控制系统的设计课程设计（论文）任务在某生产过程中，冷物料通过热交换器用热水（工业废水）和蒸汽对进行加热，工艺要求出口温度为140±2℃。
当用热水加热不能满足出口温要求时，则在同时使用蒸气加热，试设计换热器温度控制系统。
1.技术要求:测量范围：0-180℃控制温度：140±2℃最大偏差：5℃；2.说明书要求:确定控制方案并绘制原理结构图、方框图；选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号；确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式；若设计由计算机实现的数字控制系统应给出系统硬件电气连接图及序流程图；编写设计说明书。
指导教师评语及成绩成绩：指导教师签字：年月日目录第1章换热器温度控制系统设计概述 .......................................................................第2章换热器温度控制系统设计方案论证 .................................................................第3章系统内容设计.....................................................................................................3.1 温度传感器的选择 ...............................................3.2 流量变送器的选择 ...............................................3.3 调节器的选择 ...................................................3.4 执行器的选择 ...................................................3.5 变送器的选择 ...................................................3.6 调节阀的选择 ...................................................第4章系统性能分析. (X)4.1参数整定........................................................4.2.控制算法的确定 (X)第5章课程设计总结 (XX)参考文献 (XX)第1章换热器温度控制系统设计概述换热器的应用广泛，比如中央空调系统，机械润滑油冷却系统，制药消毒系统，饮料行业消毒系统，船用冷却，化工行业特殊介质冷却系统日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。
过程控制系统课件第一章绪论(共67张PPT)
C= y(∞) - r
y
y3
y1
r
Tp
C
y(∞)
T
t
TS
图1.5 闭环控制系统对设定值的阶跃扰动的响应曲线
共六十七页
第三节
过程控制系统的质量指标
2）衰减(shuāi jiǎn)比n和衰减率
ψ
设第一个波振幅
(zhènfú)为 y 、第三个波振幅为 y
1
3
y1y3
1
1
y1
过程
(guòchéng)
控制系统
Process Control System
共六十七页
自动化技术是信息科学与技术的一个重要分支。
过程控制等工程领域自动控制的理论基础是工程控制论，其
奠基性著作是钱学森先生于1954年发表的《工程控制论》。
控制论的四大应用领域：工程控制、生物(shēngwù)控制、经济
y()
y
y3
y1
r
Tp
C
y(∞)
T
t
TS
图1.5 闭环控制系统对设定值的阶跃扰动的响应曲线
共六十七页
第三节
过程(guòchéng)控制系统的质
量指标
4）过渡过程时间Ts
Ts是指从过渡过程开始(kāishǐ)到过渡过程结束所需的
时间。当被控参数与稳态值间的偏差进入稳态值的±5%
（或±2%）范围内，就认为过渡过程结束。
统的控制质量。
共六十七页
y(t )
二、过程控制系统
的分类
(kònɡ zhìxìtǒnɡ)
（二）按给定值信号分类
1．定值控制系统
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1.4 过程控制系统的性能指标
稳态：P8 动态：P8
典型过渡过程 曲线：
a：等幅振荡 b：发散振荡 c：衰减振荡 d：非周期振荡
1.4.1 递减比
n＝B1/B2 或 n=A1/A2， 4:1较好 递减率： Ψ=(B1-B2)/B1 反映了系统的快速性
设定值r，被控量测量值z，偏差e＝r－z。 注意：仪表行业规定e＝z－r。
④执行器
接受控制器的控制信号，转换为一个动作， 推动控制阀去控制被控对象。
分为电动，气动两大类。
⑤控制阀 调节流体流量，改变对象的被控参数。
另需备一套手动控制回路，和显示通信联锁以 及自动保护回路
1.3.2 过程控制系统的分类
滞后导致信号相应时间推迟，输出输 出之间产生相移，容易引起振荡，不利于 自动控制。
③ 对象特性具有非线性
绝大多数对象的特性都具有非线性，负荷 变化（工作点变化），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。
④控制系统复杂
要求生产过程平稳，不振荡，对象特性多 变，导致控制系统结构、参数的复杂性。
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 系统，也称为管理控制一体化的系统，称为计 算机集成过程系统CIPS。
过程自动化系统在 韶钢2600m3高炉炼铁工艺控制上的应用
1.3 过程控制系统的组成及分类
锅炉控制
过程控制系统方框图
1.3.1 过程控制系统的组成
集散控制系统（DCS），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、图形显示技术。
控制结构：前馈，串级，比值，均匀，选择性控制。
现代控制理论：最优控制，推理控制，预测控制， 自适应控制等，多变量控制系统。
③综合自动化阶段
20世纪90年代，过程控制进入综合自动化 阶段，出现现场总线控制技术，计算机控制达 到新的层次，出现智能控制理论，将人工智能、 控制理论和运筹学组合，采用了模糊技术，神 经网络和专家系统。
上升时间Ts ： ●过阻尼系统：从10％变到90％的时间 ●欠阻尼系统：从0到100％所经历的时间 延迟时间Td： ●响应曲线第一次静态偏差C
静态偏差：过渡过程结 束，设定值与被控参数 的稳态值之差。 （稳态偏差，残余误差， 简称残差，余差，静差）
1.4.5 性能准则
义 5.递减比、超调量、过渡过程时间静态偏差，相
应曲线评价准则（IAE/ISE/ITAE）
作业：
P12，1.1，1.3，1.4
①误差积分IE （不合理） ②绝对误差积分IAE（公认，常用） ③平方误差积分ISE （抑制大误差） ④偏差绝对值与时间乘积积分（ITAE）（抑制长时间过
渡过程）
IE 0 e(t)dt ISE e2 (t)dt
0
IAE 0 e(t) dt
ITAE 0 t e(t) dt
对于不同的系统，采用不同的指标。
过程控制系统及装置
教学基本要求：
(一)掌握常见变送器、运算器、控制器、执行器的结构、组 成、工作原理、特性以及在实际应用中的主要问题。 (二)掌握简单控制系统的原理及应用；理解其它复杂控制系 统的原理及应用。 (三) 掌握过程控制系统的设计原则、思路。
参考书：
1．《过程控制系统》 方康玲 武汉理工大学出版社 2．《自动化仪表与过程控制(第三版)》 施仁 电子工业出版社 3．《工业过程检测与控制》 孟华 北京航空航天大学出版社 4．《过程控制与仪表》 邵裕森 上海交通大学出版社 5. 《控制仪表及装置》吴勤勤。化工出版社 6。 《化工仪表及自动化》历玉鸣 化工出版社
1.4.2 最大动态偏差
扰动发生后，被控量偏离稳定 值（或设定值）的最大偏差， 称为最大动态偏差（或最大过 调量，过调量）
最大动态偏差占设定值的百分 比称为超调量。（不能过大）
B1 100 %
重
y()
要
1.4.3 调整时间Tc
调整时间Tc：控制系统原处于平
衡状态，受到扰动后，由于系统的 控制作用，被控量过渡到被控量稳 态值的2％～5％时，达到新的平衡 状态所经历的时间。也称为过渡过 程时间、稳定时间
定值控制系统：要求被控量很快衰减，过渡过程 时间短，采用IAE指标。
燃烧控制，燃料和控制比值控制：空气量跟随燃 料量，不产生大幅度振荡，选择最快的非振荡过 程，采用ITAE指标。
小结：
1.过程控制的特点？ 2.过程控制系统的3个主要发展阶段 3.过程控制系统的基本组成 4.定值控制系统、随动系统、程序控制系统的定
按照控制参数分：温度，压力…… 按照信号类型分：模拟，数字 按照设备：仪表控制，计算机控制（DDC，DCS，
现场总线） 按照功能：串级，均匀，自适应…… 按照控制动作规律：比例控制，积分微分
按照回路：单回路，多回路，开环，闭环。
按照设定值可以分为（掌握定义） ①定值控制系统 ②随动控制系统，例如空气量随燃料量变
1.2 过程控制系统的发展
① 仪表自动化阶段
20世纪40年代，基地式仪表，就地控制
20世纪60年代，DDZ（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，实现工厂仪表化，局部自动化。采用频率 法和根轨迹法为基础的经典控制理论，单入单 出定值控制。
②计算机控制阶段
20世纪70年代，采用计算机直接数字控制 （DDC），计算机监控（SCC）。
①被控对象：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。
②传感器和变送器：实现信号的检测
③控制器（调节器）：接受传感器的输入信号，以及
设定值信号，按照事先所设定的控制规律产生控制输出。 扰动：使得被控量发生变化的作用。 内扰：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） 外扰：其它来自外部的影响统称（蒸汽负荷变化）
第一章 绪 论
1.1 过程控制及其特点 1.2 过程控制系统的发展 1.3 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
1.1 过程控制系统及其特点
1.过程控制的概念（Process Control） 指石油、化工、冶金、轻工、建材、核能
等工业生产中连续的，或者按照一定周期程序 进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重 要组成部分。 2.工业分类
连续型、离散型、混合型三类 6大类参数：温度、流量、压力、液位、成分
和物性
重 要
3.过程控制的特点：
① 对象复杂 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，对 象的特性多种多样（滞后，惯性，参数相 互影响）。
②对象存在滞后
当流入（流出）对象的质量或能量发 生变化时，由于存在容量、惯性和足利， 被控参数不可能立即产生响应，这种现象 称为滞后。