第9章-过程控制系统案例
9-PCS7 深入浅出(第九章)过程对象视图
目录：
第9章 1. 2. 3. 过程标签类型、模型，主数据库和过程对象视图 ........................................................................................................... 9-3 简介 ................................................................................................................................................................................................ 9-3 标签类型或者模型 ........................................................................................................................................................................ 9-3 标签类型和标签 ............................................................................................................................................................................ 9-4 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 4. 4.1 4.2 5. 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6. 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6
PCS7深入浅出（第九章）
PCS7深⼊浅出（第九章）第9章：过程标签类型、模型主数据库和过程对象视图⽬录：第9章过程标签类型、模型，主数据库和过程对象视图 (3)第9章过程标签类型、模型，主数据库和过程对象视图 (3)1.简介 (3)2.标签类型或者模型 (3)3.标签类型和标签 (4)3.1 马达类型图 (4)3.2 创建标签类型 (5)3.3 分配标签类型的数据⽂件 (8)3.4 IEA编辑器内的标签数据⽂件 (10)3.5 分配导⼊⽂件 (13)3.6 标签的外部编辑 (15)4.模型和拷贝 (16)4.1 创建模型 (16)4.2 拷贝 (20)5.主数据库 (21)5.1 PCS7库的操作 (21)5.2 项⽬的块 (21)5.3 其它库 (21)5.4 库的操作 (22)5.5 使⽤主数据库更新功能块 (22)6.过程对象视图 (23)6.1 过程对象视图的General标签页 (24)6.2 参数标签页 (24)6.3 Siganal标签页 (25)6.4 Message标签页 (27)6.5 Picture object标签页 (28)6.6 Archive标签页 (28)6.7 在过程对象视图中的操作 (30)6.7.1 拆分窗⼝视图 (30)6.7.2 过滤器 (30)6.7.3 查找/替换 (31)6.7.4 定义列 (32)6.7.5 取消 (32)6.7.6 为导出和导⼊选择连接和消息 (33)6.7.7 导出/导⼊过程对象 (37)6.7.8 过程对象视图中的测试模式 (39)练习 (42)练习 (42)练习 9.1 阀门控制标签类型 (42)1. 任务 (42)2. 指南 (42)第9章过程标签类型、模型，主数据库和过程对象视图1.简介如果在应⽤程序中⽤到⼀个特定类型的电机控制，并且在控制过程中频繁使⽤多种变体，您可以为这种电机控制建⽴⼀个类型或者模型，然后同变体⼀起有效地应⽤于程序中。
类型或者模型就象是⼀个模板，可以⽅便地复制各种变体。
过程控制系统及其应用PPT课件.
第三个阶段最大成就就是大规模集成电路和微 处理器的产生，这大大加速了工业计算机的商 品化和计算机技术的普及和发展。为了满足工 业计算机可靠性和灵活性的需要，作为一种全 新的工业控制工具，集散控制系统产生了 （Distributed Control Systems, DCS）。 它是集计算机技术、控制技术、通信技术和图 形显示技术于一体的计算机系统。而另一方面， 控制理论和其它学科相互渗透，从而形成了以 大系统理论和智能控制理论为代表的所谓第三 代控制理论。
第七节 现场总线技术 一、现场总线技术及其产生的背景 二、现场总线的工作原理 三、现场总线的技术特点 四、几种典型的现场总线
第九章 过程自动化控制系统的应用实例
第一节 恒压供水控制系统 一、概述 二、恒水压控制装置 三、其他方案
第二节 楼宇设备管理和监控系统 一、概述 二、系统的组成及工作原理 三、系统软件 四、系统的特点
过程控制系统及其应用
目录
第一章 过程控制的基本概念
第一节 过程控制的发展概况 第二节 过程控制系统的组成
一、被控对象 二、 传感器和变送器 三、 控制器 四、 执行器 五、 控制阀
第三节 过程控制的分类 一、各种分类方法 二、设定值分类
第四节 生产对过控制的要求和指标 一、生产对过程控制的要求 二、过程控制系统的品质指标
四、执行器
执行器接收控制器的控制信号u，经变换或 放大后推动调节阀。目前的执行器有气动执行 器和电动执行器，如控制器是电动的，而执行 器是气动的，则在控制器与执行器之间要有电 气转换器。如用电动执行器，则控制器输出须 经伺服放大器放大才能驱动执行器以推动调节 阀。
五、调节阀
控制器输出控制信号u，经气动或电动执行 器驱动调节阀，改变输入对象的操纵量q，使 被控量受到控制。
过程控制系统[李国勇][电子教案]第9章解耦控制系统
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Yk const
17
pij与qij之比定义为相对增益或相对放大系数ij， ij可表示为 pij Y Y i i ij (9-8) qij U j U j U k const Yk const 即 由相对增益ij元素构成的矩阵称为相对增益矩阵。
3
4
图9-1所示是化工生产中的精馏塔温度控制方案。 ul的改变不仅仅影响y1，同时还会影响y2；同样 地，u2的改变不仅仅影响y2，同时还会影响y1。因此， 这两个控制回路之间存在着相互关联、相互耦合。这 种相关与耦合关系如图9-2所示。 耦合是过程控制系统普遍存在的一种现象。耦合 结构的复杂程度主要取决于实际的被控对象以及对控 制系统的品质要求。因此如果对工艺生产不了解，那 么设计的控制方案不可能是完善的和有效的。
Y1 q11 U 1
Y2 const
K 12 K 21 K 11 K 22 K 12 K 21 K 11 K 22 K 22
25
类似地可求得
q 21 K 11 K 22 K12 K 21 K K K 21 K 12 K K K12 K 21 ; q12 11 22 ; q 22 11 22 K 12 K 21 K 22
pij
U j
U k const
16
然后，在所有其它回路均闭合，即保持其它被控 变量都不变的情况下，找出各通道的开环增益，记作 矩阵Q。它的元素qij的静态值称为Uj与Yi通道的第二放 大系数。它是指利用闭合回路固定其它被控变量时， Uj与Yi的开环增益。qij可以表为 (9-7)
Yi qij U j
13
U 1 R1 Y1 Y1 3U 1 4U 2 ; U 2 R2 Y2 Y2 5U 1 U 2
过程控制系统教案
过程控制系统教案一、教学目标1. 理解过程控制系统的概念及其重要性。
2. 掌握过程控制系统的分类和基本组成。
3. 了解过程控制系统的性能指标和应用领域。
4. 学会使用过程控制系统的基本工具和软件。
二、教学内容1. 过程控制系统的概念及其重要性1.1 定义及作用1.2 过程控制系统与自动控制系统的区别2. 过程控制系统的分类和基本组成2.1 连续过程控制系统2.2 离散过程控制系统2.3 开环控制系统与闭环控制系统2.4 过程控制系统的硬件和软件组成三、教学方法1. 讲授法：讲解过程控制系统的概念、分类和基本组成。
2. 案例分析法：分析实际应用中的过程控制系统案例，加深学生对过程控制系统的理解。
3. 实验法：安排实验室实践，让学生动手操作过程控制系统。
4. 小组讨论法：分组讨论过程控制系统的设计和应用，提高学生的团队协作能力。
四、教学资源1. 教材：过程控制系统相关教材。
2. 课件：制作精美的课件，辅助讲解过程控制系统相关知识。
3. 实验室设备：供学生进行实验操作的过程控制系统设备。
4. 网络资源：查找与过程控制系统相关的视频、案例等资源，用于课堂拓展。
五、教学评价1. 平时成绩：考察学生的课堂表现、发言和作业完成情况。
2. 实验报告：评估学生在实验室实践过程中的操作能力和分析问题能力。
4. 期末考试：设置相关试题，测试学生对过程控制系统的理解和掌握程度。
六、教学安排1. 课时：本课程共计32课时，包括理论讲授16课时，实验操作16课时。
2. 授课计划：第1-8课时：讲解过程控制系统的概念、分类和基本组成。
第9-16课时：分析过程控制系统的性能指标和应用领域。
第17-24课时：学习过程控制系统的设计方法和工具。
第25-32课时：实验室实践和案例分析。
七、教学注意事项1. 确保学生掌握基本概念和原理，避免过于深入的技术细节。
2. 注重理论与实践相结合，让学生在实际操作中巩固知识。
3. 鼓励学生提问和参与讨论，提高课堂互动性。
《过程控制》PPT课件
小结
一、基本控制算法分析 二、比例控制算法 三、比例积分控制算法 四、比例积分微分算法
谢谢 ！
第十一讲 PID控制器的选取
• 主要内容
一、控制器的选型 二、控制器正反作用的选择
一、控制器的选型
DVs
ysp + _
干扰通道
控制器
u(t)
MV 控制阀
+ 控制通道 +
y(t)
被控过程
传感变送器
ym(t)
100
75
% CO
50
25
25% PB 50% PB 100% PB 200% PB
PB 100%Kc
0 0
25 50 75 100 % TO
可见，小的比例度对应于大的控制器增益， 而大的比例度对应于小的控制器增益。
理想比例控制器的输出特性如左图所示，对于 控制器的输出没有物理限制。但在实际的控制器是 具有物理限制的，当输出达到上限或者下限，控制 阀就饱和了，如图所示。
MV
+ 被控过程 +
y(t)
u(t)
ym(t) 传感变送器
u(t)Kce(t)u0,
e(t)ysp(t)ym(t)
KC 被称为控制器增益，通常无量纲，偏置u0是控制 器的稳态输出，反映了比例控制的工作点。
在很多工业控制器中都没有控制器增益设定，而是 采用比例度来进行设定。
• 定义：比例度是指
使控制器输出全范 围变化所对应的控 制误差的比例。
TO of Liquid Level Kc = 0.5 Kc = 1.0 Kc = 2.0
Kc = 4.0
10
20
30
40
50
Time, min
第九章 计算机辅助制造技术
第九章计算机辅助制造技术第一节概述计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing,简称CAM）就是利用计算机来代替人去完成制造以及与制造系统有关的工作。
CAM的应用可以概括为CAM的直接应用和CAM 的间接应用两大类。
一．CAM的直接应用CAM的直接应用即计算机直接与制造过程连接以对它进行监视和控制，这类应用可分为计算机过程监视系统和计算机过程控制系统两种。
1、计算机过程监视系统在这个系统中，计算机通过一个与制造系统的直接接口来监视系统的制造过程及其辅助装备的工作情况，并采集过程中的数据。
但计算机并不直接对制造系统中的各工序实行控制，这些控制工作，将由系统的操作者根据计算机给出的信息去手工完成。
如加工尺寸的计算机数字显示系统就属于这一类。
2、计算机过程控制系统该系统不仅对制造系统进行监视，而且还对制造系统的制造规程及其辅助装备实行控制。
如数控机床上的计算机数字(CNC)就是属这一类。
a) 计算机过程监视系统b) 计算机过程控制系统图9－1 计算机监视和计算机控制的区别计算机过程监视系统和过程控制系统的区别如图9－1所示。
前者在计算机与制造过程之间的数据只能从过程单向流至计算机，而后者的计算机接口允许数据在计算机与制造过程间双向流动。
二、CAM的间接应用在CAM的间接应用中，计算机并不直接与制造连接，只是用计算机对制造过程进行支持。
此时，计算机是“离线”的，它只是用来提供生产计划、作业调度计划、发出指令及有关信息，以便使生产资源的管理更有效。
一种新的生产方式的出现，必须要有技术的发展作为基础和依托。
对机械制造系统来说，影响最大的是电子计算机的出现及其飞速发展和广泛应用。
计算机数控（CNC）机床使中小批量的外形复杂零件的自动化加工问题得以很好解决，提高了生产率和加工精度，缩短了生产准备周期，使机床趋于“柔性化”。
工业机器人实现了加工过程中物料搬运自动化，为解决单调、笨重、危险、有害和超过人能胜任的极限环境下的作业自动化，特别是装配自动化提供了现实的可能性。
过程控制系统
图0.1 锅炉汽包示意图
图0.1所示是工业生产中常见的锅炉汽 包示意图。
锅炉是生产蒸汽的设备，几乎是工业生
产中不可缺少的设备。保持锅炉汽包内的液 （水）位高度在规定范围内是非常重要的， 若水位过低，则会影响产汽量，且锅炉易烧 干而发生事故；若水位过高，生产的蒸汽含 水量高，不仅会影响蒸汽质量，还可能溢出 水。这些都是危险的。因此对汽包液位严加 控制是保证锅炉正常生产必不可少的措施。 其液位是一个重要的工艺参数。
自动化技术的前驱，可以追溯到我国古代，如指南车的出现。 至于工业上的应用，一般以瓦特的蒸汽机调速器作为正式起点。 工业自动化的萌芽是与工业革命同时开始的，这时的自动化装置 是机械式的，而且是自力型的。随着电动、液动和气动这些动力 源的应用，电动、液动和气动的控制装置开创了新的控制手段。
有人把直到20世纪30年代末这段时期的控制理论称为第一代 控制理论。第一代控制理论分析的主要问题是稳定性，主要的数 学方法是微分方程解析方法。这时候的系统（包括过程控制系统） 是简单控制系统，仪表是基地式、大尺寸的，满足当时的需要
绪论
生产过程自动化，一般是指石油、化工、冶金、炼焦、造纸、建 材、陶瓷及电力发电等工业生产中连续的或按一定程序周期进行的生产 过程的自动控制。电力拖动及电机运转等过程的自动控制一般不包括在 内。凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进 行的自动控制通称为过程控制。过程控制是自动控制学科的一个重要分 支
过程控制系统可分为常规仪表过程控制系统与计算机过程控 制系统两大类。前者在生产过程自动化中应用最早，已有六十余 年的发展历史，这是本书要介绍的主要内容。后者是自20世纪70 年代发展起来的以计算机为核心的控制系统，这部分内容将在 《计算机过程控制》课程中予以专门介绍，因此不再纳入本书的 讨论范围。
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给定值 1.0
h(t)
2%或5%
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0
tp
5
10
ts
t
15
20
25
24
对控制系统的性能要求： 稳：动态过程的振荡倾向和系统重 新恢复平衡工作状态的能力。
2.0
2.0
1.8 1.6 1.4
过 程1
1.5
1.2
1.0
h(t)
1.0 0.8 0.6
0.5
0.4 0.2
6
过热蒸汽温度控制系统
TC 冷 水
减 温 器
TT 温度测 量
x (t) ＋
e (t) 调节器
u (t) 执行器
q (t) 过程
y (t)
－ z (t) 测量变送
7
液位控制器
液 位 调 节 HC 器 储罐 执行器 干扰 x (t) ＋ － z (t) e (t) 调节器 u (t) 执行器 q (t) 过程 y (t)
Q1
h2
h1
Q2
29
液位控制的阶跃响应
1.2 1.0 0.8
u(t) h(t)
1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 1 2 t 3 4 0 1 2 t 3 4
0.6 0.4 0.2 0.0
30
无自衡的非振荡过程：在阶跃作用 下，被控变量不能建立新的平衡状态。
20 18
过 程2
0 5 10
t
0.0 0 1 2 3 4
0.0
15
t
20 25
25
准：系统过渡到新的平衡工作状态 后或系统受到扰动后重新恢复平衡后， 最终保持的精度，反映了动态后期的 性能。
1.6 1.2
过程1
0.8
过程2
0.4
0.0 10
12
14
16
18
20
22
24
26
26
t
快：动态过程进行的时间长短，过 程时间持续很长，将使系统长时间出 现大偏差，同时也说明系统响应很迟 钝，难以复现快速变化的信号。
HT 差压变送器
测量变送
8
烤炉温度控制示意图
x (t)
e (t) 调节器
u (t) 执行器
q (t) 过程
y (t)
＋
－ z (t)
测量变送
9
控制系统的分类
定值控制系统：将被控制量保持在 某一定值或很小的范围中的控制系统。 程序控制系统：被控量的给定值按 预定的时间程序而变化的控制系数。 随动控制系统：被控量的给定值随 时间任意地变化的控制系统。
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 5 10
t
15
20
25
衰减振荡
17
1.0
0.8
0.6
h(t)
0.4
0.2
0.0
0
2
4
6
t
8
10
12
单调振荡
18
自动控制系统的品质指标
衰减比n：振荡过程的第一个波的振 幅与第二个波的振幅之比。
衰减率 Φ：经过一个周期后，波动 幅度衰减的百分比。
19
发散振荡 等幅振荡 衰减振荡 单调振荡
14
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0 0 1 2 3 4
t
发散振荡
15
F1
2.0 1.8 1.6 1.4 1.2
h(t)
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 2 4 6 8
t
10
12
14
16
等幅振荡
16
1.6 1.4 1.2 1.0
h(t)
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
31
有自衡的振荡过程：在阶跃作用下， 被控变量出现衰减振荡过程，最后趋 于新的稳态值。
具有反向特性的过程：在阶跃作用 下，被控变量起始时的变化方向与最 终的变化方向相反。
1.6 1.4
y1
1.2 1.0
h(t)
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 5
y2
y1 衰减比＝ y2 y1-y2 衰减率＝ y1
10
t
15
20
25
20
最大偏差A：被控参数第一个波的峰 值与给定值的差。
余差e：系统过渡过程终了时给定值 与被控参数稳定值之差。
21
1.6 1.4 1.2
液位 控制器
出水 控制阀
测量值 hm(t)
液位传感 测量变送器
液位控制系统的组成与方块图
4
被控变量： 给定值（设定值）： 测量值： 操纵变量（控制变量）： 干扰： 偏差信号： 控制信号：
5
闭环系统： 开环系统： 反馈：
x (t) e (t) 调节器 z (t) 测量变送 u (t) 执行器 q (t) 过程 y (t)
第九章 过程控制系统
1
一、组成与分类
Qi
h
LC
hsp Qo
手动控制
自动控制
液位控制系统
2
控制系统的组成
对象： 检测元件及变送器： 控制器： 执行器：
3
控制系统方框图
扰动 Qi(t) 设定值 hsp + _ 偏差 e(t) 控制信号 u(t) 操纵变量 Qo(t) 液体贮罐 干扰 通道 控制 通道 + + 被控变量 h(t)
1.6 1.4 1.2 1.0
过程1
h(t)
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0
过程2
5 10
t
15
20
25
27
四、过程特性
指当被控量（操纵变量或扰动变量） 发生变化时输出变量（被控变量）随时 间的变化规律。
对象特性的类型：
28
自衡的非振荡过程：在阶跃作用下， 被控变量无须外加任何控制作用、不 经振荡过程能逐渐趋于新的状态的性 质。
10
二、过程控制系统的发展概况
第一阶段（20世纪50年代）： 采用基地式仪表和部分单元组合 仪表。信号标准：0.2-1.0kgf/cm2。 第二阶段（20世纪60年代）： 采用半导体分立元件制造的电动 II型仪表，集中控制，计算机开始应 用。信号标准：0-10mADC。
11
第三阶段（20世纪70年代）： 采用电动III型仪表，DCS和PLC得 到应用。信号标准：4-20mADC。 第四阶段（20世纪80年代）： DCS广泛应用，自动化仪表数字 化、智能化，网络、通信技术应用。 第五阶段（20世纪90年代）： 现场总线控制系统和智能化仪表。
12
三、过程控制系统的过渡过程 和品质指标 自动控制系统的静态与动态
系统的静态：被控量不随时间而变 化的平衡状态。 系统的动态：被控量随时间而变化 的不平衡状态。
13
自动控制系统的过渡过程
系统的过渡过程：当系统的输入发 生变化后，被控量随时间不断变化的 过程。 过渡过程的基本形式：
最 大 偏 差
给定值 1.0
h(t)
余差
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 5 10
t
15
20
25
22
稳定时间ts：系统过渡过程曲线进 入新的稳定值的5%或2%范围内所需的 时间。
峰值时间tp：系统过渡过程曲线到 达第一个峰值所需的时间，反映系统 响应的灵敏程度。
23
1.6 1.4 1.2