生产过程安全控制系统组成(一)
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。
第8章 过程控制系统的组成与特点
L（Level）：液位 T（Temperature）：温度
八、过程控制系统的性能指标
1、静态（稳态）与动态（瞬态）： 2、系统的过渡过程： 3、影响过程控制系统品质的环节：
-- 控制系统结构 -- 被控过程（对象）特性 -- 过程检测、控制、执行仪表 4、性能良好的过程控制系统，在受到外来扰动作用或 给定值发生变化后，应 --稳定（稳定性） --准确（准确性） --快速地回复（或趋近）到给定值上。（快速性）
2）过程控制系统组成框图：
3）有关术语：
设定值（Set Point :SP) ：被控变量的预定值。 测量值（Present Value :PV)：被控变量的当前实际测量值。 偏差（Error ：E) ：被控变量的设定值与当前实际值之差。
五、过程控制系统的特点
1、被控过程（对象）复杂多样： 具有非线性、时变、时滞及不确定性等特点，难以获得精
确的过程数学模型。 2、控制过程多属缓慢过程：
具有一定时间常数和时滞，控制并不需在极短时间完成。 3、控制方案多种多样：
同一被控过程，因受扰动不同，需采用不同的控制方案； 同一控制方案可适用于不同的生产过程控制； 控制方案适应性强。 4、过程控制的常用控制形式为定值控制。 5、过程控制实施手段多样性： 可以方便地在计算机控制装置上实现； 可以方便地在控制室或现场获得仪表的信息； 可以直接进行仪表的校验和调整。
也越高。但，一般控制衰减率在ψ=0.75～0.9之间。
衰减比 n=4：1为评价定值控制系统的指标。
衰减比 n=10：1为评价随动控制系统的指标。
C、系统稳定性动态指标：最大动态偏差A或超调量σ ---- 描述被控变量偏离给定值最大程度的物理量。 ---- 最大动态偏差A：被控变量第一个波的峰值与给定值 之差。用于描述定值控制系统。 ----超调量σ ： 被控变量第一个波的峰值与系统最终稳态值之差。用 于描述随动控制系统。一般，超调量以百分数给出：
过程控制系统基础知识
第一节过程控制发展概况过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织、建材、原子能等工业部门生产过程的自动化。
40年代以后，工业生产过程自动化技术发展很快。
尤其是近些年来，过程控制技术发展更为迅猛。
纵观过程控制的发展历史，大致经历了如下几个阶段：50年代前后，一些工厂企业的生产过程实现了仪表化和局部自动化。
这是过程控制发展的第一个阶段。
这个阶段的主要特点是：过程检测控制仪表普遍采用基地式仪表和部分单元组合式仪表(多数是气动仪表)，过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统；被控参效主要是温度、压力、流量和液位四种参数。
控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减小主要扰动对生产过程的影响；过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论．主要解决单输人、单输出的定位控制系统约分析和综合问题。
自60年代来，随着工业生产酌不断发展，对过程控制提出了新的要求：随着电子技术的迅速发展，也为自动化技术工具的完善创造了条件．从此开始丁过程控制的第二个阶段。
在仪表方面，开始大量采用气动和电动单元组合仪表。
在过程控制理论方面，除了仍然采用经典控制理论解决实际工业生产过程中遇到的问题外．现代控制理论得到应用，为实现高水平的过程控制奠定了理论基础．从而过程控制由单变量系统转向多变量系统。
但是。
由于过程机理复杂，过程建模困难等等原因，现代控制理论一时还难以应用于实际工业生产过程。
70年代以来．过程控制得到很大发展。
随着现代工业生产的迅猛发展．随着大规模集成电路制造成功与微处理器的相继问世．使功能丰富的计算机的可靠性大大提高、性能价格比又大大提高、尤其是工业控制机采用了冗余技术和软硬件的自诊断措施．使其满足工业控制的应用要求。
随着微型计算机的开发、应用和普及．使生产过程自动化的发展达到了一个新的水平。
过程控制发展到现代过程控制的新阶段:计算机时代。
这是过程控制发展的第三个阶段。
这一阶段纳主要特点是：对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算机系统进行多参数综合控制，或者由多台计算机对生产过程进行控制和经营管理。
《过程控制系统》习题解答
《过程控制系统》习题解答1-2 与其它自动控制相比，过程控制有哪些优点？为什么说过程控制的控制过程多属慢过程？过程控制的特点是与其它自动控制系统相比较而言的。
一、连续生产过程的自动控制连续控制指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量控制，而且应是连续可调的。
若控制动作在时间上是离散的（如采用控制系统等），但是其被控量需定量控制，也归入过程控制。
二、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电子计算机等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。
一个过程控制系统是由被控过程和检测控制仪表两部分组成。
三、被控过程是多种多样的、非电量的现代工业生产过程中，工业过程日趋复杂，工艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有大惯性、大滞后、非线性特性。
有些过程的机理（如发酵等）复杂，很难用目前过程辨识方法建立过程的精确数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。
四、过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制因为大惯性、大滞后等特性，决定了过程控制的控制过程多属慢过程；在一些特殊工业生产过程中，采用一些物理量和化学量来表征其生产过程状况，故需要对过程参数进行自动检测和自动控制，所以过程控制多半为参量控制。
五、过程控制方案十分丰富过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。
过程特性：多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等。
单变量控制系统、多变量控制系统；仪表过程控制系统、计算机集散控制系统；复杂控制系统，满足特定要求的控制系统。
六、定值控制是过程控制的一种常用方式过程控制的目的：消除或减小外界干扰对被控量的影响，使被控量能稳定控制在给定值上，使工业生产能实现优质、高产和低耗能的目标。
1-3 什么是过程控制系统，其基本分类方法有哪些？过程控制系统：工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度和pH等这样一些过程变量的系统。
过程控制系统(1)
第一章过程控制系统概述1.五大参量：温度、压力、流量、物位（液位）、成分2.过程控制系统的组成：控制器，执行器，被控过程和测量变送等组成；除被控对象外都是变送单元。
过程控制系统由两大部分组成:过程仪表和被控对象过程控制系统由三大部分组成:检测变送单元，控制器，被控对象。
系统中的名词术语：1）被控过程：生产过程中被控制的工艺设备或装置（即从被控参数检测点至调节阀之间的管道或设备）。
2）检测变送器：检测量转换为统一标准的电信号。
3）调节器（控制器）：实时地对被控系统施加控制用。
4）执行器：将控制信号进行放大以驱动调节阀。
5）被控参数：被控过程内要求保持稳定的工艺参数。
6）控制参数：使被控参数保持期望值的物料量或能量。
7）设定值：被控参数的预定值。
8）测量值：测量变送器输出的被控参数值。
9）偏差：设定值与测量值之差。
10）扰动作用：作用于被控对象并引起被控变量变化的作用。
11）控制作用：调节器的输出（控制调节阀的开度）。
控制器，执行器和检测变送环节称为过程仪表；过程控制系统由过程仪表和被控过程组成。
3.性能指标：包含了对控制系统的稳定性、准确性和快速性三方面的评价。
稳态误差ess：描述系统稳态特性的唯一指标（静态指标）。
衰减比n：n<1,表示过渡过程为发散振荡;n=1,表示过渡过程为等幅振荡;n>1,表示过渡过程为衰减振荡。
一般为4:1-10:1，4:1为理想指标，也是用来调试的。
前馈，反馈控制特点（1）反馈控制系统：根据系统被控参数与给定值的偏差进行工作；是按照偏差进行调节，达到减小或消除偏差的目的；偏差值是系统调节的依据；可以有多个反馈信号；属于闭环控制系统。
（2）前馈控制系统：根据扰动大小进行控制，扰动是控制的依据；控制及时；属于开环控制系统；实际生产中不采用第二章过程检测仪表控制器输出:1.电动仪表：4-20mA，DC（远距离）；1-5V，DC（短距离）气动仪表：20-100Kpa（100m）直流电流4-20mA，空气压力20-100Kpa为通用标准信号。
第10章 过程控制系统基本概念解读
刘玉长
第二节过程控制系统过渡过程和品质指标 一、静态与动态
在自动控制中，把被控量不随时间而变化 的平衡状态称为系统的静态，而把被控量随时间 而变化的不平衡状态称为系统的动态。 在生产过程中，扰动是客观存在，且是不 可避免的，因此了解系统的静态是必要的，但是 了解系统的动态更为重要。
刘玉长
二、自动控制系统的过渡过程
刘玉长
几个基本概念
单容过程：只有一个容积，一个容量系数
和一个时间常数。
自衡特性：对象在扰动作用，其平衡受到
破坏，在没有操作人员或控制器的干预下， 自动恢复平衡的特性。
无平衡特性：平衡状态下，一旦受到破坏，
无法自行重建平衡。
自衡率 ：表示自衡能力。一般希望它大一
些，即在很大干扰下，被控变量变化很少。
刘玉长
三、控制系统的工程表示
自动控制系统有两种表示方法，即方框图 与工艺控制流程图(或称管道仪表流程图)【需遵 循 “GB/T 2625-1981 过程检测和控制流程图用 图形符号和文字代号” 或其它行业标准】。
蒸汽
LT
PV
LC
MV
SV 期望值 控制器 SV LC
控制阀 V 检测变送 LT
锅炉
实际值
要求:
稳
快
准
三、控制系统的品质指标
控制系统性能指标是根据系统在零初使条 件(输出量和输入量的各阶导数为0)下的单位阶 跃响应曲线计算得到的。 实际控制系统的瞬态响应曲线不同，其性 能指标定义也不一样。因为衰减振荡是一种比较 好的响应曲线，故以下针对衰减振荡过程进行介 绍【注意，有的过程不允许出现振荡】。
刘玉长
(四)稳定时间ts
从阶跃扰动开始作用起至被控量又建立新 的平衡状态止，这一段时间叫做稳定时间 ( 或称 过渡时间)。 工程上规定当被控量达到稳定值的±5%(或 ±2%)的范围内时，就认为被控量已经达到了稳 定值。按这个规定，稳定时间就是从扰动开始作 用之时起，直至被控量进入稳定值的±5%( 或 ±2%)的范围内所经历的时间。 稳定时间短，表示过渡过程进行得比较迅 速，这时即使扰动频繁出现，系统也能适应，系 统质量较高。 刘玉长
过程装备与控制工程--第1章
2.1.1 被控对象的数学描述
连续生产过程中最基本的关系——物料平衡和能量 平衡
静态条件下，单位时间流入对象的物料（或能量） 等于从系统中流出的物料（或能量）；
动态条件下，单位时间流入对象的物料（或能量） 与从系统中流出的物料（或能量）之差等于系统内物 料（或能量）存储量的变化率。
28
（1）单容液位对象 有自衡特性的单容对象（图2—1） 系统输入：输入流量； 系统输出（被控变量）：水槽液位 任何时刻水位的变化均满足下面的物料平衡关系:
32
将式(2-2)和式(2-3)代入式(2-1)，经整理得到
ARsd d（H t 2-H 5）Rsqv1
令T=ARs,K=Rs,可得：
TddH tH (2- 6)Kqv1
它为一阶常系数微分方程，具有该特性的被控对象叫做一阶 被控对象被控对象特性参数：T-时间常数；K-放大系数 在t0时刻，若流入量qv1突然有一阶跃变化量Δqv1 ,则由式26可求出相应的液位变化量：
3
§1.1 概述
过程装备控制是指在过程装备上，配上一些自动化装置以 及合适的自动控制系统来代替操作人员的部分或全部劳动， 使设计、制造、装配、安装等在不同程度上自动地进行。 生产过程自动化：用自动化装置来管理生产过程的方法就 是生产过程自动化。 过程装备控制是生产过程自动化的最重要分支之一。 生产过程自动化是衡量工业企业现代化水平的一个重要标 志。
10
§1.4 控制系统的分类
1.4.1 按给定值的特点划分 1.定值控制系统：给定值是不变的 2.随动控制系统(或称自动跟踪系统)： 给定值是一个不断变化的信号,而且这种变化不是 预先规定好的,给定值的变化是随机的. 3.程序控制系统： 给定值也是一个不断变化的信号,但这种变化是一 个已知的时间函数,即给定值按一定的程序变化.
过程控制知识点总结
过程控制知识点总结工业过程控制的基础知识过程控制的基础知识涉及到控制系统的组成、控制原理和控制方法。
控制系统由控制器、执行器和传感器组成，通过操纵执行器来达到对被控制对象的控制目的。
传感器用于将被控制对象的状态信息转换成电信号，送入控制器进行处理。
控制系统的基本原理是根据被控对象的状态信息，通过控制器对执行器进行调节，实现对被控对象的控制。
控制方法包括开环控制和闭环控制两种。
开环控制是根据被控对象的状态信息直接进行调节，而闭环控制则需要不断地对被控对象的状态信息进行反馈和调节。
PID控制PID控制是目前工业生产中应用最为广泛的一种控制方法。
PID控制是基于被控对象的状态信息反馈，利用比例、积分和微分三种控制算法进行控制。
比例控制算法通过比较被控对象的实际值和期望值的差异，来实现对执行器的调节。
积分控制算法通过对被控对象状态的积分来对执行器进行调节，从而消除长期的稳态误差。
微分控制算法通过对被控对象状态的微分来对执行器进行调节，从而提高系统的动态响应性。
PID控制可以根据被控对象的特性进行调节，以适应不同的工艺过程需求。
过程控制的现代化技术随着科学技术的不断发展，过程控制领域也不断涌现出一些现代化的技术。
例如，现代化的控制系统往往集成了大量的信息技术、通信技术和自动化技术，能够实现控制系统的智能化和网络化。
传感器技术的不断进步也为过程控制提供了更为精确的信息反馈，从而提高了控制系统的性能。
同时，现代化的控制系统还可以通过远程监控和远程操作实现对生产过程的远程控制，大大提高了生产过程的安全性和可靠性。
过程控制的应用领域过程控制技术在工业生产中有着广泛的应用领域。
例如，在化工、石油、化肥、冶金、电力等行业中，过程控制技术被广泛应用于控制生产过程的各个环节。
在食品、医药等行业中，过程控制技术也被广泛应用于保证产品质量和安全。
在环保、能源等领域中，过程控制技术被应用于实现资源的有效利用和环境的保护。
过程控制技术还在交通、建筑、通信等领域中得到了应用。
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生产过程安全控制系统组成(一)
安全控制系统是在人工控制的基础上利用自动控制技术产生和发展起来的。
如图1—5所示为液体贮罐内液位的人工控制示意图。
从维持生产平稳考虑，工艺上希望罐内的液位九能维持在所希望的位置hs。
上。
液位h是需要控制的工艺变量，称为被控变量。
显然，当进液量Qi或出液量Qo波动时，都会使罐内的液位发生变化。
现假定通过控制出液量Qo维持液位的恒定，称Qo为操纵变量。
进液量Q是造成被控变量产生不期望波动的原因，称为扰动。
若由操作工来完成这一项控制任务，所要做的工作是：
①用眼睛观察液位计实际液位的指示值，并通过神经系统告诉大脑；
②通过大脑对眼睛观测到的实际液位值与事先在大脑中贮存好的希望值给定值进行比较，根据偏差的大小和方向，经过分析、思考，然后根操作经验发出命令；
③根据大脑发出的控制命令，通过手去改变液阀门开度，以改变Qo 来控制液位；
④反复执行上述操作，直到将液位控制到所希望的数值上。
述操作工通过眼、脑、手相互配合完成液位的控制过程就是一个人工控制过程，操作工与所控制的液罐设备构成了一个人工控制系统。
人们在不断的控制实践中体会到，人工控制受到生理上的限制，不仅
操作失误是经常的而且反应速度也满足不了大型现代化生产的需求。
如果能用一些仪表或装置来代替操作工的眼、脑、手自动地完成控制任务，不仅能大大减轻操作工的劳动强度，预防人的行为失误，而且可大大提高控制速度和精度。
为此，采用液位测量变送器LT检测液位值并转换为标准信号，如4—20mA。
这一测量信号送往液位控制器LC，控制器的设定值由人工给定。
控制器根据偏差的正负、大小及变化情况，发出控制信号。
控制器的输出送往执行器，此处为控制阀，控制阀根据控制信号变化增大或减小阀门的开度，调节出液流量，使测量值接近或等于给定值。
这样，就构成了液位自动控制系统。
测量变送器、控制器和执行器，它们分别具有眼、脑、手的功能。
通常将控制器、变送器用通用符号来表示，表达成图1—6所示的形式。