过程控制系统参数共44页
合集下载
过程控制系统
控制器正、反作用选择的判别式：
(控制器“±”)(控制阀“±”)(对象“±”)=“-”
过程控制系统
三、控制阀作用方式的选择
(一)、气开气关方式的选择 选气开还是气关式，由生产工艺的要求决定。 1、从生产的安全出发 2、从保证产品质量考虑 3、从降低原料和动力的损耗考虑 4、从介质特点考 (二)、执行机构正、反作用方式的选择
一般认为，n=4:1时稳定性好，但温度等慢变化过 程约取10:1为好，应根据实际情况灵活处理。
过程控制系统
2．超调量和最大动态偏差：
随动控制系统中，超调量（Overshoot）σ定义为：
B1 100%
C
定值控制系统采用最大动态偏差A表示超调程度。即
3．余差： A B1 C
它是控制系统的最终稳态偏差e(∞)。在阶跃输入作用下， 余差为：
2、调节原理 当口径A和差压(P1-P2)一定时，流量Q仅随阻尼的
变化而变化。改变阀门的开启程度，可改变流通阻力而 控制介质流量。
电气阀门定位器
过程控制系统
执行机构 阀体
过程控制系统
反作用
理想流量特性
过程控制系统
在不考虑控制阀前后压差变化 时得到的流量特性称为理想流 量特性。
流量特性
工作流量特性
过程控制系统
一. 控制系统的静态与动态
●静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态 ●动态：被控变量随时间变化的不平衡状态
过程控制系统
二. 控制系统的过渡过程
●定义:系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状 态的过程 , 称为系统的过渡过程。
过程控制系统
自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程有以下所
示的几种基本形式。
四 控制器的选择
(控制器“±”)(控制阀“±”)(对象“±”)=“-”
过程控制系统
三、控制阀作用方式的选择
(一)、气开气关方式的选择 选气开还是气关式，由生产工艺的要求决定。 1、从生产的安全出发 2、从保证产品质量考虑 3、从降低原料和动力的损耗考虑 4、从介质特点考 (二)、执行机构正、反作用方式的选择
一般认为，n=4:1时稳定性好，但温度等慢变化过 程约取10:1为好，应根据实际情况灵活处理。
过程控制系统
2．超调量和最大动态偏差：
随动控制系统中，超调量（Overshoot）σ定义为：
B1 100%
C
定值控制系统采用最大动态偏差A表示超调程度。即
3．余差： A B1 C
它是控制系统的最终稳态偏差e(∞)。在阶跃输入作用下， 余差为：
2、调节原理 当口径A和差压(P1-P2)一定时，流量Q仅随阻尼的
变化而变化。改变阀门的开启程度，可改变流通阻力而 控制介质流量。
电气阀门定位器
过程控制系统
执行机构 阀体
过程控制系统
反作用
理想流量特性
过程控制系统
在不考虑控制阀前后压差变化 时得到的流量特性称为理想流 量特性。
流量特性
工作流量特性
过程控制系统
一. 控制系统的静态与动态
●静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态 ●动态：被控变量随时间变化的不平衡状态
过程控制系统
二. 控制系统的过渡过程
●定义:系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状 态的过程 , 称为系统的过渡过程。
过程控制系统
自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程有以下所
示的几种基本形式。
四 控制器的选择
过程控制PID整定及参数调整
被控变量 & 操纵变量
控制阀 开闭形式、 流量特性
控制器的类型 及正、反作用
测量变送装置
1.2 被控变量于工艺要求，选择的结果直接影响 生产（产品产量、质量、生产安全）
1.2 被控变量的选择
●分类
直接控制
最基本的热工参数，一般是可以直 接进行测量和控制的参数
进料流量、进料成分等
1.4 控制阀的选择 控制系统的执行部件 接受控制器的命令执行控制任务。
选择内容：
口径大小、开闭形式、流量特性、 结构形式
1.4 控制阀的选择
●
口径大小
● 直接决定介质流过的能力
口径过大，正常流量时阀门处于小的开度，阀的特性不好； 口径过小，正常流量时阀门处于大的开度，阀的特性也不好。 通过计算阀的流通能力，并且保证具有一定的余量，具有 较宽的可控范围。
1.8.2 控制系统整定 ● 整定方法 两类：理论计算和工程整定方法 ●理论整定方法 基于控制原理的计算方法（时域法、频域法、 根轨迹法等）
1.8.2 控制系统整定
●工程整定方法
理论整定方法，必须要求已知各个环节的传递 函数，对于一般的实际问题，难于满足。另外，理 论计算也比较烦琐，工程上一般不采用。 工程整定方法，直接在闭合的控制回路中对控 制器参数进行整定。经验方法，简单、方便，易于 掌握，工程实际中广泛采用。
控制器参数整定
目前基本控制器一般均为PID控制器（比例、积分、 微分控制器）
PID控制器整定，调节P、I、D参数，使得控制系 统的控制性能指标达到满意。
一旦控制控制系统安装到位，控制系统的品质就取 决于控制器的参数设置 选择什么样的控制系统性能指标
常见的，如4：1衰减等，根据不同的实际 情 况，有所不同。
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。
(完整word版)过程控制系统的简介
比例度（比例带）：比例度 表示比例控制输出与偏差成线性关系的比例控制器输入（偏差）的范围
当 和 均无量纲（采用计算机控制），则
故此：
（由此可见，比例度与比例系数成反比）
比例度的物理含义：如果 直接代表调节阀开度的变化量，那么 表示调节阀开度改变100%，即从全关到全开所需被调量的变化范围。只有当偏差处在这个范围以内时，调节阀的开度才与偏差成正比。超出比例带外，调节阀已处于全关或全开的状态，此时调节阀的输入输出已不再保持比例关系！
Risetime:上升时间Setting time:调节时间y(t)：输出值 :峰值
1.衰减比 （稳定性）
定义为两个相邻的同相波峰值之比 ,衰减比越大，系统越稳定
系统的响应为衰减振荡 系统的响应为等幅振荡
系统的响应为发散振荡
一般随动系统，常取衰减比为10:1；定值系统常取衰减比为4:1；
2. 衰减率（快速性）ห้องสมุดไป่ตู้
过程控制系统
过程控制的主要控制对象：
温度（Temperature），压力（Pressure），液位（Liquid level），
成分（Component）和物性（Physical property）等参数
控制系统首要的要求：
系统稳定性，所有参数必须保证系统能够运行正常且具有一定的稳定裕度，通常可取衰减比作为稳定指标，随动系统，常取衰减比为10:1；定值系统常取衰减比为4:1；
时域控制性能指标：
以二阶系统的单位阶跃响应输出为例
; ；
:为系统的无阻尼自然振荡角频率
：阻尼比
：系统的振荡周期
上升时间
峰值时间: ( 为第 个峰值，峰值时间 为第一个峰值时间)
最大超调量:
过渡过程时间（调节时间）:
当 和 均无量纲（采用计算机控制），则
故此：
（由此可见，比例度与比例系数成反比）
比例度的物理含义：如果 直接代表调节阀开度的变化量，那么 表示调节阀开度改变100%，即从全关到全开所需被调量的变化范围。只有当偏差处在这个范围以内时，调节阀的开度才与偏差成正比。超出比例带外，调节阀已处于全关或全开的状态，此时调节阀的输入输出已不再保持比例关系！
Risetime:上升时间Setting time:调节时间y(t)：输出值 :峰值
1.衰减比 （稳定性）
定义为两个相邻的同相波峰值之比 ,衰减比越大，系统越稳定
系统的响应为衰减振荡 系统的响应为等幅振荡
系统的响应为发散振荡
一般随动系统，常取衰减比为10:1；定值系统常取衰减比为4:1；
2. 衰减率（快速性）ห้องสมุดไป่ตู้
过程控制系统
过程控制的主要控制对象：
温度（Temperature），压力（Pressure），液位（Liquid level），
成分（Component）和物性（Physical property）等参数
控制系统首要的要求：
系统稳定性，所有参数必须保证系统能够运行正常且具有一定的稳定裕度，通常可取衰减比作为稳定指标，随动系统，常取衰减比为10:1；定值系统常取衰减比为4:1；
时域控制性能指标：
以二阶系统的单位阶跃响应输出为例
; ；
:为系统的无阻尼自然振荡角频率
：阻尼比
：系统的振荡周期
上升时间
峰值时间: ( 为第 个峰值，峰值时间 为第一个峰值时间)
最大超调量:
过渡过程时间（调节时间）:
过程控制系统概述
程的数学模型。
2.试验辨识法
先给被控过程人为地 施加一个输入作用，然后 记录过程的输出变化量， 得到一系列试验数据或曲 线，最后再根据输入－输 出试验数据确定其模型的 结构（包括模型形式、阶 次与纯滞后时间等）与模 型的参数。
主要步骤
3.混合法
机理演绎法与试验辩识法的相互交替使用的一种方法 精品文档
锅炉汽包水位的变化过程为典型的具有反向特性的过程
在给水量阶跃增大而燃料量和蒸汽负荷不变的情况下，由于蒸发率的 降低，于是刚开始时水位会下降，然后才逐渐上升。
精品文档
3.1.3 过程(guòchéng)建模方 法
1.机理(jī lǐ)演绎法 根据被控过程的内部机理，运用已知的静态或动态平衡关系，用数学解析的方法求取被控过
3 过程控制系统(kònɡ zhì xì tǒnɡ)概述
LOGO
精品文档
主要 (zhǔyào)内 3容.1 被控过程的数学模型
3.2 简单(jiǎndān) 控制系统 3.3 常用高性能控制系统
3.4 实现特殊工艺要求的控制系统
精品文档
3.1 被控过程的数学模型
3.1.1 被控过程(guòchéng)的数学模型及 其作用 被控(bèi kònɡ)过程的数学模型是指过程的输入变量与输出变量之间定量关系的描述。
衰减振荡的传递函数一般可表示为
Ke s
G(s) (T 2s2 2Ts 1) 精品文档
(0 1)
• 具有(jùyǒu)反向特性的过 程
对过程(guòchéng)施加一阶跃输入信号，若在开始一段时间内，过程(guòchéng)输出先降 后升或先升后降，即出现相反的变化方向，则其为具有反向特性的被控过程(guòchéng)。
（a）
2.试验辨识法
先给被控过程人为地 施加一个输入作用，然后 记录过程的输出变化量， 得到一系列试验数据或曲 线，最后再根据输入－输 出试验数据确定其模型的 结构（包括模型形式、阶 次与纯滞后时间等）与模 型的参数。
主要步骤
3.混合法
机理演绎法与试验辩识法的相互交替使用的一种方法 精品文档
锅炉汽包水位的变化过程为典型的具有反向特性的过程
在给水量阶跃增大而燃料量和蒸汽负荷不变的情况下，由于蒸发率的 降低，于是刚开始时水位会下降，然后才逐渐上升。
精品文档
3.1.3 过程(guòchéng)建模方 法
1.机理(jī lǐ)演绎法 根据被控过程的内部机理，运用已知的静态或动态平衡关系，用数学解析的方法求取被控过
3 过程控制系统(kònɡ zhì xì tǒnɡ)概述
LOGO
精品文档
主要 (zhǔyào)内 3容.1 被控过程的数学模型
3.2 简单(jiǎndān) 控制系统 3.3 常用高性能控制系统
3.4 实现特殊工艺要求的控制系统
精品文档
3.1 被控过程的数学模型
3.1.1 被控过程(guòchéng)的数学模型及 其作用 被控(bèi kònɡ)过程的数学模型是指过程的输入变量与输出变量之间定量关系的描述。
衰减振荡的传递函数一般可表示为
Ke s
G(s) (T 2s2 2Ts 1) 精品文档
(0 1)
• 具有(jùyǒu)反向特性的过 程
对过程(guòchéng)施加一阶跃输入信号，若在开始一段时间内，过程(guòchéng)输出先降 后升或先升后降，即出现相反的变化方向，则其为具有反向特性的被控过程(guòchéng)。
（a）
过程控制系统参数PPT课件
2-2 过程控制系统参数
第1页/共43页
2-1 调节规律 2-2 比例P控制 2-3 积分I控制 2-4 微分D控制 2-5 PID控制
第2页/共43页
2-1 调节规律
1、调节器的控制规律
设定值
控制器
执行器
扰动
被控对象
被控变 量
测量变送
第3页/共43页
2、偏差
控制规律是指控制器的输出信号与 输入偏差信号随时间变化的规律。在 单回路定值控制系统中，由于扰动作 用的存在，会使被控变量对给定值产 生偏差，此偏差数值上等于被控变量 给定值与测量值之差。即：
I1 I2 I3 0
Vo1
R7
VT VS VT V7 VB 0
R2
R3
R6
R3 R3 R6
R8
反相端：
VT
1 3
VS
VB
I I I ' ' ' 0
1
2
3
Vi
VF
VF
VF
1 2
V( O1
VB)
VB
0
R1
R3
R5
VF
1 3
Vi
1 2
VO1
2VB
对于理想运放, VT VF
DDZ-Ⅲ型控制器有两个基型品种，全刻度指示控制器 偏差指示控制器
第36页/共43页
PID控制器的组成原理
PID控制器组成框图
第37页/共43页
ＰID控制器的特性分析
输入电路
主要作用:
R5
R1
Vi
F
－
R2
T +IC1
R7
VS
R3
R4
R6
第1页/共43页
2-1 调节规律 2-2 比例P控制 2-3 积分I控制 2-4 微分D控制 2-5 PID控制
第2页/共43页
2-1 调节规律
1、调节器的控制规律
设定值
控制器
执行器
扰动
被控对象
被控变 量
测量变送
第3页/共43页
2、偏差
控制规律是指控制器的输出信号与 输入偏差信号随时间变化的规律。在 单回路定值控制系统中，由于扰动作 用的存在，会使被控变量对给定值产 生偏差，此偏差数值上等于被控变量 给定值与测量值之差。即：
I1 I2 I3 0
Vo1
R7
VT VS VT V7 VB 0
R2
R3
R6
R3 R3 R6
R8
反相端：
VT
1 3
VS
VB
I I I ' ' ' 0
1
2
3
Vi
VF
VF
VF
1 2
V( O1
VB)
VB
0
R1
R3
R5
VF
1 3
Vi
1 2
VO1
2VB
对于理想运放, VT VF
DDZ-Ⅲ型控制器有两个基型品种，全刻度指示控制器 偏差指示控制器
第36页/共43页
PID控制器的组成原理
PID控制器组成框图
第37页/共43页
ＰID控制器的特性分析
输入电路
主要作用:
R5
R1
Vi
F
－
R2
T +IC1
R7
VS
R3
R4
R6
过程控制系统ppt课件
气动执行器：其作用是接受调节器送来的信号， 相应地去改变操纵变量以稳定被控变量。46.
自动控制系统是采用自动化装置来代替人手操作的系统。 自动控制系统由被控对象和能实现过程控制的自动化装 置组成
液位控制系统的工作过程
学习要点2：识读带控制点的工艺流程图
精馏塔控制方案常采用（温度）控制来保证产品的纯度。
z(t)
量
值
测量元件或变送器
自动化装置
工艺对象
自动控制系统组成：由被控对象和能实现过程控制的自动
化装置组成
控制系统的作用：自动控制装置是能克服（偏差） 使被控变量回到给定值的装置。
控制系统特点：（被控变量）是指对象内要求保持给定值的 物理量。
操纵变量是指受控制器操纵，用于克服干扰使被控变量 保持设定值的物理量和能量。
控制
1.（√ ）自动控制系统是采用自动化装置来代替人手操作的系统。
变送器、调节器、执行器的作用 2.自动控制系统组成，以下（由被控对象和能实现过程控制的自动化装置组成）项是正确的。
变送器：将非电压或者电流信号转换成标准的 4-20mA的电流信号。
调节器：是一种工业控制仪表, 用于温度,压力, 流量,液位等参数的控制,带有自整定PID算法， 具有RS485通讯功能。
过程控制系统稳定性
63.一个线性系统的稳定性（稳定或不稳定）取决于（ ）。
A.干扰作用的形式 B.干扰作用的强弱 C.系统本身的结构及参数 D.干扰作用的形式及强弱和系统本身的结构及参数
自动控制系统的分类（正负反馈）
开环控制系统
按照是否有反馈分类
闭环控制系统 按照设定值的不同分类
定随 程 值动 序 控控 控 制制 制 系系 系 统统 统
（d）非周期衰减过程
自动控制系统是采用自动化装置来代替人手操作的系统。 自动控制系统由被控对象和能实现过程控制的自动化装 置组成
液位控制系统的工作过程
学习要点2：识读带控制点的工艺流程图
精馏塔控制方案常采用（温度）控制来保证产品的纯度。
z(t)
量
值
测量元件或变送器
自动化装置
工艺对象
自动控制系统组成：由被控对象和能实现过程控制的自动
化装置组成
控制系统的作用：自动控制装置是能克服（偏差） 使被控变量回到给定值的装置。
控制系统特点：（被控变量）是指对象内要求保持给定值的 物理量。
操纵变量是指受控制器操纵，用于克服干扰使被控变量 保持设定值的物理量和能量。
控制
1.（√ ）自动控制系统是采用自动化装置来代替人手操作的系统。
变送器、调节器、执行器的作用 2.自动控制系统组成，以下（由被控对象和能实现过程控制的自动化装置组成）项是正确的。
变送器：将非电压或者电流信号转换成标准的 4-20mA的电流信号。
调节器：是一种工业控制仪表, 用于温度,压力, 流量,液位等参数的控制,带有自整定PID算法， 具有RS485通讯功能。
过程控制系统稳定性
63.一个线性系统的稳定性（稳定或不稳定）取决于（ ）。
A.干扰作用的形式 B.干扰作用的强弱 C.系统本身的结构及参数 D.干扰作用的形式及强弱和系统本身的结构及参数
自动控制系统的分类（正负反馈）
开环控制系统
按照是否有反馈分类
闭环控制系统 按照设定值的不同分类
定随 程 值动 序 控控 控 制制 制 系系 系 统统 统
（d）非周期衰减过程
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。