过程控制原理
化工过程控制原理
化工过程控制原理
化工过程控制原理是指在化工生产过程中，基于控制理论和化学原理，对生产过程进行控制的方法和原理的总称。
其主要包括以下内容：
1. 化工生产过程的数学模型与仿真：通过建立化工生产过程的数学模型，对生产过程进行仿真，以便于理解和优化生产过程。
2. 过程控制的基本概念：包括控制系统的组成、控制对象的特性、控制器的分类等内容，以便于了解过程控制的基本原理。
3. 控制策略与算法：包括PID控制、模型预测控制、优化控制等内容，以便于选择和应用不同的控制策略。
4. 控制器的设计与调整：包括控制器参数的选择与调整、控制器结构的优化等内容，以便于设计和优化控制器。
5. 过程控制系统的应用与实现：包括过程控制系统的硬件和软件的选择、控制系统的实施与调试等内容，以便于实现过程控制。
通过学习化工过程控制原理，可以掌握过程控制的基本原理和方法，了解化工生产过程的数学模型和仿真方法，掌握不同的控制策略和算法，设计和优化控制器，实现过程控制系统，并在实际生产中应用控制技术，提高生产效率和产品质量。
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过程控制原理
过程控制原理过程控制原理是指在工业生产过程中，通过对生产过程中各种参数的监控和调节，使得生产过程能够达到预期的目标，保证产品质量稳定、生产效率高效、能源消耗低等。
过程控制原理是工业自动化的重要组成部分，它涉及到自动化控制系统、传感器、执行器等多个方面的知识，是工业生产中不可或缺的重要技术之一。
在过程控制原理中，最基本的原理之一就是反馈控制。
反馈控制是指通过对系统输出进行监测和比较，然后根据比较结果对系统输入进行调节，以使系统能够稳定地达到预期的目标。
反馈控制系统通常包括传感器、控制器和执行器三个部分。
传感器用于监测系统输出，控制器根据传感器的反馈信号进行逻辑运算和控制决策，执行器则根据控制器的指令对系统输入进行调节。
通过这种方式，反馈控制系统能够不断地调节系统状态，使系统能够稳定地运行在预期的工作点附近。
另一个重要的过程控制原理是前馈控制。
前馈控制是指在系统输出受到干扰时，通过对系统输入进行预先调节，以抵消干扰对系统输出的影响。
前馈控制系统通常需要对系统的工作环境和干扰情况有较为准确的预测，然后根据预测结果对系统输入进行调节。
前馈控制系统的设计和实现相对复杂，但它能够有效地提高系统对干扰的抵抗能力，保证系统输出的稳定性和准确性。
在工业生产中，过程控制原理的应用非常广泛。
例如，在化工生产中，通过对反应温度、压力、物料流量等参数的实时监控和调节，可以保证化工反应过程的稳定性和产品质量；在电力系统中，通过对发电机、变压器等设备的运行状态进行监控和调节，可以保证电网的稳定运行和电能的高效利用；在制造业中，通过对生产线上各个工序的控制和协调，可以实现生产过程的自动化和高效化。
总的来说，过程控制原理是工业生产中不可或缺的重要技术，它通过对生产过程中各种参数的监控和调节，使得生产过程能够达到预期的目标，保证产品质量稳定、生产效率高效、能源消耗低等。
通过对反馈控制和前馈控制等原理的应用，可以实现工业生产的自动化和智能化，为工业生产的发展提供强大的技术支持。
过程控制原理的具体应用
过程控制原理的具体应用1. 概述过程控制原理是指在工业生产和生物过程中，通过监测和调节各种物理、化学和生物过程的参数，使其达到预期的目标。
本文将介绍过程控制原理在不同领域的具体应用。
2. 化工领域过程控制原理在化工领域的应用非常广泛。
以下是一些典型的例子：•温度控制：在化工反应中，控制温度是非常重要的。
通过实时监测温度，可以调节加热或冷却系统，使反应温度保持在合适的范围内。
•液位控制：在储罐或反应器中，控制液位的高度可以确保生产过程的稳定性。
当液位过高或过低时，控制系统将自动调节出入口流量，以保持液位在设定范围内。
•流量控制：在化工生产过程中，控制流量是实现各种操作的基础。
通过精确地控制流量，可以实现原料的准确投入、产物的准确收集等。
•压力控制：在管道系统中，控制压力可以确保系统的安全运行。
当压力过高或过低时，控制系统将自动调节阀门或泵的操作，以维持压力在设定范围内。
3. 制造业领域过程控制原理在制造业领域的应用也非常广泛。
以下是一些典型的例子：•产品质量控制：在生产过程中，控制各个工序的参数可以确保产品的质量稳定。
通过监测关键参数，如温度、压力、速度等，控制系统可以自动调节操作，以达到预期的产品质量。
•机器人控制：在自动化生产线上，通过对机器人的精确控制，可以实现高效的生产过程。
通过监测传感器的数据，控制系统可以调节机器人的运动，以达到精确的操作效果。
•能源管理：在制造业中，能源的消耗是一项重要的成本。
通过过程控制原理，可以监测和调节能源消耗，以实现能源的有效利用和节约。
4. 环境保护领域过程控制原理在环境保护领域的应用也越来越重要。
以下是一些典型的例子：•废水处理：通过对废水处理过程的监测和调节，可以减少污染物的排放，实现废水的合规处理。
•空气污染控制：通过监测空气中的污染物浓度，控制系统可以调节排放设备的操作，以确保空气质量符合规定标准。
•垃圾处理：通过控制垃圾处理过程中的温度、湿度等参数，可以实现垃圾的高效处理和资源回收利用。
过程控制系统(DCS系统原理)精选
过程控制系统（DCS系统原理）精选过程控制系统，又称分布式控制系统（DCS），在现代工业生产中发挥着举足轻重的作用。
DCS系统原理以其高度集中、分散控制的特点，为生产过程提供了稳定、高效的保障。
下面，让我们一起来深入了解DCS系统的核心原理。
一、DCS系统概述DCS系统是一种以计算机技术、通信技术和控制技术为基础，实现对生产过程进行实时监控、操作和管理的控制系统。
它将整个生产过程划分为若干个子系统，通过分散控制、集中管理的方式，确保生产过程稳定、高效运行。
二、DCS系统原理1. 分散控制DCS系统采用分散控制原理，将复杂的工业生产过程分解为若干个相对简单的子过程。
每个子过程由相应的控制器进行实时监控和控制，降低了系统故障的风险，提高了生产过程的可靠性。
2. 集中管理虽然DCS系统采用分散控制，但整个生产过程仍需进行集中管理。
DCS系统通过高速通信网络将各子系统的数据实时传输至中央控制室，操作人员可以在中央控制室对整个生产过程进行监控、调整和优化。
3. 模块化设计4. 开放式通信协议DCS系统采用开放式通信协议，便于与其他系统进行集成。
这使得DCS系统可以轻松地与企业管理系统、数据库等实现数据交换，为企业生产提供全面的信息支持。
5. 故障诊断与处理DCS系统具备强大的故障诊断和处理能力，能够实时监测系统运行状态，发现异常情况及时报警，并采取相应措施进行处理，确保生产过程不受影响。
三、DCS系统在现代工业生产中的应用1. 石化行业：DCS系统在石化行业中应用广泛，用于对炼油、化工等生产过程进行控制，提高产品质量和产量。
2. 电力行业：DCS系统在发电厂、电网调度等领域发挥着重要作用，保障电力系统安全、稳定运行。
3. 冶金行业：DCS系统应用于冶金行业的烧结、炼铁、炼钢等工序，提高生产效率，降低能耗。
4. 环保行业：DCS系统在污水处理、烟气脱硫等环保领域具有显著效果，助力企业实现绿色生产。
DCS系统原理在现代工业生产中具有广泛的应用前景，为企业提高生产效率、降低成本、保障安全生产提供了有力支持。
过程控制原理
例题1、图所示是一反应器温度控制系统示意图。
A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度保持不变。
试画出该温度控制系统的方块图,并指出该控制系统中的被控对象、被控变量、操纵变量反可能影响被控变量变比的扰动各是什么? 反应器温度控制系统中被控对象为反应器；被控变量为反应器内温度；操作变量为冷却水流量；干扰为A、B 物料的流量、温度、浓度、冷却水的温度、压力及搅拌器的转速等。
反应器的温度控制系统的方块图如图所示。
例题2、某化学反应器工艺规定操作温度为(800土l0)℃。
为确保生产安全，控制中温度最高不得超过850℃。
现运行的温度控制系统，在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图所示。
(1)分别求出最大偏差、余差、衰减比、过渡时间(温度进入按土2％新稳态值即视为系统已稳定来确定)和振荡周期。
(2)说明此温度控制系统是否满足工艺要求。
最大偏差：A＝45℃。
余 差：C ＝5℃。
衰减比：：n=4：1 过渡时间：Ts ＝25min 振荡周期：T ＝13min 。
该系统满足工艺要求。
例题3、某一标尺为0—500℃的温度计出厂前经过校验，其刻度标尺各点的测量结果为：（（2）确定仪表的允许误差及精度等级；（3）经过一段时间使用后重新校验时，仪表最大绝对误差为土8℃，问该仪表是否还符合出厂时的精度等级？解：首先计算出各点的绝对误差，找出其中的最大绝对误差在400℃这点，其值为℃；故该温度计的精度等级确定为1.5级；（3）当仪表最大绝对误差变为土8℃后，相对百分误差已经超过了1.5级仪表的最大允许相对百分误差1.5%，故已不符合仪表出厂时的精度要求。
max 4064006∆=-=max 6*100%*100% 1.2%5000δ∆===-允量程8*100% 1.6%5000δ==-例题4、如图所示，分度号为K 的热电偶错用了分度号为E 的补偿导线。
但极性连接正确。
试问：(1)当t=400 C 、t1＝30℃、t0＝20℃时，仪表指示值与正确使用补偿导线比较是变大还是变小?(2)当t ＝400℃、t1＝20℃、t0＝30℃时．则仪表的指示如何变化?(1)若错用了补偿导线，则热电势 为：若用正确的补偿导线 与t 1无关， 热电势为两者相比之下可看出，由于错用了补偿导线，仪表的指示值偏高了（2）若错用了补偿导线，则热电势 为：若用正确的补偿导线 与t1无关，热电势 为),(0t t E mVE E E E E E t t E t t E t t E E E K K E K E K 801.15192.1801.1203.1395.16)0,20()0,30()0,30()0,400()20,30()30,400(),(),(),(0110=-+-=-+-=+=+=),(0t t E ),(0t t E mVE E E t t E t t E K K K K 579.15)0,20()0,400()20,400(),(),(00=-===),(0t t E mVE E E E E E t t E t t E t t E E E K K E K E K 988.14801.1192.1798.0395.16)0,30()0,20()0,20()0,400()30,20()20,400(),(),(),(0110=-+-=-+-=+=+=),(0t t E ),(0t t E mVE E E t t E t t E K K K K 192.15)0,30()0,400()30,400(),(),(00=-===两者相比之下可看出，由于错用了补偿导线，仪表的指示值偏低了例题5、对于图中的聚合釜温度控制系统，（1）这是什么系统？画出系统框图。
过程控制系统原理及应用
2.2 ＰＬＣ系统基本组成
上位机１ 上位机２
通讯网络
下位机
1)下位机：执行PLC的控制程序，完成控制功能，一般采用专用的PLC厂 商提供的专用的PLC程序，西门子PLC的STEP7，GE公司PLC的LM90-70, 莫迪康PLC的CONCEPT。 2)上位机：为人机界面，完成监视操作功能，一般采用工控软件如 IUTCH、FIX、WINCC等，功能类似DCS的监视和控制功能。 3)通讯网络：上位机和下位机的通讯采用各种方式，通用的、专用的，工 控软件可支持各种厂商的PLC的通讯。
5）调整画面：每个控制功能模块的详细调整，PID参数设定、上下限报警输 出、输出限幅、1个回路/窗口，100000个窗口/HIS
6）过程报警画面：100个点的报警一览表。18个报警/窗口，200个报警/HIS 7) 控制方案图窗口：显示控制方案图的数值和报警状态。
DCS系统窗口调用功能键
系帮过操
绑 绑存
２、操作简便：ＤＣＳ系统的操作功能强大，给操作人员提 供了许多便利的操作功能，操作人员通过操作画面方便完成 各种操作功能。
３、系统便于扩展：ＤＣＳ系统设计结构便于增加卡件、增 加机架、增加操作站和增加控制站，便于装置的扩能改造。
４、维护方便：ＤＣＳ系统设计按照标准设计、硬件模块化、 系统配备自诊断软件，方便检测系统故障。
PLC（Programmable Logic Controller)可 编程序控制器于20世纪60年代末期在美国首先 出现，目的是用来取代继电器，实现逻辑计算、 计时、计数和顺序控制，主要用于开关量控制， 随着技术和需求的发展， PLC也可完成模拟量 的控制。
2.１ ＰＬＣ的特点
１）应用灵活：ＰＬＣ为标准的积木式硬件结构，现 场安装方便，各种控制功能通过软件编程完成。
PID控制算法（PID控制原理与程序流程）
PID控制算法（PID控制原理与程序流程）⼀、PID控制原理与程序流程(⼀)过程控制的基本概念过程控制――对⽣产过程的某⼀或某些物理参数进⾏的⾃动控制。
1、模拟控制系统图5-1-1 基本模拟反馈控制回路被控量的值由传感器或变送器来检测，这个值与给定值进⾏⽐较，得到偏差，模拟调节器依⼀定控制规律使操作变量变化，以使偏差趋近于零，其输出通过执⾏器作⽤于过程。
控制规律⽤对应的模拟硬件来实现，控制规律的修改需要更换模拟硬件。
2、微机过程控制系统图5-1-2 微机过程控制系统基本框图以微型计算机作为控制器。
控制规律的实现，是通过软件来完成的。
改变控制规律，只要改变相应的程序即可。
3、数字控制系统DDC图5-1-3 DDC系统构成框图DDC(Direct Digital Congtrol)系统是计算机⽤于过程控制的最典型的⼀种系统。
微型计算机通过过程输⼊通道对⼀个或多个物理量进⾏检测，并根据确定的控制规律(算法)进⾏计算，通过输出通道直接去控制执⾏机构，使各被控量达到预定的要求。
由于计算机的决策直接作⽤于过程，故称为直接数字控制。
DDC系统也是计算机在⼯业应⽤中最普遍的⼀种形式。
(⼆)模拟PID调节器1、模拟PID控制系统组成图5－1－4 模拟PID控制系统原理框图2、模拟PID调节器的微分⽅程和传输函数PID调节器是⼀种线性调节器，它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的⽐例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进⾏控制。
a、PID调节器的微分⽅程式中b、PID调节器的传输函数a、⽐例环节：即时成⽐例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差⼀旦产⽣，调节器⽴即产⽣控制作⽤以减⼩偏差。
b、积分环节：主要⽤于消除静差，提⾼系统的⽆差度。
积分作⽤的强弱取决于积分时间常数TI，TI越⼤，积分作⽤越弱，反之则越强。
c、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太⼤之前，在系统中引⼊⼀个有效的早期修正信号，从⽽加快系统的动作速度，减⼩调节时间。
了解过程控制的基本原理
了解过程控制的基本原理过程控制是指通过对系统中的各种操作过程进行监测和调节，使得系统能够稳定运行，达到预期的工作目标。
在工业生产、交通运输、能源供应等领域，过程控制起着至关重要的作用。
了解过程控制的基本原理对于能够有效管理和优化过程控制系统具有重要意义。
本文将介绍过程控制的基本概念、基本原理和常见的控制策略。
一、过程控制的基本概念过程控制指的是对系统进行实时监测、检测和调节的过程，通过对系统输入和输出的测量和分析，采取相应的控制措施，使得系统能够按照预定的标准或要求进行工作。
过程控制的目标是保障系统的稳定运行和达到设计要求。
二、过程控制的基本原理1. 反馈原理反馈原理是过程控制中的核心概念之一。
通过对系统输出进行测量和检测，与设定值进行比较，得到误差值，并将误差值作为输入信号对系统进行调节。
反馈控制能够使系统对外界扰动具有较强的抵抗能力，提高系统的稳定性和精度。
2. 控制策略过程控制中常用的控制策略包括比例控制、积分控制和微分控制，即PID控制。
比例控制主要根据误差的大小进行控制，积分控制主要根据误差的积分值进行控制，微分控制主要根据误差的变化率进行控制。
PID控制通过对这三种控制策略的综合应用，能够有效地调节系统，使系统保持稳定状态，并具有较好的动态性能。
3. 控制器控制器是过程控制中的重要组成部分，通常由传感器、执行器和控制算法组成。
传感器用于检测系统的实时状态和参数，将其转化为电信号；执行器根据控制信号进行动作，控制系统的运行；控制算法通过对传感器数据进行分析和处理，得出控制信号，对执行器进行控制。
4. 过程模型过程模型是对被控对象的描述，通过建立系统模型，可以对系统进行分析、仿真和优化。
常用的过程模型有线性模型和非线性模型。
对于线性过程，可以采用经典控制方法进行分析和设计；对于非线性过程，需要采用先进的控制算法，如自适应控制、模糊控制和智能控制等。
三、常见的控制策略1. ON-OFF控制ON-OFF控制是最简单的控制策略之一，当系统输出超过一定阈值时，控制器输出一个固定的控制信号，对系统进行ON或OFF的控制。
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控制阀的分类：快开阀线性阀对数阀抛物线阀
控制器参数的整定方法：经验凑试法临界比例度法衰减振荡法响应曲线法
三种前馈控制系统的结构类型：静态前馈动态前馈前馈—反馈控制系统
比值系统：开环比值控制单闭环比值控制系统双闭环比值控制系统
防止积分饱和的三种方法：限幅法积分切除法积分外反馈法
传热的三种方式：热传导热对流热辐射
传热量调节的途径：调节载热体的流量调节传热的平均温差△T
调节传热面积Fa 将工艺介质分路
比例的缺点：存在余差积分的优点：消除余差
1.何为泵的特性，用曲线和公式表示出来？
压头H与排量及转速n之间的关系：n上升—H上升—Q上升—H下降
2.何为管路特性，用曲线和公式表示出来？
指的是管路系统中的流体流量和管路系统总阻力之间的关系
3.离心泵系统达到稳定状态的条件是什么？
H=Hl时，直接节流法，旁路回流法，调速法
4.大型离心式压缩机通常有几种控制系统？
1）负荷控制系统2）防喘振控制系统3）压缩机组的油路控制系统4）压缩机主轴的轴向推力，轴向位移及振动的指示与联锁保护。
5.什么是喘振，引起喘振的因素？
当负荷降低到一定程度，气体的排送会出现强烈的震荡，而引发压缩机剧烈震动的现象
原因1）负荷减小到一定程度2）被压缩气体的吸入状态：分子量、温度、压力的变化
6.画图说明离心泵工作点稳定与不稳定的判别方法？
当交点处管路特性的斜率大于泵特性的斜率时，是稳定工作点
7.离心泵工作中产生不稳定工况的条件是什么？
1）泵的H-Q特性曲线呈驼峰状
2）管路装置中要有能自由升降的页面或能储存和放出能量的地方
8.压缩机防喘振的基本思想是什么，常用方法有几种？
压缩机在任何转速下的实际流量大于喘振极限所对应的最小流量
9受控对象：反映操纵变量、扰动与受控变量之间关系的环节\
控制阀：接受控制器的输出变量u的信号去改变操纵变量的环节
测量变送：为控制器提供测量值的环节将工艺参数转换为统一的标准信号，4~20mA
控制器：包括控制器环节和比较环节将给定值与测量值比较，根据偏差按一定的规律运算输出操纵控制阀，是控制系统的核心。
10什么是积分饱和现象？举例说明如何防止积分饱和。
实际积分作用与理想积分作用是有差别的，实际积分控制作用只在一定区域内起作用，输出达到一定值后不再继续上升或下降，即达到饱和。
11什么是比值控制系统？什么是变比值控制系统？
控制两个变量的比值，通常是指两个流量的比值通过一个量的变化去改变另一量(操纵量) 定比值只满足了比值一定的关系，并没有考虑成比例的两种物料混合或反应后最终质量是否符合工艺要求。
从最终质量看，系统是开环的
11何谓分程控制系统？设置分程控制系统的目的是什么？
在工业生产过程中，有时会遇到一个控制器去操纵几只阀门，并按输出信号的不同区间操作不同的阀门，这样的控制系统叫做分程控制系统2.1扩大控制阀的可调范围，使得在小流量时更精确的控制。
用于满足工艺上操作的特殊要求。