过程控制的简易原理
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。
SPC的基本原理和过程控制
SPC的基本原理和过程控制概述SPC（统计过程控制）是一种常用于质量管理的统计方法，用于监控过程中的变异性，并及时采取控制措施来保持过程的稳定性和稳定品质。
本文将介绍SPC的基本原理和过程控制。
1. SPC的基本原理SPC的基本原理是基于统计学原理和质量管理理论。
其核心思想是通过收集和分析过程中的数据，以了解过程的变异性，并根据统计指标来判断过程是否处于控制状态。
基本原理包括：1.1 过程稳态与过程能力过程稳态是指过程在一个稳定区域内运行，并且其变异性是可控制的。
稳态下，过程的输出值会在一定的范围内波动，但是变异性是在可控范围内，不会出现特殊原因引起的异常波动。
过程能力是评估过程稳态的指标，通常使用过程能力指数（Cp）和过程能力指数（Cpk）来衡量。
Cp表示过程在规范要求的容差范围内的能力，而Cpk则考虑了过程的位置偏离能力。
1.2 变异性的来源过程中的变异性可以分为两种来源：常因和特因。
常因变异性是过程内在的、长期固定的，通常由一系列可以量化和测量的系统性因素引起。
这种变异性可以通过改善操作方法、调整设备或改善材料来减小。
特因变异性是由特殊原因引起的，通常是偶然事件，属于非系统的因素。
特因变异性无法通过常因改进来消除，应及时进行纠正。
1.3 统计过程控制图SPC使用控制图来监控过程的变异性。
控制图是一种统计图表，可以帮助鉴别过程中的常因和特因变异，以判断过程是否处于控制状态。
常用的控制图包括平均图（X-图），范围图（R-图），以及带有管制限的控制图（带A、B、C及D控制限的图表）。
控制图上的管制限是根据统计原理确定的，当过程数据落在管制限之外时，意味着过程出现特殊原因变异，需要采取措施进行纠正。
2. 过程控制方法SPC的过程控制方法包括以下几个步骤：2.1 数据收集首先，需要确定要收集的数据类型和采样方法。
数据类型通常是定量的，可以是尺寸、重量、时间等。
采样方法应该能够反映出过程的变异性，并且要求数据具有代表性。
过程控制的PID调节原理分解
调节器选择
• 选择调节器动作规律时应根据对象特性、 负荷变化、主要扰动和系统控制要求等具 体情况，同时还应考虑系统的经济性以及 系统投入方便等。
调节器定性选择原则
• 广义对象控制通道时间常数较大或容积迟延较大 时，应引入微分动作 • 当广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化也 不大，而工艺要求无残差时，可选择比例积分动 作 • 广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化较小， 工艺要求不高时，可选择比例动作 • 当广义对象控制通道时间常数或容积迟延很大， 负荷变化亦很大时，简单控制系统已不能满足要 求，应设计复杂控制系统。
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图4.17PI调节器的阶跃响应
图4.18加热器水温PI控制系统在热 水流量阶跃扰动下的调节过程
图4.19PI控制系统不同积分时间 的响应过程
图4.20温度 比例积分控 制系统积分 饱和
图4.21积分动作由调节器输出通过
图4.22利用间隙单元抗积分饱和
图4.3工业对象的幅频和相频特性
图4.4纯时间滞后的效应
图4.5单容水槽图
图4.6自平衡过程的阶跃响应
图4.7具有纯时间滞后的自平衡过 程的阶跃响应
4.8单容积分水槽及其阶跃响应
图4.9列管式换热器
图4.10中和反应器及其静特性
4.3比例调节(P调节)
• 4.3.1比例调节的动作规律和比例带 • 4.3.2比例调节的特点——有差调节 • 4.3.3比例带对于调节过程的影响
4.4.1积分调节规律和积分速度
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图4.14自力式气压调节阀
4.4.2积分调节的特点——无差调节
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。
过程控制
1) 被控过程的多样性2)控制方案的多样性,包括系统硬件组成和控制算法以及软件设计的多样性。
衰减比 ：衡量振荡过程衰减程度的指标，等于两个相邻同向波峰值之比。
即：13y y η=衰减率 ：指每经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数，131y y y ϕ-=衰减比常用 :1η 表示。
最大动态偏差：被控参数偏离其最终稳态值的最大值。
衡量过串级控制系统串级控制系统定义：两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，副控制器的输出操纵控制阀，从而对主被控变量有更好的控制效果。
串级控制系统的特点:由于副回路的存在，减小了对象的时间常数，通道．使控制作用更加及时。
提高了系统的工作频率，使振荡周期减小，调节时间缩短，系统的快速性增强。
对二次干扰具有很强的克服能力，克服一次干扰的能力也有一定的提高。
对负荷或操作条件的变化有一定的自适应能力在稳定状态时，两物料的流量关系为当主动量发生变化时，比值器根据对设定值的偏差情况，按比例改变控制阀的开度，使从动量与变化后的主动量仍单闭环比值控制系统的工作过程在稳定状态下，两物料保持Q2=kQ1 的关系当主动量不变时，比值器的输出不变，从动量回路是定值控制。
若从动量受到干扰，经从动量回路，把回稳态值，使两者比值不变。
当主动量受到干扰时，比值器的输出发生变化双闭环比值控制系统的工作过程：1)♀当主动量受到干扰时，主动量回路对其进行定值控制，使主动量稳定在设定值附近。
2)♀从动量回路是随动控制，主动量发生变化时，比值器的输出使从动量回路控制器的设定值改变，使制品质变坏比值控制的被控对象一般是流量对象，滞后时间比较小，主从动量控制器不宜采用微分作用变比值控制系统：以两物料的比值作为副变量所构成的串级控制系工作过程分析1) 若甲塔的液位上升，正作用的液位控制器的输出增大，反作用的流量控制器输出增大，上升，即乙塔的进料量增加。
当液位上升到某一高度时，甲塔的出料量等于进料量的增加量，液位不再上升。
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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PID参数整定的基本原则
单项性能指标 误Biblioteka 积分性能指标 理论计算整定法 工程整定法
系统的临界振荡过程
简单控制系统的组成环节
谢谢
过程控制的简易原理
主讲人：曹东亮
PID调节原理
控制系统的设计归根到底就是调节器的设计 就是调节规律的确定和调节器参数的整定。
PID控制的优点
原理简单，使用方便，适应性强。 生产过程简单控制系统方框图：
过程控制系统的动态特性
(1) 对象的动态特性是单调、不振荡的 (2) 对象动态特性的延迟性和时间常数大 (3) 对象的动态特性具有纯时间滞后 (4) 被控对象的自平衡与非自平衡特性 (5) 被控对象的动态特性往往具有非线性特征
调节器选择
选择调节器动作规律时应根据对象特性、负荷变化、主要 扰动和系统控制要求等具体情况，同时还应考虑系统的经 济性以及系统投入方便等。
调节器定性选择原则
广义对象控制通道时间常数较大或容积迟延较大时，应引 入微分动作 当广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化也不大，而 工艺要求无残差时，可选择比例积分动作 广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化较小，工艺要 求不高时，可选择比例动作 当广义对象控制通道时间常数或容积迟延很大，负荷变化 亦很大时，简单控制系统已不能满足要求，应设计复杂控 制系统。