第八章 典型工业过程控制解剖
典型工业过程控制工程
典型工业过程控制工程1、工业过程控制工程简介工业过程控制是指使用工业自动化技术对生产过程进行自动化控制，并通过对生产过程的监控和控制来确保产品质量和提高生产效率。
工业过程控制工程是实现工业自动化的核心领域，涉及到传感器、执行器、控制器、通信系统、数据处理和安全控制等技术。
典型工业过程控制工程的实现包括以下几个步骤：•传感器采集生产过程数据和环境数据；•控制器对采集到的数据进行处理和分析，并对系统进行控制；•执行器根据控制器的指令对生产过程进行控制；•通信系统负责数据传输和控制指令传递；•数据处理部分负责对采集到的数据进行处理和分析；•安全控制负责对系统进行安全保护。
2、典型工业过程控制工程应用范围工业过程控制在工业生产中应用广泛，常见的应用场景包括：•石油化工行业：油炼化工、石油化工、氯碱化工、合成材料、烟气脱硝、烟气脱硫、污水处理等。
•能源行业：火电厂、核电厂、风力发电、太阳能电站、地热、生物质等。
•制造业：汽车制造、航空航天、船舶制造、纺织工业、家电制造、电子制造、半导体生产等。
•食品饮料行业：糖果饮料、啤酒生产、乳制品、蔬菜加工、肉制品加工等。
在这些行业中，工业过程控制工程系统常见的应用包括控制系统、监测系统、调节系统和安全保护系统。
3、典型工业过程控制工程实现技术3.1 传感器传感器是工业过程控制工程实现的关键组成部分，用于采集生产过程中的关键数据。
传感器根据不同的应用场景和需求选择不同的类型，常见的传感器有温度传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器和振动传感器等。
此外，传感器的选择也需要考虑安全、可靠性和精度等因素。
3.2 控制器控制器是工业过程控制工程实现的核心部分，通过对传感器采集到的数据的处理和分析来产生控制指令，实现对工业生产过程的控制。
常见的控制器有PLC、DCS和SCADA等。
PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是一种特定的数字计算机，用于控制工业过程中的电子设备、机器、系统等，具有高速、精准、可靠等特点。
典型工业过程控制系统PPT课件
汽 包
省 煤 器
给 水
蒸汽 LC
单冲量控制系统
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单冲量汽包水位控制系统的特点
•结 构 简 单 ， 投 资 少 。 •适用于虚假水位不严重 ，负荷较平稳的场合 (小型锅炉)。 •为 安 全 运 行 ， 可 设 置 水 位 报 警 和 联 锁 控 制 系 统 。 •但 由 于 存 在 虚 假 水 位 的 反 向 特 性 ， 当 负 荷 变 化 比 较 大 时 ， 会 造 成 控 制 器 输 出 误 动 作 ， 影响控制系统的控制品质。此外，由于蒸汽负荷变化后，要在引起水位变化后才改 变给水量，因此，控制不及时。
第2页/共80页
锅炉设备的控制问题
工程上一般将锅炉的控制系统划分为：汽包水位控制系统、燃烧控制系统和过 热蒸汽控制系统，下面分别对这三个控制系统的典型方案进行讨论。
给水量 减温水 燃料量 送风量 引风量
负 荷 锅炉设备
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水位 蒸汽温度 蒸汽压力 过剩空气 炉膛负压
一、锅炉汽包水位的控制 被控变量：汽包水位，用H (s)表示； 控制变量：汽包给水量流量，用G (s)表示； 主要干扰：蒸汽负荷(蒸汽流量)，用D (s)表示； 其它扰动：给水方面的扰动；燃料量的扰动；汽包压力变化； 通道对象：非自衡、反向特性、非线性等特性。
被控变量组成的串级控制系统，及蒸汽压力为主被 控变量、空气量为副被控变量的串级控制系统。
系统中燃料量与空气量的比值关系是通过 燃料控制器和空气控制器的正确动作间接保证的， 该方案能够保证蒸汽压力恒定。
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方案三：逻辑提量/减量控该制方案系以统蒸汽压力为主
被控变量，燃料和空气并列 为副被控变量的串级控制系 统。既能保证蒸汽压力恒定， 又可实现燃料的完全燃烧。
工业生产过程控制讲义PPT(29张)
4．给定值 按生产要求被调量必须维持的希望值（简称给定
值）。 5．调节机构
6．控制量（调节量） 由操作者或调节机构(阀门、挡板等)改变的输入物
理量，用以控制被调量的变化。称为控制量。 7．扰动
引起被调量偏离平衡状态的各种原因称为扰动。
•
8、有些事，不可避免地发生，阴晴圆缺皆有规律，我们只能坦然地接受;有些事，只要你愿意努力，矢志不渝地付出，就能慢慢改变它的轨迹。
•
9、与其埋怨世界，不如改变自己。管好自己的心，做好自己的事，比什么都强。人生无完美，曲折亦风景。别把失去看得过重，放弃是另一种拥有;不要经常艳羡他人，人做到了，心悟到了，相信属于你的风景就在下一个拐弯处。
过程控制
主讲人：马平
什么是过程控制？
工业生产过程 指原材料经过若干加工步骤转变成产品并具有一
定生 产规模的过程。
工业生产过程可分为： 连续生产过程 离散生产过程
间歇生产过程（批量生产过程）。
工业生产过程的目标
在可能获得的原料和能源条件下，以最经济的 途径将原材料加工成预期的合格产品。
理想条件
原材料
•
9、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一些事理，毕竟每个人都是越活越现实。
•
10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。
•
11、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。
•
12、女人，要么有美貌，要么有智慧，如果两者你都不占绝对优势，那你就选择善良。
学习要求：
绪论： 建立过程控制系统的基本概念，了解 现状及发展趋势
工业过程控制概述
一、生产过程及其特点
生产过程特点：连续生产过程具有复杂性、关联性、 时变性、非线性、不确定性，在某些高温高压或有害 介质存在的场合，还具有相当的危险性。 生产过程的这些特点极大地促进了过程控制技术的发 展，使得过程控制在自动控制领域乃至国民经济中都 占有极其重要的地位。 8
二、生产过程对控制的要求 生产过程对控制最主要的要求可以归结为三个方面，
34
§1-3 方块图与流程图
例：炉温控制系统画方块图
35
炉温控制系统方块图
执行器
炉温控制系统方块图
36
§1-3 方块图与流程图
炉温控制系统方块图特点
37
§1-3 方块图与流程图
画出如下反应器反应温度控制系统的方块图。
38
§1-3 方块图与流程图 闭环控制系统：环节的任何一个信号，只要沿箭头方 向流动，最终总会回到它的起始点，把这样的系统称 为闭环控制系统。
29
§1-3 方块图与流程图 相加点：
如图1-3 所示，表示两个以上具有相同单位的变 量(信号）之间的加和运算。
（a）表示 e=r-z; （b）表示 x=x1+x2。
30
§1-3 方块图与流程图 分支点： 如图1-4所示，当一个变量（或信号）要同 时作用于几个不同的环节时，可使用分支点。 由分支点引出的各路信号都相等。
10
三、生产过程自动化的发展历程
回顾生产过程自动化的发展历史，大致经历了三 个发展阶段。
1．初级阶段
1950年以前，简单的检测 仪表和笨重的基地式仪表
11
三、生产过程自动化的发展历程
2．仪表化阶段
50年代至70年代，单元组 合仪表和巡回检测仪表。
集中监视 和操作
8-化工过程控制ppt课件
名称
控制室 仪表
孔板流 量计
转子流 量计
符号
自控参量代号：
T——温度 L——物位 A——分析
F——流量 C——浓度 V——黏度
P——压力或真空度 pH——氢离子浓度 M——搅拌转速
精选2021版课件
4
自控功能代号：
I——指示 J——记录 L——联锁
C——控制 X——信号 A——报警
Q——累积 T——调节 R——人工遥控
精选2021版课件
30
3、离心泵出口多支路流量控 制（比例控制）
③ 流量差值控制 有些工艺过 程要求流量的差值恒定，例如 有侧线出料的精馏塔。根据精 馏原理，要使塔顶产品达到设 计要求，必须保持回流量稳定。 但是在有侧线出料时，侧线板 以下的真正回流并不等于通常 意义的回流比F2，而等于回流 量F2减去侧线出料量F3，因 此常规的精馏段定回流控制改 成流量差值控制，调节侧线出 料量，使F2和F3之差不变。
情形2
精选2021版课件
26
8.3 化工单元操作常见的控制方案 一、流量控制
精选2021版课件
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3、离心泵出口多支路流量控制（比例控制） 在某些生产中需要保持两个流量之间的比例一定，例如反应器的两个进料要求保持比例一 定。这时，需要采用比例控制，使一种物料的流量自动跟踪另一种物料的流量。常用的比 例控制有两种。
自动控制是在人工控制的基础上发展而来的，由检测仪表、计算机
装置、自控阀门组成的自动控制系统分别代替人的眼睛观察、大脑判断
决策、手动操作。
精选2021版课件
2
计算机自动控制系统示意图
化工过程（或化工设备） （物理量）
一次仪表
二次仪表 （变送器）
工业生产过程控制绪论
3）典型单元操作过程控制 控制工程技术的实际应用分析和研究。 主要内容： 典型单元控制对象的特性及控制系统设计与实施
主要单元控制： 流体输送设备控制、传热设备控制、 化学反应过程控制、精馏过程控制
4）先进控制方法概述 先进控制基本思想、主要方法
70年代：集成电路微处理器时代 主要仪表技术：DDZ-Ⅲ型仪表、
DCS(Distributed Control System) 80年代：数字化技术时代
主要仪表技术：DCS、网络通讯技术、工业电视 81年开始我国引入并开始应用DCS技术
90年代：现场总线技术 主要仪表技术：智能控制，分析仪表在线应用、 优化控制
被控变量(Y)、测量变量(z)、设定值(r)、偏差(e)、 控制变量(u)、操纵变量(q)、扰动变量(f)
2) 控制系统性能指标
阶跃响应性能指标 评价控制系统性能
偏差积分性能指标 指导控制系统整定
① 阶跃响应性能指标 阶跃响应曲线
Y
B1
B2
r(t)
e(∞) Y(∞)
tp
τs
(a) 给定值阶跃变化过渡过程YA C Fra bibliotek(t)tp
B1
B2
(b) 扰动阶跃变化过渡过程
Y(∞) e(∞) τs
a. 超调量（最大偏差）： 超调量(最大动态偏差)是反映控制系统对干扰的 瞬间响应或瞬间偏离程度的衡量量，是衡量系统 可行性的指标。
随动控制系统(超调量)：
Y
B1 r(t)
e(∞)
Y(∞) (C)
tp
(a) 给定值阶跃变化过渡过程
描述式：
A B C y(tp )
工业过程控制
第一章：1.过程控制定义 ：所谓过程控制是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。
2.通常把原材料转变成产品并具有一定生产规模的过程叫做工业生产过程。
连续生产过程中自动控制系统的被控参数往往是温度、压力、流量、物位和成分等变量。
3.球磨给矿过程控制示意图 球磨给矿过程控制方框图4.硫酸工艺流程压力控制方框图5.过程控制目的：目的：抑制外界扰动的影响，确保过程的稳定性，使生产过程的工况最优化。
具体来说：保证质量；提高产量；节能降耗；安全运行；保护环境；改善劳动条件；提高管理水平等 。
6.过程控制系统组成：1.被控过程，指运行中的多种多样的工艺生产设备；2.过程检测控制仪表，包括：测量变送；控制器、执行器。
7. 被控参数（变量）y(t ) 控制（操纵）参数（变量）q(t) 扰动量f(t) 给定值r(t) 当前值z(t) 偏差e(t) 控制作用u(t) 8.过程控制的主要特点：被控过程形形色色；控制过程多属缓慢过程和参量控制形式；控制方案的多样性，有单回路（50%以上）、串级（20%以上）、前馈-反馈、比值、均匀、分程、选择性、时滞、数字和计算机过程控制系统等； 定值控制是主要控制形式。
9.过程控制系统的分类 ：按系统的结构特点来分 ：反馈控制系统 、前馈控制系统 、复合控制系统（前馈-反馈控制系统） 按给定值信号的特点来分：定值控制系统 、随动控制系统 反馈控制系统 ：偏差值是控制的依据，最后达到减小或消除偏差的目的。
反馈信号可能有多个，从而可以构成多回路控制系统（如串级控制系统）。
前馈控制系统：扰动量的大小是控制的依据，控制“及时”。
属于开环控制系统，在实际生产中不能单独采用。
复合控制系统（前馈-反馈控制系统） ：充分发挥了前馈和反馈的各自优点。
10.过程控制系统的性能评价：一个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，应能迅速、平稳、准确地达到或趋近给定值。
典型过程控制ppt
A 过程控制系统基础
控制系统的由来
Qi
传感测量器：液位计+人眼 控制器：大脑 执行机构：手+手动阀
h
LC
hsp
Qo
差压传感变送器 电动调节器 自动调节阀
➢ 它们对产品的产量、质量以及安全具有决定性的作用， 而人工操作又难以满足要求的； ➢ 人工操作虽然可以满足要求，但是，这种操作是既紧 张而又频繁的。
被控变量的分类（按照与生产过程的关系）
➢直接指标控制； ➢间接指标控制。
A1.3被控变量的选择
选择被控变量的原则 （1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反映工 艺操作状态，一般是工艺过程中较重要的变量。
控制系统常用的性能指标
衰减比：n
B B
振荡周期T，
调节时间 ts.
超调量 y(t p ) y() 100 %
y()
➢余差 e() x y() 上升时间 tr, 峰值时间 tp.
A1.3被控变量的选择
生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按一定 规律变化）的变量称为被控变量。
被控变量的界定
A1.0简单控制系统结构与组成
简单控制系统通常是指由一个测量元件、变送器、一 个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系 统。
图 液位控制系统
图 温度控制系统
A1.0简单控制系统结构与组成
从图中可知
图 简单控制系统的方块图
➢ 简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、测 量变送装置、控制器和执行器。
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盐城工学院
L TC
D LC
FC F FC
基本控制方案 按精馏段指标的控制方案
根据精馏段质量指标控制回流量， 保持再沸器加热量恒定
塔顶馏出液为主要产品， 或塔的进料全部为气相 此时进料量、成分和温度 的波动对精馏段影响较大
B LC
EXIT
❖ 根据精馏段质量指标控制回流量，保持再沸器加 热量恒定
❖ 这种控制方案优点是：控制回路滞后小，反应迅速， 利于克服进入精馏段的扰动，保证塔顶产品质量，是精馏 过程控制中最为常见的控制方案；缺点是：以回流量作为 操纵变量，对精馏塔的平稳操作有影响。所以在调节参数 整定时，采用PI控制，不必加入微分控制。此方案适用于 回流比小于0.8和某些需要减小滞后的场合。
EXIT
❖约束条件要求
❖
常用的精馏塔约束条件有：液泛限、漏液限、压力
限和临界温差限。液泛限和漏液限最大和最小气相速度限，
当塔内气相速度过高时，将可能导致下层塔板的液相倒流
到上层塔，产生液泛现象，影响正常操作；当塔内气相速
度过低时，将产生塔板漏液，使得传热传质效率下降。压
力限是塔的操作压力限制，一般是最大压力限，因为塔内
EXIT
8.1 精馏过程控制系统
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FC L
按提馏段指标的控制方案
根据提馏段质量指标控制加热量，保持回流量恒定 当塔底产品为主要产品 或进料为液相时，常采 用此类控制方案。 此时进料量、成分和温 度的波动对精馏段影响 较大。
D TC
TC F FC
B LC
EXIT
❖ 根据提馏段质量指标控制加热量，保持回流量恒 定
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过程控制及仪表
第八章 典型工业过程控制
第八章 典型工业过程控制 ❖学习目标
熟悉精馏过程控制系统
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了解DCS控制系统基本概念
熟练掌握球磨机控制一般方法
EXIT
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本章内容
❖8.1 精馏过程控制系统 ❖8.2 水泥生产过程自动控制系统 ❖8.3 磨机的控制
EXIT
8.1 精馏过程控制系统
❖
EXIT
❖ 板式塔精馏装置的工艺过程为： 原料液加入精馏塔中部的某一 层塔板，该层塔板称为加料板。 加料板将分成两部分：上部进 行着蒸汽中易挥发组分的增浓， 称为精馏段；下部（包括加料 板）进行着液体中难挥发组分 的提浓，称为提馏段。提馏段 底部液体一部分被不断排出， 作为塔底产品收集，一部分经 再沸器加热汽化后重新送入塔 中。塔顶蒸汽经冷凝器冷凝后， 一部分作为塔顶产品排出，一 部分回流入塔。显然，精馏塔 的作用是使塔中上升汽流与下 降液流充分逆流接触，并多次 进行热量和质量交换，最终在 塔顶和塔底得到组分浓度符合 质量要求的合格产品。
❖ 这种控制方案的优点是：滞后小，反应迅速， 有利于克服进入提留段的扰动，保证塔底产品质 量，应用广泛。缺点是：物料平衡与能量平衡之 间有一定关联。该方案由于回流量恒定，故应保 证回流量足够大，以便当塔的负荷最大时保证产 品质量。
EXIT
8.2 水泥生产过程自动控制系统
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水泥生产过程自动化为企业带来的诸多好处以被 企业的管理者广泛认同。但为了降低投资，企业一般都 不选用从国外引进的传统性DCS系统，尤其在中小型水 泥厂大多采用由原装的可编程序控制器（PLC）作为现 场控制站（下位机），用通用工控机作操做站（上位 机），配以标准的控制网络组态而成的分布式控制系统
压力ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能过大，否则会影响塔内的汽液平衡，严重越限甚
至会影响安全生产。临界温差限主要是指再沸器两侧的温
差，当这一温差低于临界温差时，给热系数急剧下降，不
能保证塔的正常传热需要。
EXIT
❖节能要求
❖ 节能的主要要求是再沸器的加热量和冷凝器的冷 却量消耗应符合一定的要求。
EXIT
8.1 精馏过程控制系统
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工艺简介
精馏过程---将组分复杂的混合物
通过传热、传质分离成纯度相对
较高的单一化工产品的过程
F，zf
原理-----利用混合物中各组分相对挥 进料
发度不同，在一定的温度、压力下
通过蒸发与冷凝，使液相中的轻组 蒸汽
分和气相中的重组分互相转移，从
而实现分离。
L
回流
冷剂
D，xD 馏出液
v
B，xB
釜液
F，zf 进料
蒸汽
L
回流
冷剂
D，xD 馏出液
v
B，xB
釜液
EXIT
8.1 精馏过程控制系统
盐城工学院
精馏过程的控制要求
精馏过程控制的目标是：在保证安全的前提下，满足工艺 提出的质量指标，并尽可能降低原材料和能源消耗，提高 效率，保证生产安全、平稳运行。
产品质量要求
约束条件要求
平稳运行要求
节能要求
EXIT
EXIT
8.1 精馏过程控制系统
根据精馏段质量指标控制馏出液 流量，保持再沸器加热量恒定
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D TC
LC L
FC F FC
B
EXIT
❖ 根据精馏段质量指标控制馏出液流量，保持再沸 器加热量恒定
❖ 为这种控制方案，此方案的优点是：塔内回 流基本不变，有利于精馏塔的平稳操作，若采用 有积分作用的控制，当塔顶产品质量不合格时， 塔顶馏出液会自动停止馏出，进行全回流，保证 产品合格；缺点是：控制回路滞后大，反应慢。 此方案适用于回流比较大的场合。
❖产品质量要求
❖ 塔顶或塔底产品之一应保证达到质量指 标规定的纯度要求，另一产品纯度应稳定 在规定的范围内；或者塔顶、塔底产品均 保证一定的纯度。对于二元组分精馏过程 的质量通常用塔顶的轻组分产品和塔底重 组分产品纯度进行控制。
EXIT
平稳运行要求
为保证精馏过程的平稳运行，应当保持精馏 过程的总产品输出量（塔顶馏出液和塔底 釜液的总采出量）与进料量平衡，即保证物料 平衡；同时应当保证精馏过程输入输出总 能量的平衡，即保证能量平衡，使塔内的操作 压力保持稳定。
（DCS），实现分散控制和集中管理的功能。
EXIT
盐城工学院
8.2 水泥生产过程自动控制系统
EXIT
❖ 精馏过程广泛应用于石油加工、化工、精细化工 和轻工生产过程中。随着工业生产的不断发展， 对产品质量的要求越来越高，对精馏过程而言就 是对产品的纯度要求不断提高，这就对控制精度 提出了更高的要求，由于精馏过程为多输入、多 输出对象，被控参数之间有着比较复杂的关联关 系，需要从系统工程的角度相互协调，统一考虑， 因此控制系统较为复杂。由于精馏过程的自动控 制极为重要且有一定难度，国内外许多专家都在 从事这方面的研究。