1过程控制系统基本概念
过程控制系统PCS(Process Control System)的介绍及应用
过程控制系统PCS(ProcessContro1System)的介绍及应用过程控制系统(ProcessContro1System,PCS)是在自动化技术的支持下对生产过程进行实时监测、控制和优化的一种系统。
PCS通过传感器、执行器、计算机和网络等技术手段，对现场各种参数进行实时监测、分析和控制，以确保产品质量、提高生产效率和降低成本。
以下是PCS的介绍及应用。
1.过程控制系统的基础功能核心模块：输入模块、控制模块和输出模块这三个模块是过程控制系统的基础。
其中输入模块主要负责采集现场的数据，如温度、压力、流量等；控制模块则对这些数据进行处理、分析，并制定相应的控制策略；输出模块则将控制信号传送给执行器，如阀门、电机等，来实现对生产过程的控制。
2.过程控制系统的应用2.1化工行业化工行业中存在许多高危作业环节，PCS可以帮助企业降低生产事故风险。
例如，作为一个严格遵循生产规范要求的工业领域，PCS能够在化学反应过程中确保反应的安全性，从而防止不必要的人员伤害和财产损失。
3.2石油行业在石油工业中，过程控制系统也发挥着至关重要的作用。
由于石油生产环境复杂，PCS可以通过对石油采集、加工、储存等环节的实时监测，精准掌握各个环节的生产数据，提高生产效率和节约成本。
4.3电力行业电力行业是一个需要高度自动化技术支持的领域，PCS通常被用来监测、控制和优化发电机组的运行状态。
例如，在燃气发电机组中，使用PCS能够实现自动控制温度、压力和电压等参数，以提高发电效率和减少排放。
5.4制药行业制药行业需要严格遵守安全、卫生、环保等法规标准，PCS在制药过程中的应用非常重要。
例如，通过对药品生产过程进行实时监测和控制，PCS能够确保药品的生产量和质量达到最佳效果，同时满足药品的安全标准。
6.5食品行业食品行业也是PCS的一个重要应用领域。
在生产食品过程中，PCS可以对温度、湿度、氧气等多项参数进行实时监测和控制，提高食品的生产效率和质量，并且确保生产过程符合卫生安全标准。
现代过程控制基础 1 过程控制系统综述
1.1.4 过程控制系统的品质指标
a-发散震荡过程
b-等幅震荡过程
c-衰减震荡过程
d-非周期过程
几种不同的过渡过程
递减比： 积分性能指标：
动态偏差：B1 调整时间：TC 静态偏差 C
1.2 单回路控制系统
f
r
e
u
q
y
调节器 调节阀 被控对象
－
z 检测元件、变送器
r：给 定 值 e：偏 差 u：控 制 量 q：操 纵 量 y： 输 出 f： 扰 动 z： 测 量 值
• 过程扰动通道的放大系数Kf应尽可能小；时间 常数Tf要大；引入系统的位置要远离被控参数；
• 应尽量设法把广义过程的几个时间常数错开， 使其中一个时间常数比其他时间常数大得多；
• 注意工艺操作的合理性、经济性。
1.2.9 控制系统投运(1)
• 投运：在控制系统方案设计、仪表安装 调校就绪后，或者经过停车检修之后， 再将系统投入生产使用的过程。
具有两个以上的检测元件和变送器， 或调节器，或执行器的控制系统
1.3.1 串级控制系统
r 主调节器
－ 主回路
副回路
d2
副调节器 －
阀 副对象
副变送器
主变送器
d1
y 主对象
d1：一次扰动 d2：二次扰动
1.3.1.1 串级控制系统的结构
串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一， 在过程控制中得到了广泛地应用。
• 一 次 扰动——不包括在副回路内的扰动。 • 二 次 扰动——包括在副回路内的扰动。
1.3.1.3 串级控制系统主要特点
• 1.改善了被控过程的动态特性； • 2.提高了系统的工作频率； • 3.具有较强的抗扰动能力； • 4.具有一定的自适应能力。
第1章 过程控制系统概述ppt课件
三、过程控制系统的分类
１. 按结构特点分类 (１) 反馈控制系统 (２) 前馈控制系统
(３) 前馈—反馈控制系统（复合控制系统）
２. 按给定信号的特点分类 (１) 定值控制系统
(２) 程序控制系统 (３) 随动控制系统
(１) 方框图中每一个方框表示一个具体的实物。 (２) 方框之间带箭头的线段表示它们之间的信号联系，与 工艺设备间物料的流向无关。 (３) 比较点不是一个独立的元件，而色色 ２. 控制过程多属缓慢过程和参量控制形式 ３. 控制方案多种多样 ４. 定值控制是过程控制的一种主要控制形式
要求学生能应用控制理论和工程处理方法，掌握 过程控制系统控制方案的分析、设计和工程实施能 力。
§１—２ 过程控制系统的组成、特征及分类
一、过程控制系统的组成
１. 常用术语（见表１—２—１）
２. 方框图
方框图是控制系统或系统中每个环节的功能和信号流向的 图解表示，是控制系统进行理论分析、设计中常用到的一种形 式。每一个方框表示系统中的一个组成部分（也称为环节）， 方框内填入表示其自身特性的数学表达式或文字说明。
学习目标
１. 了解过程控制的发展历程和发展方向。 ２. 了解本课程的地位和性质。 ３. 掌握过程控制的定义，弄清过程控制的目的。 ４. 掌握过程控制系统的组成和特点。 ５. 掌握过程控制系统的分类以及相互之间的区别。
§1—1 绪论
一、过程控制概述
1．定义 过程控制系统是以表征生产过程的参量为被控制量，使 之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。这里 “过程” 是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相 互作用和转换过程。表征过程的主要参量有温度、压力、 流量、液位、成分和浓度等。过程控制系统的任务就是通 过对过程参量的控制，使生产过程中产品的产量增加、质 量提高、能耗减少，实现工业生产过程自动化。
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。
第一章过程控制系统基本概念讲义.
二
过程控制系统的过渡过程
当自动控制系统的输入发生变化后，被控变量（即输出） 随时间不断变化，它随时间而变化的过程称为系统的过渡 过程。也就是系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态 的过程。
对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系统都是稳 定系统）要分析其稳定性、准确性和快速性，常以阶跃作 用为输入时的被控变量的过渡过程为例，因为阶跃作用很 典型，实际上也经常遇到，且这类输入变化对系统来讲是 比较严重的情况。
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图1-1 锅炉汽包水位控制示意图
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二、过程控制系统组成
1、控制系统常用术语（教材P4）
①被控过程（对象）：自动控制系统中，工艺参数需要 控制的生产过程设备或机器。 ②被控变量：被控过程内要求保持设定值的工艺参数。 ③给定值：工艺参数所要求保持的数值。 ④操纵变量：受控制器操纵，用以克服干扰的影响使被 控变量保持设定值的物料量或能量（流过控制阀介质 的流量）。 ⑤扰动量：除操纵变量外，作用于被控过程并引起被控 变量变化的因素（使被控变量偏离给定值）。 ⑥偏差：测量值与设定值之差。
图1.4 锅炉汽包管道及仪表流程图
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图1.5 发酵罐管道及仪表流程图
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§1-2过程控制系统主要类型
按控制系统基本结构形式 -----闭环控制系统和开环控制系统。 重点介绍闭环控制系统
1、闭环控制系统：（视频播放：2－01：49~27）
定义：闭环控制系统是指控制器与被控对象之间既有顺向控 制又有反向联系的控制系统；凡是系统的输入端和输出端 之间存在反馈支路，使得输出变量对控制作用有直接影响12
2．反馈概念
反馈——通过测量变送装置将被控变量的测量值送回到系统 的输入端，这种把系统的输出信号直接或经过一些环节引 回到输入端的做法叫做反馈。 负反馈——引回到输入端的信号是减弱输入端作用的称为负 反馈，用“－” 号表示。将被控变量送回输入端并与输入 变量相减。 （重点理解） 正反馈——引回到输入端的信号是增强输入端作用的称为正 反馈，用“＋”号表示。将被控变量送回输入端并与输入 变量相加。
过程控制系统概述
过程控制系统概述杨峰电信学院06自动化3班学号：40604010321所谓过程控制（Process Control）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。
一﹑过程控制的特点随着生产过程的连续化﹑大型化和不断强化, 随着对过程内在规律的进一步了解,以及仪表﹑计算机技术的不断发展, 生产过程控制技术近年来发展异常迅速.所谓生产过程自动化, 一般指工业生产中(如石油﹑化工﹑冶金﹑炼焦﹑造纸﹑建材﹑陶瓷及热力发电等)连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制.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(如温度﹑压力﹑流量等)进行的自动控制统称为过程控制.生产过程的自动控制, 一般要求保持过程进行中的有关参数为一定值或按一定规律变化. 由于被控参数不但受内﹑外界各种条件的影响, 而且各参数之间也会相互影响, 这就给对某些参数进行自动控制增加了复杂性和困难性. 除此之外, 过程控制尚有如下一些特点:1. 被控对象的多样性.对生产过程进行有效的控制, 首先得认识被控对象的行为特征, 并用数学模型给以表征, 这叫对象特性的辨识. 由于被控对象多样性这一特点, 就给辨识对象特性带来一定的困难.2. 被控对象存在滞后.由于生产过程大多在比较庞大的设备内进行, 对象的储存能力大, 惯性也大. 在热工生产过程中, 内部介质的流动和热量转移都存在一定的阻力, 因此对象一般均存在滞后性. 由自动控制理论可知, 如系统中某一环节具有较大的滞后特性, 将对系统的稳定性和动态质量指标带来不利的影响, 增加控制的难度.3. 被控对象一般具有非线性特点.当被控对象具有的非线性特性较明显而不能忽略不计时, 系统为非线性系统, 必需用非线性理论来设计控制系统, 设计的难度较高. 如将具有明显的非线性特性的被控对象经线性化处理后近似成线性对象, 用线性理论来设计控制系统, 由于被控对象的动态特性有明显的差别, 难以达到理想的控制目的.4. 控制系统比较复杂.控制系统的复杂性表现之一是其运行现场具有较多的干扰因素. 基于生产安全上的考虑, 应使控制系统具有很高的可靠性.由于以上特点, 要完全通过理论计算进行系统设计与控制器的参数整定至今乃存在相当的困难, 一般是通过理论计算与现场调整的方法, 达到过程控制的目的.二﹑过程控制系统的组成过程控制系统的组成, 一般可用如下框图表示被控参数（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)三、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1.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。
过程控制系统及工程课件
过程控制系统及工程课件一、引言过程控制系统是指用于监控、调节和控制工业过程的设备和技术的集合体。
它在工业领域起着至关重要的作用，能够提高生产效率、确保产品质量并降低成本。
本课件将介绍过程控制系统及工程的基本概念、主要组成部分和实际应用。
二、过程控制系统概述2.1 过程控制系统定义过程控制系统是指一组硬件设备、软件系统和控制策略，用于监测和操纵工业过程以满足特定的要求和性能指标。
它通常包括传感器、执行器、控制器和人机界面等组成部分。
2.2 过程控制系统的作用和优势过程控制系统在工业生产中发挥着重要作用，主要体现在以下几个方面：•自动化控制：过程控制系统能够自动实现对工业过程的监控和控制，减少人工干预，提高生产效率和产品质量。
•系统集成：过程控制系统能够集成不同的硬件设备和软件系统，实现协同工作，提高系统的可靠性和一体化程度。
•数据采集与分析：过程控制系统能够采集大量的过程数据，并对其进行实时分析和处理，为决策提供支持，并优化生产过程。
•故障诊断与预测：过程控制系统能够及时检测和诊断设备故障，并通过数据分析和模型预测，提前预防故障的发生，减少停机时间和维修成本。
2.3 过程控制系统的工程流程过程控制系统的设计和实施需要遵循一定的工程流程，一般包括以下几个阶段：•系统需求分析：明确过程控制系统的功能需求和性能指标，制定详细的技术规格书。
•系统设计与选择：根据需求分析结果，选择合适的硬件设备和软件系统，并进行系统设计和配置。
•系统集成与调试：将选择的设备和系统进行集成，并进行调试和测试，确保各项功能正常运行。
•系统运行与维护：系统正式投入使用后，需要进行运行和维护，包括数据采集、故障诊断和维修等工作。
三、过程控制系统组成3.1 传感器传感器是过程控制系统中的重要组成部分，用于将被控对象的物理量转换为可测量的信号。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等。
3.2 执行器执行器是过程控制系统用来实现对被控对象进行操作和调节的设备。
过程控制技术-第一章过程控制系统的基本概念
1 过程控制系统的基本概念
过程控制系统有多种分类方法，每一种 分类方法都是反映了控制系统某一方面的 特点。为了便于分析反馈控制系统的特性， 我们将按设定值的形式不同，分为三种类 型。
定值控制系统 随动控制系统 程序控制系统
1 过程控制系统的基本概念
过程控制系统的方块图及其号联系，常用方块 图来表示，如图１-２所示。
1 过程控制系统的基本概念
若系统的输出信号对控制作用没有影响，则称 作开环控制系统，即系统的输出信号不反馈到 输入端，不形成信号传递的闭合环路，如图１３所示。
1 过程控制系统的基本概念
由于闭环控制系统采用了负反馈，因而使 系统的输出信号受外来扰动和内部参数变化小， 具有一定的抑制扰动提高控制精度的特点。开 环控制系统结构简单容易构成，稳定性不是重 要问题，而对闭环控制系统稳定性始终是一个 重要问题。
1 过程控制系统的基本概念
当锅炉汽包水位控制系统处于平衡状态即 静态时，扰动作用为零，设定值不变，系统中 控制器的输出和控制阀的输出都暂不改变，这 时被控变量汽包水位也就不变。一旦设定值有 了改变或扰动作用于系统，系统平衡被破坏， 被控变量开始偏离设定值，此时控制器、控制 阀将相应动作，改变操纵变量给水量的大小， 使被控变量汽包水位回到设定值，恢复平衡状 态。
过程控制系统的组成及其分类 自动控制是在人工控制的基础上发展起来
的。下面先通过一个示例， 将人工控制与过程 控制进行对比分析，看过程控制系统是由哪些 部分组成的。
1 过程控制系统的基本概念
➢ 通过上述示例的对比 分析知道，一般过程 控制系统是由被控对 象和自动控制装置两 大部分或由被控对象、 测量变送器、控制器、 控制阀四个基本环节 所组成。
这里“过程”是指在生产装置或设备 中进行的物质和能量的相互作用和转换过 程。
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平时成绩(30%)＋期末笔试(70%) 平时成绩：考勤（5分/次） 作业（5分/次） 回答问题（5分/次） 课堂秩序（5分/次） 考勤有4次未到者或平时成绩不及格者，取消考试资格
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21.04.2019
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过程控制仪表+过程控制系统 （Process Control Instrument and System ） 课程简介：本课程为专业基础课，具有较高的理论性与实践性。 其目的和任务是通过本课程的学习，学生将掌握单回路和常见复 杂过程控制系统的组成、工作过程、特点以及应用等知识，为毕 业设计及将来学习和工作打下过程控制的专业基础。 主要内容： ①过程控制仪表与装置：包括过程控制仪表的组成与分类、 控制器（可编程调节器）与控制规律、变送器、执行机构与调节 阀等； ②过程控制系统：包括过程控制系统的组成、单回路过程 控制系统的设计、要求和参数整定；常用复杂过程控制系统的原 理和特点，以及设计和应用。此外，还要了解计算机控制系统 （PLC)、先进的过程控制系统和智能控制系统，以及各类过程控 制系统在工业生产过程中的实际应用。
例2：锅炉汽包水位控制
蒸汽 玻璃管液位计 蒸汽 LT LC
汽包
汽包
省煤器
给水 （a）手动控制
省煤器 （b）自动控制
给水
锅炉汽包液位控制
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1.1.1 过程控制系统
锅炉
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1.1.1 过程控制系统
锅炉
D PM 减温器 负荷设备 调节阀 过热蒸汽送 负荷设备
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1.1.1 过程控制系统
例2：锅炉汽包水位控制
蒸汽 玻璃管液位计 蒸汽 LT LC
汽包
汽包
省煤器
给水 （a）手动控制
省煤器 （b）自动控制
给水
锅炉汽包液位控制
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参考文献
[1] 刘玉长主编，自动检测和过程控制，第四版，冶金工业出版社，2010 [2] 周泽魁主编，控制仪表与计算机控制装置，化学工业出版社，2002 [3] 何衍庆、俞金寿主编，工业生产过程控制，化学工业出版社，2004 [4] 潘永湘主编，过程控制与自动化仪表第2版，机械工业出版社，2007 [5] 曹润生等编，过程控制仪表，浙江大学出版社，1987 [6] 徐春山主编，过程控制仪表，冶金工业出版社，1995. [7] 吴勤勤主编，控制仪表及装置，第二版，化学工业出版社，2002 [8] 方康玲主编，过程控制系统，武汉理工大学出版社，2002 [9] 王骥程、祝和云主编，化工过程控制工程，化工出版社，1981 [10] 向婉成主编，过程控制调节装置，机械工业出版社，1987 [11] 涂植英等主编,过程控制系统, 机械工业出版社，1988 [12] 金以慧主编，过程控制，清华大学出版社，1993.4 [13] 孟华主编，工业过程检测与控制，北京航空航天大学出版社，2002 [14] 俞金寿、蒋慰孙编著，过程控制工程，电子工业出版社，2007 [15] 林德杰主编，过程控制仪表及控制系统，机械工业出版社，2004 [16] 侯志林，过程控制与自动化仪表，机械工业出版社，2007
5
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教学团队
任课教师：黄学章；张建智；宋彦坡 联系方式： zjz0712@
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课程安排
请参考教学日历（40学时）
绪论（4学时）+过程控制仪表（8学时）+过 程控制系统（14学时）+计算机控制系统（4 学时）+工程应用（6学时）+机动（2学时）+ 复习（2学时）
执 行 器
变 送 器
调 节 器
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水槽液位控制
F1 F1 L C
F2
工作过程： F1 增加 → L 增加 → 变送器输出信号增加 → 偏差 （测量值 - 设定值）为正、增加 → 控制器输出增加 →阀开度增加 → F2增加 → L降低；
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1.1.1 过程控制系统
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第一章
过程控制系统的基本概念
1.1 过程控制系统的组成与分类 1.2 过程控制系统的过渡过程和品质指标 1.3 被控对象特性 1.4 被控过程的数学模型
21.04.2019
10
1.1.1 过程控制系统
例1：水槽液位控制
进 料 口 进 料 口
玻璃管液位计
H 出 料 口
汽 包
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热空气 送往炉膛 空气预热器 给水 冷空气 烟气 (经引风机送往烟囱)
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锅炉设备的三大控制系统
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蒸汽温度 蒸汽压力 过剩空气 炉膛负压
主要控制系统：（1）锅炉汽包水位的控制； （2）锅炉燃烧系统的控制； （3）过热蒸汽系统的控制。 21.04.2019