典型工业过程参数检测
典型工业生产过程的先进控制
典型工业生产过程的先进控制引言随着科技的进步和工业控制技术的发展，先进控制技术在工业生产过程中发挥着越来越重要的作用。
先进控制技术通过有效地监测和调节工业生产过程中的各个参数，实现了生产过程的优化和改进。
本文将介绍一些典型的工业生产过程，并探讨其中被广泛应用的先进控制技术。
典型工业生产过程能源生产过程能源生产过程是工业生产的重要组成部分。
无论是石油、天然气还是电力生产，都需要稳定和高效的工业控制系统。
在石油和天然气生产过程中，先进控制技术主要应用于油井、钻井和天然气压缩等环节。
通过实时监测和调节油井的产量、压力和温度等参数，先进控制系统可以实现油井的自动化运行和优化。
在电力生产过程中，先进控制技术主要应用于发电机组、输电线路和配电设备等环节。
通过实时监测和调节发电机组的输出功率、频率和电压等参数，先进控制系统可以实现电力生产的稳定和高效。
化工生产过程化工生产过程是工业生产的另一个重要组成部分。
化工生产过程主要包括原料处理、反应过程和产品分离等环节。
先进控制技术在化工生产过程中的应用非常广泛。
例如，在反应过程中，先进控制系统可以通过实时监测和调节反应温度、压力和物料流量等参数，实现反应的高效和安全；在产品分离过程中，先进控制系统可以通过实时监测和调节温度、压力和物料流量等参数，实现产品分离过程的优化和改进。
此外，先进控制技术还可以在化工生产过程中实现原料和能源的节约，提高生产效率和产品质量。
制造业生产过程制造业生产过程是工业生产的又一个重要组成部分。
制造业生产过程主要包括材料加工、装配和质量控制等环节。
先进控制技术在制造业生产过程中的应用可以提高生产效率和产品质量，并降低生产成本。
例如，在材料加工过程中，先进控制系统可以通过实时监测和调节切削速度、进给速度和刀具温度等参数，实现材料加工过程的优化和改进；在装配过程中，先进控制系统可以通过实时监测和调节装配工艺、装配顺序和装配力度等参数，提高装配的精度和效率；在质量控制过程中，先进控制系统可以通过实时检测和调节产品尺寸、形状和质量等参数，实现质量的稳定和优良。
东北大学柴天佑院士主持的973项目申报书 -复杂生产制造过程一体化控制系统理论和技术基础研究
复杂生产制造全流程运行优化的目的是使运行指标处于目标值范围内的最佳位置。由于存在模型误差和各种扰动，运行优化需要在工况点过渡过程满足时间最优、经济性与产品稳定等性能要求下，达到较佳的目标运行区域。在存在扰动时，调整设计参数使得动态运行优化可行，同时又不降低原有控制性能，需要将动态系统优化求解方法与非线性模型预测控制相结合解决在线动态优化难题。
过程控制系统-PID控制
过程控制系统一般有以下几部分组成： 1、被控对象； 2、用于生产过程参数检测的变送仪表； 3、控制器； 4、执行机构； 5、报警、保护和连锁等其它部件。
r
−
控制器
u
执行机构
被控过程
y(t)
检测与变送仪表
图1.1 过程控制系统基本结构图
+ 控制器（或称调节器）根据系统输出量的检测值y（t）与
设定值r的偏差，按照一定的控制算法输出控制量u，对被 控过程进行控制。执行机构（如调节阀）接受控制器送来 的控制信息调节被控量，从而达到预期的控制目标。过程 的输出信号通过过程检测仪表反馈到控制器的输入端，构 成闭环控制系统。
0
或
1 u = (e + δ TI
1
∫
t 0
ed t )
式中， δ 为比例带， I 为积分时间 T
+ 图6.1是PI调节器的阶跃响应，它是由比例动作和积分动作两部
分组成的。在施加阶跃输入的瞬间，调节器立即输出一个幅值 为 ∆e / δ 的阶跃，然后以固定速度 ∆e / δ TI 变化。当t = TI 时，调节 器的总输出为 2∆e / δ 。这样就可以根据图6.1确定 δ 和 TI 的数 值。还可以注意到，当 t = TI 时，输出的积分部分正好等于比例 T 的部分。由此可见， I 可以衡量积分部分在总输出中所占的比 重：TI 越小，积分部分所占的比重越大。
+ 安全性 在整个生产过程中，确保人身和设备安全是最基
本和最重要的要求。在生产过程中具体采用越限报警、事 故报警、连锁保护等措施来保证生产过程的安全性。
+ 稳定性 指系统抑制外部干扰、保持生产过程长期稳定运
行的能力。
+ 经济型 在满足以上两个基本要求的基础上，低成本高效
GB 13926.2-1992 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性静电放电要求(GBT)
工业过程测量和控制装置的电磁兼容性静电放电要求GB T13926.292本标准等效采用IEC8012工业过程测量和控制装置的电磁兼容性第2部分静电放电要求(1984年版)1主题内容与适用范围本标准规定了工业过程测量和控制装置对由于操作者触摸该类装置而产生的和在装置附近的物体间产生的静电放电的敏感性试验的严酷等级和试验方法本标准适用于评定工业过程测量和控制装置对静电放电的敏感性2术语2.1性能下降degradation在敏感性试验中由于电磁干扰造成试验样品工作性能发生非期望的变化但这并不一定意味着工作不正常或严重故障2.2储能电容器energy storage capacitor静电放电发生器中代表人体带电达到试验电压值的能力的电容器2.3参考接地平板earth reference plane用作被试装置静电放电发生器和辅助设备的公共参考点的金属薄片或金属板2.4保持时间holding time放电前漏电所造成的在试验枪端部测得的输出电压下降不大于10%的这一段时间间隔2.5静电放电electrostatic discharge(E.S.D.)static electricity discharge(S.E.D.)静电电势不同的各种物体之间静电电荷的迁移3严酷等级静电放电试验应采用下列严酷等级等级试验电压kV(10%)1 22 43 84 15注附录A列出了能影响人体带电电压等级的各种参数细节附录还例举了与环境(安装)等级有关的严酷等级的应用实例4静电放电发生器静电放电发生器的主要部件包括充电电阻储能电容放电电阻和供电单元静电放电发生器的简图如图1所示图1静电放电发生器简图发生静电放电时产生的脉冲波形并非是在放电之前在发生器内形成的而是取决于负载的种类经电阻负载产生的放电电流的特性由4.2条加以说明4.1静电放电发生器的性能特性4.1.1储能电容器(C s)150pF10%4.1.2放电电阻(R)1505%)100M10%4.1.3充电电阻(R4.1.4输出电压216.5kV(在放电储能电容器上测量的开路电压)4.1.5输出电压极性正极4.1.6保持时间5s4.1.7放电方式单次放电(相邻两次放电间隔时间1s)注为了进行研究发生器应能以每秒20次的重复率产生放电4.1.8放电电流上升时间见4.2条4.1.9放电电流的脉冲持续时间(50%)见4.2条4.1.10放电电流峰值见4.2条发生器必须具有防止经过发生器电源线传输的脉冲型或连续型传导干扰的能力以免干扰被试样品储能电容器和放电电阻应尽量放置得接近放电电极放电电极的尺寸如图4所示静电放电发生器的接地电缆应采用绝缘的软性铜带其尺寸如下长度约2000mm宽度约20mm厚度约0.1mm注可以用按上述规定宽度的标准扁形电缆(所有导线并联连接)取代铜带如果使用圆形导线则导线的最小线径约为0.7mm4.2静电放电发生器性能特性的校验为了能对使用不同试验发生器得出的试验结果作出比较必须校验下列性能特性4.2.1放电电流的上升时间5ns30%(放电电压4kV)4.2.2放电电流持续时间30ns30%(放电电压4kV在放电电流波形图上幅值为50%时) 4.2.3放电电流峰值2kV时9A30%4kV时18A30%8kV时37A30%15kV时70A30%静电放电发生器应向2或小于2的电阻负载放电放电电极应接近负载直至放电发生放电电路包括接地连接线应尽量短负载至少由5个无感电阻(碳型电阻额定功率不小于1W)组成电阻并联连接构成一个环阵这一组电阻应该与测量线路阻抗匹配的电阻器同轴本标准推荐的校验静电放电发生器性能特征用的电阻负载的结构排列如图2所示图2推荐用于校验静电放电发生器性能的电阻负载的排列校验程序中发生器输出电流的典型波型如图3所示注放电电流的参数值应选用带宽400MHz的测量仪表测试图3静电放电发生器输出电流的典型波形图4静电放电的放电电极5试验配置试验配置由静电放电发生器被试装置和进行下列试验所必需的辅助仪表装置组成a.直接对被试装置放电b.模拟放置或安装在被试装置附近的物体之间的放电5.1直接对被试装置放电的试验配置根据有关环境试验可分为两种类型a.实验室内进行的试验b.在最后安装好的状态下对设备进行的现场试验5.1.1实验室内进行试验的试验配置下列要求适用于实验室内在6.1条规定的环境条件下进行的试验被试装置应放置在参考接地平板上用一个约0.1m厚的绝缘支架使之与平板绝缘参考接地平板是块最小厚度为0.25mm的金属板(铜或铝)放在被试装置下面也可以使用其他的金属材料但厚度至少为0.65mm平板的最小面积为1m最终面积取决于被试装置的大小参考接地平板的四周应大出被试装置至少0.1m参考接地平板应连接到接地系统的安全接地线上被试装置应根据其功能要求进行配置和连接机箱被试装置或被试系统与实验室四壁和其他金属结构之间必须留出至少1m的间距被试装置应根据制造厂的安装规范连接接地系统不允许再有其他的附加接地线静电放电发生器的接地电缆应连接参考接地平板此电缆的总长度始终是2m如果这一长度超出了对选定的试验点放电所需的长度可将超长部分捆扎在底板上以避免试验线路中出现附加回路接地电缆与参考接地平板和所有搭接处的连接阻抗应很低例如在高频率应用时应采用夹紧装置不同装置的附加技术要求如下5.1.1.1台式装置当被试装置本身或其附近无接地端子时应借助于与最近的主电源引出线连接的接线盒使参考接地平板接地静电放电发生器接地电缆的超长部分不必捆扎在底板上台式装置试验配置的实例如图5所示图5台式装置试验配置(实验室试验用)图6机柜的试验配置(实验室试验用)5.1.1.2柜式装置被试装置应尽量以最短的路线直接连接接地系统的安全接地线顶部有专用接地端子的机箱应用一条绝缘导线把接地端子与接地系统的安全接地线相连柜式装置试验配置的实例如图6所示5.1.1.3系统如果机柜和外部设备组成一个系统而其中只有一个单元直接接地则根据制造厂的技术要求间接接地的各单元应与参考接地平板绝缘连接系统各单元的接地导线和信号线应与地面和参考接地平板保持0.1m的间距注被试系统的各个机柜可分别放在各个参考接地平板上应再利用铜带将各参考接地平板互联如图7所示图7仅有一个机柜接地的系统的试验配置(实验室试验用)图8台式装置试验配置(现场试验用)5.1.2现场试验用试验配置装置和系统应在最后安装好的状态下进行试验各处类型装置的附加规定有5.1.2.1台式装置不应使用参考接地平板静电放电发生器的接地电缆应连接到最近的接地端子例如连接到电源输出端的安全接地线上(例如如图8所示经由一个接线盒连接到主电源输出端的接地端子)5.1.2.2机柜不使用参考接地平板静电放电发生器的接地电缆应连接到最近的接地端子最好连接机柜的专用接地端子注如果被试装置上无接地端子应使用一个如图8所示的分线盒机柜的试验配置实例如图9所示图9带可接近接地端的机柜的试验配置(现场试验用)图10仅有一个机柜直接接地的系统的试验配置(现场试验用)5.1.2.3系统有若干机柜和外部设备组成的系统根据制造厂的规定其各个机柜为直接接地的情况时属于5.1.2.2条的范畴有若干机柜和外部设备组成的系统在其中仅有一个装置直接接地的情况下应在各个机柜前放一块参考接地平板注参考接地平板可以是一条厚0.3mm宽300mm的铜带参考接地平板应连接到被试系统的接地端子静电放电发生器的接地电缆应连接到靠近单个被试装置的参考接地平板上系统的试验配置实例如图10所示5.2模拟被试装置附近物体之间放电的试验配置该试验配置应用于外壳不导电不能直接施加放电的被试装置该配置还可用于试验被试装置附近产生放电的影响参考接地平板的使用和排列方法同 5.1.1条所述参考接地平板仅用于型式试验和5.1.2.3条所述系统的现场试验6试验程序试验程序包括下列各项实验室环境条件的准备静电放电的施加和试验结果的评定6.1实验室环境条件为了使环境参数对试验结果的影响减至最小试验应在6.1.1条和6.1.2条规定的大气和电磁环境条件下进行6.1.1大气条件大气条件应符合下列要求温度1535相对湿度45%75%大气压力68106kPa6.1.2电磁条件实验室的电磁环境应不影响试验结果6.2静电放电的施加6.2.1直接对被试装置施加放电静电放电仅施加在操作人员通常可接触到的被试装置的点上和表面上除非经制造厂和用户同意不得对装置上仅在维修时才接触到的任何点上施加放电静电放电的电压应设定在相应于所选严酷等级(见第3条)的值上为了防止损坏装置幅值逐渐从最小值增大到最大值并应不超过有关标准规定的值试验以单次放电方式进行在预先选定的各点上至少应施加10次单次放电相邻两次放电的时间间隔应至少1s 注应施加放电的各个点可以通过重复率为每秒20次的放电进行探测加以选择放电电极应接近被试装置直至放电发生每次放电后应从被试装置移开静电放电发生器(放电电极)然后发生器重新触发进行下一次单次放电重复该过程直至完成10次放电静电放电发生器应垂直于施加放电的表面施加放电时发生器的接地电缆应与被试装置保持至少0.1m的间距6.2.2模拟对被试装置附近的物体放电应采用静电放电发生器对参考接地平板施加放电来模拟对放置或安装在被试装置附近物体的放电除6.2.1条所述的试验程序外还应满足下列要求a.静电放电发生器应放在距被试装置0.1m处放电电极指向参考接地平板b.在被试装置的每个可接触到的平面上对参考接地平板至少应进行10次单独快速放电6.3试验结果的评定被试装置和系统的种类繁多差异很大因此很难为评定静电放电对装置和系统的影响制订一个通用的评定准则试验结果可根据被试装置的工作条件和功能规范按下列性能准则加以分类a.在规范极限内性能正常b.功能或性能暂时降低或丧失但能自行恢复c.功能或性能暂时降低或丧失但需操作者干预或系统复位d.因装置(元件)损坏而造成不可恢复的功能或性能降低或丧失对于验收试验试验大纲和试验结果的分析应符合有关标准或文件的规定附录 A说明(参考件)A1综述由于环境和安装等原因诸如相对湿度低使用低导电率(人造纤维)地毯乙烯基外衣等使系统子系统和外部设备处于静电放电环境因此保护工业过程测量和控制装置不受静电放电的危害无论对制造厂还是用户都是一个极为重要的问题这类设备在广泛采用电子元件以后迫切需要确定这一问题的各种因素寻求一种解决办法以提高产品系统的可靠性静电积聚及随后产生放电这一问题由于对环境不加控制及各种工厂企业中各种装置和系统的广泛应用而变得更加令人关切合成纤维与干燥的空气相结合更促使静电电荷的产生充电的过程千差万别其中最常见的一种是操作人员在地毯上走动每一步都将其身上的电子传给化纤织物操作人员身上穿的衣服与座椅摩擦也能造成电荷的交换操作人员的身体可能直接带电或者经静电感应而带电在静电感应带电的情况下除非操作人员与地毯适当接地否则导电的地毯就起不了保护作用图A1表示了各种化纤织物依据大气相对湿度可能带电的电压值图A1操作人员在接触A3条提及的材料时可能带上静电电压的最大值装置可能会直接经受电压高达千伏级的放电这取决于化纤织物的种类和环境的相对湿度当装置附近的金属物体如桌椅之间放电时装置也可能受到电磁能量操作人员放电产生的影响可能使装置发生一般性的运转故障或损坏某些电子元件主要影响与放电电流的各种参数有关(上升时间持续时间等)最常见的放电现象可说明如下a.如果装置同导电地面接地良好则放电就会根据电源的能量和电阻所决定的方式经外壳直接传入大地在接地通路为低电感时会产生一个数量级为几毫微秒很陡的波阵面和一个数十毫微秒的阻尼波尾b.对于外壳不直接接地或接地不良的装置放电经主电源线传入大地由电感产生的上升时间的幅度比前例高一个数量级波尾类似阻尼振荡波c.当大量的放电电流经金属件或主电源线流入大地时线路元件将承受感应耦合或辐射的影响d.当放电电流沿连接电缆从一个机柜流向另一机柜时信号可受到干扰的极大影响本标准所述的试验方法的目的是评估静电放电对工厂企业和其他环境中使用的装置系统和仪表造成的不良影响A2静电放电发生器输出特性的校验为了消除各种试验发生器的分散特性可能产生的不定性必须有一个标准的校正或试验程序在对标准化电阻负载(本标准所述的)施行静电放电时要测量试验发生器的有关特性其主要特性有a.上升时间b.脉冲持续时间(50%)c.流经标准负载的放电电流的峰值放电之前试验发生器的放电电极与标准负载间形成的寄生电容产生一个小的预放电这个寄生电容估计为5pF试验程序不测量也不评定预放电的上升时间和放电电流A3 试验严酷等级的选择试验严酷等级应根据最切合实际的安装条件和环境条件加以选择本标准推荐的安装和环境等级与本标准第3章列出的严酷等级有关 等 级 最低相对湿度%抗静电织物 人造纤维 最大电压kV 1 35 x 22 10 x 43 50 x 84 10 x 15对于其他物质如木材混凝土陶瓷乙烯树脂和金属等其等级可能不会大于2级注抗静电织物其表面电阻率大于每正方Ω910但小于Ω1410附加说明本标准由全国无线电干扰标准化技术委员会提出并归口本标准由机械电子工业部上海工业自动化仪表研究所起草本标准主要起草人程国钧邱云林郑家模洪济晔蒋春宝。
化工行业中的过程优化技术应用案例
化工行业中的过程优化技术应用案例过程优化技术在化工行业中的应用案例概述化工行业是一个以化学反应为核心的工业领域，包括石油化工、煤化工、化学制品等。
优化化工过程，提高生产效率，降低生产成本，是化工企业追求的目标。
随着科学技术的进步，过程优化技术在化工行业得到了广泛的应用。
本文将介绍化工行业中的几个典型过程优化技术的应用案例。
案例一：流程仿真优化在石油化工行业中，流程仿真优化被广泛应用于炼油生产过程。
以青岛炼油厂为例，通过流程仿真优化，成功降低了催化裂化装置的产品痕量硫含量。
通过建立炼油装置的数学模型，并根据实际运行数据对模型进行参数校正，可以快速准确地评估各种操作方案对产品质量的影响。
通过对模型进行优化计算，确定最佳操作参数，可以有效地降低含硫产品的生成，提高产品质量和工艺经济效益。
案例二：反应过程优化化工行业中的化学反应过程是实现生产的核心环节。
过程优化技术的应用可以提高反应效率、减少催化剂的使用量，并降低废物的生成。
以合成氨工艺为例，过程优化技术可以通过调整反应温度、压力和催化剂的使用量等操作参数，使得反应产率达到最大值。
通过数学模型的建立和优化算法的设计，可以快速准确地找到最佳的操作参数组合，从而提高合成氨工艺的经济效益。
案例三：能源消耗优化化工行业的生产过程中消耗大量的能源，优化能源消耗是提高工艺经济性的重要手段。
以石化行业的蒸馏过程为例，过程优化技术可以通过调整进料流量、温度和塔板压力等操作参数，使蒸馏塔的热能利用达到最优化。
通过模型预测和优化算法的设计，可以降低能源消耗，提高塔效率，从而降低生产成本。
案例四：供应链优化化工行业的供应链是一个复杂的系统，包括原材料采购、生产、仓储和产品销售等环节。
过程优化技术可以应用于供应链规划、生产计划和库存控制等方面，提高供应链的效率和灵活性。
以某化工公司为例，通过建立供应链模型，并应用优化算法，可以优化原材料的采购计划，避免了库存积压和缺货的风险，同时提高了生产计划的准确性和灵活性，降低了成本，提高了客户满意度。
生产数据验证的五种典型用法
生产数据验证的五种典型用法1.引言1.1 概述生产数据验证是一种关键的数据分析技术，在各个行业和领域都有广泛的应用。
通过对生产数据进行验证，可以帮助企业了解生产过程中的问题、瓶颈和改进的潜力。
本文将详细介绍生产数据验证的五种典型用法，旨在帮助读者更全面地了解和应用这一技术。
在现代企业管理中，生产过程的稳定性和效率是企业取得成功的关键因素之一。
然而，由于生产环节复杂、数据众多，该领域的问题和挑战也相应增加。
生产数据验证作为一种重要的技术手段，能够帮助企业精确识别、定位和解决生产过程中的问题，提高生产效率和质量。
本文的主要目的是对生产数据验证的五种典型用法进行深入探讨和分析。
这些用法包括用于异常检测的数据验证、用于过程优化的数据验证、用于质量控制的数据验证、用于预测和预警的数据验证、以及用于决策支持的数据验证。
通过对每种用法的解读和实例分析，读者将能够更好地理解和应用生产数据验证技术。
本文的结构如下：首先是引言部分，介绍了文章的主题和结构；接着是正文部分，按照五种典型用法进行详细的阐述和解释；最后是结论部分，对本文进行总结并展望未来的研究方向。
通过这样的结构，读者能够更加系统地学习和掌握生产数据验证技术。
在本文中，我们将通过实例和案例分析来说明每种典型用法的实际应用价值和效果。
通过深入剖析这些用法背后的原理和方法，读者将能够更好地理解和应用生产数据验证技术，从而提升企业的竞争力和生产效率。
总之，本文将围绕着生产数据验证的五种典型用法展开详细的探讨。
通过深入研究每个用法的含义、原理和应用场景，读者将能够更全面地了解和掌握这一技术，为企业的生产管理和决策提供有力支持。
希望本文能够对读者在生产数据验证领域的学习和实践有所帮助。
1.2 文章结构2. 正文2.1 用法一2.1.1 要点一2.1.2 要点二2.2 用法二2.2.1 要点一2.2.2 要点二2.3 用法三2.3.1 要点一2.3.2 要点二2.4 用法四2.4.1 要点一2.4.2 要点二2.5 用法五2.5.1 要点一2.5.2 要点二文章结构部分主要介绍了生产数据验证的五种典型用法。
基于ITAE指标的PID参数整定方法比较研究
基于ITAE指标的PID参数整定方法比较研究一、本文概述随着工业自动化程度的日益提高，PID（比例-积分-微分）控制器作为最常用的工业过程控制器之一，其参数整定方法的研究显得尤为重要。
在实际应用中，PID控制器的性能优劣直接影响到工业过程的稳定性和生产效率。
因此，寻找一种有效的PID参数整定方法，以提高控制器的性能，一直是工业控制领域的研究热点。
本文旨在探讨基于ITAE（积分绝对误差）指标的PID参数整定方法，并通过比较研究，分析不同整定方法的优缺点。
文章将简要介绍PID控制器的基本原理和参数整定的意义。
然后，重点阐述基于ITAE指标的PID参数整定方法，包括ITAE指标的定义、计算方法以及如何在参数整定过程中应用ITAE指标。
接下来，文章将通过实验仿真或实际应用案例，对不同整定方法进行比较研究，分析它们在控制性能、稳定性、鲁棒性等方面的表现。
文章将总结各种方法的优缺点，并提出改进意见或建议，为工业控制领域的实践应用提供参考。
通过本文的研究，期望能够为PID控制器的参数整定提供一种新的思路和方法，以提高控制器的性能，促进工业自动化技术的发展。
二、PID控制器的基本原理与参数整定PID（比例-积分-微分）控制器是一种广泛应用的线性控制器，其基本原理是通过对系统误差的比例、积分和微分进行线性组合，生成控制量以调整被控对象。
PID控制器的输出u(t)可以表示为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，Kp是比例系数，Ki是积分系数，Kd是微分系数，e(t)是系统误差（设定值与实际值的差）。
比例项Kpe(t)是对系统误差的直接反应，比例系数Kp决定了控制器对误差的敏感度；积分项Ki∫e(t)dt是对误差的累积，积分系数Ki决定了控制器对误差累积的补偿程度；微分项Kd*de(t)/dt是对误差变化的预测，微分系数Kd决定了控制器对未来误差变化的预测和抑制。
过程控制课程设计
过程控制系统课程设计设计题目：流量比值控制和变频器控制设计班级：自动化0805学号： 20082479姓名：指导教师：杨英华鲍艳设计时间： 2011年5月30号到 2011年6月19日目录摘要 (2)1. 课程设计任务及要求 (3)1.1设计任务 (3)1.2设计要求 (3)2.1流量比值控制系统在工程实际中的背景应用 (4)2.2流量比值控制系统方案比较和选择 (5)2.2.1比值控制系统方案比较 (5)2.2.2比值控制系统方案分析和选择 (6)3.实验硬件部分 (7)3.1CS4000型过程控制实验装置简介 (7)3.2硬件配置选型 (7)3.3西门子SIMATIC PCS7-300 (10)3.4变频器工作原理 (10)4. 双容水箱机理模型建立及实验参数的确定方法 (13)4.1串联双容水箱机理模型的建立 (13)4.2串联双容水箱参数的确定 (14)5. PID控制器设计 (16)5.1PID控制器原理 (16)5.2PID控制器参数整定 (18)5.2.1临界比例度法 (18)5.2.2衰减曲线法 (18)5.2.3试凑法 (18)6. MATLAB仿真 (22)6.1 MATLAB软件简介 (22)6.2仿真实现 (22)6.2.1被控对象的传递函数 (22)6.2.2PID参数确定 (22)7. 实验法测量双闭环流量比值控制系统 (25)7.1双闭环流量比值控制系统工艺流程图 (25)7.2实验过程 (26)7.2.1双容水箱参数整定实验 (26)7.2.2副回路PID参数整定实验 (27)7.2.3双闭环PID的参数整定实验 (28)8. 心得体会 (29)参考文献 (31)摘要在工业生产过程中，要求两种或多种物料成一定比例关系，一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费原料，甚至产生生产事故，所以严格控制其比例，对于安全生产来说是十分重要的。
本文分析了双闭环流量比值控制系统的组成特征、原理、适用范围，相比于开环比值系统和单闭环比值系统，双闭环比值系统组成更为复杂、动态特性和静态特性更好，探讨双闭环流量比值控制系统的可行性。
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图 7-1，p.199，或p.220）
• MEMS技术（Micro Electro Mechanical
System, 微电子机械系统）
• MEMS技术主要应用于传感器、光学器件、
射频器件、微流体与生物器件
7.4.2 微米纳米制造技术
可靠 安全性 性 可靠性
电气安全（绝缘电阻、绝缘强度等），功能安全 MTBF、可维护性、寿命
过程
• 过程控制、离散控制、批量控制 • 控制系统占工程总投资约5%~20%，对工
程效益的贡献约40%~60%
• 控制系统是生产工艺控制和企业管理的不可
分割的组成部分
• 国内企业对先进控制系统的追求超过国外
8.2 典型工业过程参数检测的发展趋势 8.2.0 有关检测的两个理念 8.2.0.1 应用理念
7.2.2 智能化设计
• 智能化设计的主要内容和基本问题
− 建模 − 智能设计软件系统的研究开发
• 智能化设计的主要方法
− 数字化 − 并行化 − 虚拟化
7.2.3 信息化设计
• 信息——能量传输的最佳偶合设计
− 尽量减少信号传输环节 − 建立传输环节的偶合关系，确保信号有效传输
• 信息传输通道的无失真优化 • 信息融合设计 • 增加仪表的信息量 • 网络化分布式信息获取、储存和处理方式
• 从应用角度将检测分为：
– 计量检测 – 控制检测
检测的分类
• 计量检测
– 要求：精确度高（线性度、重复性、回差）、 或（测量）不确定度小
– 用途：贸易、健康、安全、环保、科学研究
• 控制检测（报警检测）
– 要求：重复、稳定、单调、响应速度合适 （高度可靠、鲁棒）
– 用途：生产过程的控制和管理
控制测量案例
性
辐射、光路吸收
动力环境 电源（电压、电流、频率、功率），气源（压力、流量等）
环境 负载能力 性 适应 气候环境 能 性 机械环境
化学环境
负载变化、过载能力 温度、湿度、盐雾、霉菌、粉尘、雨水、太阳辐照 振动、冲击、摇摆、跌落、运输 腐蚀、催化
爆炸环境 燃气环境、粉尘环境
电磁环境 电磁敏感度、电磁骚扰、传导影响、静电、共摸、串模
• 设计缺陷往往是制造与检验无法克服的 • 广义的产品质量包括：
− 结构性能、工作性能、制造性能 − 参见表 1-1，p.10（或表 2-2 ，p.50）
7.2 仪器仪表的现代设计技术
• 设计工具的现代化
− 计算机辅助设计工具（机械、电子、芯片、光 学、可靠性、智能等，以及各种计算工具）
− 计算机仿真设计工具（机械、电子、电磁波、 传热等
控制测量案例
• 国内某水泥厂要求对回转窑外壳测温 • 用红外温度计测得外表面温度约430℃ • 用户根据实行了20多年的工艺文件，认为
应该低于300 ℃
• 经过验证应该是430 ℃以上 • 我们注意到用了20多年的工艺文件，将实
际400多度的温度，误认为不到300度。这 样的情况并没有影响20多年的生产和产品 质量
• 智能（Intelligence）仪器仪表：以微型计
算机、微处理器微核心，数据采集与传感 器系统相结合的仪器仪表系统？？
• 智能化以一系列智能功能来体现 • 人工智能（Artificial Intelligence, AI）包括：
信息的获取，知识的表达、继承、管理、 协调和使用，具有对信息和知识的分析、 综合和推理过程
8.1 地位、作用和特点
• 检测、控制、执行三大环节分步螺旋发展 • 执行对象
– 运动对象、能量对象 – 固体对象、流体对象（气体、液体、电流）
• 执行器
– 机械手、机器人等机械机构 – 泵、阀、风机、电触发器
• 驱动方式（开关控制、功率控制、变频调速）
8.1 地位、作用和特点
• 连续过程（PA）、离散过程（FA）、间歇
time between failures, MTBF）
• 任务可靠性——任务可靠度（mission
reliability, MR）、致命性故障间隔任务时 间（mission time between failures, MTBCF）
• 固有可靠性、使用可靠性
7.2.5 可靠性设计
• 浴盆曲线（产品寿命曲线）
测量控制与仪器仪表 前沿技术及发展趋势
测量控制与仪器仪表工程师资格 认证培训
第2篇 测量控制与仪器仪表前沿技术
7 现代仪器仪表的设计与制造
范铠 上海工业自动化仪表研究院 副院长
7.1 先进设计制造技术对仪器仪表的作用
• 优良的设计是产品成功的基础
− 广义“设计”覆盖产品生命周期的全过程 − 狭义“设计”特指产品外观和功能的设计
性能
8.2.0.2 评价理念
• 现代仪表评价分三方面：性能、功能和服
务
• 性能：除前述性能外，下一个重点可能
是——容错能力等指标外性能
• 功能：功能评价是结合服务进行的，包括
客观评价和主观评价
• 附件：仪表的部分性能、功能是与附件密
不可分的，在工业辐射温度计中尤其重要
8.2.0.2 评价理念
• 服务：要评价样本、说明书、操作手册、
7.3 仪器仪表的前沿制造技术
• 基于计算机控制的各种先进制造技术 • 先进机械制造技术 • 先进电子制造技术
− 表面安装技术（SMT）、无氟无氯清洗技术、 无铅焊接技术、柔性和多层电路板技术，电路 板测试技术和防护技术等
• 先进制造管理技术
7.3.1 计算机集成制造系统技术
• 计算机集成制造（computer-integrated
控制测量案例
• 国内某水泥厂要求对回转窑外壳测温 • 用红外温度计测得外表面温度约430℃ • 用户根据实行了20多年的工艺文件，认为
应该低于300 ℃
• 经过验证应该是430 ℃以上 • 我们注意到用了20多年的工艺文件，将实
际400多度的温度，误认为不到300度。这 样的情况并没有影响20多年的生产和产品 质量
• MEMS技术是纳米科学走向纳米技术的桥梁
• Top-Down技术（由大到小）
– MEMS技术
• Bottom-Up技术（由大到小）
• 将对分析科学、生化仪器、医疗仪器及整
个仪器仪表科学技术产生影响
第3篇 典型测量控制与仪器仪表的发展趋势
8 典型工业过程参数检测与 控制系统的发展趋势
范铠 上海工业自动化仪表研究院 副院长
• 可靠性工程的过程（贯彻产品生命周期的全过
程）
− 可靠性预计（计数法），可靠性分析（故障树法）， 可靠性验证试验，可靠性增长试验
7.2.5 可靠性设计
• 可靠性工程的内容
− 元器件、零部件的选择与控制 − 降额设计（电压、功率、温度、机械环境等） − 热设计 − 简化设计 − 冗余设计 − 环境防护设计 − 人机工程设计 − 电磁兼容设计 − 容错设计
态”下持续的时间，只要“热状态”是合 适的，无论该状态叫多少度，都能够保证 产品的质量
• 如果控制测量结果接近计量测量结果，将
方便学术交流、缩短工艺调试时间
• “控制测量”偏离“计量测量”是会付出
代价的
8.2.0.1 应用理念
三类不同的高水平仪表
• 高性能指标仪表——仪表的综合性能指标
水平高，（比较全面、平衡）
− 质量信息系统（Quality Information System, QIS）
7.3.2 柔性制造系统
• 硬件组成
− 两台以上加工中心或数控机床 − 自动物料储运系统
• 软件组成
− FMS运动控制系统 − FMS建模与仿真 − 数据管理
7.3.3 虚拟制造技术
• 虚拟制造技术（Virtual Manufacturing
7.3.4 绿色制造技术
• 绿色制造（Green Manufacturing, GM）是
综合考虑环境影响和资源效率的制造制造 模式，目标是使得产品从设计、制造、包 装、运输、使用到报废的整个产品生命周 期中，对环境的负面影响最小、资源效率 最高，使企业经济效益与社会效益协调、 优化
7.4 微米纳米制造技术与现代仪器科学 7.4.1 微米纳米技术
Technology, VMT）是以虚拟现实（VR）和 仿真技术为基础，对产品的设计、生产过 程统一建模，在计算机上实现产品从设计、 加工、和装配、检验、使用整个生命周期 的模拟和仿真
• 虚拟企业（Virtual Enterprise, VE）是虚拟
制造环境下的一种企业生产模式和组织模 式，是一种企业合作形式
• 设计理念的现代化
− 以人为本的理念、可靠性理念、傻瓜化理念、 信息化理念等
7.2.1 光机电一体化设计
• 光机电一体化是由光学、机械学、微电子
学、信息处理与控制和软件等各种相关技 术交叉融合而构成的群体技术
• 组成：本体结构、计算机控制器、驱动装
置、传感器（见图 7-2，p.200，或p.221）
7.2.1 光机电一体化设计
• 光机电一体化的特点：
1. 小型化、轻型化 2. 高精度、智能化、柔性化 3. 高可靠性
• 光机电一体化的相关技术
机械、光学、系统集成、检测与传感、信息处 理、自动控制、伺服驱动（机械、流体）
• 光机电一体化的发展趋势
微型化、智能化、模块化、数字化、集成化、 信息化
7.2.2 智能化设计
• 商业化高水平仪表——个别指标高得超出
了实际需要
• 高应用水平——应用技术的重要性远超过
仪表性能，制造企业在仪表产品之外还可 提供高水平的解决方案，解决应用中的重 点、难点问题
8.2.0.2 评价理念
对仪表评价的概念发生重大变化