第1章-过程控制系统概述
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第1章过程控制系统概述习题与思考题
第1章 过程控制系统概述习题与思考题1.1 什么是过程控制系统，它有那些特点？1.2 过程控制的目的有那些？1.3 过程控制系统由哪些环节组成的，各有什么作用？过程控制系统有那些分类方法？1.4 图1.11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的温度保持不变。
试画出该温度控制系统的方框图，并指出该控制系统中的被控过程、被控参数、控制参数及可能影响被控参数变化的扰动有哪些？1.5 锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。
汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。
水位过高，会使蒸汽带液，降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备；而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。
因此，必须对汽包水位进行严格控制。
图1.12是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求：1）画出该控制系统方框图。
2）指出该控制系统中的被控过程、被控参数、控制参数和扰动参数各是什么。
3）当蒸汽负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制的。
V-1图1.12 锅炉汽包水位控制示意图1.6 评价过程控制系统的衰减振荡过渡过程的品质指标有那些？有那些因素影响这些指标？1.7 为什么说研究过程控制系统的动态特性比研究其静态特性更意义？1.8 某反应器工艺规定操作温度为800 10℃。
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1.13所示。
1）分别求出稳态误差、衰减比和过渡过程时间。
2）说明此温度控制系统是否已满足工艺要求。
T/℃图1.13 某反应器温度控制系统过渡过程曲线1.9 简述过程控制技术的发展。
1.10 过程控制系统与运动控制系统有何区别？过程控制的任务是什么？设计过程 控制系统时应注意哪些问题？第3章 过程执行器习题与思考题3.1 试简述气动和电动执行机构的特点。
3.2 调节阀的结构形式有哪些？3.3 阀门定位器有何作用？3.4 调节阀的理想流量特性有哪些？实际工作时特性有何变化？3.5 已知阀的最大流量min v q =50m 3，可调范围R=30。
过程控制系统 第1章
1.1控制理论与过程控制系统的发展状况（续）
1970年左右起，为了解决大规模复杂系统的 优化与控制问题，现代控制理论和系统理论相 结合，逐步发展形成了大系统理论 （Mohammad，1983）。
核心思想是系统的分解与协调，多级递阶优化与
控制（Mesarovie，1970）正是应用大系统理论的 典范。 大系统理论仍未突破现代控制理论的基本思想与 框架，除了高维线性系统之外，它对其它复杂系 统仍然束手无策。
③操纵变量：受控制器操 纵的用以克服干扰的影 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）。 ④扰动：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
图7-4 锅炉汽包水位控制
操纵变量：水的流量 扰动：水压力、蒸汽压力
⑤设定值：工艺参数 所要求保持的数值 ⑥偏差：被控变量设 定值与实际值之差
蒸汽 汽 包
给水
操作人员所进行的工作有三方面:
①检测
用眼睛观察玻璃管液位计液位的高 低,并通过神经系统告诉大脑. 大脑根据眼睛看到的液位高度 , 加以思考分析 , 然后根据操作经 验,经思考决策后发出命令。 根据大脑发出的命令 , 通过双手去 改变阀门开度.
②运算、命令 ③执行
2 自动控制
自动化装置的三个部分分别是 ： ①测量元件与变送器
控制变压器活动触点的位 置即改变了输入电压，则 通过电阻丝的电流将产生 变化，使恒温箱得到不同 的温度。 被控变量是恒温箱的温度， 经热电偶测量并与设定值 比较后，其偏差经过放大 器放大，控制电动机的转 向，然后经过传动装置， 移动变压器的活动触点位 置。结果使偏差减少，直 到温度达到给定值为止。
随动控制系统
1.2.4 控制系统的分类
过程控制系统李国勇电子教案第1章概述
过程控制系统
李国勇 编著
电子工业出版社
第1章 概
目 录
述
1.1 过程控制的要求与任务 1.2 过程控制系统的组成与特点 1.3 过程控制系统的性能指标 1.4 过程控制系统的设计 1.5 过程控制的发展与趋势 本章小结
2
1.1 过程控制的要求与任务
生产过程是指物料经过若干加工步 骤而成为产品的过程。该过程中通常会 发生物理化学反应、生化反应、物质能 量的转换与传递等等，或者说生产过程 表现为物流变化的过程。伴随物流变化 的信息包括体现物流性质（物理特性和 化学成分）的信息和操作条件（温度、 压力、流量、液位或物位等）的信息。
18
(3) 被控过程属慢过程，且多属参数控制 连续工业生产过程大惯性和大滞后的特点 决定了被控过程为慢过程。被控过程是物流变 化的过程，伴随物流变化的信息（物性、成分、 温度、压力、流量、液位或物位）表征为被控 过程状态的参数，也是过程控制系统的被控变 量。
5
为了实现过程控制，以控制理论和生产 要求为依据，采用模拟仪表、数字仪表或 计算机等构成的控制总体，称为过程控制 系统。
图1-1 转炉供氧控制系统
6
图1-1表示转炉供氧量控制系统。转炉是炼钢 工业生产过程中的一种重等要设备。熔融的铁水 装入转炉后，通过氧枪供给一定的氧。其目的是 使铁水中的碳氧化燃烧，以不断降低铁水中的含 碳量。控制吹氧量和吹氧时间，可以获得不同品 种的钢产品。由图1-1可见，从节流装置1采集到 的氧气流量，送入流量变送器FT，再经过开方器 2，其结果送到流量控制器FC，流量控制器FC根 据氧气流量的测量值与其设定值的偏差，按照一 定的控制算法输出控制信号，去控制调节阀3的 开度，从而改变供氧量的大小，以满足生产工艺 的要求。
李国勇 编著
电子工业出版社
第1章 概
目 录
述
1.1 过程控制的要求与任务 1.2 过程控制系统的组成与特点 1.3 过程控制系统的性能指标 1.4 过程控制系统的设计 1.5 过程控制的发展与趋势 本章小结
2
1.1 过程控制的要求与任务
生产过程是指物料经过若干加工步 骤而成为产品的过程。该过程中通常会 发生物理化学反应、生化反应、物质能 量的转换与传递等等，或者说生产过程 表现为物流变化的过程。伴随物流变化 的信息包括体现物流性质（物理特性和 化学成分）的信息和操作条件（温度、 压力、流量、液位或物位等）的信息。
18
(3) 被控过程属慢过程，且多属参数控制 连续工业生产过程大惯性和大滞后的特点 决定了被控过程为慢过程。被控过程是物流变 化的过程，伴随物流变化的信息（物性、成分、 温度、压力、流量、液位或物位）表征为被控 过程状态的参数，也是过程控制系统的被控变 量。
5
为了实现过程控制，以控制理论和生产 要求为依据，采用模拟仪表、数字仪表或 计算机等构成的控制总体，称为过程控制 系统。
图1-1 转炉供氧控制系统
6
图1-1表示转炉供氧量控制系统。转炉是炼钢 工业生产过程中的一种重等要设备。熔融的铁水 装入转炉后，通过氧枪供给一定的氧。其目的是 使铁水中的碳氧化燃烧，以不断降低铁水中的含 碳量。控制吹氧量和吹氧时间，可以获得不同品 种的钢产品。由图1-1可见，从节流装置1采集到 的氧气流量，送入流量变送器FT，再经过开方器 2，其结果送到流量控制器FC，流量控制器FC根 据氧气流量的测量值与其设定值的偏差，按照一 定的控制算法输出控制信号，去控制调节阀3的 开度，从而改变供氧量的大小，以满足生产工艺 的要求。
过程控制—概述(ppt文档)
4. 定值控制
被控参数的设定值为一个定值，减小或消除外界干扰，
使被控量尽量保持接近或等于设定值。
如蒸汽锅炉中的液位控制
第一章 概述--过程控制
5．过程控制多种分类方法 按被控参数分类：
温度、压力、流量、液位或物位控制系统、物性 控制系统、成分控制系统 按被控量数分类： 单变量过程控制系统、多变量过程控制系统 按设定值分类： 定值控制系统、随动（伺服）控制系统
y() t
第一章 概述--过程控制
1．衰减比和衰减率
衰减比等于两个相邻 y 同向波峰值之比。
第一章 概述--过程控制
1.2 过程控制系统的组成与特点
1.2.1 系统组成 1.2.2 过程控制系统特点
电加热锅炉控制方案
人工液位调节
电加热器加热水 产生一定压力的 热水或蒸汽，并 通过输汽管供给 用户或下一个工 序，为了及时补 充因蒸发而不断 减少的锅炉水量， 用水泵连续地加
入冷水。
电加热锅炉的简易流程图
始终保持一定高度 冶炼好的铁水和炉渣定期或连续排出
其间涉及多种参数的控制
流量、压力、温度、物位（液位）等
什么是过程控制
过程控制(Process Control)
是指石油、化工、电力、冶金、轻工等工业部 门以连续性物流为主要特征的生产过程的自动 控制。
主要解决
各种生产过程中的温度、压力、流量、液位(或 物位)、以及成分等参数的自动监测和控制问题。
1.3 过程控制系统的性能指标
稳定性、准确性和快速性
定值控制系统在于恒定，要求克服干扰，使系 统的被控参数能稳、准、快地保持接近或等于 设定值。
随动（伺服）控制系统的主要目标是跟踪，即 稳、准、快地跟踪设定值。
被控参数的设定值为一个定值，减小或消除外界干扰，
使被控量尽量保持接近或等于设定值。
如蒸汽锅炉中的液位控制
第一章 概述--过程控制
5．过程控制多种分类方法 按被控参数分类：
温度、压力、流量、液位或物位控制系统、物性 控制系统、成分控制系统 按被控量数分类： 单变量过程控制系统、多变量过程控制系统 按设定值分类： 定值控制系统、随动（伺服）控制系统
y() t
第一章 概述--过程控制
1．衰减比和衰减率
衰减比等于两个相邻 y 同向波峰值之比。
第一章 概述--过程控制
1.2 过程控制系统的组成与特点
1.2.1 系统组成 1.2.2 过程控制系统特点
电加热锅炉控制方案
人工液位调节
电加热器加热水 产生一定压力的 热水或蒸汽，并 通过输汽管供给 用户或下一个工 序，为了及时补 充因蒸发而不断 减少的锅炉水量， 用水泵连续地加
入冷水。
电加热锅炉的简易流程图
始终保持一定高度 冶炼好的铁水和炉渣定期或连续排出
其间涉及多种参数的控制
流量、压力、温度、物位（液位）等
什么是过程控制
过程控制(Process Control)
是指石油、化工、电力、冶金、轻工等工业部 门以连续性物流为主要特征的生产过程的自动 控制。
主要解决
各种生产过程中的温度、压力、流量、液位(或 物位)、以及成分等参数的自动监测和控制问题。
1.3 过程控制系统的性能指标
稳定性、准确性和快速性
定值控制系统在于恒定，要求克服干扰，使系 统的被控参数能稳、准、快地保持接近或等于 设定值。
随动（伺服）控制系统的主要目标是跟踪，即 稳、准、快地跟踪设定值。
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。
过程控制第一章
1.4 过程控制的特点 (1)被控过程形形色色 (1)被控过程形形色色 由于生产规模大小不同，工艺要求各异， 由于生产规模大小不同，工艺要求各异，产品 多种多样，过程控制中被控过程的形式很多， 多种多样，过程控制中被控过程的形式很多，比如 化学反应器、精馏塔、锅炉、 化学反应器、精馏塔、锅炉、压力容器以及给矿设 备和丙烯冷却器等。 备和丙烯冷却器等。 (2)控制过程多属缓慢过程和参量控制形式 (2)控制过程多属缓慢过程和参量控制形式 许多工业生产过程设备体积大， 许多工业生产过程设备体积大，工艺反应过程 缓慢，具有大惯性大滞后等特点。 缓慢，具有大惯性大滞后等特点。
矿量给定
矿量 控制器 电子 皮带秤
例：冶金行业选矿过程矿石流量控制系统
名词术语： 名词术语： 被控变量y(t) 被控过程内要求保持设定数值的工艺参数。 y(t)： 1) 被控变量y(t)：被控过程内要求保持设定数值的工艺参数。 操纵变量q(t) 受控制器操纵，用以克服扰动量的影响， q(t)： 2) 操纵变量q(t)：受控制器操纵，用以克服扰动量的影响，使 被控变量保持设定值的物料量或能量。 被控变量保持设定值的物料量或能量。 扰动量f(t) :除控制参数外 除控制参数外， 3) 扰动量f(t) :除控制参数外，作用于被控过程并引起被控变 量变化的各种因素。 量变化的各种因素。 给定值r(t) 被控变量的设定值。 r(t)： 4) 给定值r(t)：被控变量的设定值。 测量值z(t) 被控变量经测量变送环节实际测量的值。 z(t)： 5) 测量值z(t)：被控变量经测量变送环节实际测量的值。 偏差e(f) 被控变量的设定值与当前实际值之差。 e(f)： 6) 偏差e(f)：被控变量的设定值与当前实际值之差。 控制信号u(t) 控制器的输出量。 u(t)： 7) 控制信号u(t)：控制器的输出量。
过程控制第一章
操纵 变量
给定 值
1.2.2 过程控制系统的分类：
1.按系统的开环和闭环分类 （1）开环控制系统
系统的被控量对系统的控制作用没影响，结构简单，没有 闭合回路，控制精度取决于系统各组成环节的精度。 有干扰时无法自动补偿，精度不能保证。只适用于输入和 输出关系已知，且不存在干扰或干扰很弱的场合。
态值上下振荡的次数；
上升时间tr：该时间是指系统的输出量第一次到达输出稳态 值所对应的时刻。对于无振荡的系统，常把输出量从输出稳 态值的10%到输出稳态值的 90%所对应的时间叫为上升时间；
延迟时间：响应曲线首次达到静态值的一半所需的时间， 记为td;
衰减比N：第一个波峰与第二个波峰之比，是反应过程稳定 性的一个指标。N>1为衰减振荡，N=1为等幅振荡，N<1为 发散振荡。 振荡周期T：从第一个波峰到第二个波峰的时间。 T的倒数为振荡频率，T越短。快速性越好。
被控对象中要求保持 设定值的工艺参数
除操纵变量外，作用于被 控对象并引起被控变量变 化的因素 给定值与实际值 蒸汽复合负荷的变化 之差 冷却水温度的变化
扰动 量
偏 差
被控 对象 锅炉汽包
被控变量 锅炉给水量 汽包的期望水位 的预定值 受控制器操纵，用以克服扰 动的影响使被控量保持设定 值的物料量或能量
过程控制
第一章 绪论
课程考核
平时成绩（占40% ）：出勤+课堂提 问+作业；
大作业（占60% ）。
先修课程：自动控制原理
第一章 绪论
人工控制与自动控制：
1.1 概述--过程控制及发展历史
一、什么是过程控制？
过程（工业生产过程）：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。 工业生产过程可分为： 连续生产过程和离散生产过程。 连续生产过程、离散生产过程和间歇生产过程 （批量生产过程）。
过程控制第1章_绪论
36
§1-3 方块图与流程图
反馈： 闭环控制系统中，输出变量（或信号）沿着回路中的 信号流动方向总会返回到系统的输入端，与给定值进 行比较。这种把系统（或方块）的输出信号引回到系 统输入端的做法叫做反馈。
若反馈信号（被控变量测量值z）与给定值信号的方 向相反，即反馈信号z 取负值，则叫做负反馈。 测量信号与给定值信号方向相同，则叫做正反馈。 闭环控制系统是靠负反馈来达到控制的目的。 例：储槽液位控制系统；炉温控制系统
1
一、生产过程及其特点 连续生产过程主要有以下几种形式： 1 ．传热过程 通过冷热物流之间的热量传递，达到控制介质温 度、改变介质相态或回收热量的目的。典型设备：换 热器 2 ．燃烧过程 通过燃料与空气混合后燃烧为生产过程提供动力 和热源。典型设备：加热炉
2
一、生产过程及其特点 3 ．化学过程 由两种或几种物料化合成一种或多种更有价值的 产品的反应过程。典型设备：反应器
按被控变量的名称分类 温度，压力，流量，液位，成分等控制系统
按被控变量的数量分类 单变量控制系统，多变量控制系统
按控制器的控制规律分类 比例P控制系统，比例积分PI控制系统，比例微积分PID 控制系统 按控制系统的结构分类 反馈控制系统，前馈控制系统，前馈-反馈控制系统，
21
二、过程控制系统的分类
41
§1-3 方块图与流程图
图1-7 液体贮槽的工艺控制流程图
图中所示，工艺控制流程图主要是由工艺设备、 管道、元件以及构成控制系统的仪表符号及信号线等 图形符号组成。
42
§1-3 方块图与流程图 仪表图形符号： 仪表图形符号可用来表达工业自动化仪表所 处理的被测变量和功能，还可以表示仪表或元件 的名称。 仪表图形符号是直径为12mm的细实圆圈， 并在其中标有仪表位号。 仪表位号由字母代号和数字编号组成，如下例所示：
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+
+
受控变量 y
+
测量值 z
扰动变量 (Disturbance Variable, DV)
• 导致被控变量偏离设定值的输入变量 • 如蒸汽加热器温度控制系统，扰动变量：蒸汽阀前压力、工艺 介质进料流量、进料温度和组成等
43
过程控制系统的组成
受控对象 扰动 D 干扰通道 GD (s) 设定值 r 偏差 e _ 测量变送 Gm (s) 控制器 Gc (s) 控制变量 u 执行器 Gv (s) 操纵变量 q 控制通道 Gp (s)
已成为控制装置的主流。
控制理论：形成了大系统理论和智能控制理论，模糊控制，专家
系统控制
22
过程控制系统的发展状况
20世纪90年代至今：信息技术飞速发展 过程控制系统：管控一体化现场，综合自动化是当今生产过程控 制的发展方向。 自动化仪表：总线控制系统的出现，引起过程控制系统体系结构和 功能结构上的重大变革。现场仪表的数字化和智能化，形成了 真正意义上的全数字过程控制系统。各种智能仪表、变送器、 无纸纪录仪 控制理论：人工智能、神经网络控制
简单控制系统分析 与设计(3学时)
设定值
过程对象特性 (3学时) 执行器
检测变送器和 执行器(3学时) 被控对象
控制器设计 （6学时）
控制器
被控变量
测量变送器
模块2：复杂控制系统 （Complex Control）- 18学时
简 单 控 制
串级控制(3学时) 均匀控制(3学时) 前馈控制(3学时) 选择控制(3学时) 比值控制(3学时) 分程控制(3学时)
+
+
受控变量 y
+
测量值 z
基本组成：被控对象、测量变送单元、控制器、执行器
44
练习– 泵流量控制系统设计
工艺要求：为保证平稳生产，希望流体的输送量保持恒定。
调节原理：通过调节控制阀的开启度，以改变相关管路的阻力 系数，以控制管道流量。 试设计一个流量控制系统。
45
控制系统设计
(1) 确定被控参数（即测量变量）PV
执行器
蒸汽
温度控制器
(3) 操纵变量： 蒸汽流量Rv (4) 扰动变量： 蒸汽阀前压力、物料进料 流量 RF、进料温度Ti 等
温度检测/变送器
物料
冷凝水
34
例2- 典型温度控制系统
典型温度控制系统组成：
• 加热器（加热炉）
• 温度测量变送器 (TT) • 温度控制器 (TC)
蒸汽
调节阀
温度控制器
• 控制阀
15
催化裂化装置- 精馏塔
冷凝器 塔顶产品
原料 精 馏 塔
回流罐
回流泵
再 沸 器
塔底产品
精馏塔过程工艺
精馏塔过程控制设计
16
加热器（再沸器）
蒸 汽
TT
TC
再沸器
凝液
17
热工过程 – 火力发电厂
HP IP LP LP
G
发电机
电
烟气
汽轮机 蒸汽
除灰系统 省煤器 水 引风机
烟囱
煤 送风机 锅炉 一次风机
特点：设定值是固定不变的闭环控制系统称为定值控制系统。 作用：克服扰动的影响，使被控变量保持在工艺要求的数值上
随动控制系统
特点：设定值是一个未知的变化量的闭环控制系统称为随动控制系统。 作用：以一定的精度跟随设定值的变化而变化
程序控制系统
特点：设定值是变化的，且按一定时间程序变化的时间函数 作用：以一定的精度跟随设定值的变化而变化
复杂控制
模块3：典型单元操作的控制 （Control Systems of Typical Equipment）- 15学时
传热设备 （3学时） 锅炉设备 （6学时） 精馏塔 （6学时）
流体输送设备 （自学）
化学反应器 （自学）
4
参考书目
自动化仪表与过程控制
施仁 等
电子工业出版社
过程控制系统
俞金寿
给水调节阀 省煤器 W 给水 h 过热器 D 蒸汽
汽包
水 位 计
水 冷 壁
32
汽包锅炉自动调节
给水 w
h
蒸汽 D
测量单元
执行单元
调节单元
给定单元
汽包锅炉给水自动调节示意图
33
例2- 蒸汽加热器控制系统分析设计
• 控制目标：保持物料出口温度恒定
(1) 被控变量： 物料出口温度 T (2) 设定值： 期望温度 Tsp
执行器
36
37
38
过程控制系统基本术语
受控对象 扰动 D 干扰通道 GD (s) 设定值 r 偏差 e _ 测量变送 Gm (s) 控制器 Gc (s) 控制变量 u 执行器 Gv (s) 操纵变量 q 控制通道 Gp (s)
+
+
受控变量 y
+
测量值 z
术语：被控变量、设定值、控制变量、操纵变量、扰动变量
温度检测/变送器
物料
冷凝水
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简单控制系统的组成
过程控制系统
被控对象（被控过程） 检测元件和变送器 控制器（调节器） 被控制的生产设备或装置 检测被控变量，将检测信号转换为标准信号 将检测变送单元的输出信号与设定值进行比 较，求出它们之间的偏差,然后按照预先选 定的控制规律进行计算，将计算结果作为 控制信号送给执行装置 接受控制器的输出信号，直接推动 被控对象，改变操纵变量
最好是直接代表生产过程的工艺质量参数 可测间接变量 如化学反应器输出物料成分
与生产过程工艺质量有单值关系 灵敏度高、代价小 如化学反应器温度
(2) 确定控制量MV
工艺上易于控制、灵敏度高、对被控参数反应迅速、符合工艺要求
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过程控制系统分类
自动检测系统：检测、显示、记录、报警 按功能分
自动控制系统：检测、控制、显示、记录、报警
自动操作系统：顺序控制 开环控制系统
按结构分
闭环控制系统 定值控制系统
按给定类型分
随动控制系统 程序控制系统
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过程控制系统分类
根据设定值分为定值控制系统，随动控制系统和程序控制系统。
定值控制系统
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被控变量
受控对象 扰动 D 干扰通道 GD (s) 设定值 r 偏差 e _ 测量变送 Gm (s) 控制器 Gc (s) 控制变量 u 执行器 Gv (s) 操纵变量 q 控制通道 Gp (s)
+
+
受控变量 y
+
测量值 z
被控变量(Controlled Variable, CV)
• 也称受控变量、过程变量(Process Variable, PV) • 被控对象需要维持在理想值的工艺参数，如液罐液位、热 交换 器工艺介质出口温度、泵出口压力、泵出口流量等。 • 常用被控变量：温度、压力/差压、液位/料位、流量、成分含量
25
过程控制系统分类
简单单回路调节系统 串级调节系统 比值调节系统
按复杂程度分
前馈调节系统 均匀调节系统 分程调节系统 选择调节系统
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主要内容
• 控制系统概述 • 控制系统组成 • 控制系统描述
27
例1- 水罐液位控制系统分析设计
• 控制目标：保持水罐液位恒定
(1) 被控变量： 水罐液位 h (2) 设定值： 期望液位 hsp (3) 操纵变量： 进水量Qi (4) 扰动变量： 出水量Qo
+
+
受控变量 y
+
测量值 z
操纵变量 (Manipulated Variable, MV)
• 执行器可控制、对被控变量有直接影响的物理量 • 常见为一些工艺介质流量，如蒸汽流量、出料流量、回流流量等
控制变量
• 控制器的输出电信号，即执行器的输入信号
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扰动变量
受控对象 扰动 D 干扰通道 GD (s) 设定值 r 偏差 e _ 测量变送 Gm (s) 控制器 Gc (s) 控制变量 u 执行器 Gv (s) 操纵变量 q 控制通道 Gp (s)
11
工业过程
• 工业生产目标
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。
原材料
干扰
理想条件
合格产品
控制
产品？ 过程控制
12
工业过程控制系统
原材料 能源
工业生产过程 （石油、化工、电力、 冶金、机械、纺织等）
产品 副产品、废弃物
• 生产目标
– 安全性
– 经济性 – 平稳性
Process Control System 过程控制系统
主讲：左 燕
课程特点
实际工业过程
分析
设计
应用
生产过程与工艺过程
过程控制系统
自动化仪表 与计算机
控制理论
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课程目的
本次课程学习需要掌握以下内容 控制策略与参数整定 控制系统设计与投运 典型流程方案设计 面向实际应用的技术性课程
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课程内容
模块1：简单控制系统 （Simple Control）- 15学时
在某些单元或设备上进行化学或物理反应，将原料转化 为产品的过程。 生产过程可分为：连续、离散、间歇生产过程
• 过程控制 (Process Control)
凡是采用数字或模拟控制方式对生产过程的某一或某些 物理参数进行的自动控制统称为过程控制。 过程控制系统中主要的被控物理量有： 温度(T)、压力(P)、流量(F)、液位(L)、成分等。
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设定值
受控对象 扰动 D 干扰通道 GD (s) 设定值 r 偏差 e _ 测量变送 Gm (s) 控制器 Gc (s) 控制变量 u 执行器 Gv (s) 操纵变量 q 控制通道 Gp (s)