典型工业过程控制系统
PLC、DCS、FCS三大工业控制系统的区别
PLC›DCS、FCS三大工业控制系统的区别随着工业技术的快速发展，相继出现了集散控制系统和现场总线控制系统，一些行业当中有的人认为FCS是由PLC发展而来的；另一些行业的人认为FCS又是由DCS发展而来的。
FCS与PLC及DCS之间既有密不可分的关联，又存在着本质的区别。
在工业过程控制中的三大控制系统，分别是PLC、DCS、FCSoPLC控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的应用而设计。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。
DCS集散控制系统，又叫计算机分布式控制系统，它是20世纪70年代中期迅速发展起来的，它把控制技术、计算机技术、图像显示技术以及通信技术结合起来，也称作4C技术，实现了对生产过程的监视、控制和管理。
它既打破了常规控制仪表功能的局限性，又较好的解决了早期计算机系统对于信息、管理和控制作用过于集中带来的危险性。
FCS现场总线控制系统的核心是总线协议，基础是数字智能现场设备，本质是信息处理现场化。
1、大型PLC构成的过程控制系统的基本特点⑴从上到下的结构，PLC既可以作为独立的DCS,也可以作为DCS的子系统。
(2)PID放在控制站中，可实现连续PID控制等各种功能。
⑶可用一台PC为主站，多台同类型PLC为从站；也可用一台PLC为主站，多台同类型PLC为从站，构成PLC网络。
⑷主要用于工控中的顺序控制，新型PLC也兼有闭环控制功能。
2、DCS控制系统的基本特点⑴从上到下的树状系统，其中通信是关键。
(2)PID在控制器中，连接计算机与现场仪器仪表。
⑶是树状拓扑和并行连续的链路结构，有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。
⑷信号系统包括开关量信号和模拟信号。
(5)DCS一般是由现场仪表层、控制装置单元层、工厂(车间)层、和企业管理层构成。
传统DCS-现场级设备与控制器之间连接采用一对一I/O连线方式3、FCS控制系统的基本特点(I)FCS是3C技术的融合。
典型工业过程控制工程
•精馏塔两端产品成分控制框图
• 当改变回流量 时，不仅影响塔顶产 品组分的变化，同时 也引起塔底产品组分 的变化；同理，当控 制塔底的加热用蒸汽 流量时，也将引起塔 内温度的变化，从而 不但使塔底产品组分 产生变化，同时也将 影响到塔顶产品组分 的变化。可见，这是 一个2×2的多变量耦 合系统.
•例如，当 •的最优值为1.08～1.15时，可得 •的最优值为1.6%～2.9%。 •因此，烟气中的含氧量 •可作为一种衡量经济燃烧的间接指标。
• 根据以上分析可知，只要在上图控制方案上对进风量用烟气含氧量加以 校正，就可构成如下图所示的烟气含氧量的闭环控制系统。
• 在该控制系统
中，只要把含氧量
经函数发生器改变 含氧量成分调节器 的设定值，然后再
由含氧量成分调节 器校正过剩空气量 ，使锅炉燃烧过程
•最佳烟气含氧量的锅炉燃烧控制系 统
在不同负荷下，始 终处于最佳过剩空 气量的状态。
•4．炉膛负压控制与安全保护控制方案
• 下图所示为系统构成。
• 重点以锅炉汽包水位控 制、过热蒸汽温度控制、锅 炉燃烧控制为例讨论它们的 控制方案。
•19－汽机高压调汽门；20－再热器；21－再 热器减温器；22－汽机中压调汽门；23－媒粉 仓；24－燃料量控制机构；25－喷燃器；26－ 送风机；27－空气预热器；28－调风门；29－
水冷壁管；30－引风机；31－烟道挡板。
•汽包水位三冲量串级控制系统流程图
• 三冲量前馈－反馈串级控 制系统在克服虚假水位的影响 、维持水位稳定、提高给水控 制质量等多方面都优于前述两 种控制系统，是现场广泛采用 的汽包水位控制方案。
•5.1.1.2 过热蒸汽温度控制
• •1过．热控蒸制汽要温求度与是过影程响特安性全和经济的重要参数，要求保持在±5℃的范围内 。
第9章 典型化工生产过程控制系统
第9章 典型工业生产过程控制系统
（2）对流传热 常见于流体与固体壁之间的传热，传热的速率与流 体性质及流动边界的状况密切的相关。 传热膜系数是对流传热的主要参数，对其影响因素 有：流体的种类、性质、运动状况以及流体对流的状 况。 一般来讲，蒸汽冷凝传热膜系数较大，液体的传热 膜系数较小，而气体的传热膜系数最小。因此，在蒸 汽加热器中必须注意冷凝水与蒸汽中不凝气体的排除 问题。
TC 101 TC 102
PT 101 PC 101
燃料油
FC 101 FT 101
FC 102 FT 102 来自初馏塔
PT 102 PC 102
燃料干扰：单回路压力控制
第9章 典型工业生产过程控制系统
自分馏塔来 的回炼油 FC 原料油 FC TC PC
去反应器
炉催 自化 动裂 控解 制装 系置 统加 热
液 氨
第9章 典型工业生产过程控制系统
⑶ 调节传热面积 q
ATm
蒸 汽
当、T不变时，改变 A 可以改变传热量。 m 调节阀的安装位臵和作用： 冷 TC TT 位臵：出口(冷凝液)管线上 凝 101 101 作用：开度变化，液位变化，面积变化 缺点：冷凝液液位影响传热面积，变化 缓慢，是一滞后的过程，调节不及时，不利于 控制器参数整定， 影响调节品质。 TC TT 适用场合：适用于传热量小、被控温度 较低的 101 101 蒸 场合 汽 LT 为改善对象特性，我们可以利用串级 控制系 101 统的特点设计串级控制方案。（如右下图 LC 所示） 冷
过程控制系统(DCS系统原理)精选
过程控制系统（DCS系统原理）精选过程控制系统，又称分布式控制系统（DCS），在现代工业生产中发挥着举足轻重的作用。
DCS系统原理以其高度集中、分散控制的特点，为生产过程提供了稳定、高效的保障。
下面，让我们一起来深入了解DCS系统的核心原理。
一、DCS系统概述DCS系统是一种以计算机技术、通信技术和控制技术为基础，实现对生产过程进行实时监控、操作和管理的控制系统。
它将整个生产过程划分为若干个子系统，通过分散控制、集中管理的方式，确保生产过程稳定、高效运行。
二、DCS系统原理1. 分散控制DCS系统采用分散控制原理，将复杂的工业生产过程分解为若干个相对简单的子过程。
每个子过程由相应的控制器进行实时监控和控制，降低了系统故障的风险，提高了生产过程的可靠性。
2. 集中管理虽然DCS系统采用分散控制，但整个生产过程仍需进行集中管理。
DCS系统通过高速通信网络将各子系统的数据实时传输至中央控制室，操作人员可以在中央控制室对整个生产过程进行监控、调整和优化。
3. 模块化设计4. 开放式通信协议DCS系统采用开放式通信协议，便于与其他系统进行集成。
这使得DCS系统可以轻松地与企业管理系统、数据库等实现数据交换，为企业生产提供全面的信息支持。
5. 故障诊断与处理DCS系统具备强大的故障诊断和处理能力，能够实时监测系统运行状态，发现异常情况及时报警，并采取相应措施进行处理，确保生产过程不受影响。
三、DCS系统在现代工业生产中的应用1. 石化行业：DCS系统在石化行业中应用广泛，用于对炼油、化工等生产过程进行控制，提高产品质量和产量。
2. 电力行业：DCS系统在发电厂、电网调度等领域发挥着重要作用，保障电力系统安全、稳定运行。
3. 冶金行业：DCS系统应用于冶金行业的烧结、炼铁、炼钢等工序，提高生产效率，降低能耗。
4. 环保行业：DCS系统在污水处理、烟气脱硫等环保领域具有显著效果，助力企业实现绿色生产。
DCS系统原理在现代工业生产中具有广泛的应用前景，为企业提高生产效率、降低成本、保障安全生产提供了有力支持。
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。
工业过程控制考试知识点总结
⼯业过程控制考试知识点总结第1章1. 系统动态性能的常⽤单项指标有哪些？这些指标那些分别属于稳定性、准确性和快速性？会计算给定值单位阶跃响应下的性能指标。
P8，9，10解：单项性能指标主要有：衰减⽐n 、超调量与最⼤动态偏差A 、静差C 、调节时间T S 、振荡频率w 、振荡周期T 和峰值时间T P 等。
稳定性：衰减⽐，最⼤动态偏差。
准确性：静差，最⼤动态偏差。
快速性：调节时间，振荡频率。
1y 为第⼀个波峰值，y 3为与1y 相邻的同向波峰值，y （∞）为最终稳态值,X 1为设定值。
n=1y ：y 3；1100%()y y σ=?∞；A=最⾼峰-设定值；C=⼁X 1-y （∞）⼁;T 为相邻两个同向波峰之间的时间间隔。
2. 典型过程控制系统由哪⼏部分构成，并画出典型过程控制系统⽅框图？解：测量变送器、控制器、执⾏器和被控对象.第2章1. 热电偶的中间温度定律及中间导体定律？什么是热电偶冷端补偿？常⽤补偿⽅法的应⽤场合？补偿导线的作⽤？解：中间温度定律：E AB (t ，t o )=E AB (t ，t n )+E AB (t n ，t o )中间导体定律：在热电偶回路中接⼊中间导体后，只要中间导体两端的温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响。
接⼊多种导体时亦然。
热电偶冷端补偿：实际应⽤时热电偶冷端温度波动较⼤给测量带来误差，为降低影响，通常⽤补偿导线作为热电偶的连接导线。
补偿导线的作⽤：将热电偶的冷端延长到距热源较远且温度⽐较稳定的地⽅。
常⽤补偿⽅法的应⽤场合：（1）查表法。
只能⽤于临时测温。
（2）仪表零点调整法。
适宜冷端温度稳定的场合。
（3）冰浴法。
⼀般⽤于热电偶的检定。
（4）补偿电桥法。
⼴泛⽤于热电偶变送电路中。
（5）半导体PN结补偿法。
2.常⽤热电偶分度号有那些，每种热电偶主要的优缺点是什么？解：3.什么是基本误差？精度的定义？从经济和实⽤的⾓度选择仪表的精度等级？解：基本误差：基本误差⼜称引⽤误差或相对百分误差，是⼀种简化的相对误差。
过控简答题总结
1、什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？过程控制系统：一般指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成分等这样一些变量的系统。
组成：过程控制系统=检测和控制仪表+被控过程2、过程控制的主要任务是什么？过程控制有哪些特点？任务：对生产过程中的重要参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度等）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化。
特点：1.控制对象复杂、控制要求多样2．控制方案丰富3．控制对象大多属于慢过程4．大多数工艺要求定值控制5．大多使用标准化的检测、控制仪表及装置。
3、过程控制系统的分类？按设定值的形式分类：1）定值控制系统——设定值恒定不变。
2）随动控制系统——设定值随时可能变化。
3）程序控制系统——设定值按预定的时间程序变化。
按系统的结构特点分类：1）反馈控制系统（闭环控制系统）2）前馈控制系统（开环控制系统）3）复合控制系统4、什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？稳态—把被控变量不随时间变化的平衡状态称为系统的稳态（静态）。
静态特性—静态时系统各环节的输入输出关系。
动态—把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。
动态特性—在动态过程中系统各环节的输入输出变化关系。
静态特性和动态特性都是反映被控参数与控制变量之间的关系，不同点是一个处于静态一个处于动态过程，而这两种过程又是控制系统正常运行中的两种不同状态，只有综合两种性能指标才能反映出一个系统的特性与品质。
5、为什么常选用阶跃信号进行系统分析？阶跃信号的输入突然，对被控变量的影响也最大。
如果一个控制系统能够有效地克服这种干扰，那么对其它比较缓和的干扰也能很好地克服。
阶跃信号的形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。
故更多使用阶跃信号。
6、什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？控制规律是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。
基本控制规律有：位式控制、P调节、PI调节、PD调节、PID调节。
过程控制系统—简单控制系统(工业仪表自动化)
02
小结
控制柜主要由电源和DCS部分组成；控制对象中的两个独 立的控制回路可以通过不同的执行器、工艺线路组成不同 的控制方案。
02
思考题
1、压力变送器如何进行液位测量的？ 2、PT100如何实现温度测量的？
CONTENTS
01
1.准备工作
2.仪表检查
投运前要在现场校验仪表一次, 确认正常后可考虑 投运。
给定值X e
p 控制器
控制阀
干扰f q
被控对象
被控 变量y
测量值Z
测量变送器
方法：系统四环节特性符号乘积为“— ”。
控制器 × 控制阀 × 变送器 × 被控对象
为“—”
02 环节特性符号的规定：
输入
输出
环节
输入↑→输出↑ 符号为“+” 输入↑→输出↓ 符号为“-”
02
操纵变量q ↑ 被控对象
被控变量y ↑ 符号为“+” ↓ 符号为“ ”
02
控制器参数的工程整定
按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制器 参数值。即确定最合适的控制器比例度δ、积分时间TI和 微分时间TD。
方法 理论计算的方法和工程整定法。 几种常用的工程整定法
1.临界比例度法
先通过试验得到临界比例度δk和临界周期Tk，然后根 据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。
对于控制记录仪表,除了要观察测量指示是否正常 外,还特别要对控制器控制点进行复校。
01
3.检查控制器的正、反作用及控制阀的气开、气关型式
控制好控制器的正、反作用，是确保整个自动控制 系统成为负反馈闭环系统的重要一环。
正作用？ 反作用？
控制器正、反作用开关示意图
01
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反向特性
H (s) K1 K2 D(s) s T2s 1
H (s) (K2 K1T2 )s K1 K1(T0s 1)
D(s)
s(T2s 1)
s(T2s 1)
T0
K2 K1
T2
对象为非最小相位（存在位于复平面右半平面的零 点）的条件为
T0
K2 K1
T2
0
刘玉长
(1)汽包水位的单冲量控制
第十五章 典型工业过程控制系统
15.1 锅炉设备的控制 15.2 传热设备的控制 15.3 加热炉燃烧过程控制 15.4 流体输送设备的控制
刘玉长
15.1 锅炉设备的控制
锅炉是发电、炼油、化工等工业部门的重 要能源、热源动力设备。锅炉种类很多，按所 用燃料分类，有燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅 炉，还有利用残渣、残油、释放气等为燃料的 锅炉。
刘玉长
1)燃烧过程的任务 和被控变量、操纵变量
❖控制任务： 锅炉蒸汽出口压力稳定；燃烧过程的经济 运行；锅炉炉膛负压稳定。
❖被控变量： 蒸汽出口压力；燃料量与送风量比值；炉 膛负压。
❖操纵变量： 燃料量；送风量；抽风量。
刘玉长
刘玉长
2)燃烧过程的控制
方案一：串级-比值控制系统
该方案包括以蒸汽压力为主被 控变量、燃料量为副被控变量 组成的串级控制系统；以及燃 料量为主动量、空气量为从动 量的比值控制系统。
三冲量控制系统的简化连接
水
蒸
给
位
汽
水
C2
∑
C1
C3
LC
水
蒸
给
位
汽
水
LC
C2
∑
C1
C3
刘玉长
只采用一个控制器
15.1.2 锅炉燃烧系统的控制
锅炉燃烧控制系统与燃料的种类、燃烧设备以及 锅炉形式有关，以下以燃油锅炉燃烧控制系统为例。 1）燃烧控制的任务
是使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需求， 同时保证锅炉的经济、安全运行。第一，为适应蒸汽负 荷的变化，应及时调整燃料量；第二，为完全燃烧，应 控制燃料量与空气量的比值，使过剩空气系数满足要求； 第三，为防止燃烧过程中火焰或烟气外喷，应控制炉膛 负压。这三项控制任务相互影响，应消除或削弱它们的 关联。此外，从安全考虑，需设置防喷嘴背压过低的回 火和防喷嘴背压过高的脱火措施。
刘玉长
锅炉设备的工艺流程
负荷设备 调节阀
D
过热蒸汽送 负荷设备
PM 减温器
汽
包
炉墙
热空气 燃料
刘玉长
炉 膛
燃料嘴
过热器
省 煤 器
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)
锅炉
❖ 由两大部分组成：第一部分为燃烧系统，由送风机、 空气预热器、燃料系统、燃烧室、烟道、除尘器和引 风机等组成；第二部分为蒸汽发生系统，由给水系统、 省煤器、汽包和过热器等组成。
汽 包
省 煤 器
给 水
蒸汽 PF
LC ∑
PC
C1PC +C2PF+C0
前馈补偿原理：假设
调节阀为气关阀， C1=1，则调节器为正 作用，而C2应取负号， 具体数值可现场调整
或根据阀门特性计算 其初始值。
刘玉长
双冲量控制系统（本质：前馈-反馈控制系统）
双冲量控制的特点
❖双冲量控制系统考虑了蒸汽流量扰动对汽包水 位的影响，但对给水流量扰动的影响未加考虑， 因此适用于给水流量波动较小的场合。
刘玉长
(2) 汽包水位的双冲量控制
汽包水位的主要干扰是
ห้องสมุดไป่ตู้
蒸汽
蒸汽流量的变化。双冲
PF 量水位控制系统利用蒸
汽 包
LC ∑ 汽流量变化信号对给水
PC
量进行补偿控制，从而
省 煤 器
给 水
C1PC +C2PF+C0
不仅可以消除或减小虚 假水位现象对汽包水位 的影响，而且使给水控 制阀的调节更及时。
刘玉长
汽包水位的双冲量控制
该方案能够确保燃料量与空气 量的比值关系，当燃料量变化 时，空气量能够跟踪燃料量变 化，但是送入的空气量滞后于 燃料量的变化。
燃烧控制方案二：串级-串级控制系统
❖ 工作时，燃料和空气按一定比例进入炉膛燃烧，燃烧 释放的热量通过蒸汽发生系统产生饱和蒸汽，再经过 过热器将饱和蒸汽加热成满足一定质量(温度、压力) 指标的过热蒸汽输出，供给生产负荷设备使用。与此 同时，燃烧过程中产生的高温烟气经过过热器，将饱 和蒸汽加热成过热蒸汽后，经省煤器预热锅炉给水， 再经过空气预热器预热锅炉送风，最后经引风机送往 烟囱排入大气，每经过一个环节，烟气的温度都会有 所降低，使燃料燃烧热量得到充分利用。
Ht H1
t H
H1 H
τ t
传递函数表达？
1）汽包水位的对象特性
干扰通道特性 蒸汽流量扰动下汽包 水位的阶跃响应曲线
D
控制通道特性 给水流量扰动下汽包 水位的阶跃响应曲线
G
t
H
H2
H0
Ht
H1
H (s) K1 K2 D(s) s T2s 1
刘玉长
t H
H1 H
τ t
H (s) K0 e s G(s) s
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
刘玉长
1）汽包水位的对象特性
干扰通道特性 蒸汽流量扰动下汽包 水位的阶跃响应曲线
D
控制通道特性 给水流量扰动下汽包 水位的阶跃响应曲线
G
H H0
刘玉长
t H2
汽 包
省 煤 器
给 水
刘玉长
蒸汽
LC
单回路控制系统
单冲量汽包水位控制系统的特点
❖ 结构简单，投资少 ❖ 适用于汽包容量较大，虚假水位不严重，负荷
较平稳的场合 ❖ 为安全运行，可设置水位报警和联锁控制系统
缺点： 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。
刘玉长
锅炉设备的控制问题
负 荷
给水量 减温水 燃料量 送风量 引风量
锅炉设备
水位 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；
刘玉长
（3）过热蒸汽系统的控制。
15.1.1 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：
刘玉长
(3)汽包水位的三冲量控制
汽包水位是主被控参数，也称主冲量；给水流量
为副被控参数，蒸汽流量是前馈补偿的主要扰动，给 水流量与蒸汽流量也称为辅助冲量。它实际上是一个 前馈-串级复合控制系统。
蒸汽
水
蒸
给
位
汽
水
PF
汽
LC ∑
包
PC
LC PC
PF
∑
省 煤
FC
C1PC +C2PF+C0
器
FC
给水
刘玉长