工业过程检测与过程控制
《过程控制》课件
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通过精确控制冶金过程中的各种参数，实现 高效、低耗、高质量的冶金生产。
详细描述
在冶金过程中，自动化控制系统通过对熔炼 、连铸、轧制等环节的温度、压力、流量、 成分等参数的监测和调节，实现高效、低耗 、高质量的生产。这有助于提高冶金产品的 质量和降低生产成本。
电力过程控制实例
总结词
通过自动化技术实现对电力生产过程的控制 ，确保电力供应的稳定和安全。
工业4.0与过程控制的融合发展
总结词
工业4.0强调的是数字化、智能化和互联化，与过程控制技术的融合将推动工业生产的进一步升级。
详细描述
工业4.0通过物联网、边缘计算等技术，实现设备间的互联互通和数据共享，为过程控制提供了更广阔的应用场 景。同时，工业4.0也促进了生产过程的自动化和智能化，提高了生产效率和产品质量。
工业网络与安全问题挑战
工业网络安全挑战
随着工业自动化和信息化的发展，工业控制系统越来 越多地通过网络进行数据交换和远程控制，这使得工 业控制系统面临网络安全威胁和攻击的挑战。
数据安全挑战
工业控制系统中的数据涉及到企业的核心机密和生产 安全，一旦泄露或被篡改，将给企业带来巨大的经济 损失和安全风险。
要点二
稳定性挑战
在某些情况下，控制系统可能受到外部干扰或内部参数变 化的影响，导致系统稳定性下降，甚至出现振荡或发散。
复杂过程与非线性系统挑战
复杂过程挑战
许多实际的过程控制系统具有非线性、时变、不确定性 和耦合等特性，这使得对系统的建模和战
非线性系统在控制过程中表现出复杂的动态行为，如跳 跃、分岔和混沌等，这使得传统的线性控制方法难以应 对。
化工过程控制实例
总结词
工业生产过程监控与控制系统设计与实现
工业生产过程监控与控制系统设计与实现随着工业化进程的不断发展和技术水平的提高，工业生产过程的监控与控制系统在工业生产中起着重要的作用。
本文将探讨工业生产过程监控与控制系统的设计与实现。
一、工业生产过程的特点与挑战工业生产过程的特点包括复杂性、不确定性和动态性。
复杂性体现在生产过程中涉及的设备、工艺和参数众多，相互之间存在复杂而又动态的关系；不确定性体现在生产过程中存在各种不可控因素，如材料的质量波动、环境的变化等；动态性体现在生产过程中存在着不断变化的工艺条件和需求，需要及时调整和控制。
这些特点给工业生产过程的监控与控制带来了一定的挑战。
一方面，要能够准确地获取大量的实时数据，包括设备状态、工艺参数等，以便对整个生产过程进行综合监控；另一方面，要能够对生产过程进行自动控制，及时调整参数，保证生产达到期望的目标。
二、工业生产过程监控与控制系统的设计原则1. 实时性：监控与控制系统需要实时获取生产过程中的各种数据，并能够实时响应，及时调整参数，保证生产过程的稳定性和可控性。
2. 可靠性：监控与控制系统需要具备较高的可靠性，能够准确地获取各种数据，并能够进行准确的控制，以保证生产过程的正常运行。
3. 灵活性：监控与控制系统需要具备较高的灵活性，能够适应不同的生产需求和工艺条件，实现自动化的控制。
4. 可扩展性：监控与控制系统需要具备较高的可扩展性，能够随着生产规模的扩大，灵活地增加监控点和控制单元。
5. 效率与节能：监控与控制系统需要能够高效地利用资源，减少能耗和废物产生，提高生产效率。
三、工业生产过程监控与控制系统的实现方式工业生产过程的监控与控制系统可以通过以下方式来实现：1. 传感器与执行器：通过安装传感器和执行器，实时获取各种数据，并进行远程控制。
传感器可以测量温度、压力、流量等参数，执行器可以控制阀门、电机等设备。
2. 数据采集与传输：通过网络技术，连接传感器和执行器，并将采集到的数据传输到监控与控制系统。
精细化工产品生产过程中的过程控制技术
精细化工产品生产过程中的过程控制技术随着现代化工业的快速发展，精细化工产品生产过程中的过程控制技术已经逐渐成为了化工企业提高产品质量、降低生产成本、提高效益的关键技术。
本文将详细探讨精细化工产品生产过程中的过程控制技术，包括过程控制技术的定义、种类、重要性、应用范围以及未来发展动向等方面的问题。
一、过程控制技术的定义和种类过程控制技术是指通过采集、传输、处理工艺参数信息，实现对工艺过程的监控与控制。
主要包括传感器、信号处理、控制系统和人机界面等四大部分。
根据控制方法和应用范围不同，过程控制技术可分为以下几类。
1、PID控制PID控制是指通过比较测量值与设定值之间的误差，使用比例控制、积分控制和微分控制三种算法调整控制器输出信号，达到实现工艺过程控制的目的。
顾名思义，比例控制（P控制）主要用于调整误差量，积分控制（I控制）用于累加误差量，微分控制（D控制）用于稳定过程波动。
PID控制是目前最常用的控制方式，可以实现精准的控制效果。
2、模型预测控制模型预测控制是指基于过程模型，利用预测计算来预测未来的过程值，并根据预测结果和目标值之间的误差来调整控制器输出信号，达到对工艺过程的优化控制。
该方法适用于多变量、强非线性、强耦合的工艺过程控制。
3、模糊控制模糊控制是一种针对复杂系统的控制方法，它可以处理非线性和不确定性因素，并能够应对控制规则的复杂性。
通过利用模糊逻辑运算，将系统输入和输出之间的映射关系转化成数学模型，实现对复杂系统的控制。
二、精细化工产品生产过程中的过程控制技术的重要性精细化工产品主要指化学纯品、医药产品和高端化工中间体等高科技产品。
这些产品的生产过程要求精度高、工艺细节丰富、反应途径复杂，这就要求过程控制技术必须保证过程稳定、可重复并满足产品要求。
以下是精细化工产品生产过程中，过程控制技术的重要性。
1、提高产品质量过程控制技术可以实现对化工产品生产过程的实时监控和优化控制，及时发现和解决生产过程中的问题和失控点，减少不良品率和废品率，从而提高产品质量。
工艺流程的质量控制与检测技术
工艺流程的质量控制与检测技术随着科技的不断进步和工业化的发展，对于产品质量的需求也越来越高。
而工艺流程的质量控制与检测技术则成为了保证产品质量的重要手段。
本文将探讨工艺流程的质量控制与检测技术的应用和发展，并分析其在提升产品质量和效率方面的优势。
一、工艺流程的质量控制工艺流程的质量控制是指通过各种控制手段，确保每一个环节都能符合质量标准和要求。
在传统的生产流程中，人工操作和经验判断主导着质量控制的过程，但这种方式容易受主观因素影响，从而导致质量的不稳定和波动。
而随着科技的发展，自动化和智能化的生产设备逐渐应用于工艺流程的质量控制中。
自动化技术的应用能够提高生产效率和质量稳定性。
自动化设备可以准确执行操作，消除人为差错的可能性。
同时，自动化设备还可以通过传感器和控制系统实时监测和调节生产过程中的各项参数，确保每个环节都处于最佳状态。
这种方式不仅提高了产品的一致性和稳定性，还减少了资源的浪费，提高了生产效率。
例如，在制造业中，自动化机械臂可以精确的完成组装任务，避免了人工操作带来的误差和不稳定性。
智能化技术的应用则进一步提升了工艺流程的质量控制水平。
智能化设备可以通过学习和分析数据，自主调整工艺参数来达到最佳的质量控制效果。
与传统的固定设定参数相比，智能化设备可以根据实际生产情况进行实时调整，提高产品质量的一致性。
例如，在电子制造过程中，使用智能化的贴片机器人可以根据零件的特性自动调节工艺参数，实现精确的贴片，避免零件焊接不牢固或者位置偏移的情况发生。
二、工艺流程的质量检测技术工艺流程的质量检测技术是指通过各种手段和方法，对生产过程中的产品进行检测和评估。
质量检测技术可以帮助发现和解决质量问题，确保产品符合质量标准和要求。
传统的质量检测方法主要依赖于人工视觉和手工操作，但这种方式存在着主观性强、效率低、一致性差等问题。
而随着图像处理和机器学习等技术的发展，基于视觉的自动化检测技术逐渐应用于工艺流程的质量检测中。
过程控制与试验检测
过程控制与试验检测
工业制造过程控制和试验检测是工业制造业中重要的一环，贯彻这一
控制和检测能确保制造产品的可靠性、安全性、可重复性和精确性。
工业制造过程控制主要包括设计、机械、电气、控制和检测几个方面，其中设计决定产品的外观，机械决定产品的装配与加工，电气控制产品的
运行，控制确保产品性能符合标准，而检测则可以完成对每一个产品的定
性和定量检验。
首先，在设计阶段，最重要的是做出正确的设计，以确保技术性能的
满足。
通过加工和装配完成产品的机械结构，控制加工参数，使产品能够
正确、稳定的运行。
再者，用电气的方式控制机械的起动和停止，并通过
智能控制，使各机械参数保持在稳定的状态，使产品的技术性能仍然满足
设计要求。
其次，检测过程的目的是确保产品符合技术要求。
对每一件产品进行
定性和定量检验，决定其是否符合要求，并采取相应的措施进行相应的处理。
采用X-Ray、热成像仪、汽车诊断仪等检测设备，进行产品结构质量
检测，可检测不良产品，更可检测到潜在的缺陷，从而有效地提高产品的
质量。
最后，进行试验，以评估产品的可靠性和安全性。
GB 13926.1-1992 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性总论(GBT)
工业过程测量和控制装置的电磁兼容性总论GB T13926.192本标准等效采用IEC801-1工业过程测量和控制装置的电磁兼容性第1部分总论(1984年版)1主题内容与适用范围本标准向工业过程测量和控制装置的制造厂和使用者提出了工业过程测量和控制装置使用过程中遇到的电磁兼容性问题及提供了工业过程测量和控制装置电磁兼容性设计指南本标准适用于各种工业过程测量和控制装置在使用过程中所涉及的电磁兼容性问题以及工业过程测量和控制装置制造厂和使用者可能面临的问题2术语2.1电磁兼容性electro magnetic compatibility(E.M.C)装置能在规定的电磁环境中正常工作而不对该环境或其他设备造成不允许的扰动的能力2.2电磁干扰electro magnetic interferenc(E.M.I.)使电气设备或电子装置性能下降工作不正常或发生故障的电磁扰动2.3敏感性susceptibility装置在受到电磁能作用时发生的一种非期望响应特性3概述随着微电子技术和计算机技术的迅速发展由敏感的电子线路构成的新型电子系统(如微型计算机和小型计算机)不仅在企业管理和办公自动化等领域中而且在工业生产过程如化工厂轧钢厂炼油厂发电厂和变电站的测量和控制领域中获得广泛应用工业生产过程中的各类工业设备产生的电磁干扰环境使工业过程测量和控制装置处于严酷的电磁环境为了保证装置和系统能正常工作并具有较高的可靠性这些装置和系统必须经受再现和模拟其工作现场可能遇到的电磁干扰环境的各种试验工业过程测量和控制装置电磁兼容性系列标准所考虑的干扰形式起因于外界干扰源对设备和系统的影响干扰通过电源线直接导入或通过连接电缆线由电容耦合或电感耦合从干扰源导入或者通过本地装置和远程装置各自的参考端之间电位差导入此外操作人员与仪表盘外壳或箱柜间的静电放电以及来源于对讲机广播电台电视台雷达站和工科医设备的辐射电磁场都可产生干扰4电磁兼容性4.1干扰暴露设备的干扰暴露与其使用时所处的电磁环境有关干扰程度与干扰源的特性耦合阻抗的性质电子装置的灵敏度和接地质量以及在安装现场采取的保护措施密切相关因此干扰侵入系统的界面可以是a.供电线b.信号输入线c.信号输出线d.设备外壳干扰注入电路的耦合机理是a.公共阻抗(电阻性的)b.电感耦合c.电容耦合d.电磁辐射通常环境决定了干扰的形式(频率和重复率)安装条件决定了施加于设备的干扰等级4.2干扰源不同的工业环境会遇到各种干扰源需要引起人们注意的干扰源有开关装置接触器继电器电焊机广播和电视发射机携带式无线电话机移动式无线电发射机工科医设备和带有静电荷的操作人员这些干扰源产生的干扰可以分为三大类a.磁的b.电的(宽频带窄频带)c.电磁的由闪电接地故障或电感电路切换引起的瞬时扰动发生得最频繁通常干扰是短时和随机的这些扰动的频率范围从50Hz到数百兆赫持续时间从10ns到数秒在使用携带式无线电话机时其天线附近形成一个很强的电磁场这个电磁场可能引起暴露于电磁场中的电子装置产生扰动在干燥的大气环境中特别是在使用地毯的计算机机房内操作人员所带的电荷会形成很高的电压如果带有电荷的操作人员触摸计算机单元就会产生静电放电导致设备工作异常甚至损坏在严酷条件下充电电压可大于15kV4.3敏感性试验敏感性试验是工业过程测量和控制装置必不可少的试验项目用于验证装置在电磁环境中的正常工作能力根据装置安装后所受到的干扰情况线路的排列(即线路接地和屏蔽方式)屏蔽质量以及系统工作时所处的环境确定试验类型如果忽视上述相关条件认为装置应该是独立的且适用于任何系统那么必将要求装置经受各种干扰试验和最严酷的试验等级这种要求对大多数装置是不合理的也是不必要的因为这将提高装置的成本阻碍装置的推广使用因此试验要求的确定应将整个系统作为一个整体来考虑敏感性试验应在系统工作时(即具有功能信号时)进行敏感性试验严酷程度的选用应尽可能地模拟装置在正常使用中实际经受的环境条件并且选用较高的试验值但不是极端值模拟现场可能碰到的所有环境条件是不可能的然而通过一些标准的敏感性试验依然能够较好地获取装置电磁敏感性资料GB T13926.213926.4介绍的试验是测试工业过程测量和控制装置电磁敏感性的基本试验这些试验包含了范围相当广泛的各种电磁干扰产生试验信号并对设备进行型式试验合理地再现大型装置中可能存在的各种随机干扰目前还存在许多问题为了能对试验结果进行比较必须产生一种比较一致重复性好的模拟试验信号4.4安装设计尽管各类装置安装的布局千差万别但是如果在一开始就设法避免由干扰引起的不正常工作和性能下降那么在设计阶段就需要有可遵循的基本要求在安装电气和电子系统时有许多方法可供选择例如信号线路如何接地电缆屏蔽层的选择和屏蔽层的接地等每一种方法都能起到减少干扰的作用此外布线时信号电缆和电源电缆的分离处理使用滤波器和屏蔽外壳搭接等措施即使不能消除至少也能减少干扰对敏感线路的耦合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。
检测与过程控制基础
03
过程控制基础
过程控制系统的组成与分类
总结词
过程控制系统由传感器、控制器和执行器等组成，根 据控制策略和系统结构的不同，可以分为开环控制系 统和闭环控制系统。
详细描述
过程控制系统通常由传感器、控制器和执行器等组成。 传感器用于检测被控变量的当前值，并将检测到的信号 传输到控制器。控制器根据设定值与实际值的偏差，按 照一定的控制规律计算出控制量，再传输给执行器执行 。根据控制策略和系统结构的不同，过程控制系统可以 分为开环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统是指 系统中没有反馈环节的控制系统，而闭环控制系统则是 指系统中具有反馈环节的控制系统。
详细描述
压力传感器用于检测压力，如压 阻式传感器和压差传感器。控制 压力的方法包括调节阀、安全阀 和减压阀等。
流量检测与控制
要点一
总结词
流量是工业过程中重要的动态参数，对生产效率和能源消 耗有直接影响。
要点二
详细描述
流量检测通常通过差压传感器、涡轮流量计和超声波流量 计等实现。流量控制的方法包括调节阀和节流阀等。
范围内，提高生产效率和产品质量。
案例二
总结词
安全生产、稳定运行、预防事故
详细描述
在石油化工生产中，压力是一个关键的安全因素。压力 检测与控制系统可以对压力进行实时监测和自动控制， 确保压力在安全范围内，预防因超压或压力不足导致的 事故，保障生产安全和稳定运行。
案例三：流量检测与控制在水利工程中的应用
光学检测原理
总结词
基于光与物质相互作用的原理，通过测量光的吸收、反射、散射等特性来分析物 质的性质和浓度。
详细描述
光学检测技术利用了光与物质之间的相互作用，如光的吸收、反射、散射等特性 ，通过测量光的强度、波长、相位等参数，可以推算出物质的浓度、组成和光学 特性等信息。
工业过程与过程控制
实践报告报告名称工业过程和过程控制年级学院西华大学专业电气工程及自动化学号姓名张枭任课教师完成时间成绩（报告在给出成绩的同时由评阅人写出评语）系部名称：理工系实践单位：实践时间：一、实习目的1、了解实验装置结构和组成及组态软件的组成和使用。
2、熟悉智能仪表的使用及实验装置和软件的操作。
3、熟悉单容液位过程的数学模型及其阶跃响应曲线法的实验方法。
4、学会由实际测得的单容液位过程的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数，辨识过程的数学模型。
二、实习内容1.硬件：1.1AE2000B 型过程控制实验装置；1.2计算机、万用表各一台；1.3RS232-485 转换器 1 只、串口线 1 根、实验连接线若干。
2.实验原理单容液位过程设水箱的进水量为 Q1，出水量为 Q2，滞后时间，水箱的液面高度为 h，出水阀 V2固定于某一开度值。
根据物料动态平衡的关系，求得：在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得系统的传递函数式中，T 为过程的时间常数（注意：阀 V2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R2C， K=R2为过程的放大倍数，R2为 V2阀的液阻，C 为水箱的容量系数，为滞后时间。
阶跃响应法是指通过操作过程的调节阀，使过程的控制输入产生一个阶跃变化，将被控量随时间变化的响应曲线记录下来，再根据测试记录的响应曲线求取过程的输出与输入之间的数学关系。
本实验中输入为电动调节阀的开度给定值op，通过改变电动调节阀的开度给单容液位过程以阶跃变化的信号，输出为上水箱的液位高度 h。
电动调节阀开度 op 通过组态界面由计算机传送给智能仪表，由智能仪表输出，范围为：0~100%。
水箱液位高度由传感变送器检测转换为 4~20mA 标准信号，再经智能仪表将该信号上传到计算机的组态中，由组态直接换算成高度值，在计算机窗口中显示。
因此，单容液位被控对象的传递函数，是包含了由执行机构到检测装置的所有液位单回路物理量的关系模型，实验系统结构框图如图。
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工业过程检测与过程控制
实
验
报
告
学院：************
专业：电气工程
学号：***********
姓名：***
苏州大学机电工程学院二零一三年五月
实验一锅炉液位控制系统实验
一、实验目的
1 了解锅炉液位控制系统的组成。
2 建立液位控制数学模型（阶跃响应曲线）。
3 计算系统各参数下的性能指标。
4 分析PID参数对控制系统性能指标的影响。
二、实验步骤
1 出水流量控制系统置于“手操”，即开环方式，设定OUTL=60%。
2 令δ=20%、 Ti=80（s）、Td=10(s)，设置到液位控制器中。
3 液位控制系统置于“自动”，即闭环方式，设定SV=200mm，等待稳定下来。
4 将液位控制器的“自动”输出阶跃变化100mm，即设定SV=300mm，同步记录
液位的PV值（间隔30秒记录一次，约20分钟）。
5 改变比例带：令δ=10%、 Ti=80（s）、Td=10(s)，设置到液位控制器中，重
复步骤3和步骤4。
6 改变积分时间：δ=20%、 Ti=40（s）、Td=10(s)，设置到液位控制器中，重
复步骤3和步骤4。
7 改变微分时间：δ=20%、 Ti=40（s）、Td=20(s)，设置到液位控制器中，重
复步骤3和步骤4。
三、实验数据
表1-1 锅炉液位控制系统实验记录表
四、 阶跃响应曲线
五、 实验数据处理
1、由实验数据和阶跃响应曲线计算四组PID 参数下系统性能指标：衰减率Ψ、衰减比η、超调量σ（%）、调节时间t s (min)。
%100)
(y y 1
1y y y 1
s s 11
⨯∞=
-=-=ψ=σηη超调量衰减率衰减比s
y y 调节时间t s ：一般是当被控量进入其稳态值的±5%范围内时所需的 时间。
图1 锅炉液位控制系统液位调节曲线
表1-2 系统各性能指标
2、分析δ（比例带）、T i（积分时间）、T d（微分时间）对系统性能的影响。
（1）比例带：当δ减小时，引起ω变大；ζ减小Ψ减小，稳定性变差。
（2）积分时间：当T i减小时，引起ω变大；ζ减小Ψ减小，稳定性变差。
（3）微分时间：引入T d，可提高快速性，提高系统的工作频率；T d太大或太小，都会破坏系统的稳定性。
实验二锅炉温度控制系统实验
一、实验目的
1 了解锅炉温度控制系统的组成。
2 建立被控对象的数学模型：掌握用动态特性参数法辨识被控对象模型（一阶
加滞后）的特性参数。
3 掌握整定PID参数的计算过程。
4 计算温度控制系统闭环状态下的性能指标。
5 总结对过程控制系统实验的心得体会。
二、实验步骤
1 液位控制系统置于“自动”，即闭环方式，设定SV=300mm。
2 出水流量控制系统置于“手操”，即开环方式，大约使PV=40L/H。
3 温度控制系统置于“手操”，设定OUTL=10%~15%。
4 等待液位、出水流量和温度稳定下来。
5 将温度控制器的“手操”输出阶跃变化5%~10%，即设定OUTL=15%~20%，
同步记录温度的PV值（间隔一分钟记录一次，大约45分钟）。
6 根据开环实验数据，在实验计算机记录温度开环阶跃响应曲线上，计算机被
控对象参数K、τ和T。
然后按教材第83页的表4.1（另一教材第168页的表3-6）计算PID参数δ、Ti、Td。
7 温度控制系统置于“自动”，即闭环方式没设定SV=30℃~40℃，把第六步得
到的δ、Ti、Td设置到控制器中，等待稳定下来。
8 将温度控制器的“自动”输出阶跃变化5℃~10℃，即设定SV=30℃~50℃，同
步记录温度的PV值（间隔30秒记录一次，约20分钟）。
9 根据温度闭环实验曲线，在直角坐标纸上绘制温度控制系统的阶跃响应曲线，
由曲线计算系统性能指标；衰减率ψ、衰减比η、超调量σ、调节时间ts。
三、实验数据
表2-1温度开环实验数据记录表
表2-2温度闭环实验数据记录表
四、 阶跃响应曲线
五、实验数据处理
31.9℃-21.2℃=10.7℃ 10.7×0.39+21.2=25.4℃ 10.7×0.63+21.2=27.9℃ t 1=320s
t 2=687s （不合适） 取t 2=571s
T 0=2（t 2-t 1）=2×﹙571-320）=502s τ=2t 1-t 2=2×320-571=69s
713.015
7
.101
1501007.10min
max min max ==
=
=
-∆∆x y ρ
图2-1 锅炉温度控制系统温度调节曲线
13745.0502
69
==
T
τ
%.....T
τ
ρ.δ334808334013745071308501850==⨯⨯=∙⨯
= T i =2τ=2×69=138s
T d =0.5τ=0.5×69=34.5s ≈34s
%
8.4%100)(y y
4.011y y y 1
67.13.05.01s s 11=⨯∞==-=-=ψ===
σηη超调量衰减率衰减比s y y 调节时间t s =7.0min
实验心得
1、这个实验包括锅炉液位控制和锅炉温度控制，实验过程十分缓慢，一次实验需要20~45分钟的计时时间，需要耐心的进行实验，认真读取数据并将数据记录下来。
2、实验中采用了PID 控制原理，是系统的控制更加精确。
3、实验中PID 参数的选择也非常的重要，比例带、积分时间、微分时间都在控制中起着不同的作用。
4、改变PID 参数中的一项，控制系统达到稳定所需的时间也有所不同，系统的稳定性能也有所不同。
5、在锅炉温度控制系统实验中，与开环控制系统相比，闭环控制系统体现了它的优越性：准确，快速，稳定。