过程控制系统方案设计
化工生产中的过程控制技术与优化方案
化工生产中的过程控制技术与优化方案随着工业化进程的加速，化工行业在全球的发展越来越迅速，成为了各国经济的重要组成部分。
同时，随着全球经济的飞速发展，企业在化工生产过程中需要对技术进行不断地优化，提高生产效率，降低成本，保证产品的质量和安全。
因此，过程控制技术成为了必不可少的一部分。
本文将介绍化工生产中过程控制技术的应用和优化方案。
一、化工生产中的过程控制技术1.传统过程控制传统的化工生产过程控制措施主要使用PID控制技术，这种技术包括了比例、积分、微分等控制算法。
其基本思想是通过调节控制系统的输出信号以达到期望的工艺控制效果。
传统PID控制技术虽然简单易懂，但由于其控制精度不高，需要大量的工程经验和对特定过程的深入了解，因此需要人们不断探索新的过程控制技术以提高控制精度和抗干扰性。
2.先进过程控制技术进入21世纪以后，先进的过程控制技术逐步发展起来，如多变量模型预测控制（MPC）、先进的自适应控制（AAC）等。
同时，传感技术、人工智能的运用和数字化技术的发展等都为过程控制技术的升级提供了支撑。
这些技术的优势在于其能提高过程控制精度，抑制变量交互干扰，增大控制执行器的动态范围等。
二、化工生产过程控制技术的应用过程控制技术作为化工行业中的重要一环，对于生产效率的提升、运营成本的控制和产品质量的保证都有显著的作用。
通常，化工生产过程控制技术的应用可以从以下几个角度来考虑：1.质量控制随着化工行业的不断发展，对产品质量的需求也越来越高。
在化工生产过程控制中，通过数据采集、分析，实时跟踪工艺变量等手段，对生产中的关键环节进行精确控制和监控，以使产品质量稳定、一致。
2.成本控制成本控制是化工企业长期面临的重要问题。
随着劳动力成本、能源使用成本的不断攀升，对于如何控制成本、提高生产效率等问题，过程控制技术在其中起到了重要作用。
传统PID控制技术通过参数调整，最大限度地减少生产过程中的浪费和能源的消耗。
而高级过程控制技术则为企业在生产过程控制上提供了更精确的手段。
过程控制系统模拟量高低选控制应用方案分析
过程控制系统可靠性解决方案分析模拟信号高选低选比较变送器在过程控制中的应用关键词：过程控制 自动化 模拟信号 信号高低选择 比较变送器 控制系统软保护 超驰控制 概述：在工控智能化和自动化运行中，通常自动控制系统都是在运行过程处于正常工作状况时发挥作用的。
当控制中出现不正常工作状况时，则往往要退出自动控制而切换为手动控制，待工作状况基本恢复正常以后再投入自动控制状态的。
现代石油化工、电力监控、食品加工、轨道交通等过程工业中，越来越多的生产装置要求控制系统既能在正常工艺状况下发挥控制作用，又能在非正常工作状况下仍然起到自动控制作用，使生产过程尽快恢复到正常工作状况，至少也是有助于或有待于工作状况恢复正常。
这种非正常工作状况时的控制系统属于安全保护措施。
安保措施有两大类：一是硬保护，二是软保护。
硬保护措施就是联锁保护控制系统。
当生产过程工作状况超出一定控制范围时，联锁保护系统采取一系列相应的措施，如报警、由自动控制转接到手动控制、联锁动作等，使生产过程处于相对安全的状态。
但这种硬保护措施经常会使运行中的设备停车或速度转缓，造成较大的经济损失。
于是，人们在实践中探索出许多更为安全经济的软保护措施来减少停车造成的损失。
所谓软保护措施，就是当生产工作状况超出一定控制范围时，不是消极地输入联锁保护甚至停车，而是自动地切换到一种新的控制系统中，这个新的控制系统取代了原来的控制系统对生产过程进行控制，当工作状况恢复正常时，又自动地切换到原来的控制系统中。
由于要对工作状况是否正常进行判断，要在两个控制系统当中选择。
因此，称为选择性控制系统，有时也称为取代控制或超驰控制。
解决方案：选择性控制系统在结构上的最大特点是用一个模拟信号比较变送器作为选择器，选择器通常是两个输入信号，一个输出信号。
对于高选器，输出信号Y等于一路输入信号X1和另一路输入信号X2中选出数值较大的一个。
例如: X1＝5mA，X2＝4mA；Ymax＝X1＝5mA。
液位过程控制课程设计
中南大学《过程控制仪表》课程设计报告设计题目液位控制系统设计指导老师王莉吴同茂设计者龚晓辉专业班级自动化09级05班02号设计日期2012年5月目录第一章过程控制仪表设计的目的意义 (1)1.1 设计目的 (1)1.2课程在教学计划中的地位和作用 (2)第二章液位控制系统实验控制设计与调试 (3)2.1 液位控制系统的工艺及控制要求 (3)2.2 液位系统控制实验方案设计 (5)2.3 系统调试与控制效果 (7)第三章火力发电气泡水位控制系统设计 (8)3.1 火力发电厂生产工艺及控制要求 (8)3.2 系统总体方案设计 (9)3.3 系统硬件设计 (11)3.4 系统软件设计 (14)第四章收获、体会和建议 (16)参考文献第一章过程控制仪表设计的目的意义1.1 设计目的本课程设计是为《过程控制仪表》课程而开设的综合实践教学环节，是对《现代检测技术》、《自动控制理论》、《过程控制仪表》、《计算机控制技术》等前期课堂学习内容的综合应用。
其目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实际问题的能力，使学生通过自己动手对一个工业过程控制对象进行仪表设计与选型，促进学生对仪表及其理论与设计的进一步认识。
其主要是设计工业生产过程经常遇到的压力、流量、液位及温度控制系统，使学生将理论与实践有机地结合起来，有效的巩固与提高理论教学效果。
1.2课程在教学计划中的地位和作用课程设计对过程控制课程有重要的实践意义，可以加深学生对所学知识的理解与运用。
主要的内容是通过对典型工业生产过程中常见的典型工艺参数的测量方法、信号处理技术和控制系统的设计，掌握测控对象参数检测方法、变送器的功能、测控通道技术、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的PID控制参数整定方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高学生解决实际工程问题的能力。
基本要求如下:1. 掌握变送器功能原理，能选择合理的变送器类型型号；2. 掌握执行器、调节阀的功能原理，能选择合理的器件类型型号；3. 掌握PID调节器的功能原理，完成相应的压力、流量、液位及温度控制系统的总体设计，并画出控制系统的原理图和系统主要程序框图。
sama图（精品）
《过程控制工程》课程设计指导书“过程控制课程设计”是“过程控制”课程的一个重要组成部分。
通过实际题目、控制方案的选择、工程图纸的绘制等基础设计和设计的学习，培养学生理论与实践相结合能力、工程设计能力、创新能力，完成工程师基本技能训练。
一、过程控制系统设计及其主要内容过程控制系统设计是为实现生产过程自动化，应用图纸资料和文字资料来表达设计思想和工程实现方法。
设计分为两个阶段：（一）设计前期工作主要内容：1．查阅资料，对被控对象动态特性进行分析，确定控制系统的被调量和调节量；2．确定自动化水平，包括确定自动控制范围、控制质量指标、报警设限及手自动切换水平；3．提出仪表选型原则，包括测量、变送、调节及执行仪表的选型。
（二）设计工作主要内容：1．根据对被控对象进行的分析，确定系统自动控制结构，完成控制系统原理图；2．根据确定控制设备和测量取样点和调节机构，完成控制系统工艺流程图（PID图）；3．根据确定的自动化水平和系统功能，选择控制仪表，完成控制系统SAMA图（包括系统功能图和系统逻辑图）；4．对所设计的系统进行仿真试验，并进行调节器参数整定；5．编写设计说明书：（1）提出控制系统的基本任务和要求；（2）被控对象动态特性分析；（3）选择控制系统控制结构，画控制原理图；（4）选择测点和调节机构画控制系统工艺流程图；（5）选择控制仪表，画SAMA图（标出调节器作用方向）；（6）根据控制原理图，进行控制系统仿真实验，控制器参数整定；（7）设计总结。
二、绘制设计图（一）系统控制原理图控制原理图应反映控制系统的结构。
（二）管道及仪表流程（PID）（工艺控制流程图）管道仪表流程图画法规定1．管道及仪表流程图适用于生产工艺装置，是用图示的方法把工艺流程所需的全部设备、机器、管道及管件和仪表表示出来。
它是设计和施工的依据，也是运行和检修的指南。
2．管道及仪表流程图安装比例。
1）一般设备（机器）图只取相对比例。
2）实际尺寸大设备（机器），适用缩小。
过程控制系统 (2)
图7-1 定值控制系统阶跃响应过渡过程曲线
7.2 过程参数的检测与变送
在化工生产过程中，为了有效地进行生产操作和自动控制， 需要对工艺生产中的压力、流量、液位、温度等参数进行 测量。用来测量这些参数的仪表称为检测仪表，经常与变 送器配合使用。
将上述数据代入，得
EK (800,30) EK (800,0) EK (30,0) 32.074mV
例7-2 今用一只S型热电偶测温，已知冷端温度 t0 30C 测得热电势 Es (t,t0) 14.195mV
t 求被测介质的实际温度
解 由相应的分度表可知：
Es (30,0) 0.173mV
7.1.4 过程控制系统的性能指标
控制性能良好的过程控制系统，在受到外来干扰作用或者 给定值发生变化后，应能够平稳、迅速、准确地回到给定 值上。
在衡量一个控制方案时，必须给出相应的性能指标。 控制性能指标是根据生产工艺过程的实际需要确定的，过
渡过程是衡量控制系统性能指标的依据，一般采用定值控 制系统阶跃响应过渡过程曲线来讨论控制系统的性能指标。
数据代入变换，得
Es (t,0) Es (t,30) Es (30,0) 14.195 0.173 14.368(mV )
再由附录可以查得l4.368mV对应的温度t为1400℃。
工业常用的热电偶有铂铑 10
铂热电偶，分度号为S；镍铬一镍硅热电偶，分度号为K；镍铬一康铜热电 偶，分度号为E，选用时根据要求而定。
(3)利用热阻效应测温，它利用导体或半导体的电阻随温 度变化的性质制成。
(4)利用热辐射原理测温，利用物体辐射能随温度变化而 变化的性质制成，属于非接触式温度计.
过程控制系统(1)
第一章过程控制系统概述1.五大参量：温度、压力、流量、物位（液位）、成分2.过程控制系统的组成：控制器，执行器，被控过程和测量变送等组成；除被控对象外都是变送单元。
过程控制系统由两大部分组成:过程仪表和被控对象过程控制系统由三大部分组成:检测变送单元，控制器，被控对象。
系统中的名词术语：1）被控过程：生产过程中被控制的工艺设备或装置（即从被控参数检测点至调节阀之间的管道或设备）。
2）检测变送器：检测量转换为统一标准的电信号。
3）调节器（控制器）：实时地对被控系统施加控制用。
4）执行器：将控制信号进行放大以驱动调节阀。
5）被控参数：被控过程内要求保持稳定的工艺参数。
6）控制参数：使被控参数保持期望值的物料量或能量。
7）设定值：被控参数的预定值。
8）测量值：测量变送器输出的被控参数值。
9）偏差：设定值与测量值之差。
10）扰动作用：作用于被控对象并引起被控变量变化的作用。
11）控制作用：调节器的输出（控制调节阀的开度）。
控制器，执行器和检测变送环节称为过程仪表；过程控制系统由过程仪表和被控过程组成。
3.性能指标：包含了对控制系统的稳定性、准确性和快速性三方面的评价。
稳态误差ess：描述系统稳态特性的唯一指标（静态指标）。
衰减比n：n<1,表示过渡过程为发散振荡;n=1,表示过渡过程为等幅振荡;n>1,表示过渡过程为衰减振荡。
一般为4:1-10:1，4:1为理想指标，也是用来调试的。
前馈，反馈控制特点（1）反馈控制系统：根据系统被控参数与给定值的偏差进行工作；是按照偏差进行调节，达到减小或消除偏差的目的；偏差值是系统调节的依据；可以有多个反馈信号；属于闭环控制系统。
（2）前馈控制系统：根据扰动大小进行控制，扰动是控制的依据；控制及时；属于开环控制系统；实际生产中不采用第二章过程检测仪表控制器输出:1.电动仪表：4-20mA，DC（远距离）；1-5V，DC（短距离）气动仪表：20-100Kpa（100m）直流电流4-20mA，空气压力20-100Kpa为通用标准信号。
过程控制与自动化仪表(第3版) 第5章 思考题与习题
第5章 思考题与习题1．基本练习题（1）过程控制系统方案设计的主要内容有哪些？一般应怎样选择被控参数？答：1）主要内容有:熟悉控制系统的技术要求和性能指标；建立控制系统的数学模型；确定控制方案；根据系统的动态和静态特性进行分析与综合；系统仿真与实验研究；工程设计；工程安装；控制器参数整定。
2）被控参数的选择：对于具体的生产过程，应尽可能选取对产品质量和产量、安全生产、经济运行以及环境保护等具有决定性作用的、可直接进行测量的工艺参数作为被控参数。
当难以用直接参数作为被控参数时，应选取直接参数有单值函数关系的所谓间接参数作为被控参数。
当采用间接参数时，该参数对产品质量应该具有足够高的控制灵敏度，否则难以保证对产品质量的控制效果。
被控参数的选择还应考虑工艺上的合理性和所用测量仪表的性能、价格、售后服务等因素。
（2）控制通道0/T τ的大小是怎样反映控制难易程度的？举例说明控制参数的选择方法？答：1）一般认为，当/0.3o T τ≤时，系统比较容易控制；而当/0.5o T τ>时，则较难控制，需要采取特殊措施，如当τ难以减小时，可设法增加o T 以减小/oT τ的比值，否则很难收到良好的控制效果。
2）控制参数的选择方法：选择结果应使控制通道的静态增益o K 尽可能大，时间常数o T 选择适当。
控制通道的纯时延时间o τ应尽可能小，o τ与o T 的比值一般应小于03。
干扰通道的静态增益f K 应尽可能小；时间常数f T 应尽可能大，其个数尽可能多；扰动进入系统的位置应尽可能远离被控参数而靠近调节阀（执行器）。
当广义被控过程（包括被控过程、调节阀和测量变送环节）由几个一阶惯性环节串联而成时，应尽量设法使几个时间常数中的最大与最小的比值尽可能大，以便尽可能提高系统的可控性。
在确定控制参数时，还应考虑工艺操作的合理性、可行性与经济性等因素。
（3）调节器正反作用方式的定义是什么？在方案设计中应怎样确定调节器的正反作用方式？1）定义：当被控过程的输入量增加（或减少）时，过程（即被控对象）的输出量也随之增加（或减少），则称为正作用被控过程；反之称为反作用被控过程。
过程控制第三章第9,10,11讲
过程静态特性是选择控制参数的重要依据。 结论：扰动通道静态放大系数Kf 越大，则系统 的稳态误差越大，降低了控制质量。控制通道 的静态放大系数K0越大，表示控制作用越灵敏， 克服扰动的能力越强。 因此确定控制参数时，使K0大于Kf是合理的。 这一要求不能满足时，调节Kc的值来补偿，使 K0 Kc值远大于Kf 。
结论：扰动通道的时间常数 T f 愈大，容积愈多，则扰动
通道对被控参数的影响也愈小，控制质量也愈好
（2）时延τf 的影响
有纯滞后时系统对扰动的闭环传递函数为
Y ( s) F ( s ) 1 Wc ( s )W0 ( s)
根据拉氏变换的平移定理，被控量的时间响应为
W f ( s )e
f s
y(∞) t
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图1.3 闭环控制系统对设定值的阶跃扰动的响应曲线
控制系统的阶跃响应性能指标小结
稳定性 衰减比n = 4:1~10:1最佳
准确性 余差C小好
最大偏差 A 小好 快速性 过渡时间 Ts 短好
各品质指标之间既有联系、又有矛盾。例如， 过分减小最大偏差，会使过渡时间变长。因此， 应根据具体工艺情况分清主次，对生产过程有决 定性意义的主要品质指标应优先予以保证。
三、控制参数的选择
控制参数又称为控制变量或控制量。 在生产过程中，可能有几个控制量可供 选择来影响被控参数。选择不同的控制 参数就有不同的控制通道和扰动通道。 不同的控制通道和扰动通道的控制质量 是不相同的。因此应选择较优的控制参 数，即正确选择控制通道。
三、控制参数的选择
（一）过程静态特性分析
在新稳态值（ 205℃）两侧以宽度为±4.1℃画一 区域（阴影线）。曲线进入时间点 Ts = 22min
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过程控制系统方案设计
过程控制系统是一种用于监测和控制工业过程的自动化系统，能够实
时收集和处理过程数据，并根据设定的控制策略自动调节设备和参数，以
达到最优的生产效果。
在过程控制系统的方案设计中，需要考虑多个因素，包括硬件设备的选择、软件系统的设计、通信协议的确定等。
本文将从这
些方面对过程控制系统的方案设计进行详细介绍。
一、硬件设备的选择
在过程控制系统的方案设计中，硬件设备的选择是十分重要的一环。
根据具体的控制需求，可以选择合适的传感器、执行器、PLC等设备。
传
感器用于采集过程数据，执行器用于调节设备参数，PLC用于控制逻辑的
实现。
在选择硬件设备时，要考虑其性能、可靠性、兼容性等因素，并保
证其与软件系统的适配性。
二、软件系统的设计
软件系统是过程控制系统的核心，对于实现控制策略和数据处理起到
至关重要的作用。
软件系统的设计包括数据采集、控制算法、人机界面等
方面。
在数据采集方面，可以使用实时数据库进行数据存储和管理，以方
便后续的数据处理和分析。
在控制算法方面，要根据具体的控制需求选择
合适的算法，并采用合理的控制策略。
在人机界面方面，可以使用图形化
界面进行操作和监控，方便用户进行参数设置和过程状态的监测。
三、通信协议的确定
通信协议是过程控制系统与外部设备之间实现数据交换的桥梁，确定
合适的通信协议可以提高系统的可靠性和性能。
常用的通信协议包括
Modbus、Profibus、CAN等。
在确定通信协议时，要考虑系统的实时性和
响应性能要求，以及设备的兼容性和可扩展性。
四、系统安全性的考虑
过程控制系统在设计时应考虑系统的安全性，保证系统的数据和操作
的安全可靠。
可以采用多种方法提高系统的安全性，包括密码学技术、访
问控制、数据加密等。
此外，还要做好系统的备份和恢复工作，以防止数
据丢失和系统故障。
五、系统测试和调试
在过程控制系统的方案设计完成后，还需要进行系统测试和调试工作，以保证系统的正常运行和稳定性。
测试和调试包括软件测试、硬件测试、
联调测试等。
在测试和调试过程中，要注意对系统的各个模块以及整个系
统的功能和性能进行全面检查和评估，并对系统的异常情况进行处理。
六、系统维护和优化
在过程控制系统投入运行后，还需要对系统进行维护和优化。
维护工
作包括系统故障排除、更新和升级等。
优化工作包括控制算法的改进、参
数的优化调整等。
通过系统维护和优化，可以提高系统的稳定性和性能，
确保系统的长期稳定运行。
总结：
过程控制系统的方案设计是一个复杂的工作，需要考虑多个因素，包
括硬件设备的选择、软件系统的设计、通信协议的确定等。
在设计过程中，要根据具体的需求和实际情况进行合理的选择和判断，并进行系统测试和
调试工作，最终实现系统的稳定运行和优化提升。