过程控制系统与 仪表
55页1、过程控制系统与仪表 第1章绪论 过程控制 Processcontrol 是指连续生产过程的自动控制 石油 化工 水利 电力 冶金 轻工 纺织 制药 建材 核能 环境工程等许多领域的自动控制系统 都属于过程控制系统 连续生产过程的特征是 生产过程中的各种流体 在连续 或间歇 的流动过程中进行着物理化学反应 物质能量的转换或传递 1 1过程控制的特点过程控制系统具有以下特点 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 1 2过程控制的发展概况过程控制的发展历程 就是过程控制装置 自动化仪表 与系统的发展历程 1 2 1过程控制装置与系统的发展过程1 局部自动化阶段 20世纪50 60年代 自动化仪表安装在现场生产设备上 只具备简单的测控功能 适用于小规模 局部过程控制 特点 自动化仪表划分成各种标准功能单元 按需要可以组合成各种控制系统 控制仪表集中在控制室 生产现场各处的参数通过统一的模拟信号 送往控制室 操作人员可以在控制室监控生产流程各处的状况 适用于生产规模较大的多回路控制系统 2 模拟
2、单元仪表控制阶段 20世纪60 70年代 煤气 核电 3 集散控制阶段 20世纪70年代中期至今 计算机的出现 大大简化了控制功能的实现 最初 人们设想用一台计算机取代所有回路的控制仪表 实现直接数字控制 DDC DirectDigitalControl 但DDC系统的故障危险高度集中 一旦计算机出现故障 就会造成所有控制回路瘫痪 使生产过程风险加大 因此 DDC系统并未得到广泛应用 80年代初 随着计算机性能提高 体积缩小 出现了内装CPU的数字控制仪表 基于 集中管理 分散控制 的理念 在数字控制仪表和计算机与网络技术基础上 开发了集中 分散相结合的集散型控制系统 DCS DistributedControlSystem DCS系统实行分层结构 将控制故障风险分散 管理功能集中 得到广泛应用 控制柜触摸显示屏 控制柜内部 控制柜内PLC 随着CPU进入检测仪表和执行器 自动化仪表实现了数字化 智能化 控制系统也出现了由智能仪表构成的现场总线控制系统 FCS FieldbusControlSystem FCS系统把控制功能彻底下放到现场 依靠现场智能仪表便可实现生产过程的检测 控制
3、而用开放的 标准化的通信网络 现场总线 将分散在现场的控制系统的通信连接起来 实现信息集中管理 现代自动控制技术的主要特点 1 功能综合化 控制与管理一体化已成为趋势 其应用领域和规模越来越大 2 技术密集化 系统集成化 是控制技术 通讯技术 计算机技术相结合的产物 3 系统的智能化程度日益提高 控制精度越来越高 控制手段日益丰富 国内外著名仪表生产企业 西安仪表厂 四川仪表公司 上海仪表公司 ABB Siemens等公司 1 2 2过程控制策略与算法发展伴随着自动化仪表的发展 过程控制策略与算法也经历了由简单到复杂的发展历程 以经典控制理论为基础的PID ProportionalIntegralDerivative 控制算法 由单回路控制发展了串级控制 比值控制 前馈控制 均匀控制 Smith预估控制及选择性控制等控制策略 随着现代控制理论和人工智能技术的发展 解耦控制 推断控制 预测控制 自适应控制 模糊控制等控制策略与算法 也日趋完善 1 3过程控制系统分类及其性能指标1 3 1过程控制系统的分类但在讨论控制原理时 常用的分类方法是按设定值的形式或系统的结构特点分类 1 3 2过
4、程控制系统的性能指标当被控对象受到干扰 被控变量发生变化时 控制系统抵制干扰 纠正被控变量的过程 反映了控制系统的优劣 为此 要有评价控制系统的性能指标 控制系统的性能指标是根据工艺对控制的要求来制定的 概括为稳定性 准确性和快速性 1 3 2 1稳态与动态1 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 当自动控制系统的输入和输出均恒定不变时 系统就处于一种相对稳定的平衡状态 系统的各个环节也都处于稳定状态 但生产还在进行 物料和能量仍然有进有出 只是平稳进行没有改变就是了 静态特性 静态时系统各环节的输入输出关系 2 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 即控制系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过渡过程 当干扰破坏了系统的平衡时 被控变量就会发生变化 而控制器 控制阀等自动化装置就要产生控制作用来使系统恢复平衡 动态特性 在动态过程中系统各环节的输入输出变化关系 1 3 2 2控制系统的过渡过程控制系统的输入变化后 系统从原来的平衡状态 经过动态过程到达新的平衡状态的动态历程称为系统的过渡过程 系统的过渡响应受内部和外部两种因素的影响 1 内部因
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