[第1讲]自动化仪表及过程控制第一章绪论.doc

第一章 绪 论 本章提要 过程控制系统的基本概念 过程控制的发展概况 过程控制系统的组成 过程控制的特点及分类 衡量过程控制系统的质量指标 授课内容 第一节 过程控制的发展概况 基本概念 过程控制系统-----指自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位成分、粘度、湿度以及PH值(氢离子浓度)等这样一些过程变量时的系统。(P3) 过程控制-----指工业部门生产过程的自动化。(P3) 过程控制的重要性 进入90年代以来自动化技术发展很快，是重要的高科技技术。过程控制是自动化技术的重要组成部分。在现代工业生产过程自动化电过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。 过程控制的发展概况 19世纪40年代前后(手工阶段)：手工操作状态，凭经验人工控制生产过程，劳动生产率很低。 19世纪50年代前后(仪表化与局部自动化阶段)：过程控制发展的第一个阶段，一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。主要特点：检测和控制仪表-----采用基地式仪表和部分单元组合仪表(多数是气动仪表)；过程控制系统结构------单输入、单输出系统；被控参数------温度、压力、流量和液位参数；控制目的------保持这些参数的稳定，消除或者减少对生产过程的主要扰动；理论-----频率法和根轨迹法的经典控制理论，解决单输入单输出的定值控制系统的分析和综合问题。 19世纪60年代(综合自动化阶段)：过程控制发展的第二个阶段，工厂企业实现车间或大型装置的集中控制。主要特点：检测和控制仪表-----采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表，计算机控制系统的应用，实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)；过程控制系统结构------多变量系统，各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统；控制目的------提高控制质量或实现特殊要求；理论-----除经典控制理论，现代控制理论开始应用。 前馈控制-----按扰动来控制，在扰动可测的情况下，可以地提高控制质量。 选择性控制-----在生产过程遇到不正常工况或被控量达到安全极限事，自动实现的保护性控制。 19世纪70年代以来(全盘自动化阶段)：发展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三个阶段。主要特点：检测和控制仪表-----新型仪表、智能化仪表、微型计算机；过程控制系统结构-------由单 多变量系统，由PID控制规律 特殊控制规律，由定值控制 最优控制、自适应控制，由仪表控制系统 智能化计算机分布式控制系统；理论-----现代控制理论 过程控制领域，如状态空间分析，系统辨识与状态估计，最优滤波与预报。 集散控制系统(DCS) 集散控制系统-----是集计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术为一体的装置。系统在结构上是分散的(生产过程是分散系统)，但过程控制的监视、管理是集中的。 优点：将计算机分布到车间或装置。使系统的危险分散，提高了系统的可靠性，能方便灵活地实现各种新型的控制规律与算法，实现最佳管理。 集散控制系统的结构原理框图： 集散控制系统的结构组成： 过程输入-输出接口：又叫数据采集站，数据采集与预处理，对实时数据进一步的加工，操作站的显示与打印。 过程控制单元：又称基本控制器，是集散控制系统的核心。不同的集散控制系统其差别较大。 CRT操作站：是集散控制系统的人-机接口装置。执行监控操作、系统组态、编程、动态流程图显示以及部分生产管理。 高速数据通路：实现集散控制系统各处理机之间数据传送。 管理(上位)计算机：进行集中管理与最佳控制，实现信息-控制-管理一体化。 第二节 过程控制系统及其组成 过程控制系统组成 由测量元件、变送器、调节器、调节阀、被控过程等环节构成。 一个简单的过程控制系统＝被控过程＋过程检测控制仪表（测量元件、变送器、调节器和调节阀） 过程控制系统实例1（发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统） 过热蒸汽的温度是生产工艺的重要参数 过程控制系统实例2（PH控制系统） 过程控制系统实例3（液位控制系统） 第三节 过程控制的特点及系统分类 1. 过程控制系统特点 系统由过程检测控制仪表组成 被控过程的多样性 生产规模不同、工艺要求各异、产品品种多样。 控制方案的多样性 通常有单变量控制系统、多变量控制系统、常规仪表控制系统、计算机集散控制系统、提高控制品质的控制系统、实现特定要求的控制系统。本书将要介绍单回路、串级、前馈、比值、均匀、分程、选择性、大时延、多变量系统，还要介绍高级新型系统(自适应控制、预测控制)以及极可能成为系统主流的集散控制系统(DCS)。 过程控制的控制过程多属慢过程，而又多半属参量控制 被控过程具有大惯性、