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过程控制技术 第1章.ppt

发布:2017-07-19约9.74千字共17页下载文档
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* 借助模拟或数字控制技术对生产或制造阶段的某一或某些物理量进行检测与调节,使其符合预期要求,称这种行为方式为过程控制(Process Control)。具体来说,通过对产品生产中某一或某些参数(Parameters),如温度、压力、流量、物位和成分等进行测量与调整,实现工艺要求的运行状态或结果,并最终使产品达到预期的质量,同时满足安全、环保和经济的要求。 过程(Process),这里是指生产或制造过程,是用物理或化学的方法将原料加工成产品所经历的程序或阶段,它涉及步骤操作和设备运行两个方面。根据生产过程特点,它可分为连续过程(Continuous Process)和间歇过程(Batch Process)。前者不间断地作业,后者按预定顺序有间断地实施。 第 1 章 绪论 这个阶段分为基地式仪表和单元组合仪表两个时间段。 1.1.1仪表控制阶段 过程控制经历了基地式仪表、单元组合仪表、计算机直接数字控制、集散控制、现场总线和网络控制等几个时期,可将它们大致划分为三个阶段。 1.1 过程控制发展简介 进入 20 世纪 60 年代,随着电工、电子、仪表和控制技术的发展,相继出现了气动和电动单元组合仪表(Unit Aggregated Instrument)和巡回检测装置(Data-logging Equipment),将这些仪表与装置用于过程控制,实现了集中操作与管理。这对于提高生产效率、满足工业生产日益大型化和连续化的需要起到了较好的促进作用。 20 世纪 40 年代前,过程工业生产处在初级阶段,许多作业流程靠手工、凭经验进行。50年代前后,生产控制开始采用笨重的基地式仪表(Instruments on Base)随设备就地分散安装,一套生产设备,一套体积不小的检测与控制仪表伴随,不同系统之间没有什么联系,测量与控制内容大多是一些热工参量的定值控制,其目的是要保证产品质量和数量的稳定。 该期间的单元组合仪表之间的连接采用统一标准信号,它们组合灵活、通用性强。具体单元有:测量变送单元、转换单元、运算单元、控制单元、执行单元和显示单元等。仪表主要是DDZ-Ⅱ型,气动仪表为 0.02-0.1MPa 气压信号,电动仪表为 0-5V 直流电压或者 0-10mA 直流电流,后来出现了 DDZ-Ⅲ型 仪表。控制方面以 PID 为主要控制规律,以单输入-单输出的单回路为主要结构形式。这一时期的特点是:控制质量有较大提高,系统的稳定性也得到了加强。但是,各控制回路之间不关联,或者关联很少。 这个阶段的过程控制包括计算机直接数字控制和集散控制两大块,时间上它们是连续的,技术上有较大的跨越。 1.1.2 计算机控制阶段 20 世纪 60 年代后期和 70 年代初期,计算机技术开始在过程控制领域使用,出现了以计算机为核心的直接数字控制系统(Direct Digit Control Systems, DDC)。具体用计算机代替常规控制仪表,利用计算机强大的计算功能实现控制算法和程序控制。由于当时计算机在过程工业生产上的应用处在初期,计算机在硬件和软件方面不完善,再加上过程控制的复杂性,计算机直接数字控制的效果并不好,甚至出现过因计算机的故障而导致整个控制系统瘫痪的事例。 20 世纪 70 年代中后期开始,控制系统工程师分析了计算机集中控制失败的原因,提出了分散控制系统的概念,即集散控制系统(Distributed Control Systems, DCS)。它在控制理念和方式有了本质的进步。集散控制系统集控制(Control)技术、计算机(Computer)技术、通信(Communication)技术和显示(Display)技术于一身,按照纵向分层、横向分散的原则,将分布在生产范围内的各种控制装置、数据处理单元和操作管理设备连接在一起,实现各环节独立分布与运作、系统间协调工作、信息共享的功能,共同完成控制、决策和管理的任务。它具有组态方便、扩展容易、人机交互、可靠性和性价比高等特点。霍尼韦尔公司(Honeywell Inc.)的 TDCS-2000、横河(Yokogawa)公司的 Centum 和西门子(Siemens)公司的 Telepermm 等都是典型代表。 另外,可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)也开始进入过程控制领域。在控制方式和算法方面不仅有特殊而复杂的专门控制,如串级控制(Cascade Control )、比值控制(Ratio Control)、均匀控制(Equal Control)、
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