(工学)过程控制及仿真概述

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1、《过程控制系统》任佳Email:jren@zstu.edu.cnMobile:13819199498(669498)Office:15#219教材及参考书：郭阳宽，王正林编著，《过程控制工程及仿真－基于Matlab／Simulink》，电子工业出版社，2009.4孙洪程，李大字，翁维勤，《过程控制工程》，高等教育出版社，2006.2参考书：俞金寿，孙自强，《过程控制系统》，机械工业出版社，2008.8教学安排过程控制系统概述（1）Simulink基础及提高（2）基本控制算法（6）单回路PID、串级控制比值、前馈纯滞后、解耦典型过程控

2、制系统（2）DCS系统（3）实验（2）1.1过程控制系统？及其特点1.2单回路过程控制系统的组成1.3单回路过程控制系统设计中的几个要点1.4过程控制系统的性能指标1.5总结第1章过程控制及仿真概述1.1什么是过程控制系统？过程自动化—过程控制，过程控制系统电气自动化—电气控制，电力拖动控制系统控制对象不同：过程控制：工业生产过程中的物理量以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。电气控制：电动机（直流、交流）典型流程工业生产过程化工单元过程炼油生产过程火电生产过程控制制浆造纸过程控制啤酒及中药生产水处理过程控

3、制等流程工业（Flowindustry）也叫过程工业（ProcessIndustry）通常指化工、石化、炼油、钢铁、冶金、造纸、制药、食品、电力等连续生产行业在整个制造业中所占比重大占全国工业总产值的70％以上91年以来流程工业的产品销售额前10名中占80-90%,利润前20名中占70%市场竞争对流程工业的压力不断增大典型工业生产过程举例-乙酸乙酯生产过程原料：乙酸、乙醇产品：乙酸乙酯工艺：1.酯化反应2.中和3.萃取精馏4.萃取剂回收乙酸乙酯生产过程反应釜（酯化反应）乙酸乙醇催化剂磷钼酸夹套温度：130-140釜内温度：80-90

4、反应时间：2-3小时中和釜碳酸钠饱和溶液乙酸乙醇乙酸乙酯轻相重相中和过量乙酸，溶解乙醇乙酸乙酯、微量的乙醇、水过量的碳酸钠中和反应产生的乙酸钠、和乙醇乙酸乙酯生产过程轻相乙酸乙酯、微量的乙醇、水筛板塔萃取精馏萃取剂乙二醇轻组分乙酸乙酯乙二醇、乙醇和微量的水（提纯乙酸乙酯）填料塔精馏（回收乙二醇）沸点不同重组分轻组分重组分乙醇和水乙二醇循环使用加图片以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。典型过程装置：精馏塔控制精馏过程---将组分复杂的混合物通过传热分离成纯度相对较高的单一化工产品的过程原理-----利用混合

5、物中各组分相对挥发度不同，在一定的温度、压力下通过蒸发与冷凝，使液相中的轻组分和气相中的重组分互相转移，从而实现分离。换热器回流罐再沸器精馏塔精馏过程控制精馏过程的控制要求产品质量控制物料平衡控制塔顶或塔底产品之一合乎规定的纯度，另一端产品维持在规定的范围内。塔顶、塔底采出量和进料量相平衡，维持塔的平稳操作。以控制回流罐与塔釜液位介于规定的上下限为目标。精馏过程控制精馏过程的控制要求能量平衡控制约束条件控制通过控制塔内的操作压力稳定来保证。液泛限：塔内气相速度过高，液相从下面塔板倒流到上面塔板。漏液限：塔内气相速度过低，塔板漏液，板

6、效率下降压力限：塔的最大操作压力限临界温差限：再沸器两侧的温差不能低于临界温差通过控制塔压差来实现。生产过程的工艺流程基本不变，物料流是连续的；在装置内存在着物理的和化学的变化，并伴随着物质的和能量的转换与传递。原料性质变化需要生产同样的产品同样的原料又需要生产不同的产品生产过程的一定限度内的柔性是靠改变各装置间物流的分配和装置运行的工作点（即工艺操作参数）来实现的过程工业生产过程的特点1.1.2过程工业控制的特点被控过程具有多样性化工、冶金、电力、污水处理等。控制方案具有多样性反馈、前馈、复合控制单回路、串级、比值、解耦控制、先进

7、控制等被控过程多属慢过程，控制目标多为过程参数生产过程的物料大多是流体状的，因此能量的交换与传递过程在时间上往往有比较大的滞后控制目标间有较强的耦合（关联）给定值控制是主要的控制形式控制系统分类－按设定值的不同情况恒值（定值）控制系统恒温箱的温度控制稳压电源的电压稳定控制随动控制系统设定值不断变化，要求系统的输出随之变化例：雷达跟踪系统，机器人，机械手的动作控制程序控制系统其设定值也是变化的，但它根据需要按一定时间程序变化。程序控制机床，冶金工业中退火炉的温度控制1.2单回路过程控制系统的组成被控对象、传感器和变送器、控制器（调节器

8、）、执行器和控制阀控制器被控变量设定值-传感变送执行机构控制什么?–对象如何控制？-算法用什么控制？-控制系统1.2.1控制理论的发展20世纪40年代之前：主要凭经验用人工控制生产过程20世纪50年代前后以频率法和根轨迹法的经典控制理