过程控制系统与设计

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1、第10章过程控制系统的设计及举例10.1过程控制设计概要过程控制设计的基本任务是：根据生产工艺的要求，以经济效益、生产安全、环境保护为原则，用先进的技术，对生产工艺过程中的温度、流量、压力、物位、成分、位置和速度等多种参数进行自动检测、反馈控制、顺序控制、程序控制、远程遥控及安全保护等方面的设计，并进行与之配套的辅助设计，如控制室、配电柜、控制柜、管线配设、气和水的配套、原材料的配送，以及成品的传输等。10.1.1过程控制的设计要求工业生产包括许多行业部门，如化工、轻工、石油、冶金和电力等，生产内容与过程决定着生产工艺多样性，它们对过程控制系统提出了不相同的要求。服务生产过程、满足工

2、艺要求是过程控制系统的责任。保证产品质量、提高劳动生产效率、稳定产品性能、抵抗各种干扰、节约能源与材料、保证生产安全、改善生产条件、保护环境等，都是过程控制系统设计中应该做到的。将这些内容总结归类，过程控制系统的设计要求主要体现在以下几点：1.经济性。生产企业是通过向社会提供产品来获得经济效益的，产品是通过质量与数量来实现经济效益的，而产品的质量与数量是靠生产技术来保障的，过程控制技术就是生产企业最主要的技术之一。2.稳定性。在产品的加工生产中，保证产品的质量和数量是生产者十分关切的，这种保证是通过过程控制系统的稳定来实现的。系统稳定了，生产质量和数量才能稳定。在完成了生产试验之后，

3、控制系统定型了，它应该对外界的干扰具有一定抵抗能力，当系统参数和工艺条件在一定范围内变化时，系统应有一定适应能力，并维持稳定。用控制的术语来说，应有一定的稳定裕量。3.安全性。安全性就是要保障生产者生命与生产设备的安全，这是通过一定的措施来实现的。目前在过程控制中的保护性措施主要有：保护性连锁或互锁，参数超限报警、故障报警与排除，以及设备冗余等。10.1.2设计过程控制前要做的工作作为一名过程控制工程师，要设计好一个生产过程控制系统，首先需要花一定的时间了解和熟悉生产过程的基本原理、工艺流程，掌握生产过程特点与要求，为设计和实施过程控制系统提供客观而真实的基础。这些可以通过下到生产现

4、场与工人一起工作、实际操作，以及与生产工艺技术人员进行交流等途径来获得。其次，对生产过程中的有关状态（例如压力、流量、物位、温度和成分等）要准确和及时掌握，做到心中有数，这些可通过检测器来实现，并将这些状态信息实时传递给有关仪表和设备，以便对其进行显示、控制和评估，为后续控制工作提供信息。最后，根据获得的现场实时状态信息和预期的工艺控制目的，决定对生产过程中的物料流（如固体、液体和气体等）、能量流（如蒸汽、煤气和电源等）实施合理的调度和传输，满足各种工艺要求的各种反应、配比、控温、调压和位移等作业程序，实现预期的各项技术指标，最终获得合格的产品。总的来说，过程控制设计前的工作归纳起来

5、主要有如下几条：1.深入了解生产产品要求，提出满足生产过程的各种控制技术要求或指标。2.深入作业现场调查生产工艺流程及各种物料配送或变化情况，以便实现对各种被测参数的实时检测，以及对各种物料和能量的有效控制，完成产品的生产制造过程。10.1.3过程控制系统设计的主要内容一个完整的过程控制系统设计包括：控制方案设计（ControlSchemeDesign）、工程设计（EngineeringDesign）、工程安装与仪表调试（EngineeringInstallationandInstrumentDebugging），以及控制器参数整定（ControllerParameterSettin

6、g）等四部分。1.控制方案设计3.建立被控过程数学模型，以便合理选择控制器形式和控制算法，实现预期的控制系统指标。控制方案设计是控制系统设计的核心内容，必须确保正确无误。因为如果控制方案不正确，不管你选何种仪表、安装如何合格，控制系统在生产中难以发挥作用，达不到预期的指标，从而导致劳民伤财。系统控制方案的设计主要是针对生产过程流程中的问题与生产技术要求，确定系统的控制方式和组成。这是在了解过程特性的基础上，根据控制任务和技术指标要求，对系统的运行方式作总体考虑与计划。控制系统需考虑的问题主要有：被控变量的选择、操作变量的选择、被控量检测器的选择、执行器的选择和控制器控制规律选择和正反

7、作用方式的确定等。其中有些具体的问题，也划归工程设计来考虑。方案设计与工程设计两者既有联系，又有各自不同的分工，共同完成系统设计的任务。前者着重一些大的框架性的东西，后者较为具体，表现为现场化的工作。鉴于方案设计的内容在第6章的单回路控制系统中基本都讨论过，这里不准备重复。至于一些开关量的控制，也属于考虑的范围，一般较为简单，这些大都由可编程控制器来解决。2.工程设计工程设计是在控制方案设计正确的基础上进行的，它是工程建设中重要的一环，是工程实施的依据。过