过程控制原理与工程 教学课件 作者 于辉 主编 第1章.ppt

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1、过程控制原理与工程于辉主编过程控制原理与工程第1章1.1　引言1.2　过程控制系统的组成及框图1.2.1　过程控制系统的组成1.2.2　过程控制系统的框图1.2.3　过程控制系统的相关术语1.3　过程控制系统的分类1.3.1　开环控制与闭环控制1.3.2　按设定值变化规律分类1.4　过程控制系统的性能要求1.4.1　过程控制系统的过渡过程过程控制原理与工程第1章1.4.2　过程控制系统的过渡过程的几种形式1.4.3　过程控制系统的性能指标过程控制原理与工程1.1　引言所谓过程控制，是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置对生产过程、工艺参数、目标要求等进行自动地调节和控制，使其按照预定

2、的方案达到要求的指标。图1-1所示为水箱液位控制系统原理图，该系统实现由液位变送器、液位控制器、控制阀组成的控制装置对水箱的水位进行自动地控制，使其达到规定的液位高度。控制系统的控制过程是:通过液位变送器把测得的水箱水位高度转变为相应的可以传输的电信号，并传送给液位控制器；液位控制器将测得的实际的水位值与其内部设定的水位值进行比较，根据其差值按照一定的规律输出控制信号，使控制阀按控制信号的大小改变阀的开度，即改变水箱的进水量Qi，从而影响水箱的水位，使水位达到给定的高度h。过程控制原理与工程1.2　过程控制系统的组成及框图过程控制原理与工程1.2.1　过程控制系统的组成1)检测及变送装

3、置——用于测出被控变量(如图1-1中的水箱液位)的实际值，并进一步转化为某种便于传送信号的仪器装置。2)控制器(也称调节器)——接收检测及变送装置送来的被控量的测量信号并与设定信号进行比较，根据比较的结果即偏差的大小，按照一定的控制规律输出控制信号。3)执行机构——接收控制器发出的控制指令，将其转变为对被控对象实施的控制作用，实现对被控量的控制。4)被控对象——被实施控制作用的设备或装置。过程控制原理与工程1.2.1　过程控制系统的组成图1-1　水箱液位控制系统原理图过程控制原理与工程1.2.2　过程控制系统的框图图1-2　控制系统框图过程控制原理与工程1.2.2　过程控制系统的框图图

4、1-3　水箱液位控制系统框图过程控制原理与工程1.2.3　过程控制系统的相关术语(1)被控变量　生产工艺要求维持恒定的物理量，即控制的目标。(2)操纵变量　在控制作用下能引起被控变量变化的物理量。(3)干扰量　又称扰动量或噪声，是指除了操纵变量以外能引起被控变量变化的一切因素。(4)设定值　工艺要求被控变量必须达到的某个数值。(5)偏差　过程控制系统中，规定偏差是设定值与测量值之差。过程控制原理与工程1.2.3　过程控制系统的相关术语(6)反馈控制系统　把系统输出信号通过测量及变送装置又引回到输入端，这种做法称为反馈。过程控制原理与工程1.3　过程控制系统的分类过程控制系统有多种分类方

5、法。可以按被控变量的物理性质如温度、压力、流量、液位等分类，也可按控制器的控制规律来分类，也有按构成控制系统结构的复杂程度来分类等。通常按照控制系统是否设有反馈环节来进行分类，这样把系统分为两类：开环控制与闭环控制。过程控制原理与工程1.3.1　开环控制与闭环控制1.开环控制2.闭环控制过程控制原理与工程1.开环控制图1-4　控制系统基本结构过程控制原理与工程1.开环控制图1-5　开环控制框图过程控制原理与工程2.闭环控制图1-6　换热器热流体出口温度控制系统过程控制原理与工程2.闭环控制图1-7　换热器热流体出口温度控制系统框图过程控制原理与工程1.3.2　按设定值变化规律分类1.定

6、值控制系统所谓定值控制系统，是指这类控制系统的设定值是恒定不变的。如图1-4b所示的蒸汽换热器在工艺上要求热流体的出口温度按设定值保持不变，因而它是一个定值控制系统。2.随动控制系统随动控制系统也称为自动跟踪系统，这类系统的设定值是一个未知的变化量。这类控制系统的主要任务，是使被控变量能够尽快地、准确无误地跟踪设定值的变化，而不考虑扰动对被控变量的影响。在化工生产中，有些比值控制系统就属于此类。3.程序控制系统程序控制系统也称顺序控制系统。这类控制系统的设定值也是变化的，但它是已知的时间函数，即设定值按预定的时间程序变化，被控变量自动跟踪设定值。在化工生产中，如间歇反应器的升温控制、食

7、品工业中的罐头杀菌温度控制、造纸中纸浆蒸煮的温度控制、机械工业中的退火炉温度控制以及工业炉、干燥窑等周期作业的加热设备控制等。过程控制原理与工程1.4　过程控制系统的性能要求过程控制原理与工程1.4.1　过程控制系统的过渡过程当系统的设定值不变，也没有干扰作用在系统上时，系统各组成部分的输入输出信号保持不变，使系统的被控变量也恒定不变，我们把被控变量不随时间变化的平衡状态称为系统的稳态，它是一种动态的平衡；把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系