中国地质大学（武汉）：《过程控制原理与应用技术》课程教学课件（检测技术与过程控制原理）第九讲 过程控制系统应用实例

过程拉制原狸与爱用栽术月 中图她质大学（武议）安剑奇 第10章过程控制系统应用实例 10.1 过程控制系统设计步骤 10.2 控制方案的确定 10.3 系统的工程设计 10.4 工业锅炉自动控制系统 10.5 精馏塔过程控制系统 3

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇 10.1 过程控制系统设计步骤 10.2 控制方案的确定 10.3 系统的工程设计 10.4 工业锅炉自动控制系统 10.5 精馏塔过程控制系统 第10章 过程控制系统应用实例 3

过程拉制原狸与寇用技术？ 中图她质大学（武议）安剑奇 10.1过程控制系统设计步骤 >首先，全面了解被控生产过程， 深入分析工艺过程 >其次，要根据工艺要求，确定最佳控制方案，选择合适检 测变送器和执行器 >最后，要根据具体控制性能指标要求，对过程控制系统进 行控制器设计，参数整定和投运 4

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇 10.1 过程控制系统设计步骤  首先，全面了解被控生产过程，深入分析工艺过程  其次，要根据工艺要求，确定最佳控制方案，选择合适检 测变送器和执行器  最后，要根据具体控制性能指标要求，对过程控制系统进 行控制器设计，参数整定和投运 4

过程拉制原狸写寇用技术？ 中图她质大学（武议）安剑奇 10.1过程控制系统设计步骤 >系统要求一般可归纳为以下几个方面： ■安全性：确保人员设备安全。采用参数越限报警、事故报警、 连锁保护等措施 。稳定性：在一定外界扰动下，在系统参数、工艺条件一定变化 范围内，能长期稳定运行的能力 ·准确性：被控量实际与希望之间偏差小，系统控制精度好 ·快速性：从一种工作状态向另一种状态过渡的时间要短 ·经济性：提高产品质量、产量的同时，降耗节能，提高经济效 益与社会效益 5

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇 10.1 过程控制系统设计步骤  系统要求一般可归纳为以下几个方面：  安全性：确保人员设备安全。采用参数越限报警、事故报警、 连锁保护等措施  稳定性：在一定外界扰动下，在系统参数、工艺条件一定变化 范围内，能长期稳定运行的能力  准确性：被控量实际与希望之间偏差小，系统控制精度好  快速性：从一种工作状态向另一种状态过渡的时间要短  经济性：提高产品质量、产量的同时，降耗节能，提高经济效 益与社会效益 5

过程拉制原狸与爱用栽术 中图她质大学（武议）安剑奇 10.1过程控制系统设计步骤 >设计开发基本步骤为： 1、熟悉系统的技术要求或性能指标 ·通常由用户或被控过程设计制造单位提出，是控制方案设计的基本前提 2、建立被控过程的数学模型 ·模型是过程控制系统理论分析和设计的基础 3、确定控制方案 ·根据控制要求确定不同的控制方案，要从生产过程全局出发加以考虑 ·系统的控制方案包括系统的组成、控制方式和控制规律的确定 6

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇 10.1 过程控制系统设计步骤  设计开发基本步骤为： 1、熟悉系统的技术要求或性能指标 • 通常由用户或被控过程设计制造单位提出，是控制方案设计的基本前提 2、建立被控过程的数学模型 • 模型是过程控制系统理论分析和设计的基础 3、确定控制方案 • 根据控制要求确定不同的控制方案，要从生产过程全局出发加以考虑 • 系统的控制方案包括系统的组成、控制方式和控制规律的确定 6

过程拉制原狸与爱用栽术？ 中图她质大学（武议）安剑奇 10.1过程控制系统设计步骤 4、根据系统的动态和静态特性进行理论分析与综合 ·判定稳定性，分析计算过渡过程特性等，为控制器参数整定提供依据 ·方法包括：经典控制理论的频率特性法、根轨迹法、现代控制理论的 优化设计方法、计算机仿真和实验研究等 5、实验验证 ·采用计算机仿真工具MATLAB、LabVIEW等进行实验验证 6、工程设计 7、工程安装 8、控制器的参数整定 7

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇 10.1 过程控制系统设计步骤 4、根据系统的动态和静态特性进行理论分析与综合 • 判定稳定性，分析计算过渡过程特性等，为控制器参数整定提供依据 • 方法包括：经典控制理论的频率特性法、根轨迹法、现代控制理论的 优化设计方法、计算机仿真和实验研究等 5、实验验证 • 采用计算机仿真工具MATLAB、LabVIEW等进行实验验证 6、工程设计 7、工程安装 8、控制器的参数整定 7

过程拉制原狸与爱用栽术月 中图她质大学（武议）安剑奇 第10章过程控制系统应用实例 10.1过程控制系统设计步骤 10.2 控制方案的确定 10.3系统的工程设计 10.4 工业锅炉自动控制系统 10.5 精馏塔过程控制系统 8

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇 10.1 过程控制系统设计步骤 10.2 控制方案的确定 10.3 系统的工程设计 10.4 工业锅炉自动控制系统 10.5 精馏塔过程控制系统 第10章 过程控制系统应用实例 8

过程拉制原狸写寇用技术 中图她质大学（武议）安剑奇 10.2控制方案的确定 > 过程控制系统的控制方案设计包括： ▣合理选择被控参数和控制变量 ▣检测信息的获取和变送 ▣选择调节阀 ▣确定控制器的控制规律及正、反作用方式等 9

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇 10.2 控制方案的确定  过程控制系统的控制方案设计包括：  合理选择被控参数和控制变量  检测信息的获取和变送  选择调节阀  确定控制器的控制规律及正、反作用方式等 9

过程拉制原狸与寇用技术？ 中图她质大学（武议）安剑奇 10.2控制方案的确定 >被控变量的选择 ▣选用具有决定性作用，可以直接检测的工艺参数作为被控变量。 注意：被控变量要兼顾工艺上的合理性和检测仪表的可行性、可靠性 口当直接变量难以获得，选取具有单值函数关系的间接变量 注意：间接变量对直接变量应具有较高的控制灵敏度 口也可以采用推断控制获得实际取值 注意：推断控制中被控变量为不可测直接变量，它与辅助变量的对应函数关 系可根据经验、实验或理论方法获得。 10

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇 10.2 控制方案的确定 被控变量的选择  选用具有决定性作用，可以直接检测的工艺参数作为被控变量。 注意：被控变量要兼顾工艺上的合理性和检测仪表的可行性、可靠性  当直接变量难以获得，选取具有单值函数关系的间接变量 注意：间接变量对直接变量应具有较高的控制灵敏度  也可以采用推断控制获得实际取值 注意：推断控制中被控变量为不可测直接变量，它与辅助变量的对应函数关 系可根据经验、实验或理论方法获得。 10

过程拉制原狸与爱用栽术 中图她质大学（武议）安剑奇 10.2控制方案的确定 >控制变量的选择 口选择哪个（些）变量作为控制变量会直接影响控制方案的选取及实施效果 口合理选取控制变量，首先要掌握过程特性对系统控制品质的影响 ▣过程特性包含干扰通道特性和控制通道特性 干扰通道 F(s) 2s) Gds) Y(s) G(s) 控制通道 11

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇 10.2 控制方案的确定 控制变量的选择 选择哪个（些）变量作为控制变量会直接影响控制方案的选取及实施效果 合理选取控制变量，首先要掌握过程特性对系统控制品质的影响 过程特性包含干扰通道特性和控制通道特性 11 Gf(s) Go(s) F(s) Q(s) Y(s) 干扰通道 控制通道

过程拉制原狸与寇用技术？ 中图她质大学（武议）安剑奇 10.2控制方案的确定 >干扰通道特性对控制质量的影响 ▣干扰通道静态增益K的影响 ·K越小越好，以减弱扰动对被控参数的影响 口干扰通道时间常数T的影响 ·一阶惯性环节的干扰通道传递函数为一阶滤波器，T越大， 滤波能力越明显，扰动越易于克服 ▣干扰通道滞后时间的影响 ·干扰通道纯滞后，不影响系统的控制质量 ▣干扰进入系统的位置对控制质量的影响 ·离被控参数越近，影响越大离阀越近，扰动对其影响越小 12

过程控制原理与应用技术I 中国地质大学（武汉）安剑奇 10.2 控制方案的确定  干扰通道特性对控制质量的影响  干扰通道静态增益Kf的影响 • Kf 越小越好，以减弱扰动对被控参数的影响  干扰通道时间常数Tf的影响 • 一阶惯性环节的干扰通道传递函数为一阶滤波器，Tf 越大， 滤波能力越明显，扰动越易于克服  干扰通道滞后时间的影响 • 干扰通道纯滞后，不影响系统的控制质量  干扰进入系统的位置对控制质量的影响 • 离被控参数越近，影响越大; 离阀越近，扰动对其影响越小 12