11/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)1第四講

復雜過程控制系統(tǒng)主講人：王同敏材料科學與工程學院11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)1第四講

復雜過程111/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)21.復雜控制系統(tǒng)復合控制系統(tǒng)是由兩個及兩個以上簡單控制系統(tǒng)組合起來的控制一個或同時控制多個參數的控制系統(tǒng)。常見復合控制系統(tǒng)主要有以下幾種：串級控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)多沖量控制系統(tǒng)11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)21.復雜控制系211/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)31.1串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)：有兩個閉環(huán)反饋回路，每個回路都有自己的控制器、測量變送器，但只有一個執(zhí)行器。兩個控制器采用串聯控制方式，主控制器的輸出作為副控制器的給定值，而由副控制器的輸出來控制執(zhí)行器的動作。所以，主回路是一個定值控制系統(tǒng)，副回路則是一個隨動控制系統(tǒng)。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)31.1串級控制311/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)4例：管式加熱爐的控制主參數（目標參數）：出口溫度操縱變量：燃料量副變量：爐溫出口溫度爐溫燃料量原料原料量變化爐溫變化出口溫度變化通過燃料量調節(jié)爐溫通過出口溫度調節(jié)爐溫設定值11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)4例：管式加熱411/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)5管式加熱爐流程圖和方塊圖11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)5管式加熱爐流程圖511/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)6串級控制的特點兩個回路：主回路、副回路兩個變量：主變量、副變量兩個控制器一個執(zhí)行器改善動態(tài)特性：有效克服了滯后自適應能力：可應用于負荷和操作條件變化較大的場合。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)6串級控制的特點兩611/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)7串級控制的通用方塊圖11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)7串級控制的通用方711/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)8串級控制系統(tǒng)中副回路的確定主、副回路應有一定的內在聯系副回路應盡可能多地包含干擾因素主要干擾應包含在副回路中；在可能條件下，使副回路包含較多的次要干擾。注意主、副回路的時間匹配，防止“共振”盡量使副回路包含較少的滯后時間。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)8串級控制系統(tǒng)中副811/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)9控制規(guī)律與正反作用控制規(guī)律主回路：無余差——PI、PID控制副回路：快速反應——純P控制。正反作用主回路：根據主、副變量的關系確定正反作用；副回路：根據系統(tǒng)安全性確定正反作用。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)9控制規(guī)律與正反作911/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)101.2均勻控制系統(tǒng)當系統(tǒng)中具有兩個相互關聯的參數，其中任意一個參數的穩(wěn)定必然導致另一個參數的大幅度變化，而工藝上需要兩者兼顧時，可采用均勻控制。均勻控制的目標：兩個參數都是變化的，且變化緩慢；兩個參數的變化范圍都要盡可能小。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)101.2均勻控1011/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)111.3比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)：實現兩個或兩個以上參數符合一定比例關系的控制系統(tǒng)。比值控制方案開環(huán)比值控制系統(tǒng)：以一個參數的測定值控制另一個參數；單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)：以一個參數的測定值計算出另一個參數閉環(huán)控制的設定值；雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)：以一個單閉環(huán)參數的測定值計算另一個參數閉環(huán)控制的設定值；變比值控制系統(tǒng)：以第三個參數的大小決定上述控制系統(tǒng)的比值。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)111.3比值控1111/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)121.4選擇性控制系統(tǒng)兩種系統(tǒng)保護措施硬保護：極限情況下，聲光報警，轉入人工控制或停車；軟保護：極限情況下，轉入另一種控制模式，進行自動處理——選擇性控制系統(tǒng)。選擇性控制系統(tǒng)分類開關型選擇性控制系統(tǒng)：由限位信號切斷控制器輸出；連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)：由限位信號切換為另一個控制器輸出給執(zhí)行器；混合型選擇性控制系統(tǒng)：采用兩個限制信號，同時進行上述兩種控制。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)121.4選擇性1211/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)131.5分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)：由一個控制器同時控制兩個執(zhí)行機構并使之次第執(zhí)行的控制系統(tǒng)。使用范圍：擴大調節(jié)范圍，提高調節(jié)精度；可用于兩種不同的介質，以滿足工藝要求；用作生產安全的防護措施。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)131.5分程控1311/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)14分程控制系統(tǒng)示例LTLV1LCLV211/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)14分程控制系統(tǒng)示1411/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)151.6多沖量控制系統(tǒng)多沖量控制系統(tǒng)：以多個變量經過一定的運算后，共同控制同一個執(zhí)行器，以實現較高質量的控制系統(tǒng)。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)151.6多沖量1511/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)16多沖量控制系統(tǒng)示例——鍋爐液位控制系統(tǒng)LVLCLTLVLCLTFTLVLCLTFTFT單沖量雙沖量三沖量11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)16多沖量控制系統(tǒng)1611/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)172.計算機程序控制系統(tǒng)

工業(yè)控制計算機的特點：可靠性強，抗干擾能力強；與用戶設備聯結方便；可以使用單一的計算機語言，或通用語言。計算機控制基本原理：計算機中，所有數據均以高低電平表示—有電、無電；所有數據存在位置都以地址表示；計算機通過指定地址（包括接口位置）對數據讀、寫。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)172.計算機程1711/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)18計算機內部結構原理圖

11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)18計算機內部結構1811/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)192.1直接計算機控制系統(tǒng)直接數字控制系統(tǒng)DirectDigitalControl——DDC用一臺工業(yè)計算機配以適當的輸入輸出設備，從生產過程中經輸入通道獲取信息，按照預先規(guī)定的控制算法計算出控制量，并通過輸出通道，直接作用到執(zhí)行機構上，實現對生產過程的閉環(huán)控制。DDC控制系統(tǒng)實質上是以計算機為控制器過程控制系統(tǒng)。DDC控制系統(tǒng)的特點：高可靠性，友好的人機對話界面，方便的顯示打印功能，靈活的控制規(guī)律。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)192.1直接計1911/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)202.2計算機控制網絡系統(tǒng)一個獨立的計算機工作站就如同一臺獨立的家用計算機，可以通過網線和服務器構成計算機網絡。如同其它計算機局域網一樣，通過計算機控制網絡同樣可以進行數據的傳輸和遠程操作。各工作站的歷史數據也可以通過網絡按需要進行儲存和顯示打印。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)202.2計算機2011/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)212.3計算機集散式控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)DistributedControlSystem（DCS）基于計算機網絡，按實際功能進行梯階控制和管理的復雜控制系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)組成現場控制站：局部控制、數據采集與傳送；人機接口：系統(tǒng)編程（組態(tài)）、狀態(tài)監(jiān)視、操作；通訊接口：信息傳送；通用計算機接口與通用計算機：系統(tǒng)管理、數據輸出、打印等。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)212.3計算機2111/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)22集散式控制系統(tǒng)的特點采用分級梯階結構過程控制、優(yōu)化控制、自適應控制、工廠管理；采用微機智能技術采用網絡通訊技術豐富的功能軟件包強有力的人機接口功能采用高可靠技術提高硬件可靠性，采用冗余配置。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)22集散式控制系統(tǒng)2211/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)23本講小結控制規(guī)律的選擇復雜控制系統(tǒng)的分類、特點、應用場合計算機控制系統(tǒng)介紹下一講:溫度測量方法及控制11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)23本講小結控制規(guī)2311/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)24Thankyouforyouattention!

11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)24Thanky2411/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)25第四講

復雜過程控制系統(tǒng)主講人：王同敏材料科學與工程學院11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)1第四講

復雜過程2511/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)261.復雜控制系統(tǒng)復合控制系統(tǒng)是由兩個及兩個以上簡單控制系統(tǒng)組合起來的控制一個或同時控制多個參數的控制系統(tǒng)。常見復合控制系統(tǒng)主要有以下幾種：串級控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)多沖量控制系統(tǒng)11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)21.復雜控制系2611/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)271.1串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)：有兩個閉環(huán)反饋回路，每個回路都有自己的控制器、測量變送器，但只有一個執(zhí)行器。兩個控制器采用串聯控制方式，主控制器的輸出作為副控制器的給定值，而由副控制器的輸出來控制執(zhí)行器的動作。所以，主回路是一個定值控制系統(tǒng)，副回路則是一個隨動控制系統(tǒng)。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)31.1串級控制2711/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)28例：管式加熱爐的控制主參數（目標參數）：出口溫度操縱變量：燃料量副變量：爐溫出口溫度爐溫燃料量原料原料量變化爐溫變化出口溫度變化通過燃料量調節(jié)爐溫通過出口溫度調節(jié)爐溫設定值11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)4例：管式加熱2811/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)29管式加熱爐流程圖和方塊圖11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)5管式加熱爐流程圖2911/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)30串級控制的特點兩個回路：主回路、副回路兩個變量：主變量、副變量兩個控制器一個執(zhí)行器改善動態(tài)特性：有效克服了滯后自適應能力：可應用于負荷和操作條件變化較大的場合。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)6串級控制的特點兩3011/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)31串級控制的通用方塊圖11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)7串級控制的通用方3111/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)32串級控制系統(tǒng)中副回路的確定主、副回路應有一定的內在聯系副回路應盡可能多地包含干擾因素主要干擾應包含在副回路中；在可能條件下，使副回路包含較多的次要干擾。注意主、副回路的時間匹配，防止“共振”盡量使副回路包含較少的滯后時間。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)8串級控制系統(tǒng)中副3211/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)33控制規(guī)律與正反作用控制規(guī)律主回路：無余差——PI、PID控制副回路：快速反應——純P控制。正反作用主回路：根據主、副變量的關系確定正反作用；副回路：根據系統(tǒng)安全性確定正反作用。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)9控制規(guī)律與正反作3311/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)341.2均勻控制系統(tǒng)當系統(tǒng)中具有兩個相互關聯的參數，其中任意一個參數的穩(wěn)定必然導致另一個參數的大幅度變化，而工藝上需要兩者兼顧時，可采用均勻控制。均勻控制的目標：兩個參數都是變化的，且變化緩慢；兩個參數的變化范圍都要盡可能小。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)101.2均勻控3411/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)351.3比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)：實現兩個或兩個以上參數符合一定比例關系的控制系統(tǒng)。比值控制方案開環(huán)比值控制系統(tǒng)：以一個參數的測定值控制另一個參數；單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)：以一個參數的測定值計算出另一個參數閉環(huán)控制的設定值；雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)：以一個單閉環(huán)參數的測定值計算另一個參數閉環(huán)控制的設定值；變比值控制系統(tǒng)：以第三個參數的大小決定上述控制系統(tǒng)的比值。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)111.3比值控3511/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)361.4選擇性控制系統(tǒng)兩種系統(tǒng)保護措施硬保護：極限情況下，聲光報警，轉入人工控制或停車；軟保護：極限情況下，轉入另一種控制模式，進行自動處理——選擇性控制系統(tǒng)。選擇性控制系統(tǒng)分類開關型選擇性控制系統(tǒng)：由限位信號切斷控制器輸出；連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)：由限位信號切換為另一個控制器輸出給執(zhí)行器；混合型選擇性控制系統(tǒng)：采用兩個限制信號，同時進行上述兩種控制。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)121.4選擇性3611/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)371.5分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)：由一個控制器同時控制兩個執(zhí)行機構并使之次第執(zhí)行的控制系統(tǒng)。使用范圍：擴大調節(jié)范圍，提高調節(jié)精度；可用于兩種不同的介質，以滿足工藝要求；用作生產安全的防護措施。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)131.5分程控3711/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)38分程控制系統(tǒng)示例LTLV1LCLV211/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)14分程控制系統(tǒng)示3811/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)391.6多沖量控制系統(tǒng)多沖量控制系統(tǒng)：以多個變量經過一定的運算后，共同控制同一個執(zhí)行器，以實現較高質量的控制系統(tǒng)。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)151.6多沖量3911/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)40多沖量控制系統(tǒng)示例——鍋爐液位控制系統(tǒng)LVLCLTLVLCLTFTLVLCLTFTFT單沖量雙沖量三沖量11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)16多沖量控制系統(tǒng)4011/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)412.計算機程序控制系統(tǒng)

工業(yè)控制計算機的特點：可靠性強，抗干擾能力強；與用戶設備聯結方便；可以使用單一的計算機語言，或通用語言。計算機控制基本原理：計算機中，所有數據均以高低電平表示—有電、無電；所有數據存在位置都以地址表示；計算機通過指定地址（包括接口位置）對數據讀、寫。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)172.計算機程4111/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)42計算機內部結構原理圖

11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)18計算機內部結構4211/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)432.1直接計算機控制系統(tǒng)直接數字控制系統(tǒng)DirectDigitalControl——DDC用一臺工業(yè)計算機配以適當的輸入輸出設備，從生產過程中經輸入通道獲取信息，按照預先規(guī)定的控制算法計算出控制量，并通過輸出通道，直接作用到執(zhí)行機構上，實現對生產過程的閉環(huán)控制。DDC控制系統(tǒng)實質上是以計算機為控制器過程控制系統(tǒng)。DDC控制系統(tǒng)的特點：高可靠性，友好的人機對話界面，方便的顯示打印功能，靈活的控制規(guī)律。11/2/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)192.1直接計4311/6/2022第四講復雜過程控制系統(tǒng)442.2計算機控制網絡系統(tǒng)一個獨立的