1、1,PLC21050過程控制基礎(chǔ),（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,2,過程控制基礎(chǔ),1. 什么是過程？,2. 儀器和控制元件,3. 過程控制的功能,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,3,過程控制基礎(chǔ),1.什么是過程？,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,4,過程控制類型: 連續(xù)型,特征 連續(xù)不斷的原料通過各種加工設(shè)備 設(shè)備運(yùn)行在單向，恒定的狀態(tài)，執(zhí)行專用的功能 該生產(chǎn)過程很少停止并且生產(chǎn)過程不依賴于運(yùn)行時間 目的是進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，不管生產(chǎn)過程的持續(xù)時間 連續(xù)生產(chǎn)過程舉例：

2、 浮法玻璃生產(chǎn)線 水泥窯 燃燒控制 水或廢水處理廠,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,5,過程控制類型: 批量型,批量生產(chǎn)是不連續(xù)的生產(chǎn)過程. 從原材料開始，對其進(jìn)行一些加工，按某種方式輸送， 然后與一些新的原材料一起重新開始加工。,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,6,過程控制類型: 批量控制,批量生產(chǎn)過程的特征有： 有一個或多個步驟組成，各步驟必須按一定的次序執(zhí)行 用設(shè)備加工一定數(shù)量的原材料來生產(chǎn)出一定數(shù)量的成品 要生產(chǎn)更多的產(chǎn)品，必須重復(fù)生產(chǎn)過程 目標(biāo)是生產(chǎn)一樣的產(chǎn)品，通過重復(fù)操作，一批又一批的生產(chǎn) 批量

3、生產(chǎn)過程舉例： 啤酒，冰淇凌，以及很多其它食品的生產(chǎn)，這些類型的生產(chǎn)數(shù)量都是有限的,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,7,過程控制的定義,用最有效的控制方式來獲得期望的產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量，以這樣的方式調(diào)節(jié)或控制影響過程管理的變量就是過程控制。過程控制包括如下模擬量的閉環(huán)控制： 溫度 壓力 流量 液位 酸堿度,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,8,過程控制的定義,您可能聽說過“過程控制”也稱為“模擬量控制” ，因為過程控制含有對模擬量回路的控制。例如槽內(nèi)的溫度。 這樣的閉環(huán)是過程控制的核心,調(diào)節(jié)閥,與設(shè)定值比較溫度,

4、溫度監(jiān)測,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,9,生產(chǎn)過程基礎(chǔ),2. 儀器和控制元件,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,10,P&ID (管路和儀表流程圖 ),一個過程的詳細(xì)圖形表示法包括管路，容器，閥門和泵 在討論過程控制的應(yīng)用時，P&IDs通常是第一個呈現(xiàn)在你面前 P&ID制圖顯示了儀表類型，信號線，設(shè)備功能，甚至裝置如何安裝等 功能塊編程是P&ID的一種延伸,不是“PID”控制環(huán)和指令,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,11,過程儀表,多種多樣的儀表使過程控制工程師

5、能完成他們的過程控制任務(wù)。 在P&ID上，指示器按功能標(biāo)記 AT 分析變送儀 PI 壓力計 TT 溫度變送器 FT 流量變送器 LI 液位指示器,PI,AT,TT,FT,LI,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,12,過程儀表,設(shè)備的典型選型依據(jù)： 用于什么原料 生產(chǎn)過程中的溫度范圍，壓力等 精確性 重復(fù)能力 動態(tài)響應(yīng) 耐用性 成本 過程控制中儀器非常重要 很多生產(chǎn)車間由管道和密封的容器組成。操作員惟一能知道生產(chǎn)進(jìn)度的方法是通過儀表。 儀表是被設(shè)定和校準(zhǔn)過的。 儀表和閥門的重要性促使了資產(chǎn)管理軟件的產(chǎn)生。,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾

6、自動化公司，保留所有權(quán)利。,13,控制元件,控制元件是那些能根據(jù)控制器輸出作出反應(yīng)和調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程的設(shè)備 閥門是生產(chǎn)過程系統(tǒng)中最常用的控制設(shè)備 閥門的控制可開/關(guān)也可調(diào)節(jié) 調(diào)幅閥是過程應(yīng)用中普遍使用的設(shè)備，因為它們能打開到準(zhǔn)確的設(shè)定值(例如45%)，而不僅僅是開或關(guān)。,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,14,控制元件,變頻器在抽水應(yīng)用中用來調(diào)節(jié)流量 水泵和風(fēng)機(jī)是其他常用的控制元件,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,15,過程設(shè)備與離散設(shè)備,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。

7、,16,校準(zhǔn)和組態(tài)的差別,校準(zhǔn)通過與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，校驗或調(diào)整測量儀器的精確性。 確保設(shè)備顯示壓力為50 psi時,實際值就是50 psi 組態(tài)設(shè)定設(shè)備的參數(shù)使其按計劃運(yùn)行 把允許的變頻速度限制在50rpm,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,17,校準(zhǔn)和組態(tài)的差別,離散設(shè)備通常是無需校準(zhǔn)的 對于按鈕來說，無需校準(zhǔn) 但像限位開關(guān)這樣的裝置需要初始校準(zhǔn) 過程設(shè)備是需要校準(zhǔn)的 過程裝置需要周期性校準(zhǔn) 過程工程師關(guān)心設(shè)備能否保持校準(zhǔn) 促使出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備和資產(chǎn)管理軟件的因素,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,18,現(xiàn)場設(shè)備

8、的通信,現(xiàn)在應(yīng)用的大多數(shù)過程儀表是“4-20毫安”或者“4-20的設(shè)備” 信號等級表示溫度，壓力，等等。 設(shè)備的檢測范圍是4-20，而不是0-20，所以一根斷路電線被檢測到的0毫安信號不是有效信號。 提供一種“有效信號”的測量標(biāo)準(zhǔn) 接線到標(biāo)準(zhǔn)的4-20毫安I/O模塊 當(dāng)以這種方式使用時，設(shè)備只提供一個原始數(shù)據(jù)值(不是故障診斷，有效信號的指示)。 使用電流而非電壓信號，因為在長距離傳輸時的電壓降會引起誤差,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,19,現(xiàn)場設(shè)備的通信,一個逐漸發(fā)展的趨勢是從設(shè)備獲取更多信息，而不僅僅是溫度壓力等“智能設(shè)備” 信號質(zhì)量(好/壞)

9、設(shè)備狀態(tài)(運(yùn)行，停止，等等) 設(shè)備是否正常 有兩種方法已被應(yīng)用于附加信息的獲得 除模擬信號外，再發(fā)送一個數(shù)字信號 (HART) 用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備通信 (建立現(xiàn)場總線或者Profibus-PA),（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,20,數(shù)字通訊的優(yōu)點,信號是純數(shù)字的, 甚至是過程變量 更加精確的信號處理 沒有信號衰減和噪聲獲得的更長距離的電纜傳輸 配線顯著減少 從一個儀表可以獲得多個過程變量 可以大大節(jié)約安裝成本在管道上只需鉆一個孔 儀表資產(chǎn)管理的通用性 設(shè)備的遠(yuǎn)程訪問 廣泛的診斷功能 例如，智能閥門執(zhí)行定期的功能檢測，以確保正常的功能 例如，行程限位開

10、關(guān)可報告短路或?qū)Ь€斷路,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,21,HART(高速可尋址遠(yuǎn)程變換器),對來自變送器的附加有診斷數(shù)據(jù)的模擬信號進(jìn)行數(shù)字信號編碼 可用于傳統(tǒng)的4-20毫安場合，相反也能兼容現(xiàn)有的裝置。 HART是第一個將模擬設(shè)備連接在一起的開放協(xié)議 全世界范圍內(nèi)安裝了數(shù)百萬臺的設(shè)備 現(xiàn)在銷售的80%的裝置具備HART連通性 雖然很多用戶沒有使用HART，但設(shè)備制造商把它內(nèi)置在幾乎所有的裝置中，而不是生產(chǎn)含有HART和不含HART的兩種類型的設(shè)備。 由于它可以使用現(xiàn)有的4-20毫安接線，HART被用戶迅速接受,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 200

11、7 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,22,基金會現(xiàn)場總線FF Bus H1,數(shù)字網(wǎng)絡(luò)專用來滿足在過程應(yīng)用中使用設(shè)備的需求 在指定的時間間隔內(nèi)安排設(shè)備通訊 控制（例如：回路功能）可以分布在設(shè)備周圍 裝置嵌入了功能塊，從而成為控制策略的核心部分 除了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)外，還有能力傳送大量的模擬數(shù)據(jù)。 基金會現(xiàn)場總線H1是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種開放協(xié)議。 工業(yè)認(rèn)可的大多是那些具備遠(yuǎn)距離監(jiān)控能力的傳輸方式，例如在石油和天然氣管道傳輸產(chǎn)業(yè) 用戶可以使用現(xiàn)有的4-20毫安接線 在重新配線時，大部分要重新連接,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,23,過程中的資產(chǎn)管

12、理,過程領(lǐng)域中的“資產(chǎn)管理”經(jīng)常涉及到過程儀表和閥門的管理 更精確地，被理解為“儀表資產(chǎn)管理” 資產(chǎn)管理包括的(不局限于)內(nèi)容有： 定位 使用的日期 維修歷史記錄 需要替換的時間 修改配置的時間,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,24,過程控制基礎(chǔ),3. 過程控制的功能,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,25,過程控制的功能,不要混淆P&ID和PID P&ID是一個詳盡的流程圖表示 PID是在過程控制中使用的一種控制運(yùn)算法則，它利用閉環(huán)控制來調(diào)節(jié)模擬參數(shù) 為了實現(xiàn)最優(yōu)控制閉合回路一定進(jìn)行過“整定”,（機(jī)密資料僅

13、供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,26,過程控制的功能-PID,PID 代表 “比例”，“積分”和“微分” ，并且是用來確定輸出的方程的一部分，這個輸出基于設(shè)定值和當(dāng)前過程值之間的差值。 控制輸出 = Kp*比例部分 + Ki*積分部分+ Kd*微分部分,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,27,PID一種調(diào)節(jié)方法,有兩種類型的控制方法： 開環(huán)控制是一種簡單快捷的控制方法，輸出值根據(jù)設(shè)定值和被觀測系統(tǒng)的性能而變化。由于只調(diào)節(jié)輸出值，系統(tǒng)輕易不會失控，并且當(dāng)輸出開始超過期望值時可以快速作出調(diào)整。 閉環(huán)控制是一種比開環(huán)更復(fù)些的控

14、制方法。改變設(shè)定值，而不是改變輸出，然后查看PID和系統(tǒng)的反應(yīng)。有時在執(zhí)行開環(huán)控制之后用這種方法來“優(yōu)化調(diào)節(jié)”系統(tǒng)。,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,28,控制回路調(diào)節(jié),藍(lán)線是系統(tǒng)比例增益設(shè)定過高引起過程參數(shù)增長過快并且超調(diào)的例子。,綠線是系統(tǒng)比例增益設(shè)定太低引起過程參數(shù)增長過慢并且使調(diào)節(jié)時間太長的例子。,紅線是對系統(tǒng)恰當(dāng)調(diào)節(jié)的例子,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,29,過程控制的功能: 串級控制,一種使用兩個調(diào)節(jié)過程來控制設(shè)備的控制方法。每個調(diào)節(jié)過程作為一個獨(dú)立回路的輸入，兩個回路“串聯(lián)”在一起產(chǎn)生輸出信

15、號來控制輸出設(shè)備。 一個串級控制系統(tǒng)能提供比單環(huán)控制嚴(yán)密很多的過程控制效果。 串級控制在控制變量的擾動會影響生產(chǎn)時使用。通常情況下，串級控制用在對干擾反應(yīng)較快的過程控制中，以減慢它的反應(yīng)速度。,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,30,過程控制的功能: 分程控制,使用一種調(diào)節(jié)過程來控制兩個離散(開/關(guān)或是打開/關(guān)閉)設(shè)備的控制方法。兩個設(shè)備的控制動作根據(jù)輸入量的變化而不同，并且為了更好的控制過程，兩個設(shè)備通常起到互補(bǔ)的作用。 分程控制依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)PID模塊，并且為PID提供后加工(或者操作)。,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留

16、所有權(quán)利。,31,過程控制的功能:分程控制的時間比例,一種對分程控制的改進(jìn)控制方法，分程控制用一種調(diào)節(jié)方法控制兩個離散(開/關(guān)或是打開/關(guān)閉)設(shè)備。增加了分時比例的分程控制具備了脈動輸出的能力，利用基于PID輸出的變負(fù)荷循環(huán)進(jìn)行脈動輸出。 根據(jù)脈動輸出，用戶可以使用便宜的數(shù)字設(shè)備代替昂貴的模擬設(shè)備來實現(xiàn)控制應(yīng)用。SRTP控制方法最常用的場合是加熱/制冷回路。,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,32,過程控制的功能: 選擇控制,這種控制方法中有兩個或是更多的回路連接控制指令，目的是能在特定的時間里為過程控制選擇一個更好的控制回路。這種方法通常稱為“低選通

17、”，有兩個回路接入選擇指令，輸出最低的回路被選中。 在過程控制工業(yè)中經(jīng)常稱作“交叉限制”。,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,33,過程控制的功能:兩態(tài)或三態(tài)離散控制,離散控制用來控制一個數(shù)字(啟動/停止或是開/關(guān))設(shè)備。 含有2種或3種狀態(tài)的設(shè)備與模擬控制以及PID沒有直接關(guān)系， 狀態(tài)設(shè)備常用在過程控制系統(tǒng)中。 離散控制允許標(biāo)準(zhǔn)化編碼。用戶能把兼容功能性和離散設(shè)備的監(jiān)督，控制（例如許可，反饋，報警和安全狀態(tài)）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，而不是多數(shù)人使用的編寫代碼串(也可以是梯形圖邏輯級)來實現(xiàn)對離散設(shè)備的控制。,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化

18、公司，保留所有權(quán)利。,34,過程控制的功能: 比例控制,一種基于調(diào)節(jié)兩個輸入比率的控制方法。 一個典型給定的輸入(不受控的)和另一個由處理器確定(受控)的輸入。,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,35,過程控制的功能: 前饋控制,前饋是一種控制方法，它操縱控制變量，在擾動干擾到過程之前對其進(jìn)行補(bǔ)償。 前饋控制在過程的干擾能被模擬(測量和矯正動作能夠描述)時使用，用來抵消干擾并實現(xiàn)只用簡單回路來監(jiān)控過程變量時所不能達(dá)到的控制效果。,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,36,過程控制組態(tài):功能塊,在各種生產(chǎn)過程應(yīng)用中執(zhí)行的控制功能的類型在很大程度是相似的 在用功能塊編程時，程序員可以使用這些相似的控制功能 省去編寫執(zhí)行典型控制功能的大量的代碼,（機(jī)密資料僅供內(nèi)部使用）版權(quán) 2007 羅克韋爾自動化公司，保留所有權(quán)利。,37,基于時間執(zhí)行,傳統(tǒng)的PLCs 盡可能快地掃描梯形邏輯 旨在快速執(zhí)行邏輯 每次的掃描時間不同，它基于邏輯執(zhí)行的速度和梯級的情況 像異步輸入和梯級掃描時間變化的PID控制，很難進(jìn)行基于時間的精確的同步的計算 過程用戶在執(zhí)行控制策略時，不像關(guān)心間隔周期那樣關(guān)心執(zhí)行速度 精確的回路控制依賴于特定時