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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,上頁(yè),下頁(yè),目 錄,1,過(guò)程控制與自動(dòng)化,曾 國(guó) 勇,郵箱,：,hellozgy_,手機(jī)：,680883,第,0,章,引言,何為,(,過(guò)程,),自動(dòng)化？,應(yīng)用,“,儀表、控制和自動(dòng)化技術(shù),”,的原始動(dòng)力,自動(dòng)化與生產(chǎn)工藝的關(guān)系,自動(dòng)化技術(shù)、自動(dòng)化儀表的簡(jiǎn)要發(fā)展過(guò)程,本課程的主要知識(shí)點(diǎn),2,0.1,何為,(,過(guò)程,),自動(dòng)化,3,所謂自動(dòng)化是在工藝設(shè)備上，配備一些自動(dòng)化裝置，用它們來(lái)代替操作人員的（部分）直接勞動(dòng)，使生產(chǎn)在不同程度上按照規(guī)定的要求自動(dòng)地進(jìn)行，也即：,用自動(dòng)化裝置來(lái)管理設(shè)備（生產(chǎn)過(guò)程），使之正常

2、運(yùn)行,。,從工藝的眼光來(lái)看,4,所謂自動(dòng)化是使工藝參數(shù)保持在需要的值或者狀態(tài)上，,或者使生產(chǎn)過(guò)程按照一定的程序或者步驟運(yùn)行,保證生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行在,最佳狀態(tài),最高目標(biāo),從控制的眼光來(lái)看,5,所謂,“,自動(dòng)控制,”,是指應(yīng)用自動(dòng)化儀器儀表或自動(dòng)控制裝置代替人自動(dòng)地對(duì)儀器設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，使之有目的地修正被控對(duì)象的動(dòng)力學(xué)行為，以達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)或滿(mǎn)足預(yù)期的性能要求。,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，煉油、化工、冶金、電力、生物、制藥等工業(yè)過(guò)程的生產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越大型化、復(fù)雜化，各種類(lèi)型的自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)成了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)安全、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗的基本條件和重要保證,6,測(cè)量?jī)x表,設(shè)定值,控制器,進(jìn)料口

3、,出料口,H,玻璃管液位計(jì),人工操作 自動(dòng)控制,(,Automatic control,),0.2,應(yīng)用“儀表、控制和自動(dòng)化技術(shù)”的原始動(dòng)力,7,提高產(chǎn)品質(zhì)量、保證生產(chǎn)安全、延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命等，表現(xiàn)在：,加快生產(chǎn)速度、減低成本、提高產(chǎn)量和質(zhì)量、增加產(chǎn)品的附加值,例如：聚合反應(yīng)釜控制不當(dāng)極易發(fā)生爆炸。,現(xiàn)代工業(yè)要求，表現(xiàn)在：,生產(chǎn)過(guò)程趨向于大型化、復(fù)雜化，沒(méi)有自控系統(tǒng)將無(wú)法生產(chǎn)；,先進(jìn)生產(chǎn)工藝、環(huán)保等對(duì)自動(dòng)化的要求日益提高。,提高勞動(dòng)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，表現(xiàn)在,自動(dòng)化生產(chǎn)可以避免操作人員大量、繁重、危險(xiǎn)的操作，特別是在易燃、易爆、有毒、腐蝕性、刺激性的生產(chǎn)過(guò)程更是如此。,原始動(dòng)力

4、：,8,（,1,）自動(dòng)化是提高社會(huì)生產(chǎn)力的有力工具之一；,（,2,）自動(dòng)化水平使衡量國(guó)家發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志；表現(xiàn)在,無(wú)人化生產(chǎn)、優(yōu)越的生產(chǎn)環(huán)境、優(yōu)秀的產(chǎn)品質(zhì)量,（,3,）“儀表、控制和自動(dòng)化技術(shù)”決定現(xiàn)代企業(yè)的興衰；,（,4,）（計(jì)算機(jī)）控制系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的神經(jīng)中樞。,。,自動(dòng)化的地位,：,0.3,自動(dòng)化與生產(chǎn)工藝的關(guān)系,9,了解生產(chǎn)對(duì)象的基本特性及其對(duì)控制的影響；根據(jù)工藝要求選擇合理的自控方案；,綜合考慮工藝與自控雙方面的因素，掌握準(zhǔn)確的工藝條件和數(shù)據(jù)；,了解基本測(cè)控參數(shù)的測(cè)量原理、要求，便于確定合適的測(cè)控參數(shù)、選擇合適的測(cè)控點(diǎn)等。,典型的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程生產(chǎn)工藝生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)控制。,自控與工

5、藝的關(guān)系：,自控為工藝服務(wù),。,自控專(zhuān)業(yè)人員必須深入了解和熟悉生產(chǎn)工藝和設(shè)備,工藝專(zhuān)業(yè)人員也必須掌握自動(dòng)控制的本質(zhì),0.4,自動(dòng)化技術(shù)的簡(jiǎn)要發(fā)展過(guò)程,控制理論,儀表,控制系統(tǒng)（自動(dòng)化裝置）,10,控制理論的簡(jiǎn)要發(fā)展過(guò)程,11,自動(dòng)控制的本質(zhì)：是指應(yīng)用自動(dòng)化儀器儀表、自動(dòng)控制裝置代替人，自動(dòng)地對(duì)儀器設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，使之有目的地修正被控對(duì)象的動(dòng)力學(xué)行為，以達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)或滿(mǎn)足預(yù)期的性能要求。,控制問(wèn)題的本質(zhì)：就是要求基于對(duì)象內(nèi)在的動(dòng)力學(xué)本質(zhì)和規(guī)律，運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具求取問(wèn)題的解。,“,控制,”,這一概念本身即反映了人們對(duì)征服自然與外在的渴望，作為自動(dòng)控制科學(xué)的核心的控制理論與技術(shù)也自然

6、而然地在人們征服自然與改造自然的歷史中發(fā)展起來(lái)。,12,1868,年,J.C.Maxwell,為了解決蒸汽機(jī)調(diào)速器的精度和穩(wěn)定性之間的矛盾，首先提出了微分方程模型和穩(wěn)定性分析的數(shù)學(xué)方法，從微分方程角度討論了調(diào)節(jié)器系統(tǒng)可能產(chǎn)生的不穩(wěn)定現(xiàn)象，他所發(fā)表的,“,論調(diào)節(jié)器,”,是目前比較公認(rèn)的第一篇控制理論論文。,經(jīng)典控制理論,1877,年,E.J.Routh,和,1895,年,A.Hurwitz,創(chuàng)造性地提出了稱(chēng)為,Routh,，它是經(jīng)典控制理論中最基礎(chǔ)的穩(wěn)定性分析工具之一。,1932,年,Nyquist,提出了“,Nyquist,穩(wěn)定性判據(jù)”。,1945,年,Bode,建立了控制系統(tǒng)的頻域設(shè)計(jì)方法（

7、,Bode,圖法）。,之后，經(jīng)過(guò),Wienner,、,Nichols,等人的杰出貢獻(xiàn)，終于形成了經(jīng)典的反饋控制和頻域理論，并于,20,世紀(jì),50,年代趨于成熟。,經(jīng)典控制理論建立在傳遞函數(shù)基礎(chǔ)上的，主要針對(duì)線(xiàn)性定常、,SISO,對(duì)象，基于反饋控制的主導(dǎo)思想，完成控制系統(tǒng)的鎮(zhèn)定任務(wù)。經(jīng)典控制理論最輝煌的成果首推,PID,控制規(guī)律，對(duì)于無(wú)時(shí)間延遲的,SISO,系統(tǒng)極為有效。直到目前，在工業(yè)過(guò)程控制中仍然被廣泛應(yīng)用。,（,90,以上）,13,由于,工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程也向著大型化、連續(xù)化的方向發(fā)展。,導(dǎo)致,（,a,）控制系統(tǒng)漸趨復(fù)雜：,在整體結(jié)構(gòu)上，表現(xiàn)為非線(xiàn)性、不確定性、無(wú)窮維、多層次等；,在被處理的信息

8、上，表現(xiàn)為信號(hào)的不確定性、隨機(jī)性、不完全性等。,（,b,）控制要求越來(lái)越高，除了實(shí)現(xiàn)單純的穩(wěn)定控制以外，控制器的設(shè)計(jì)往往還要追求最佳的性能要求,現(xiàn)代控制理論,經(jīng)典控制理論已無(wú)法滿(mǎn)足解決多變量、非線(xiàn)性、不確定性以及最佳性能要求等問(wèn)題的需要，這在客觀上促使現(xiàn)代控制理論得以建立和發(fā)展。,14,現(xiàn)代控制理論,Pontryagin,提出的“極大值原理”,Bellman,提出的動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論,Kalman,濾波及其能控、能觀和反饋鎮(zhèn)定理論,Lyapunov,穩(wěn)定性理論,現(xiàn)代控制理論發(fā)展的基礎(chǔ),現(xiàn)代控制理論主要研究分支有：自適應(yīng)控制,魯棒控制,非線(xiàn)性控制,大系統(tǒng)理論,模糊控制,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,預(yù)測(cè)控制,15,經(jīng)

9、典控制理論和現(xiàn)代控制理論的關(guān)系,對(duì)于經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論以及智能控制理論而言，并非意味著相互的否定和排斥，它們之間有著共同發(fā)展、互相滲透、相互結(jié)合的發(fā)展關(guān)系。,需要提出的是，在當(dāng)今的過(guò)程控制領(lǐng)域中，幾乎有,90,以上的控制回路仍然沿用經(jīng)典的,PID,控制算法或,PID,控制算法的變形，并能夠獲取比較滿(mǎn)意的控制效果,儀表的簡(jiǎn)要發(fā)展過(guò)程,16,常見(jiàn)的測(cè)控參數(shù)：,T,、,P,、,L,、,F,、,A,（五大參數(shù)）,測(cè)控儀表的分類(lèi)：,變送器（傳感器）、執(zhí)行器、控制器三大類(lèi),控制器：常規(guī)調(diào)節(jié)器、智能調(diào)節(jié)器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng),17,基地式儀表,只具備簡(jiǎn)單測(cè)控功能，其信號(hào)一般僅在本儀表內(nèi)起作用，各測(cè)控點(diǎn)間的信

10、號(hào)難以相互溝通，操作人員只能通過(guò)巡視生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)來(lái)了解生產(chǎn)狀況。（目前已淘汰）,單元組合儀表,隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和工藝要求的提高，操作人員需要掌握多點(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)和信息，需要按多點(diǎn)的運(yùn)行信息實(shí)行操作控制，于是出現(xiàn)了氣動(dòng)、電動(dòng)系列的單元組合式儀表，出現(xiàn)了集中控制室。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各處的參數(shù)通過(guò)統(tǒng)一的模擬信號(hào)送往集中控制室，在控制盤(pán)上連接。操作人員可以坐在控制室縱觀生產(chǎn)流程各處的狀況。,QDZ,：氣動(dòng)單元組合儀表，氣源,(,140kPa),，信號(hào),(,20,100kPa),。主要有力平衡型和力矩平衡型兩類(lèi)，氣動(dòng)單元組合儀表已基本淘汰。,DDZ,：電動(dòng)單元組合儀表。,DDZ,II,型：電源,220VAC,，信號(hào)

11、,0,10mA,DDZ,III,型：電源,24VDC,，信號(hào),4,20mA,、,1,5VDC,智 能 儀 表,儀表中含有微處理器，功能強(qiáng)，往往具備數(shù)字信號(hào)傳輸和模擬信號(hào)傳輸兩種功能。,現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)儀表,簡(jiǎn)而言之就是滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的智能儀表。,目前，應(yīng)用最多的測(cè)控儀表主要是,DDZ,III,模擬儀表和部分智能型儀表?？紤]到控制系統(tǒng)逐漸向,FCS,方向發(fā)展，因此現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)儀表的應(yīng)用將日漸廣泛。,自動(dòng)化裝置的簡(jiǎn)要發(fā)展過(guò)程,18,基地式系統(tǒng),基地式儀表,第,0,代,常規(guī)儀表控制系統(tǒng),單元組合儀表：,調(diào)、變、執(zhí)、算,(DDZ-II,、,III,、,QDZ),第,1,代,DDC,控制,變、執(zhí)

12、,(DDZ-II,、,III),集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),變、執(zhí),(DDZ-II,、,III),第,2,代,DCS,OS,：小型機(jī)、,IPC,CS,：,IPC,、,PLC,、,智能調(diào)節(jié)器,現(xiàn)場(chǎng)儀表：,DDZ-III,為主,第,3,代,*,FCS,將全廠最基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)儀表和裝置均通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化通訊。,現(xiàn)場(chǎng)儀表：總線(xiàn)儀表,第,4,代,*,分布式,IO DCS,現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)根據(jù)傳輸距離或功能不同連接到現(xiàn)場(chǎng),I/O,設(shè)備上，各現(xiàn)場(chǎng),I/O,設(shè)備與控制站間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)）連接。,現(xiàn)場(chǎng)儀表：,DDZ-III,、,總線(xiàn)儀表,過(guò)渡型,*,0.5,本課程的主要知識(shí)點(diǎn),19,自動(dòng)控制究竟是一個(gè)什么,“,東西,”,？,不是名詞解釋,需要學(xué)習(xí)自控回路（系統(tǒng)）的組成、基本工作原理、如何評(píng)價(jià)自動(dòng)質(zhì)量,怎么樣來(lái)構(gòu)建一個(gè)自動(dòng)控制回路？,需要學(xué)習(xí)構(gòu)建自控回路的各環(huán)節(jié)的作用，各環(huán)節(jié)的特性對(duì)自控系統(tǒng)的影響，（最常用）檢測(cè)儀表、控制儀表的基本工作原理，如何選擇合適的自控設(shè)備（儀表）,如何工程實(shí)時(shí)？,即使一個(gè)象空調(diào)器溫度控制那么簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制回路的實(shí)施？,需要學(xué)習(xí)自動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制參數(shù)的整定,更復(fù)雜的控制回路如何工程實(shí)施？,計(jì)算機(jī)控制是什么一回事？怎么樣來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)？,