過(guò)程控制工程第一頁(yè)，共53頁(yè)。2關(guān)于本課程的說(shuō)明第一章緒論

過(guò)程控制的任務(wù)和要求過(guò)程控制的基本問(wèn)題專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)過(guò)程控制系統(tǒng)的基本概念第二頁(yè)，共53頁(yè)。3案例第三頁(yè)，共53頁(yè)。4案例第四頁(yè)，共53頁(yè)。5案例第五頁(yè)，共53頁(yè)。6案例第六頁(yè)，共53頁(yè)。7案例第七頁(yè)，共53頁(yè)。8案例第八頁(yè)，共53頁(yè)。9案例第九頁(yè)，共53頁(yè)。10案例第十頁(yè)，共53頁(yè)。11第一節(jié)自動(dòng)化專業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)層控制知識(shí)層系統(tǒng)知識(shí)層1個(gè)知識(shí)領(lǐng)域6個(gè)知識(shí)領(lǐng)域1個(gè)知識(shí)領(lǐng)域第十一頁(yè)，共53頁(yè)。12一、基礎(chǔ)知識(shí)層數(shù)理與機(jī)電基礎(chǔ)知識(shí)領(lǐng)域知識(shí)單元：◆數(shù)學(xué)◆物理◆系統(tǒng)科學(xué)◆管理科學(xué)◆電工電子基礎(chǔ)◆機(jī)械工程基礎(chǔ)◆計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)及語(yǔ)言◆微機(jī)原理第十二頁(yè)，共53頁(yè)。13二、控制知識(shí)層的知識(shí)領(lǐng)域6個(gè)知識(shí)領(lǐng)域傳感與檢測(cè)：信息獲取通信與網(wǎng)絡(luò)：信息傳輸計(jì)算與處理：信息處理控制與智能：信息控制執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)：信息應(yīng)用模型與仿真：第十三頁(yè)，共53頁(yè)。14控制知識(shí)層的知識(shí)單元傳感與檢測(cè)傳感器、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、測(cè)量信號(hào)處理等

通信與網(wǎng)絡(luò)通信原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、組態(tài)技術(shù)應(yīng)用、多媒體技術(shù)等。第十四頁(yè)，共53頁(yè)。15計(jì)算與處理

面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)、大型數(shù)據(jù)庫(kù)、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)等控制與智能

自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論、模糊控制技術(shù)、智能控制技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)、系統(tǒng)工程導(dǎo)論等

第十五頁(yè)，共53頁(yè)。16執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化儀表、電力電子技術(shù)、電源變換與控制等

模型與仿真

MATLAB程序設(shè)計(jì)、虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用、CAD仿真技術(shù)等

第十六頁(yè)，共53頁(yè)。17三、系統(tǒng)知識(shí)層系統(tǒng)與工程

知識(shí)領(lǐng)域知識(shí)單元：◆運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)◆過(guò)程控制系統(tǒng)◆集散控制系統(tǒng)第十七頁(yè)，共53頁(yè)。18反映自動(dòng)化專業(yè)特點(diǎn)的知識(shí)領(lǐng)域傳感與檢測(cè)控制與智能執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)模型與仿真系統(tǒng)與工程第十八頁(yè)，共53頁(yè)。19自動(dòng)化專業(yè)中的核心知識(shí)控制與智能模型與仿真系統(tǒng)與工程第十九頁(yè)，共53頁(yè)。20專業(yè)知識(shí)體系◆以電力電子、變頻技術(shù)為核心的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)◆以微處理器芯片與接口技術(shù)為核心的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。◆以自動(dòng)檢測(cè)、標(biāo)準(zhǔn)工控設(shè)備為核心的過(guò)程控制技術(shù)。◆以網(wǎng)絡(luò)通信、電子技術(shù)為核心的信息技術(shù)，包括對(duì)信息的獲取、處理、傳輸和信息挖掘等技術(shù)的綜合應(yīng)用。第二十頁(yè)，共53頁(yè)。21第二節(jié)過(guò)程控制系統(tǒng)的基本概念控制(control)：人們?yōu)榱诉_(dá)到某種目的而采取的行動(dòng)，叫做控制，它分為人工控制和自動(dòng)控制。過(guò)程(process)：過(guò)程本身的含義是非常廣泛的，可以指某個(gè)工程系統(tǒng)、某個(gè)生物學(xué)系統(tǒng)，也可以指某個(gè)經(jīng)濟(jì)的或社會(huì)系統(tǒng)。本課程所說(shuō)的過(guò)程主要指工業(yè)過(guò)程，例如加熱爐、化工裝置、鍋爐設(shè)備、核反應(yīng)堆、造紙?jiān)O(shè)備、換熱器等生產(chǎn)過(guò)程。第二十一頁(yè)，共53頁(yè)。22過(guò)程與控制液位人工控制：

檢測(cè)—眼；運(yùn)算（思考）、命令—腦；執(zhí)行—手。第二十二頁(yè)，共53頁(yè)。23過(guò)程與控制液位自動(dòng)控制：

測(cè)量元件及變送器—眼；控制器—腦；執(zhí)行器—手。第二十三頁(yè)，共53頁(yè)。24過(guò)程與控制第二十四頁(yè)，共53頁(yè)。25過(guò)程控制及其系統(tǒng)過(guò)程控制（processcontrol)

:指石油、化工、電力、輕工、冶金、紡織、建材、原子能等工業(yè)部門生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。過(guò)程控制系統(tǒng)（processcontrolsystem):指工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控量是溫度、壓力、流量、液位、成分、粘度和PH值等這樣一些過(guò)程變量的系統(tǒng)。第二十五頁(yè)，共53頁(yè)。26過(guò)程控制與運(yùn)動(dòng)控制的區(qū)別：過(guò)程控制——對(duì)變化緩慢信號(hào)（物理量）的控制，如溫度、壓力、流量、液位等。運(yùn)動(dòng)控制——對(duì)變化較快的信號(hào)（物理量）的控制，如轉(zhuǎn)速等。第二十六頁(yè)，共53頁(yè)。27過(guò)程控制系統(tǒng)組成組成自動(dòng)化裝置被控對(duì)象測(cè)量元件與變送器控制器執(zhí)行器第二十七頁(yè)，共53頁(yè)。28過(guò)程控制系統(tǒng)組成第二十八頁(yè)，共53頁(yè)。29過(guò)程控制系統(tǒng)特點(diǎn)第二十九頁(yè)，共53頁(yè)。30過(guò)程控制系統(tǒng)特點(diǎn)第三十頁(yè)，共53頁(yè)。31過(guò)程控制系統(tǒng)特點(diǎn)三、過(guò)程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：

1、對(duì)象復(fù)雜多樣

2、對(duì)象存在滯后

3、對(duì)象特性的非線性

4、控制系統(tǒng)較復(fù)雜結(jié)論：控制方案確定、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制參數(shù)的整定都要以對(duì)象的特性為依據(jù)。第三十一頁(yè)，共53頁(yè)。32第三節(jié)過(guò)程控制的基本問(wèn)題控制器：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)和作業(yè)的規(guī)劃；動(dòng)力學(xué)修正，改變;閉環(huán)特征。信息檢測(cè)：傳感問(wèn)題、信息處理、信息融合廣義過(guò)程：受控對(duì)象+工作環(huán)境（擾動(dòng)）控制問(wèn)題：對(duì)于給定的廣義過(guò)程，如何設(shè)計(jì)控制器使閉環(huán)系統(tǒng)滿足希望的性能要求。控制器廣義過(guò)程信息檢測(cè)指令輸入信息反饋擾動(dòng)輸出第三十二頁(yè)，共53頁(yè)。33第四節(jié)過(guò)程控制系統(tǒng)的任務(wù)及要求一、過(guò)程控制系統(tǒng)分類按完成的功能分：比值、均勻、分程和選擇性控制系統(tǒng)。按被控參數(shù)的名稱分：溫度、壓力、流量、液位等。按調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律分：P、PI、PD、PID等。按被控量的多少分：?jiǎn)巫兞亢投嘧兞靠刂葡到y(tǒng)。按采用控制儀表和計(jì)算機(jī)來(lái)分：儀表過(guò)程控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)。第三十三頁(yè)，共53頁(yè)。34按過(guò)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)分：（1）反饋控制系統(tǒng)（2）前饋控制系統(tǒng)（3）前饋-反饋控制系統(tǒng)第三十四頁(yè)，共53頁(yè)。35按給定值信號(hào)的特點(diǎn)來(lái)分類：（1）定值控制系統(tǒng)（2）程序控制系統(tǒng)（3）隨動(dòng)控制系統(tǒng)第三十五頁(yè)，共53頁(yè)。36定值控制系統(tǒng)：系統(tǒng)被控量的給定值保持在規(guī)定值不變，或在小范圍變化。控制的目的是使被控量保持定值，或在小范圍變化。程序控制系統(tǒng)：被控量的給定值按預(yù)定的時(shí)間程序變化工作的，控制的目的就是使系統(tǒng)被控量按工藝要求規(guī)定的程序自動(dòng)變化。隨動(dòng)控制系統(tǒng)：被控量的給定值隨時(shí)間任意變化的控制系統(tǒng)。主要作用是克服一切擾動(dòng)，使被控量快速跟隨給定值變化。第三十六頁(yè)，共53頁(yè)。37二、過(guò)程控制發(fā)展概況20世紀(jì)40年代前后，處于手動(dòng)狀態(tài)，從50年代前后開(kāi)始，劃分為如下幾個(gè)階段：50年代前后——第一階段，實(shí)現(xiàn)了儀表和局部自動(dòng)化，主要特點(diǎn)：（1）儀表為氣動(dòng)式，普遍采用基地式儀表和部分單元組合儀表；（2）單輸入單輸出系統(tǒng)；（3）被控參數(shù)主要是溫度、壓力、流量、液位；（4）控制的目的是保證參數(shù)穩(wěn)定，消除或減小擾動(dòng)；（5）控制理論：頻率法和根軌跡法。第三十七頁(yè)，共53頁(yè)。3860年代——第二階段，電子技術(shù)迅速發(fā)展。特點(diǎn)：（1）大量采用氣動(dòng)和電動(dòng)單元組合儀表；（2）計(jì)算機(jī)控制技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用——DDC系統(tǒng)和SPC系統(tǒng)；（3）復(fù)雜控制開(kāi)始開(kāi)發(fā)應(yīng)用——串級(jí)控制、前饋-反饋控制、比值控制、分程控制、選擇性控制；（4）控制理論——現(xiàn)代控制理論開(kāi)始應(yīng)用，由單變量轉(zhuǎn)入多變量（由于建模困難，應(yīng)用較少）；（5）集中控制實(shí)現(xiàn)：

第三十八頁(yè)，共53頁(yè)。391）隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，操作人員需了解多點(diǎn)信息，需按多點(diǎn)信息進(jìn)行操作控制，于是出現(xiàn)了氣動(dòng)、電動(dòng)單元組合儀表和集中控制室。現(xiàn)場(chǎng)的、0~10mA、4~20mA、1~5V的信號(hào)送到集中控制室，操作人員可在控制室了解現(xiàn)場(chǎng)狀況；2）由于模擬信號(hào)的傳遞是一對(duì)一的物理連接，信號(hào)變化緩慢，提高精度、速度難度大，于是出現(xiàn)了直接數(shù)字控制（DDC）；3）但是由于計(jì)算機(jī)技術(shù)不發(fā)達(dá)，人們企圖用一臺(tái)計(jì)算機(jī)取代所有的儀表盤，出現(xiàn)了集中式數(shù)字控制。

致命的問(wèn)題：由于可靠性差，一旦出現(xiàn)故障，全部癱瘓。第三十九頁(yè)，共53頁(yè)。4070年代——第三階段，大規(guī)模集成電路研制成功，微處理器問(wèn)世，進(jìn)入計(jì)算機(jī)時(shí)代。特點(diǎn)：（1）集中控制、多參數(shù)控制、多臺(tái)計(jì)算機(jī)控制和經(jīng)營(yíng)管理；（2）智能單元組合儀表；（3）在線成分檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理的測(cè)量變送器的應(yīng)用；（4）DDZ儀表品種增多，可靠性加強(qiáng)；（5）70年代中期出現(xiàn)了集散控制系統(tǒng)。第四十頁(yè)，共53頁(yè)。第四十一頁(yè)，共53頁(yè)。4280年代以后——第四階段，主要特點(diǎn)：（1）控制理論方面：解決了多變量控制問(wèn)題（包括線性系統(tǒng)、時(shí)變系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、微分-差分系統(tǒng)等），智能控制算法（包括專家系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、過(guò)程監(jiān)督和在線診斷等）在復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)中應(yīng)用；（2）出現(xiàn)了集中、遠(yuǎn)動(dòng)控制中心——包括先進(jìn)的管理系統(tǒng)、調(diào)度、優(yōu)化等，柔性化、分散化和集成化的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)被應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)過(guò)程。第四十二頁(yè)，共53頁(yè)。4390年代以后——第五階段，主要特點(diǎn)：（1）工廠綜合自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用；（2）現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的應(yīng)用；（3）智能控制得到了廣泛的應(yīng)用；（4）各種工控設(shè)備（如PLC、變頻器、直流調(diào)速器、控制儀表、檢測(cè)變送儀表等）功能更加強(qiáng)大，并且?guī)в型ㄓ嵔涌凇５谒氖?yè)，共53頁(yè)。第四十四頁(yè)，共53頁(yè)。45綜合自動(dòng)化：在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制和各種生產(chǎn)加工技術(shù)的基礎(chǔ)上，從生產(chǎn)過(guò)程的全局出發(fā)，通過(guò)生產(chǎn)活動(dòng)所需的各種信息集成，把控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理、經(jīng)營(yíng)、決策融為一體，形成一個(gè)能適應(yīng)各種生產(chǎn)環(huán)境的市場(chǎng)需求、多變性的、總體最優(yōu)的高質(zhì)量、高效益、高柔性的管理生產(chǎn)系統(tǒng)——管控一體化。現(xiàn)場(chǎng)總線（FCS）：將CPU置入控制儀表中，具備數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通訊能力，采用簡(jiǎn)單連接的雙絞線作為總線，將多個(gè)控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。是一種公開(kāi)化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案。集散控制系統(tǒng)（DCS）：測(cè)量變送儀表一般為模擬儀表，一般為摸數(shù)字混合系統(tǒng)。存在的主要問(wèn)題是各廠家產(chǎn)品自成系統(tǒng)，不能互換，不能共享。第四十五頁(yè)，共53頁(yè)。46三、過(guò)程控制系統(tǒng)的要求：

安全性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性四、過(guò)程控制系統(tǒng)的任務(wù)：

過(guò)程控制是控制理論、工藝知識(shí)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器儀表等知識(shí)相結(jié)合而構(gòu)成的一門應(yīng)用科學(xué)，所以其任務(wù)是：在了解、熟悉、掌握生產(chǎn)工藝流程與生產(chǎn)過(guò)程的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)工藝要求，應(yīng)用控制理論、現(xiàn)代控制技術(shù)，分析、設(shè)計(jì)、整定過(guò)程控制系統(tǒng)。第四十六頁(yè)，共53頁(yè)。47思考:系統(tǒng)解決方案1計(jì)劃2執(zhí)行3檢查4修正控制也是一種PDCA循環(huán)第四十七頁(yè)，共53頁(yè)。48系統(tǒng)解決方案系統(tǒng)發(fā)展大環(huán)帶小環(huán)周而復(fù)始階梯式上升第四十八頁(yè)，共53頁(yè)。49過(guò)程控制系統(tǒng)展望

目標(biāo)方向：

全局控制

最優(yōu)控制

控制管理一體化最終達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的控制目標(biāo)第四十九頁(yè)，共53頁(yè)。50第五節(jié)關(guān)于本課程的說(shuō)明課程性質(zhì)：本課程是自動(dòng)化專業(yè)的主干專業(yè)課。開(kāi)課目的：過(guò)程控制是控制理論、生產(chǎn)工藝、計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器儀表技術(shù)等相結(jié)合的一門綜合性應(yīng)用學(xué)科，是國(guó)家高科技的重要組成部分，因此，作為從事自動(dòng)化專業(yè)的技術(shù)人員，都擔(dān)負(fù)著應(yīng)用本學(xué)科、發(fā)展本學(xué)科的義務(wù)。第五十頁(yè)，共53頁(yè)。51內(nèi)容體系：《過(guò)程控制工程》課程是以過(guò)程控制系統(tǒng)為主體，以過(guò)程檢測(cè)控制儀表為工具，儀表與系統(tǒng)密切聯(lián)系，相互依存，著重研究根據(jù)連續(xù)工業(yè)過(guò)程的生產(chǎn)特點(diǎn)和要求，應(yīng)用自動(dòng)控制理論、控制技術(shù)和自動(dòng)化儀表來(lái)設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)以及在實(shí)際工程應(yīng)用中的有關(guān)問(wèn)題。通過(guò)理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐，不僅能達(dá)到解決過(guò)程控制工程中的一般問(wèn)題，并具有分析和設(shè)計(jì)較復(fù)雜的過(guò)程控制系統(tǒng)的能力。第五十一頁(yè)，共53頁(yè)。52過(guò)程控制的任務(wù)是由控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)來(lái)完成的，

具體步驟如下：

1、確定控制目標(biāo)

2、選擇被控量

3、操縱量的選擇

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