過程控制工程緒論北京化工大學信息科學與技術學院自動化系宿翀suchong@第1課ProcessControlEngineering課程性質

控制理論與控制工程學科主干課程生產過程控制領域最重要專業課

我校控制科學與工程碩士研究生復試（筆試、面試）主要內容教學進程課程安排學時：授課48學時，

周二（1~16周）14：45-17：15教402實驗16學時（8個實驗）考核：期末閉卷考試

成績：考試70%+實驗20%+作業和考勤10%

作業：要求同學全部完成

每次抽查部分同學（按學號）每周一交作業教學進程自動化技術發展概況早期一千多年前：銅壺滴漏計時器、指南車（中國西漢時期-開環前饋）、各種天文儀器。十八世紀：風車定向裝置（1750年），蒸汽機調速裝置（1784年）

30年代~黑箱子時期：憑經驗，配儀表(經典控制理論1代+2代)1948年：N.Wiener發表《控制論》50年代~儀表化階段：發展儀表硬件，基地式儀表（控制系統）主要是單回路控制系統W.R.Evans提出根軌跡法，錢學森發表《工程控制論》60年代~發展階段（現代控制理論，第3代）單元組合儀表，電動、氣動①化工動態學（建立數學模型）②計算機發展③PID控制和復雜控制：(串級、比值、前饋、均勻、選擇等）④全局設計觀念教學進程70年代~微電子技術的發展--〉計算機控制DDC（DirectDigitalControl)DCS(DistributedControlSystem)PID控制及高級算法：推斷，預測，自適應，最優大系統理論（第4代）80年代~多級優化控制CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem)CIPS(ComputerIntegratedProcessSystem)FCS(Field-busControlSystem)智能控制理論（第4代）：模糊控制、神經網絡控制、專家控制、遺傳算法、灰色理論教學進程自動化技術發展概況生產過程自動控制（簡稱過程控制）-------自動控制技術在石油、化工、電力、冶金、機械、輕工、紡織等生產過程的具體應用，是自動化技術的重要組成部分。過程控制教學進程過程控制發展的特點●任務的需要、理論的開拓、技術手段的進展●一門綜合性的技術

教學進程本課程的研究對象與任務控制理論儀表與計算機過程控制系統化學工程與工藝綜合與分析任務：生產過程自控方案的設計兩個環節：實驗、工程設計教學進程●過程（Process）--生產過程基本概念歷經一段時間一般工業生產伴隨物質能量變化●過程（Process）的特點連續過程(ContinuousProcess)批量（間歇）過程(BatchProcess)離散過程(DiscreteProcess)流程工業(FlowManufacturingIndustry)離散制造業(DiscreteIndustry)混合型工業過程/混雜系統(HybridSystem)教學進程●過程控制(ProcessControl）針對連續或半連續（間歇）過程中的溫度、壓力、流量、液（物）位、化學成分（如含氧量）、物性參數（如粘度、融溶指數）等變量而實現的自動控制系統，稱為過程控制。●被控參數種類基本概念溫度壓力流量液位成分（氧含量，產品組份等）物性（粘度，干點，冰點等）教學進程●過程控制領域基本概念石油化工：輸油，煉油，乙烯，合成橡膠，合成氨電力：火電廠冶金：冶金加熱爐，熱處理爐生化：啤酒，制藥輕工：食品，漂染環境：水處理，大氣監測其它：農業，養殖業我國的控制工程相對落后

教學進程單回路反饋控制系統1.1單回路系統的結構組成1.2被控變量的選擇1.3對象特性對控制質量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測量、傳送滯后對控制質量的影響及其克服辦法1.6控制器參數對系統控制質量的影響及控制規律的選擇1.7系統的關聯及其消除方法1.8單回路系統的投運和整定 實驗：單回路控制系統連接、投運和整定、質量研究第1章單回路反饋控制系統1.1單回路系統的結構組成1.2被控變量的選擇1.3對象特性對控制質量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測量、傳送滯后對控制質量的影響及其克服辦法1.6控制器參數對系統控制質量的影響及控制規律的選擇1.7系統的關聯及其消除方法1.8單回路系統的投運和整定 實驗：單回路控制系統連接、投運和整定、質量研究第1章教學進程1.1單回路系統的結構組成●單回路反饋控制系統

四個基本環節：被控對象、測量變送、控制器和控制閥反饋控制中的最基本系統特點：簡單、有效、應用最成熟、最普遍---占70%以上教學進程例1：恒溫箱的人工控制1.1單回路系統的結構組成人工控制的恒溫箱

加熱電阻絲~220V調壓器溫度計教學進程●觀測恒溫箱內的溫度（被控制量）●與要求的溫度（給定值）進行比較，得到溫度偏差的大小和方向●根據偏差大小和方向調節調壓器，控制加熱電阻絲的電流以調節溫度回復到要求值●人工控制恒溫箱調節過程

1.1單回路系統的結構組成人工控制過程的實質：檢測偏差，調節操縱變量，縮小偏差期望溫度大腦手調壓器恒溫箱眼睛實際溫度溫度計教學進程教學進程●恒溫箱自動控制調節過程

●恒溫箱實際溫度由熱電偶轉換為對應的電壓u2●恒溫箱期望溫度由電壓u1給定，并與實際溫度u2比較得到溫度偏差信號u＝u1u2●溫度偏差信號經電壓、功率放大后，用以驅動執行電動機，并通過傳動機構拖動調壓器動觸頭。當溫度偏高時，動觸頭向減小電流的方向運動，反之加大電流，直到溫度達到給定值為止，此時，偏差u＝0，電機停止轉動。恒溫箱自動控制系統工作原理：1.1單回路系統的結構組成教學進程例2：水槽液位控制系統LCF1F2F1F21.1單回路系統的結構組成F1增加→L增加→變送器輸出信號增加→偏差（測量值-設定值）為正、增加→控制器輸出增加→閥開度增加→F2增加→L降低；教學進程工作過程：1.1單回路系統的結構組成控制器控制閥被控對象測量變送偏差給定測量液位●給定量位于系統的輸入端，稱為系統輸入量。也稱為參考輸入量（信號）。●被控制量位于系統的輸出端，稱為系統輸出量。●

輸出量（全部或一部分）通過測量裝置返回系統的輸入端，使之與輸入量進行比較，產生偏差（給定信號與返回的輸出信號之差）信號。輸出量的返回過程稱為反饋。返回的全部或部分輸出信號稱為反饋信號。教學進程1.1單回路