演講人：日期：過程控制基礎知識CATALOGUE目錄過程控制概述過程控制系統的基本原理過程控制中的測量與傳感器技術過程控制中的執行器技術過程控制中的控制策略與算法過程控制系統的設計與實施過程控制系統的調試與優化過程控制的發展趨勢與挑戰PART01過程控制概述定義過程控制是以溫度、壓力、流量、液位和成分等工藝參數作為被控變量的自動控制。目的通過對工藝參數的實時監測和調整，保證生產過程穩定，提高產品質量和生產效率，減少能耗和成本。過程控制的定義與目的初期階段20世紀初，隨著工業生產的發展和控制理論的不斷完善，過程控制逐漸開始應用。過程控制的發展歷程自動化階段20世紀中期，隨著自動化技術和計算機技術的飛速發展，過程控制逐漸實現了自動化，并得到了廣泛應用。智能化階段21世紀以來，隨著人工智能和物聯網技術的不斷發展，過程控制逐漸向著智能化和網絡化方向發展。能源行業過程控制在能源行業中也有廣泛應用，如電力、石油和天然氣等領域的自動化控制。制造業過程控制廣泛應用于制造業，如數控機床、自動化生產線和機器人等設備。化工行業過程控制對于化工行業的生產安全和產品質量至關重要，如溫度、壓力和液位等參數的精確控制。過程控制的應用領域PART02過程控制系統的基本原理控制器接收偏差信號，按一定控制規律發出控制信號，使被控變量恢復到期望值。控制系統的組成要素01被控對象需要控制的設備或過程，如溫度、壓力、流量等。02傳感器及變送器將被控對象的非電信號轉換為電信號，并傳送到控制器。03執行機構接收控制信號，驅動被控對象，改變其狀態或參數。04穩定性系統受到擾動后，能夠恢復到原來穩定狀態的能力。準確性系統輸出值與期望值之間的偏差，反映系統的控制精度。快速性系統從受到擾動到恢復到穩定狀態所需的時間，反映系統的響應速度。抗干擾性系統對外界干擾的抵抗能力，保持輸出穩定的能力。控制系統的性能指標2014控制系統的穩定性與準確性穩定性是系統正常運行的前提，不穩定的系統無法完成控制任務。準確性是系統控制性能的重要指標，不準確的控制會導致輸出偏離期望值。穩定性與準確性之間存在矛盾，需在設計時進行綜合權衡。通過合理選擇控制策略、調整控制器參數，可以提高系統的穩定性和準確性。04010203PART03過程控制中的測量與傳感器技術非接觸式測量傳感器與被測量物體不接觸，通過測量物體對光的反射、輻射等特性來測量，具有測量范圍大、不破壞被測物體等優點。直接測量將被測量直接與標準量進行比較，得到測量結果的測量方法。間接測量通過對與被測量有函數關系的其他量進行測量，進而推算得到被測量的測量方法。接觸式測量傳感器與被測量物體直接接觸進行測量，具有測量精度高的優點。測量原理及方法傳感器的種類與特點電阻式傳感器將被測量轉換為電阻值的變化，具有測量精度高、穩定性好等特點，但易受溫度影響。電容式傳感器將被測量轉換為電容量的變化，具有高靈敏度、測量范圍大等優點，但易受寄生電容干擾。電感式傳感器將被測量轉換為電感量的變化，具有測量精度高、穩定性好等特點，但測量范圍較小。光電式傳感器利用光電效應將被測量轉換為光量或光信號，具有測量速度快、非接觸測量等特點，但易受光干擾。根據測量對象、測量范圍、測量精度等因素，選擇適合的傳感器類型。選型原則傳感器應采取必要的防護措施，如防塵、防水、防腐蝕等，以提高傳感器的使用壽命和測量精度。防護措施傳感器應安裝在被測物體的合適位置，確保測量準確且不影響被測物體的正常運行。安裝方式定期對傳感器進行校準和維護，確保測量結果的準確性和穩定性。校準與維護傳感器的選型與安裝PART04過程控制中的執行器技術執行器的基本分類按能源形式可分為氣動、液動、電動三大類。執行器的種類與工作原理01氣動執行器以壓縮空氣為動力，結構簡單、動作可靠、平穩、推力大、維修方便、防火防爆，常用于化工、造紙、煉油等生產過程中。02電動執行器能源取用方便，信號傳遞迅速，但結構復雜、防爆性能差。03液動執行器輸出推力很大，但一般不用于化工、煉油等生產過程。04執行器的選型與使用注意事項根據工藝控制要求、介質特性、工作環境等因素，選擇合適的執行器類型。選型原則考慮電源、信號傳輸、防爆要求等方面。電動執行器選型定期檢查執行器的工作狀態，及時處理故障；保證執行器與控制系統的連接正確、可靠；避免執行器過載或長時間工作。使用注意事項考慮氣源壓力、穩定性、控制精度等方面。氣動執行器選型0204010301020304定期清潔執行器內部及外部，保持其干凈、干燥；對需要潤滑的部件進行潤滑。執行器的維護與保養清潔與潤滑根據執行器的工作環境和使用情況，制定預防性維護計劃，以延長執行器的使用壽命。預防性維護及時處理執行器故障，如更換損壞的零件、調整控制參數等。故障處理檢查執行器的密封性、磨損情況、氣源或電源是否正常等。定期檢查PART05過程控制中的控制策略與算法PID控制算法由比例、積分和微分三個環節組成，通過對偏差進行比例、積分和微分運算，從而實現對被控對象的控制。PID控制算法的基本組成PID控制算法具有原理簡單、易于實現、適用面廣、控制參數相互獨立、參數的選定比較簡單等優點。PID控制算法的優點PID控制算法在過程控制中得到了廣泛應用，特別適用于“一階滯后+純滯后”與“二階滯后+純滯后”的控制對象。PID控制算法的應用場景PID控制算法的原理及應用010203模糊控制算法的原理及應用模糊控制算法的關鍵技術模糊控制算法的關鍵技術包括論域的劃分、隸屬度的確定以及模糊級別的劃分等，這些技術的合理應用能夠直接影響控制效果。模糊控制算法的應用場景模糊控制算法特別適用于多輸入單輸出的控制系統，如變頻器的電壓和頻率控制等，能夠有效避免升速過快對電動機使用壽命的影響以及升速過慢影響工作效率的問題。模糊控制算法的基本思想模糊控制算法采用模糊集合理論，通過模擬人的思維方式和控制經驗，實現對被控對象的模糊控制。030201預測控制預測控制是一種基于模型的控制策略，通過預測未來系統狀態并計算最優控制策略，實現對系統的優化控制。其他先進控制策略簡介自適應控制自適應控制是一種能夠在線調整控制器參數的控制策略，通過實時監測系統運行狀況并調整控制器參數，使系統始終保持在最優狀態。智能控制智能控制是一種基于人工智能技術的控制策略，通過模擬人類智能實現對復雜系統的控制，具有自學習、自適應和自組織等特點。PART06過程控制系統的設計與實施控制系統的需求分析控制系統需求分析的基本任務確定被控對象、控制目標和控制方式，分析控制系統的性能要求。控制系統性能要求包括穩定性、準確性、快速性、抗干擾性等指標。控制系統可行性分析從技術、經濟、安全等方面進行綜合評估，確定最佳控制方案。控制系統的硬件設計傳感器與執行器選擇根據被控對象的特性和控制要求，選擇合適的傳感器和執行器。控制器設計選擇合適的控制器類型和參數，如PID控制器、模糊控制器等，實現控制算法。信號處理與傳輸設計合理的信號采集、處理和傳輸電路，保證信號的準確性和穩定性。人機交互界面設計設計易于操作、直觀明了的人機交互界面，方便操作人員監控和調節。軟件總體架構設計根據控制系統的需求，設計軟件總體架構，包括功能模塊、數據流等。控制算法實現編寫控制算法程序，實現控制器的控制邏輯和策略。人機交互界面開發開發人機交互界面，實現操作人員與控制系統之間的信息交互。系統測試與優化對控制系統進行軟件測試和硬件測試，發現并修復問題，優化系統性能。控制系統的軟件設計與編程PART07過程控制系統的調試與優化01020304在單獨測試的基礎上，逐步恢復各回路之間的聯系，進行整體測試，確保系統整體性能。控制系統的調試方法與步驟聯動測試記錄調試過程中的各項參數和測試結果，形成完整的調試文檔。調試記錄與文檔在系統正常運行后，逐步增加負荷，測試系統的穩定性和可靠性。負荷測試切斷與其他回路的聯系，對每個控制回路進行單獨測試，確保回路正常工作。單獨測試控制回路穩定性評估通過觀察系統在不同負荷下的穩定性，評估控制系統的穩定性。控制系統的性能評估與優化建議01準確性評估對比系統實際輸出與設定值的差異，評估控制系統的準確性。02快速性評估在系統受到擾動后，觀察系統恢復到設定值的速度，評估控制系統的快速性。03優化建議根據評估結果，對控制器參數進行調整，以提高系統性能；優化控制回路結構，減少回路間的耦合；提高系統抗干擾能力。04包括傳感器故障、執行器故障、控制器故障等。根據故障現象，按照從簡單到復雜的順序進行排查；利用系統自帶的診斷功能進行定位。更換故障部件；調整部件參數；修復損壞的線路或連接。定期對系統進行維護；加強對關鍵部件的監測與保護；提高操作人員的技能水平。控制系統故障排查與解決方案常見故障類型故障排查方法故障解決方案故障預防措施PART08過程控制的發展趨勢與挑戰工業自動化與智能制造通過智能傳感器、執行器、控制器和通信技術的集成，實現生產過程的高度自動化和智能化。數據驅動的過程控制借助大數據、云計算和人工智能技術，對生產數據進行實時采集、分析和處理，優化過程控制策略。先進控制系統與算法如模型預測控制、神經網絡控制、模糊控制等，提高控制精度和魯棒性。過程控制技術的最新發展動態現代工業過程越來越復雜，且存在諸多不確定性因素，給過程控制帶來極大挑戰。復雜性與不確定性市場變化快速，需要生產過程能夠快速調整，以滿足多品種、小批量的生產需求。高效與柔性生產需求節能減排、綠色生產成為企業發展的重要方向，過