化工仪表的过程控制系统的发展、组成.docx

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1、化工仪表的过程控制系统的发展、组成1、过程控制的发展概况在过程控制发展的历程中，生产过程的需求、控制理论的开拓和控制技术工具和手段的进展三者相互影响、相互促进，推动了过程控制不断的向前发展。纵观过程控制的发展历史，大致经历了以下几个阶段：20世纪40年代:手工操作状态，只有少量的检测仪表用于生产过程，操作人员主要根据观测到的反映生产过程的关键参数，用人工来改变操作条件，凭经验去控制生产过程。20世纪40年代末50年代：过程控制系统：多为单输入、单输出简单控制系统过程检测：采用的是基地式仪表和部分单元组合仪表（气动I型和电动I型）；部分生产过程实现了仪表化和局部自动化控制理论：以反馈为中心的经典

2、控制理论20世纪60年代:过程控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。自动化仪表：单元组合仪表（气动型和电动型）成为主流产品。60年代后期，出现了专门用于过程控制的小型计算机，直接数字控制系统和监督计算机控制系统开始应用于过程控制领域。控制理论：出现了以状态空间方法为基础，以极小值原理和动态规划等最优控制理论为基本特征的现代控制理论，传统的单输入单输出系统发展到多输入多输出系统领域。20世纪7080年代：微电子技术的发展，大规模集成电路制造成功且集成度越来越高（80年代初一片硅片可集成十几万个晶体管，于是32位微处理器问世），微型计算机的出现及应用都促使控制系统发展。过程控

3、制系统：最优控制、非线性分布式参数控制、解耦控制、模糊控制自动化仪表：气动In型和电动In型，以微处理器为主要构成单元的智能控制装置。集散控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（P1C）.工业PC机、和数字控制器等，已成为控制装置的主流。集散控制系统实现了控制分散、危险分散，操作监测和管理集中。控制理论：形成了大系统理论和智能控制理论。模糊控制、专家系统控制、模式识别技术20世纪90年代至今：信息技术飞速发展。过程控制系统：管控一体化现场，综合自动化是当今生产过程控制的发展方向。自动化仪表：总线控制系统的出现，引起过程控制系统体系结构和功能结构上的重大变革。现场仪表的数字化和智能化，形成了真正意

4、义上的全数字过程控制系统。各种智能仪表、变送器、无纸纪录仪。人工智能、神经网络控制。2、自动化技术的应用范畴(1)宇航方面：(现代控制理论)同步卫星与地面接收站直接对应，偏差影响收看效果(随动控制系统)卫星的发射与回收(神州3号卫星，哥伦比亚号航天飞机)自动关机、点火系统(2)军事方面：火炮自动点火、巡航导弹(3)其他方面:农业(病虫害防治、专家系统)社会科学(计划生育，人口增长模型)(4)现代管理：办公自动化(以计算机技术和现代通信技术为主体的综合处理与办公活动相关的语言、数据、图像、文字等人及信息系统。(5)工业生产：自动车床、加热炉、发酵罐3、过程控制系统的特点过程控制系统与其他自动控制

5、系统相比，有如下几个特点：(1)生产过程的连续性在过程控制系统中，大多数被控过程都是以长期的或间歇形式运行，在密闭的设备中被控变量不断的受到各种扰动的影响。(2)被控过程的复杂性过程控制涉及范围广：石化过程的精微塔、反应器；热工过程的换热器、锅炉等。被控对象较复杂：动态特性多为大惯性，大滞后形式，且具有非线性、分布参数和时变特性。(3)控制方案的多样性被控过程对象特性各异，工艺条件及要求不同，过程控制系统的控制方案非常丰富。包括：常规P1D控制、改进P1D控制、串级控制、前馈-反馈控制、解耦控制；为满足特定要求而开发的比值控制、均匀控制、选择性控制、推断控制；新型控制系统，如模糊控制、预测控制

6、、最优控制等。4、过程控制的主要内容(1)自动检测系统利用各种检测仪表对工艺参数进行测量、指示或记录如：加热炉温度、压力检测(2)自动信号和联锁保护系统自动信号系统：当工艺参数超出要求范围，自动发出声光信号联锁保护系统：达到危险状态，打开安全阀或切断某些通路，必要时紧急停车如：反应器温度、压力进入危险限时，加大冷却剂量或关闭进料阀(3)自动操纵及自动开停车系统自动操纵系统：根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作如：合成氨造气车间煤气发生炉，按吹风、上吹、下吹、吹净等步骤周期性地接通空气和水蒸汽自动开停车系统：按预先规定好的步骤将生产过程自动的投入运行或自动停车(4)自动控制系统：

7、利用自动控制装置对生产中某些关键性参数进行自动控制，使他们在受到外界扰动的影响而偏离正常状态时，能自动的回到规定范围。化工仪表：过程控制系统的组成利用自动控制装置构成的过程控制系统，可以在没有人直接参与的条件下，使这些工艺参数能自动按照预定的规律变化。1、过程控制系统实例(1)锅炉汽包水位控制。在锅炉正常运行中，汽包水位是一个重要的参数，它的高低直接影响着蒸汽的品质及锅炉的安全。水位过低，当负荷很大时，汽化速度很快，汽包内的液体将全部汽化，导致锅炉烧干甚至会引起爆炸；水位过高会影响汽包的汽水分离，产生蒸汽带液现象，降低了蒸汽的质量和产量，严重时会损坏后续设备。执行器图1-2锅炉汽包水位控制系图

8、1.2锅炉汽包水位控制示意图眼检测元件(变送器)要想实现对汽包水位的控制，首先应随时掌握水位的变化情况脑控制器控制器将接收到的测量信号与预先规定的水位高度进行比较。如果两个信号不相等，表明实际水位与规定水位有偏差，此时控制器将根据偏差的大小向执行器输出一个控制信号，手执行器执行器即可根据控制信号来改变阀门的开度，从而使进入锅炉的水量发生变化，达到控制锅炉汽包水位的目的。(2)发酵罐温度控制发酵罐是间歇发酵过程中的重要设备，广泛应用于微生物制药、食品等行业。发酵罐的温度是影响发酵过程的一个重要参数。因为微生物菌体本身对温度非常敏感，只有在适宜的温度下才能正常生长代谢，而且涉及菌体生长和产物合成的

9、酶也必须在一定的温度下才能具有高的活性。温度还会影响发酵产物的组成。因此，按一定的规律控制发酵罐的温度就显得非常重要。发酵罐温度控制系统示意图影响发酵过程温度的主要因素有微生物发酵热、电机搅拌热、冷却水的流量及本身的温度变化以及周围环境温度的改变等。一般采用通冷却水带走反应热的方式使罐内温度保持工艺要求的数值。对于小型发酵罐，通常采用夹套式冷却形式。实现对发酵罐温度的控制，可使用温度检测仪表（如热电偶、热电阻等）测量罐中的实际温度，将测得的数值送入控制器，然后与工艺要求保持的温度数值进行比较。如果两个信号不相等，则由控制器的输出控制冷却水阀门的开度，改变冷却水的流量，从而达到控制发酵罐温度的目

10、的。2、过程控制系统的组成一个过程控制系统一般由两部分组成。需要控制的工艺设备或机器（被控过程）自动控制装置（反应器、精储塔、换热器、压力罐（控制器、执行器、测量元件及变送器）储槽、加热炉、压缩机、泵、冷却塔）几个常用术语：被控过程（对象）工艺参数需要控制的生产过程设备或机器等。如锅炉汽包，发酵罐。被控变量被控对象中要求保持设定值的工艺参数。如汽包水位、发酵温度。操纵变量受控制器操纵，用以克服扰动的影响使被控变量保持设定值的物料量或能量。如锅炉给水量和发酵罐冷却水量。扰动量除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。如蒸汽负荷的变化、冷却水温度的变化等。设定值被控变量的预定值。偏差(e)被控变量的设定值与实际值之差。在实际控制系统中，能够直接获取的信息是被控变量的测量值而不是实际值，因此，通常把设定值与测量值之差作为偏差。