《过程控制与仪表》课件

过程控制与仪表本课件介绍过程控制和仪表的理论知识和应用案例它将涵盖自动控制系统的基础知识，包括反馈控制、前馈控制和自适应控制课程概述过程控制与仪表课程目标本课程涵盖过程控制系统的设计、分析和优化，以及各种了解过程控制系统工作原理，掌握典型过程控制方法，并测量仪表的使用和维护能够应用于工业过程控制领域培养学生掌握过程控制系统原理、设计方法、应用技巧和能够进行过程控制系统的设计、调试和维护，并具备解决故障诊断能力常见问题的能力过程控制的基本概念过程变量控制目标温度、压力、流量、液位等过程参数，可设定点、期望值，过程控制的目标是使过被测量和控制程变量保持在设定点附近偏差闭环控制实际过程变量与设定点之间的差异，控制包含测量、比较、调节、执行等环节，形系统通过调节来消除偏差成闭环，实现自动控制过程控制系统的组成测量元件信号转换与处理测量元件用于获取过程变量信号转换器将测量元件的输的信息，例如温度、压力、出信号转换为可被控制器识流量等别的标准信号控制器调节元件控制器根据设定值和实际测调节元件根据控制信号，改量值之间的偏差，计算出控变被控对象的输入量，从而制信号，并发送给调节元件实现对过程变量的控制测量元件压力传感器温度传感器流量计液位计压力传感器测量流体或固体温度传感器测量物质的温度流量计测量流体通过管道或液位计测量容器中液体的液压力它们广泛用于工业过它们用于各种应用，例如容器的流速它们在过程控位它们用于监测和控制储程控制，例如监测压力容器控制加热或冷却过程制中用于监测和控制液体或罐或反应器中的液位或管道中的压力气体的流速常用测量仪表温度测量1热电偶，热电阻压力测量2压力传感器，压力变送器流量测量3流量计，涡街流量计液位测量4液位计，超声波液位计这些仪表广泛应用于工业过程控制中，用于测量过程参数，并提供反馈信号给控制器测量仪表的选择应根据具体应用场景和测量精度要求来确定信号转换与处理模拟信号转数字信号信号滤波

1.

2.12将过程变量的模拟信号转消除信号中的噪声确保信,换为计算机可识别的数字号的准确性和稳定性.信号提高数据精度和可靠,性.信号校准信号放大

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4.34校准信号的量程和零点提放大微弱信号方便后续处,,高测量结果的准确度理和分析..调节元件执行机构控制信号控制方式调节元件是过程控制系统的执行机构调节元件接收来自控制器或其他控制比例控制•，根据控制信号改变被控变量的值单元的控制信号，根据信号的强弱改积分控制•常见的调节元件包括阀门、电机、加变被控变量微分控制•热器、制冷机等电子调节器类型功能电子调节器主要分为模拟式电子调节器可以根据设定值和数字式，其中数字式调节和实际测量值之间的偏差，器具有更高的精度、可靠性自动控制执行机构的输出，和灵活性以维持过程变量在设定范围内应用优势广泛应用于工业过程控制、电子调节器具有响应速度快楼宇自动化、环境控制等领、抗干扰能力强、易于维护域等优点编程逻辑控制器PLC的功能的结构的编程PLC PLC PLC是一种专为工业控制而设计的数字通常包括、内存、输入输出采用梯形图、指令列表、功能块图PLCPLCCPU/PLC电子设备，它可以根据程序指令控制模块、通信接口等，可连接各种传感等编程语言，方便工程师编写控制程各种机器和设备器、执行器和其他设备序分布式控制系统DCS集中控制分布式架构

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2.12将多个控制单元连接系统通常包括多个本DCS DCS到中央处理器，实现对整地控制站，负责管理特定个过程的集中控制区域的流程控制可扩展性强人机交互

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4.34系统可以轻松扩展以系统通常提供直观的DCS DCS适应不断变化的生产需求人机界面，允许操作员监，支持多级控制，包括过控过程状态并进行调整程控制、设备控制等过程控制系统故障诊断故障识别故障隔离故障诊断故障修复识别过程控制系统中的故确定故障发生的位置，隔对故障进行详细分析，确根据诊断结果采取相应的障，包括传感器故障、执离故障模块或组件，避免定故障原因和性质，并进修复措施，包括更换故障行器故障、控制器故障等故障蔓延行评估部件、调整参数或进行系统修复使用逻辑分析、信号追踪使用故障诊断工具和专家使用各种诊断方法，例如和故障树分析等技术经验，例如故障代码、报确保修复后的系统正常运数据分析、模式识别和专警信息和历史数据行，并进行验证测试家系统过程控制系统的维护与保养定期检查清洁维护定期检查仪表和设备，确保其正常运行定期清洁设备，防止灰尘和杂质积累，影响设备性能润滑保养及时维修对机械部件进行定期润滑，减少摩擦，延及时修复故障，避免小问题演变成大问题长设备寿命过程控制优化性能指标1目标设定和指标模型分析2系统分析和建模优化策略3算法和方法选择实施验证4实际应用和评估过程控制优化旨在提升生产效率，降低生产成本，提高产品质量通过分析优化控制策略，可以实现生产过程的稳定运行，提高生产效率和产品质量工艺过程建模收集数据收集与工艺过程相关的实际数据这些数据可用于建立模型，分析过程变量之间的关系选择模型根据工艺过程的特性和建模目标选择合适的模型类型常见的模型类型包括线性模型、非线性模型、动态模型等参数估计使用收集到的数据估计模型参数，确保模型能准确地反映工艺过程的实际行为模型验证使用独立的数据集验证模型的预测能力，评估模型的准确性和可靠性模型优化根据验证结果对模型进行优化，提高模型的精度和预测能力控制系统设计确定控制目标1首先，明确控制目标是什么，例如，控制变量、控制范围、控制精度和响应时间选择控制策略2根据控制目标和过程特性，选择合适的控制策略，例如PID控制、模型预测控制或模糊控制设计控制算法3根据所选控制策略，设计具体的控制算法，例如PID参数整定、模型预测控制模型建立或模糊控制规则设计硬件选择与配置4选择合适的传感器、执行器、控制器等硬件设备，并进行配置，确保系统稳定可靠运行软件编程与调试5根据控制算法和硬件配置，编写软件程序，并进行系统调试，确保系统按照预期目标运行控制系统调校与调优控制系统调校是指通过调整控制参数，使系统达到最佳性能调优是在调校的基础上，进一步优化控制参数，提高系统稳定性、快速性和准确性方法描述比例调节改变偏差与输出之间的比例关系积分调节消除静差，提高控制精度微分调节预测偏差变化，提前调节，提高系统稳定性控制系统性能评估响应时间稳定性精度鲁棒性评估控制系统对输入变化测量系统在受到干扰或变评估系统输出与实际过程评估系统在面对噪声、干的响应速度快速响应时化时的稳定程度稳定性变量的偏差高精度有助扰和参数变化时的可靠性间对于快速变化的过程至对于维持过程的正常运行于提高控制的准确性和有鲁棒性对于确保系统在关重要至关重要效性复杂条件下正常工作至关重要过程控制系统安全防护安全操作规程安全警示与标识安全控制装置安全监控系统制定严格的操作规程，防止清晰的警示标识，提醒操作设置安全联锁、紧急停机等实时监控系统运行状态，及人为错误，确保安全运行人员潜在风险，提高安全意装置，防止意外事故发生时发现安全隐患，采取措施识过程控制系统的能源优化能源消耗监测优化控制策略12实时监控过程控制系统中的能源消耗，以便识别浪费和调整控制参数以最大程度地减少能源消耗，例如优化温优化机会度设置或控制流量节能设备可再生能源34采用节能型设备，例如高效电机或变频器，以提高能源考虑使用太阳能、风能或地热能等可再生能源，以减少效率对化石燃料的依赖过程控制系统的环境影响排放控制资源利用过程控制系统可以优化生产通过优化过程控制，可以提效率，减少能源消耗和废物高资源利用效率，减少能源排放，从而减少对环境的影消耗，减少对自然资源的依响赖污染预防可持续发展过程控制系统可以帮助监测过程控制系统在优化生产流和控制污染物排放，减少对程的同时，可以降低环境风空气、水和土壤的污染险，促进可持续发展过程控制的未来发展趋势过程控制正在走向智能化和自动化，数据驱动决策和优化人工智能、机器学习等技术将应用于过程控制系统，实现更精准、更灵活的控制云计算、边缘计算和大数据分析将应用于过程控制，提高系统效率和安全性数字化转型是未来趋势，提高可视化和可追溯性案例分析化工过程控制:化工生产过程通常涉及复杂反应，温度、压力和流量控制至关重要过程控制系统可实现高效安全生产，提高产品质量，降低能耗例如，在合成氨生产过程中，过程控制系统监控反应温度、压力，确保安全稳定运行还可以优化反应条件，提高氨产量，减少废气排放案例分析食品加工过程控制:食品加工过程控制应用广泛，涵盖从原材料处理到包装的各个环节自动控制系统可以提高生产效率，降低人工成本，提高产品质量，保证食品安全温度控制确保食品在最佳温度下加工，防止变质•:流量控制精确控制原料和配料的添加量，保证产品质•:量压力控制控制罐装压力，确保产品密封和保质期•:案例分析电力系统过程控制:电力系统过程控制对于保证电网稳定运行至关重要通过对发电机组、变压器、输电线路等设备进行实时监测和控制，可实现电网电压、频率、功率的稳定调节电力系统过程控制涉及复杂算法和先进技术，如自适应控制、预测控制等，以应对电网运行中的各种突发事件，确保电力供应的可靠性和安全性案例分析制药过程控制:制药过程控制至关重要，涉及药物生产的各个环节，从原料供应到最终产品的包装和储存严格的过程控制确保药物的质量、安全性和有效性制药过程控制的关键要素过程参数的精确测量和控制，例如温度、压力、流量和液位自动化控制系统，包括和，提高生产效率和产品一致性DCS PLC严格的质量管理体系，符合（良好生产规范）的要求GMP讨论与总结课程讲解了过程控制的基本概念、系统组成和应用从测量元件到调节元件、控制系统设计，再到优化和安全防护，涵盖了过程控制的方方面面课程还介绍了不同类型的过程控制系统，包括和DCS PLC本课程内容为同学们后续学习专业课程奠定了基础，并能帮助同学们更好地理解实际生产过程中的控制问题未来同学们可以在实践中不断学习，深入研究，并在工作中将所学知识运用到实际项目中考核与评价课程作业期末考试课堂参与项目实践完成课堂练习，提交实验闭卷考试，考核学生对课积极参与课堂讨论，并能设计并完成一个基于过程报告，参与小组讨论程内容的理解和应用能力提出自己的观点和见解控制的项目，展示对知识的应用学习资源推荐推荐参考书籍《过程控制》第四版《过程控制与仪表技术》第二:,版推荐在线学习平台:Coursera,edX,MOOC推荐相关学术期刊《自动化学报》《控制理论与应用》《过程控制:,,与仪表》答疑与互动课件内容讲解完后，留出时间进行答疑鼓励学生积极提问，针对课堂内容或课后学习中遇到的疑难问题进行交流。