制造过程控制培训课件

制造过程控制培训课件第一章制造过程控制概述定义与重要性质量与效率影响制造过程控制是指通过监测、调节和有效的过程控制能够显著降低产品不优化生产过程中的关键参数，确保产良率，提高生产效率，减少能源消耗，品质量稳定、生产安全高效的技术体确保生产过程的可重复性和一致性，系它是现代制造业的核心支撑技术是企业竞争力的关键因素典型应用场景制造过程控制的核心目标01资源利用优化稳定性保障通过精确控制实现原材料、能源的高效利用，减少生产过程中的浪确保生产过程在设定参数范围内平稳运行，避免波动和异常，保证产品费，提升资源转化率质量的一致性和可靠性自动化升级02安全性保证减少人工干预，实现生产过程的自动调节和优化，提高生产效率和产品一致性通过实时监控和预警机制，防止生产事故发生，保护设备和人员安全，降低生产风险智能化转型03经济性提升结合人工智能和大数据分析，实现预测性维护、智能决策和自适应优化，推动制造业向智能化方向发展优化资源配置，降低能耗和原材料浪费，提高设备利用率，实现成本控制和效益最大化现代制造车间采用先进的自动化生产线，配备集成控制系统实时监控各项生产参数，确保生产过程稳定高效监控界面直观显示关键工艺指标，帮助操作人员快速响应异常情况第二章过程控制系统组成与基本原理被控对象生产过程中需要控制的设备或工艺环节，具有特定的动态特性，如时间常数、增益、滞后等，是控制系统作用的目标传感器检测将物理量（温度、压力、流量等）转换为电信号，实时采集过程变量常见类型包括热电偶、压力变送器、流量计等控制器运算接收传感器信号，根据控制算法计算偏差并生成控制指令包括、、单回路PLC DCS控制器等多种形式执行器调节接收控制器指令，调节物料、能量输入，改变被控对象状态常见执行器有调节阀、变频器、加热器等这四个要素构成闭环控制回路，通过持续的测量比较调节循环，实现生产过程的自动控制--过程控制系统的性能指标关键性能维度调节质量评价标准评价过程控制系统优劣的核心标准包括多个维度，每个指标都直接影响生产效果和经济效益1超调量稳定性过渡过程中被控变量超过设定值的最大偏差，通常要求小于系统在扰动后能否恢复平衡，是控制系统最基本的要求5-10%准确性2稳态时被控变量与设定值的偏差大小调节时间从扰动开始到进入稳态允许误差范围所需的时间，越短越好响应速度系统对设定值变化或扰动的反应快慢3振荡衰减比相邻两次振荡幅度的比值，理想值为，确保快速收敛4:14余差稳态时的残余误差，高精度控制要求余差接近零第三章常用控制算法及调节方法控制器的三种作用机制PID比例控制积分控制微分控制P ID控制作用与偏差成正比，响应快速但存在余消除稳态余差，控制作用取决于偏差的累积根据偏差变化趋势提前调节，抑制振荡，提差比例增益越大，控制作用越强，但过积分时间越小，积分作用越强，但可能引高系统稳定性微分时间越大，超前调节Kp TiTd大会导致系统振荡起振荡作用越明显优点简单直接，响应迅速优点彻底消除余差优点减少超调，加快响应•••缺点无法消除稳态误差缺点响应滞后，可能过调缺点对噪声敏感•••适用变化缓慢的过程适用需要高精度的场合适用大滞后、大惯性系统•••高级控制策略串级控制前馈控制分程控制采用主副两个控制回路，提高抗干扰能力和控根据扰动变化提前调节，与反馈控制结合使用，一个控制器控制两个或多个执行器，实现宽范制精度，适用于大滞后、大扰动过程显著提升系统性能围调节或正反作用切换控制调节实例PID典型温度控制回路的参数整定调节不当的典型问题在工业加热炉温度控制中，合理的参数整定至关重要以一个实际案例PID说明比例作用过强01初始测试温度持续振荡，峰值偏差±，调节时间超过分钟，影响产品质量和能耗15℃30设定温度，采用临界比例度法，逐步减小比例带直至系统等幅振荡350℃积分作用过强02温度大幅超调至，超调量达，存在过热风险，调节过程缓慢参数计算370℃20℃记录临界比例度和振荡周期分钟，按经验公式计算初始参数δk=40%Tk=8优化后效果超调量降至，调节时间缩短至分钟，温度波动控制在±范围内，产品合格率提5℃122℃03升8%精细调整根据实际响应曲线微调参数，最终确定，，Kp=

0.6Ti=4min Td=1min控制曲线对比图展示了不同参数设置对系统响应的显著影响红色曲线代表纯比例PID控制，响应快但存在稳态误差；蓝色曲线为控制，消除了余差但有轻微超调；绿色曲PI线为优化的控制，实现了快速响应、小超调和零余差的理想控制效果PID第四章关键过程变量测量仪表温度测量仪表热电偶利用热电效应，测量范围宽（），响应快，适用于高温场合-200~1800℃热电阻基于电阻温度系数，精度高（±），稳定性好，适用于中低温精密测量

0.1℃压力测量仪表波纹管压力表机械式，结构简单可靠，适用于一般工业场合应变式压力表电子式，精度高响应快，可实现远传和数字显示，广泛应用于自动化系统流量测量仪表孔板流量计结构简单成本低，适用于清洁介质的流量测量电磁流量计无压损，精度高（±），适用于导电液体，特别是含固体颗粒或腐蚀

0.5%性介质液位测量仪表浮子液位计直观可靠，适用于常压储罐的现场指示雷达液位计非接触测量，不受介质特性影响，精度高（±），适用于复杂工况和3mm高精度要求场合仪表选型与安装注意事项仪表选型的关键考虑因素安装与维护要点工艺参数匹配安装位置选择根据测量范围、精度要求、介质特性（温度、压力、粘度、腐蚀性）选择1温度传感器应避开加热元件直接辐射，压力表应安装在无振动、适合的仪表类型和材质便于观察的位置，流量计需保证上下游直管段长度要求环境条件适应配管与接线考虑安装环境的温度、湿度、振动、电磁干扰等因素，选择防护等级和抗干扰性能合适的仪表2正确选用导压管材质和规格，防止泄漏和堵塞；信号线应采用屏蔽电缆，远离动力线，避免电磁干扰经济性与可维护性综合考虑初始投资、运行成本、维护难度和备品备件供应情况，选择性价定期校验维护比高的方案3建立仪表台账和校验计划，定期进行精度校验和零点校准，及时系统兼容性发现和处理故障隐患，确保测量准确可靠确保仪表的输出信号、通讯协议与控制系统兼容，便于集成和数据交互第五章过程控制系统设计与实现需求分析1明确工艺要求、控制目标、性能指标，进行可行性研究和方案比较2方案设计确定控制方案、系统架构、硬件配置，编制控制系统设计说明书详细设计3绘制控制流程图、分配表、接线图，编写控制程序和组态画面I/O4系统集成硬件安装接线、软件调试、网络配置，进行单机和联动调试试运行验收5性能测试、操作培训、文档移交，正式投入生产运行与的技术对比DCS PLC集散控制系统（）可编程逻辑控制器（）DCS PLC分散控制、集中监视，可靠性高逻辑控制能力强，响应速度快••适用于大型连续过程控制适用于离散制造和顺序控制••组态灵活，图形化编程编程语言标准化（梯形图、结构化文本）••优秀的过程可视化和数据管理成本相对较低，维护简便••典型应用石化、电力、冶金行业典型应用汽车、包装、机械加工••组态软件的作用提供图形化的工程开发环境，无需编程即可实现控制逻辑、人机界面、数据采集和报表功能，大幅缩短项目周期，降低开发难度生产过程控制系统设计案例案例一碱洗塔控制系统DCS工艺背景设计方案碱洗塔用于去除气体中的酸性成分，需要精确控制碱液浓度、流量和塔内压力，采用系统实现多变量协调控制，主控回路稳定塔内压力，副回路快速调节进料阀门值控制采用前馈反馈复合控制，DCS pH-确保净化效果和系统安全提前补偿进料酸度变化设置多重安全联锁，确保异常工况下系统安全停车控制要点实施效果碱液值串级控制•pH

98.5%15%进料流量与碱液补充联锁•塔压超限自动泄压保护•净化率碱液消耗温度监控与报警•提升个百分点降低成本显著30安全事故运行稳定可靠案例二单容水箱液位控制系统这是一个经典的教学和验证案例，通过组态软件实现液位的自动控制系统包括液位传感器、控制器和进水阀门通过参数整定，实现快速准确的液位跟踪，响应时间控制在秒以内，超调量小于，是PID305%学习过程控制的理想平台系统组态界面展示了直观的图形化编程环境左侧为控制回路配置区，可拖拽配置DCS控制块、逻辑运算块等功能模块；中央为工艺流程监控画面，实时显示温度、压力、PID液位等关键参数和设备运行状态；右侧为趋势曲线和报警信息窗口工程师通过组态软件可高效完成系统开发和维护工作第六章制造过程中的故障诊断技术故障诊断的意义与目标制造过程中设备故障会导致停机损失、质量下降甚至安全事故故障诊断技术通过监测设备运行状态，及时发现异常征兆，预测故障发生，实现从事后维修到预防维护的转变，显著提高设备可靠性和生产效率及时发现故障准确定位原因在故障初期或萌芽阶段识别异常，避免故障扩大造成更大损失通过信号分析确定故障部位和类型，为维修提供准确指导预测故障趋势优化维护策略基于历史数据和模型预测设备剩余寿命，合理安排维护计划从定期维护转向状态维护，降低维护成本，提高设备利用率状态监测与信号分析方法振动监测温度监测油液分析通过加速度传感器采集振动信号，进行频谱分析，利用红外热像仪或温度传感器监测关键部位温升，检测润滑油中的金属颗粒、水分、酸值等指标，识别不平衡、轴承磨损、齿轮故障等发现摩擦、过载等异常评估设备磨损程度故障诊断技术应用实例旋转机械状态监测制造过程质量监测液压系统故障诊断某石化企业的大型压缩机组采用在线振动监测系汽车零部件生产线集成了机器视觉检测系统，对注塑机液压系统安装了压力、流量、温度多参数统，通过个振动传感器实时采集轴承和机体振每个产品进行在线检测系统采用深度学监测装置通过建立正常工况数据基线，系统能8100%动数据系统自动进行频谱分析，提前周习算法识别缺陷，检测速度达到每分钟件，自动识别泵磨损、阀卡滞、油路堵塞等故障某FFT3120发现了轴承外圈剥落的早期征兆，避免了突发故准确率实时统计分析帮助快速定位工艺次诊断发现油液污染导致比例阀性能下降及时

99.5%,障，减少停机损失超过万元问题，不良品率从降至更换滤芯和油液，恢复了系统性能，保证了产品

2001.2%

0.3%成型质量第七章过程控制系统的安全与环保要求过程安全管理基本原则环保与节能体现本质安全设计排放监控与治理从源头消除危险因素，采用安全的工艺路线、设备和控制方案实时监测废气、废水、废渣排放指标，自动控制治理设施运行，确保达标排放某化工厂通过过程控制优化，排放降低多层保护措施COD40%建立基本控制层、报警层、安全联锁层、物理泄放层等多道防线能源优化管理故障安全原则精确控制能源消耗，回收余热余压，优化用能设备运行某钢厂通过加热炉温度优化控制，能耗降低，年节约成本万元系统故障时自动转入安全状态，避免危险工况持续或扩大12%800应急响应机制资源循环利用制定应急预案，配备应急设施，定期演练，确保异常情况下快速有效处置控制系统支持物料循环、废物再利用工艺，提高资源利用效率某造纸厂实现水循环利用率从提60%升至85%社会经济环境影响先进的过程控制技术不仅提升企业经济效益，更在保障生产安全、减少环境污染、促进可持续发展方面发挥关键作用，是实现绿色制造和高质量发展的重要支撑第八章先进过程控制与智能制造趋势模糊控制神经网络模拟人类经验和直觉的控制方法，适用于难以通过学习历史数据建立非线性模型，实现自适建立精确数学模型的复杂过程，如水泥窑温度应控制和故障诊断，如炼钢转炉终点预测控制大数据分析人工智能挖掘生产数据价值，发现隐藏规律，持续优深度学习、强化学习等技术应用于过程优AI化工艺参数，提升生产效率和产品质量化、质量预测、能耗管理，实现智能决策工业物联网数字化转型海量设备互联互通，实时采集生产数据，为大建立数字孪生模型，实现虚拟调试、过程仿真、数据分析和智能优化提供基础预测性维护，加速创新迭代这些先进技术相互融合，形成智能制造的技术体系，推动制造业向自动化、网络化、智能化方向发展过程控制智能化案例预测性维护实践智能传感器应用航空发动机制造商利用机器学习算法分析设备振动、温度、功率等多某制药企业部署了新型智能温湿度传感器，具备边缘计算能力，能自维数据，建立设备健康评估模型系统能提前个月预测轴承故障、1-2诊断、自校准、自适应补偿传感器通过无线网络上传数据，测量精刀具磨损等问题，设备非计划停机时间减少，维护成本降低60%35%度提升至±±，电池寿命达年，大幅降低维护成本

0.1℃/1%RH5异常检测系统过程优化AI电子组装生产线部署了基于计算机视觉的智能质检系统系统采用卷某炼化企业采用深度强化学习技术优化加热炉操作系统通过与仿积神经网络实时检测元器件缺失、焊点缺陷、极性错误等问题，检测AI真环境交互学习最优控制策略，自动调节燃料配比和空气流量实施速度达每秒板，准确率，漏检率从人工检测的降至

1099.8%

0.5%后，加热炉热效率提升，年节约燃料费用超过万元，同时

2.5%

10000.02%排放降低NOx18%智能制造工厂的数字孪生模型将物理世界与数字世界深度融合通过传感器和物联网技术生产设备、产品、物流的实时状态同步映射到虚拟空间数字孪生模型支持生产过程,可视化、工艺参数优化、故障预测、虚拟调试等功能，实现生产全流程的智能监控和优化决策，是智能制造的核心技术平台第九章过程控制系统维护与运行管理控制系统日常维护要点运行数据分析建立完善的数据采集和分析机制，充分挖掘运行数据价值硬件巡检趋势分析监测关键参数长期变化趋势，发现性能劣化征兆定期检查控制器、模块、电源、仪表等硬件设备运行状态清洁I/O,报警分析统计报警频次和类型，定位系统薄弱环节除尘，紧固接线端子，检查指示灯和显示是否正常能耗分析评估能源消耗水平，寻找节能优化机会质量分析关联工艺参数与产品质量，持续改进控制策略软件备份异常处理流程定期备份控制程序、组态画面、参数设置等关键数据，建立版本管01理制度，确保系统可快速恢复发现异常通过报警、巡检或数据分析发现系统异常网络通讯02监测网络通讯状态，检查通讯线路连接，测试网络延迟和丢包率，应急处置确保数据传输稳定可靠采取临时措施确保生产安全和连续性仪表校验03原因分析按周期进行传感器和执行器的精度校验和功能测试，及时更换老化和故障元件深入调查故障原因，查找根本问题04整改优化实施改进措施，防止问题再次发生过程控制系统常见问题及解决方案控制回路失稳振荡现象被控变量持续周期性波动，无法稳定在设定值附近1原因分析参数整定不当（比例作用过强、积分时间过短）、执行器动作滞后或卡涩、测量信号干扰、回路存在死区PID解决方案重新整定参数，采用阻尼比法或稳定边界法；检查执行器机械状态并润滑维护；增加信号滤波或更换屏蔽电缆；调整控制器输出限幅PID和死区设置测量仪表故障现象显示值跳变、冻结不动、严重偏离实际值，或超出量程范围2排查技巧首先检查电源和信号线连接是否松动；用万用表测量输出信号判断仪表本体是否正常；对比同类仪表读数判断是否漂移；检查安装位置是否受振动、高温、腐蚀等影响处理措施紧固接线端子，更换损坏电缆；现场校验或返厂维修仪表；改善安装环境，增加保护措施系统升级改造3注意事项充分的前期规划和风险评估；选择兼容性好的硬件和软件平台；制定详细的实施方案和应急预案；分阶段实施，避免一次性大范围改动；做好新旧系统的数据迁移和功能验证；对操作人员进行充分培训；保留旧系统快速回退能力，确保生产安全第十章制造过程控制培训总结与展望过程控制知识体系回顾理论基础控制算法控制原理、系统组成、性能指标调节、串级控制、高级控制策略PID运维管理测量仪表日常维护、数据分析、问题处理温度、压力、流量、液位测量技术故障诊断系统设计状态监测、信号分析、预测性维护应用、组态开发、集成实施DCS/PLC关键技能培养建议未来发展趋势展望夯实理论基础深入理解控制原理和数学模型，为实践应用打下坚实基础人工智能与控制系统深度融合，实现自学习、自优化•强化实操训练通过仿真软件和实验平台反复练习，掌握系统调试和故障处理技能数字孪生技术普及应用，虚实结合优化控制策略•培养系统思维从全局视角理解过程控制系统，把握各环节的相互关系和影响边缘计算增强现场智能，降低云端依赖•持续学习更新跟踪新技术新应用，保持知识和技能的时代性和工业互联网推动系统互联互通•5G绿色制造和碳中和目标驱动节能控制技术发展•互动环节案例讨论与问题答疑典型案例分析案例温度控制振荡案例流量测量异常案例通讯故障123PLC某反应釜温度控制系统出现持续振荡，峰值温差达电磁流量计显示值突然跳变，与工艺实际不符排生产线控制系统出现间歇性通讯中断，导致设备误±，严重影响产品质量经分析发现是参数查发现是传感器电极结垢导致测量失准清洗电极动作检查发现是通讯电缆与动力线平行敷设，电8℃PID设置不合理，比例系数过大重新整定参数后，温并改进清洗周期后，测量恢复正常这个案例提醒磁干扰严重重新布线并采用屏蔽电缆后，通讯恢度波动降至±以内，问题圆满解决我们重视仪表维护保养的重要性复稳定，设备运行正常1℃常见问题解答参数如何快速整定？如何提高测量准确性？Q1:PID Q3:推荐使用临界比例度法或经验法首先消除积分和微分作用，逐步减小比例度直至系正确选型、规范安装、定期校验、防止干扰特别注意安装位置要代表性好、远离干统等幅振荡，记录临界参数，然后按经验公式计算初值，再根据实际响应微调扰源、便于维护和如何选择？智能制造需要哪些准备？Q2:DCS PLCQ4:大型连续过程优选，注重过程可视化；离散制造和逻辑控制优选，注重响应设备数字化改造、建立数据采集体系、培养复合型人才、选择合适的信息化平台，循DCS PLC速度也可混合使用，发挥各自优势序渐进推进过程控制培训资源推荐经典教材与参考书目仿真软件与组态工具《过程控制系统》MATLAB/Simulink俞金寿编著系统全面的过程控制理论与应用教材强大的控制系统建模仿真平台，支持算法开发和系统分析，广泛应用于教学和研-究《自动控制原理》胡寿松主编经典控制理论基础教材组态王/WinCC-国内外主流组态软件，提供丰富的控制和监控功能，支持多种通讯协议《化工仪表及自动化》SCADA厉玉鸣主编化工行业过程控制实用手册-TIA Portal《智能制造技术基础》西门子全集成自动化软件平台，集编程、组态、网络配置于一体PLC HMI李培根等编著智能制造前沿技术介绍-在线课程与视频资源学习建议理论学习与实践操作相结合，充分利用仿真软件进行虚拟实验，积极参与项目实践积累经验加入专业社区和论坛，与同行交流分享，持续跟踪中国大学《过程控制与自动化仪表》课程行业动态和技术发展•MOOC-网易云课堂编程与应用系列课程•-PLC站主技术分享工控实战案例讲解•B UP-工控网在线学院自动化技术专业培训•-过程控制系统相关标准与规范国家及行业标准简介GB/T50093HG/T20507工业自动化仪表工程设计规范规定了仪表选型、安装、配管配线等设计要求，是工程设计的基本依据自动化仪表选型设计规定化工行业仪表选型的专业标准，涵盖各类测量仪表GB/T50171GB50058电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范明确了控制系统硬件安装的质量标准和验收方法爆炸危险环境电力装置设计规范危险场所仪表和控制系统设计必须遵循的安全规范GB/T17215GB/T50430工业过程测量和控制系统用智能变送器规定了智能变送器的技术要求和测试方法建设工程施工现场安全技术规范控制系统施工安装的安全管理要求标准与国际规范ISAISA-

5.1ISA-84仪表符号和标识标准，规范了图中的仪表表示方法功能安全标准（），定义了安全仪表系统的设计和管理要求PID IEC61511SISISA-95ISA-99企业控制系统集成标准，规范了与控制系统的接口和数据模型工业自动化和控制系统安全标准（），保障系统免受网络攻击MES IEC62443标准在设计与实施中发挥着重要作用，确保系统的规范性、安全性和可靠性工程人员应熟悉并严格执行相关标准，保证工程质量过程控制系统项目管理要点项目启动与规划1明确项目目标和范围，组建项目团队，制定项目计划和进度表，识别关键风险，确定质量和成本目标2需求分析与设计深入理解工艺需求，进行控制方案设计，编制设计文件（清单、控制逻辑、组态画面），组织设计评审I/O采购与制造3编制采购规格书，选择合格供应商，监督设备制造质量，进行出厂检验和测试，确保符合技术要求4安装与调试编制安装施工方案，现场安装配管配线，单机和回路调试，系统集成联调，性能测试和验证试运行与验收5制定试运行方案，小时性能考核，培训操作维护人员，编制竣工文档，组织验收交付726运维与优化建立运维管理制度，定期维护保养，性能监测分析，持续改进优化，实现系统长期稳定运行风险管理关键点质量控制措施技术风险新技术应用、系统兼容性建立三级质量检查体系••进度风险关键路径延误、资源冲突关键节点设置质量控制点••质量风险设计缺陷、施工质量严格执行设计评审和变更管理••安全风险施工安全、系统安全加强过程监督和文档管理••成本风险设计变更、价格波动做好测试验证和问题闭环••过程控制技术在不同行业的应用石油化工行业制药行业食品制造与环保应用特点大型连续生产过应用特点法规严格，食品制造啤酒发酵温度自GMP程，工艺复杂、参数多、耦要求全程可追溯，环境洁净动控制、乳制品巴氏杀菌精合性强，对安全性和稳定性度高，批次管理和电子记录确控温、饮料灌装线高速自要求极高至关重要动化、烘焙温度曲线控制保证产品一致性典型应用炼油装置系典型应用发酵罐温度DCS pH统、催化裂化装置先进控制、溶氧多参数控制、无菌灌装环保控制污水处理厂溶解乙烯裂解炉优化控制、储罐线自动化、洁净空调系统温氧自动控制降低能耗、30%区自动化管理湿度压差控制、批次管理和垃圾焚烧炉温度和烟气排放电子批记录系统联合控制、脱硫脱硝装置精技术亮点多变量预测控制确喷氨控制达标排放、实时优化、安技术亮点MPC RTO21CFR Part11全仪表系统三取二冗余电子签名合规、审计追踪功共同特点注重卫生安全、SIS配置、先进过程控制提能、无纸化记录、灭菌过程能耗管理和环保达标，自动APC升装置效益验证技术应用化程度不断提升5-15%PAT过程控制技术在各行各业展现出多样化的应用场景和控制需求从石化行业的大型系统到制药行业的合规控制，从食品加工的温度精控到环DCS GMP保领域的排放监测，不同行业对控制系统的功能、性能、安全和法规要求各有侧重，体现了过程控制技术的广泛适用性和专业化发展趋势结束语迈向高效智能的制造未来过程控制制造之基核心竞争力持续学习创新携手共进未来过程控制技术是制造业的核心竞争力，技术发展日新月异，从传统到人工让我们携手并进，在各自的岗位上不PID直接影响产品质量、生产效率、成本智能，从单机控制到智能制造只有断精进技术、分享经验、传承知识，控制和安全环保掌握先进的过程控保持持续学习的态度，紧跟技术前沿，共同推动制造过程控制技术进步，为制技术，是企业在激烈市场竞争中立勇于创新实践，才能不断提升专业能实现智能制造和高质量发展贡献力量！于不败之地的关键力，推动行业进步感谢参与持续交流感谢各位学员的积极参与和认真学习，希望本次培训对欢迎随时联系交流技术问题，共同探讨过程控制领域的您有所帮助最新发展学以致用将所学知识应用到实际工作中，在实践中不断提升和完善。