过程控制系统工程设计.ppt

北京科技大学自动化学院 无为而治 和谐发展 北京科技大学自动化学院 无为而治 和谐发展 * 北京科技大学自动化学院 过程控制系统工程设计 * 北京科技大学自动化学院 目 录 控制系统对象的机理分析 控制目标与性能指标 控制系统的信息反馈与执行机构 控制系统的结构设计与功能分配 控制系统的综合指标 大型控制系统的设计步骤 * 北京科技大学自动化学院 1. 控制系统对象的机理分析 1.1 被控对象的物理化学运动过程分析 例如：炼钢过程是去杂质、定碳的过程； 炼铁过程是熔化过程； 轧钢过程是压力作用下的朔性变形的过程； 加热炉是温度场的升稳降温的过程等。 对于某些非工业过程系统，被控对象的运动过程并不一定符合物理化学特性，甚至是非物质性的。例如社会学系统。本课程面向工业过程系统。 * 北京科技大学自动化学院 1. 控制系统对象的机理分析 1.2 被控对象输出机理分析。输出量是过程参数，但是不一定是系统的目标参数，二者关系需要分析。 例如：空调的输出是制冷（热）量，并非是目标参数，而空调的目标参数是室内温度； 加热炉的输出与目标参数是同一个变量，即温度； 炼钢的输出参数是终点碳值、终点温度； 炼铁的输出是铁水与炉渣； 电动机的输出是速度与电流等。 * 北京科技大学自动化学院 1. 控制系统对象的机理分析 1.3 被控对象输入机理分析。输入量是过程参数，是控制系统行为的手段，但是不一定是系统的执行机构。 例如：加热炉的输入是重油（煤气、电力），而执行机构是各类阀门； 炼钢输入参数是氧气、废钢、云石； 炼铁的输入参数是焦碳、烧结矿石、热风量； 直流电动机的输入量是电枢电压、电流、磁场电流等。 输入参数往往也是一个子系统。例如：炼钢中的氧枪，炼铁中的热风炉。 * 北京科技大学自动化学院 2. 控制目标与性能指标 2.1 控制目标 控制目标一般比较明确，就是控制的主要目的。 例如：空调的控制目的就是稳定室内温度； 调速电机的控制目的是速度稳定； 轧钢质量控制目的是厚度、板形、表面公差小； 加热炉的目标是温度稳定等。 * 北京科技大学自动化学院 2. 控制目标与性能指标 2.2 控制系统性能指标 单目标性能指标（调速电机的超调、静差、稳态误差、调节时间、动态速降等）； 多目标性能指标（加热炉温度稳定精度，温度动态精度，节能性，最佳燃烧）； 极值连续型性能指标函数（变分、泛函）； 极值离散型性能指标函数（规划、排队）； 统计概率型性能指标函数（方差、概率）。 * 北京科技大学自动化学院 3.控制系统的信息反馈与执行机构 3.1控制系统的信息反馈 完备的控制系统=对象模型+检测仪表+控制器 对于控制系统设计来说，反馈信息十分重要，因为大多数系统控制是反馈控制系统，也只有反馈控制系统才具有较高的精确性和鲁棒性。设计控制系统时要特别关注本项设计。 反馈信息与过程检测仪表相关，很多工业现场的反馈信息是间接测量的，或者是软测量获得的。 * 北京科技大学自动化学院 3.控制系统的信息反馈与执行机构 3.2 控制系统执行机构 执行机构是指单驱动器和执行子系统，单执行机构不外乎电动、电磁、气动、液压控制装置。而子系统也是由若干控制装置组成。 例如：电动的有直流、交流、步进、特种电机； 液压的有开关、比例、伺服系统、液压马达等。 * 北京科技大学自动化学院 4. 控制系统的结构设计与功能分配 系统硬件拓扑结构（集中、分布式、几层、工作站数量、CPU数量、过程I/O接口，特种模块）； 现代系统的通讯结构（网络结构、通讯协议选取、速度、兼容性）； 系统软件结构（系统、工具、功能函数、应用软件、功能分配）； 系统操作结构（人机接口设置、画面设计）。 * 北京科技大学自动化学院 系统硬件拓扑结构 410# 电动APC AGC SML 420# 主速度 活套 SG_APC 430# F1,F2,F3 液压APC 440# F4,F5,F6 液压APC 400# 原ABPLC5/40L系统 DP+ L1-L5电动活套传动系统profibus DP F1-F6主传动系统 TCP/IP 主操纵台和HMI TCP/IP 快速换辊系统 TCP/IP 图2-1 基础自动化控制系统总体配置图 内存映象光纤网 170Mb/s * 北京科技大学自动化学院 5.控制系统的综合指标 系统性能价格比 系统安全性指标 系统运行率指标 系统可维护性 系统可扩展性 系统生命周期 * 北京科技大学自动化学院 6. 大型控制系统的设计步骤 初步设计书（论述控