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转 过程控制  

2014-03-05 11:20:39|  分类: 自动化 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一、过程控制的特点
         所谓过程控制系统(Process Control System,简称PCS)是模似现代工业生产过程或对连续性工业生产过程中的物理量,诸如温度、压力、流量、液位等参数,对其进行测量、控制、观察过程参数变化特性,研究过程控制规律的一类系统。与其他控制系统相比,过程控制具有以下几个特点:
1、过程检测控制仪器是过程控制系统的重要组成部分
        一个简单的过程控制系统(例如液位控制系统)由被控过程和过程检测控制仪表(包括压力传感器和调节阀)两部分组成。同时为了方便系统设计并取得预期控制效果,可选用系列化生产的过程控制仪表,组成过程控制系统。再通过对控制器参数进行整定,使系统处于运行的最佳状态,实现对过程最佳控制。
2、被控过程多种多样
         在过程控制中,动态过程一般具有大惯量、大时延的特点,而且常伴有非线性的特征。并且大部分过程的工作机理复杂,至今尚未被人们所完全认识,因此很难用解析的方法得精确的动态数学模型。要设计能适用于各种过程的通用控制系统是比较困难的。
3、控制方案十分丰富
        由于被控过程的多样性,控制方案也有多种。通常有单变量控制,也有多变量控制;有常规仪表控制,也有计算机控制;有常规的PID控制,也有新型的自适应、预测控制、推理控制、模糊控制等方案。
4、过程控制多属慢过程参数控制
        由于被控过程大多具有大惯量、大时延等特点,因而决定了控制过程是一个慢过程。另外,在一些生产中,常用一些物理量来表征生产过程是否正常。这些物理量多半是温度、压力、流量、液位等,对它们控制多半属于参量控制。
5、定值控制是过程控制的一种主要形式
         在目前的多数过程控制系统中,给定值是恒定的或保持在很小范围内变化的。控制的主要目的是在于如何减小或消除外界扰动对被控制量的影响,使生产稳定。因此定值控制是一种主要形式。
二、过程控制的要求和任务
        一般生产中对过程控制的要求是多方面的,最终可归为三项,即安全性、经济性、和稳定性。安全性是指在整个过程生产中,确保人身和设备的安全,这是最重要也是最基本的要求;经济性是指生产同样数量和质量的产品所消耗的能量和原材料最少,即要生产成本低而效率高;稳定性是指具有抑制外部干扰,保证生产过程长期稳定运行的能力。
          过程控制的任务就是在了解掌握工艺流程和生产过程的静、动态特性的基础上,根据上述三项要求,应用控制理论对控制系统进行分析和综合,最后采用适宜的手段加以实现。因此过程控制是控制理论、工艺知识、自动化仪表和计算机技术等方面知识相结合的一门综合应用学科。现以液位过程控制为例来说明控制设计和实现的步骤:
1、定控制目标
           对于给定的液位控制系统,很显然其控制目标就是在可控范围内的任意目标液位高度。
2、选择被控参数
          无论何种控制方案,都需要通过对某些参数的测量来控制和监视整个被控过程。在液位过程控制中,需要随时对液位高度进行监控,以便控制器及时与目标液位进行比较,进而确定控制量的大小。
3、操作量(控制量)的选择
           一般情况下,操作量由工艺确定,在控制系统的设计中没有多大的选择余地。但有在多个可操作量和多个被控量的情况下,使用哪个操作量去控制哪个被控量还是要认真选择。
4、控制方案的确定
           控制方案与控制目标有很大的关系。在水箱液位控制系统中,因只要求达到目标液位高度,则只需采用液位高度控制的方案就可以满足控制要求。
5、选择控制策略
         控制方案决定控制算法。在很多情况下,只需要常规PID控制就可达到目的。对于需要采用高级过程控制算法(如推理算法、预测控制、自适应控制和模糊控制等)的情况,控制方案和控制策略就构成了系统设计的核心内容。在水箱液位控制系统中,可以采用PID控制和模糊控制等算法。
6、执行器的选择
          在确定了控制方案和控制策略后,就要选择执行器,目前可供选择的有气动的和电动的两种,尤以气动执行器应用最为广泛。在本液为控制系统中,最关键的问题,也是最容易被人们忽略的问题,就是如何根据操作量的工艺条件和需要的流量特性来选择适合的流量调节阀。调节阀的规格选得过大和过小,流量特性不匹配,控制系统都难以达到预期控制目标。本系统选择的是比例控制阀及其附带的定位器(控制器)作为执行机构。
7、控制系统的调试、投运和调节器参数的整定
          控制系统设计、安装和软件编写完毕后,就应进行调试运行。按控制要求来检测和调试各控制仪表和控制器的工作情况,包括调节器的参数、控制器参数整定等。
        以上简单介绍了过程控制系统从设计到实现的全过程。由此可见,对于从事过程控制的工作者来说,除掌握控制理论、计算机、仪器仪表知识和现代控制技术以外,还要熟悉生产过程的工艺流程,从控制的角度理解它的静态和动态工作特性。这是设计一个好的控制系统的基础。与此同时,还要对控制方案的实现及所需经费进行比较和分析,使之既满足控制要求又尽可能的降低成本。
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