PLC21050_过程控制基础幻灯片

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1、1,PLC21050 过程控制基础,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,2,过程控制基础,1. 什么是过程？,2. 仪器和控制元件,3. 过程控制的功能,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,3,过程控制基础,1.什么是过程？,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,4,过程控制类型: 连续型,特征 连续不断的原料通过各种加工设备 设备运行在单向，恒定的状态，执行专用的功能 该生产过程很少停止并且生产过程不依赖于运行时间 目的是进行连续生产，不管生产过程的持续时间 连续生产过程举例

2、： 浮法玻璃生产线 水泥窑 燃烧控制 水或废水处理厂,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,5,过程控制类型: 批量型,批量生产是不连续的生产过程. 从原材料开始，对其进行一些加工，按某种方式输送， 然后与一些新的原材料一起重新开始加工。,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,6,过程控制类型: 批量控制,批量生产过程的特征有： 有一个或多个步骤组成，各步骤必须按一定的次序执行 用设备加工一定数量的原材料来生产出一定数量的成品 要生产更多的产品，必须重复生产过程 目标是生产一样的产品，通过重复操作，一批又一批的生产 批

3、量生产过程举例： 啤酒，冰淇凌，以及很多其它食品的生产，这些类型的生产数量都是有限的,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,7,过程控制的定义,用最有效的控制方式来获得期望的产品质量和数量，以这样的方式调节或控制影响过程管理的变量就是过程控制。过程控制包括如下模拟量的闭环控制： 温度 压力 流量 液位 酸碱度,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,8,过程控制的定义,您可能听说过“过程控制”也称为“模拟量控制” ，因为过程控制含有对模拟量回路的控制。例如槽内的温度。 这样的闭环是过程控制的核心,调节阀,与设定值比较温度

4、,温度监测,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,9,生产过程基础,2. 仪器和控制元件,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,10,P&ID (管路和仪表流程图 ),一个过程的详细图形表示法包括管路，容器，阀门和泵 在讨论过程控制的应用时，P&IDs通常是第一个呈现在你面前 P&ID制图显示了仪表类型，信号线，设备功能，甚至装置如何安装等 功能块编程是P&ID的一种延伸,不是“PID”控制环和指令,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,11,过程仪表,多种多样的仪表使过程控制工程

5、师能完成他们的过程控制任务。 在P&ID上，指示器按功能标记 AT 分析变送仪 PI 压力计 TT 温度变送器 FT 流量变送器 LI 液位指示器,PI,AT,TT,FT,LI,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,12,过程仪表,设备的典型选型依据： 用于什么原料 生产过程中的温度范围，压力等 精确性 重复能力 动态响应 耐用性 成本 过程控制中仪器非常重要 很多生产车间由管道和密封的容器组成。操作员惟一能知道生产进度的方法是通过仪表。 仪表是被设定和校准过的。 仪表和阀门的重要性促使了资产管理软件的产生。,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦

6、尔自动化公司，保留所有权利。,13,控制元件,控制元件是那些能根据控制器输出作出反应和调节生产过程的设备 阀门是生产过程系统中最常用的控制设备 阀门的控制可开/关也可调节 调幅阀是过程应用中普遍使用的设备，因为它们能打开到准确的设定值(例如45%)，而不仅仅是开或关。,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,14,控制元件,变频器在抽水应用中用来调节流量 水泵和风机是其他常用的控制元件,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,15,过程设备与离散设备,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利

7、。,16,校准和组态的差别,校准通过与标准进行比较，校验或调整测量仪器的精确性。 确保设备显示压力为50 psi时,实际值就是50 psi 组态设定设备的参数使其按计划运行 把允许的变频速度限制在50rpm,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,17,校准和组态的差别,离散设备通常是无需校准的 对于按钮来说，无需校准 但像限位开关这样的装置需要初始校准 过程设备是需要校准的 过程装置需要周期性校准 过程工程师关心设备能否保持校准 促使出现网络化设备和资产管理软件的因素,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,18,现场设

8、备的通信,现在应用的大多数过程仪表是“4-20毫安”或者“4-20的设备” 信号等级表示温度，压力，等等。 设备的检测范围是4-20，而不是0-20，所以一根断路电线被检测到的0毫安信号不是有效信号。 提供一种“有效信号”的测量标准 接线到标准的4-20毫安I/O模块 当以这种方式使用时，设备只提供一个原始数据值(不是故障诊断，有效信号的指示)。 使用电流而非电压信号，因为在长距离传输时的电压降会引起误差,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,19,现场设备的通信,一个逐渐发展的趋势是从设备获取更多信息，而不仅仅是温度压力等“智能设备” 信号质量(好/坏)

9、 设备状态(运行，停止，等等) 设备是否正常 有两种方法已被应用于附加信息的获得 除模拟信号外，再发送一个数字信号 (HART) 用数字网络与设备通信 (建立现场总线或者Profibus-PA),（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,20,数字通讯的优点,信号是纯数字的, 甚至是过程变量 更加精确的信号处理 没有信号衰减和噪声获得的更长距离的电缆传输 配线显著减少 从一个仪表可以获得多个过程变量 可以大大节约安装成本在管道上只需钻一个孔 仪表资产管理的通用性 设备的远程访问 广泛的诊断功能 例如，智能阀门执行定期的功能检测，以确保正常的功能 例如，行程限位

10、开关可报告短路或导线断路,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,21,HART(高速可寻址远程变换器),对来自变送器的附加有诊断数据的模拟信号进行数字信号编码 可用于传统的4-20毫安场合，相反也能兼容现有的装置。 HART是第一个将模拟设备连接在一起的开放协议 全世界范围内安装了数百万台的设备 现在销售的80%的装置具备HART连通性 虽然很多用户没有使用HART，但设备制造商把它内置在几乎所有的装置中，而不是生产含有HART和不含HART的两种类型的设备。 由于它可以使用现有的4-20毫安接线，HART被用户迅速接受,（机密资料仅供内部使用）版权 20

11、07 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,22,基金会现场总线FF Bus H1,数字网络专用来满足在过程应用中使用设备的需求 在指定的时间间隔内安排设备通讯 控制（例如：回路功能）可以分布在设备周围 装置嵌入了功能块，从而成为控制策略的核心部分 除了数字数据外，还有能力传送大量的模拟数据。 基金会现场总线H1是20世纪90年代发展起来的一种开放协议。 工业认可的大多是那些具备远距离监控能力的传输方式，例如在石油和天然气管道传输产业 用户可以使用现有的4-20毫安接线 在重新配线时，大部分要重新连接,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,23,过程中的资产

12、管理,过程领域中的“资产管理”经常涉及到过程仪表和阀门的管理 更精确地，被理解为“仪表资产管理” 资产管理包括的(不局限于)内容有： 定位 使用的日期 维修历史记录 需要替换的时间 修改配置的时间,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,24,过程控制基础,3. 过程控制的功能,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,25,过程控制的功能,不要混淆P&ID和PID P&ID是一个详尽的流程图表示 PID是在过程控制中使用的一种控制运算法则，它利用闭环控制来调节模拟参数 为了实现最优控制闭合回路一定进行过“整定”,（机密资料

13、仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,26,过程控制的功能-PID,PID 代表 “比例”，“积分”和“微分” ，并且是用来确定输出的方程的一部分，这个输出基于设定值和当前过程值之间的差值。 控制输出 = Kp*比例部分 + Ki*积分部分+ Kd*微分部分,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,27,PID一种调节方法,有两种类型的控制方法： 开环控制是一种简单快捷的控制方法，输出值根据设定值和被观测系统的性能而变化。由于只调节输出值，系统轻易不会失控，并且当输出开始超过期望值时可以快速作出调整。 闭环控制是一种比开环更复些的

14、控制方法。改变设定值，而不是改变输出，然后查看PID和系统的反应。有时在执行开环控制之后用这种方法来“优化调节”系统。,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,28,控制回路调节,蓝线是系统比例增益设定过高引起过程参数增长过快并且超调的例子。,绿线是系统比例增益设定太低引起过程参数增长过慢并且使调节时间太长的例子。,红线是对系统恰当调节的例子,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,29,过程控制的功能: 串级控制,一种使用两个调节过程来控制设备的控制方法。每个调节过程作为一个独立回路的输入，两个回路“串联”在一起产生输出

15、信号来控制输出设备。 一个串级控制系统能提供比单环控制严密很多的过程控制效果。 串级控制在控制变量的扰动会影响生产时使用。通常情况下，串级控制用在对干扰反应较快的过程控制中，以减慢它的反应速度。,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,30,过程控制的功能: 分程控制,使用一种调节过程来控制两个离散(开/关或是打开/关闭)设备的控制方法。两个设备的控制动作根据输入量的变化而不同，并且为了更好的控制过程，两个设备通常起到互补的作用。 分程控制依据标准PID模块，并且为PID提供后加工(或者操作)。,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保

16、留所有权利。,31,过程控制的功能:分程控制的时间比例,一种对分程控制的改进控制方法，分程控制用一种调节方法控制两个离散(开/关或是打开/关闭)设备。增加了分时比例的分程控制具备了脉动输出的能力，利用基于PID输出的变负荷循环进行脉动输出。 根据脉动输出，用户可以使用便宜的数字设备代替昂贵的模拟设备来实现控制应用。SRTP控制方法最常用的场合是加热/制冷回路。,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公司，保留所有权利。,32,过程控制的功能: 选择控制,这种控制方法中有两个或是更多的回路连接控制指令，目的是能在特定的时间里为过程控制选择一个更好的控制回路。这种方法通常称为“低选通”，有两个回路接入选择指令，输出最低的回路被选中。 在过程控制工业中经常称作“交叉限制”。,（机密资料仅供内部使用）版权 2007 罗克韦尔自动化公