《《过程控制与自动化仪表》—教学教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《过程控制与自动化仪表》—教学教案.docx（146页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、过程控制与 课程自动化仪表教案N0.1授课班级周次日期任课教师复习提问学习模块模块一绪论学习任务任务1说课授课内容课程介绍课时2教学目标知识目标：L 了解自动控制及过程控制的定义；2 .了解过程控制开环、闭环的概念；3 ,了解过程控制系统开展史；4 .了解过控控制系统的特点与要求。能力目标：1 .培养学生自主学习能力；2 .培养学生解决问题的能力。素质目标：1.培养学生实事求是的科学态度、严谨的工作作风和勇于进取的精神。重点难点重点：过程控制系统开环、闭环的概念； 难点：过程控制系统开环、闭环的判断。授课过程步骤内容方法、资源运用1自动控制及过程控制的定义启发式、多媒体课件、分 组讨论2开环、
2、闭环的概念多媒体课件、实例演示、3过程控制系统开展史多媒体课件、实例演示、4过控控制系统的特点与要求启发式、多媒体课件、分 组讨论5授课方式讲授的教学方式教学地点多媒体教室教学资源设备、工具等：投影系统、PPT电子课件教学时间教学内容注释5分钟回顾上节课内容，进行复习提问。（大屏幕投 影） 逐一解说系 统微分方程 的一般步骤, 案例分析让 学生加深印 象。一、相关知识在经典控制理论中，常用的数学模型有微分方程、传递函数和系统 框图。它们反映了系统的输入量、输出量和内部各种变量间的关系，也 反映了系统的内在特性。1,微分方程（85分钟）系统微分方程建立的步骤建立微分方程的一般步骤如下：（1）全面
3、了解系统的工作原理、结构组成和支配系统运动的物理 规律，确定系统的输入量和输出量。（2）从系统的输入端开始，根据各元件或环节所遵循的物理规律, 依次列写它们的微分方程。（3）将各元件或环节的微分方程联立起来消去中间变量，求取一 个仅含有系统输入量和输出量的微分方程，这就是系统的微分方程。350分钟（4）将该方程整理成标准形式。即把与输入量有关的各项放在方 程的右边，把与输出量有关的各项放在方程的左边，各导数项按降嘉排 列，并将方程中的系数化为具有一定物理意义的表示形式，如时间常数 等。举例分析：Ro1 IC）+ . +I%C= UoOO（大屏幕投 影）逐一解 说拉氏变换、 拉氏变换的 运算定理
4、、系 统传递函数， 案例分析让2.传递函数（90分钟）（1）拉氏变换1）拉氏变换的概念r（s）=z/（r）=f/（r-2）拉氏变换的概念拉氏变换的运算定理叠加定理工（）力W1=瓦力（，）土耳力（，）特点：流路简单、阻力较小，适于现场管道要求直角连接，介质为 高黏度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合。(4)三通控制阀共有三个出入口与工艺管道连接。(a)合流型8)分流型(5)隔膜控制阀特点：结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他种类的阀要大。 不易泄漏。耐腐蚀性强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也 能用于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。(6)蝶阀特点：结构简单、重量轻、价格廉价、流
5、阻极小。 缺点：泄漏量大。(7)球阀球阀的阀芯与阀体都呈球形体，转动阀芯使之与阀体处于不同的相 对位置时，就具有不同的流通面积，以到达流量控制的目的。特点：密封性好。重量轻、体积小、安装方便，适用于高黏度或带 有悬浮物的介质流量控制。(9)笼式阀(大屏幕投 影) 逐一解说调 节阀的流量 特性，案例分 析让学生加 深印象。特点：可调比大、振动小、不平衡力小、结构简单、套筒互换性好, 更换不同的套筒可得到不同的流量特性，阀内部件所受的汽蚀小、噪声 小，是一种性能优良的阀，特别适用于要求低噪声及压差较大的场合。缺点：不适用高温、高黏度及含有固体颗粒的流体。3 .调节阀的流量特性(1)调节阀的理想流量
6、特性在不考虑调节阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特 性。它取决于阀芯的形状，主要有直线、等百分比(对数)、抛物线及 快开等几种。0稣（。）（2）调节阀的工作流量特性在实际生产中，调节阀前后压差总是变化的，这时的流量特性称为 工作流量特性。（大屏幕投影）逐一解说工 作流量特性,AA/VV工案例分析让 学生加深印 象。AP2AP1C?max05 5 7 5 2 1O o o o OO. G/Z)/%1000100-（/1）/%（b）理想特性为等百分比型（a）理想特性为直线型1）串联管道的工作流量特性4 .控制阀的选择（1）控制阀结构与特性的选择1）结构形式选择主要根据工艺条件，如温度、压
7、力及介质的物理、化学特性（如腐 蚀性、黏度等）来选择。2）特性选择先按控制系统的特点来选择阀的希望流量特性，然后再考虑工艺配 管情况来选择相应的理想流量特性。（2）气开式与气关式的选择有压力信号时阀关、无信号压力时阀开的为气关式。反之，为气开 式。主要从工艺生产上平安要求出发。信号压力中断时，应保证设备和 操作人员的平安。如果阀处于翻开位置时危害性小，那么应选用气关式， 以使气源系统发生故障，气源中断时，阀门能自动翻开，保证平安。反 之阀处于关闭时危害性小，那么应选用气开阀。（3）调节阀口径的选择十九、电动执行器（大屏幕投 影） 逐一解说控 制阀的选择, 案例分析让 学生加深印 象。电动执行器
8、接收来自控制器的010mA或420mA的直流电流信号，并将其转换成相应的角位移或直行程位移，去操纵阀门、挡板等控制机 构，以实现自动控制。分类：角行程、直行程、多转式1 .基本结构(1)执行机构的基本结构(2)调节阀的基本结构(3)控制器的结构(现场操作) 逐一解说执 行器的使用 方法，通过让 学生动手操 作加深印象。2 .电动执行机构3 .线路连接与调试5分钟小结。作业：思考题与习题5.6、5.7O对课程内容 进行总结，加 深学生的印 象。过程控制与自动化仪表课程教案NO. 15授课班级周次日期任课教师复习提问过程控制系统的各类变送器学习模块模块六过程控制系统学习任务任务1工艺流程图的绘制授
9、课内容工艺流程图识图与绘制课时2教学目标知识目标：1 . 了解工艺流程图的分类；2 .熟悉设备的画法及标注；3 .掌握仪表的画法及标注。能力目标：.1 .培养学生工艺流程图的识图能力；2 .培养学生解决问题的能力。素质目标：1.培养学生实事求是的科学态度、严谨的工作作风和勇于进取的精神。重点难点重点：带控制点的工艺流程图识图； 难点：带控制点的工艺流程图绘图。授课过程步骤内容方法、资源运用1设备的画法及标注多媒体课件、实例演示2管线的画法及标注多媒体课件、实例演示3仪表的画法及标注多媒体课件、实例演示4识图练习启发式、多媒体课件、案 例教学5授课方式讲授教学地点教室教学资源过程控制工艺流程图纸
10、、投影系统、PPT电子课件教学时间教学内容注释5分钟回顾过程控制系统变送器、执行器相关内容，进行复习提问。二十、相关知识过程控制系统工艺流程图是用图示的方法把流程工业生产的工艺 流程和所需的设备、管道、阀门、管件、管道附件及仪表控制点表示出 来的一种图样，是设备布置和管道布置设计的依据，也是施工、操作、 运行及检修的指南。工艺流程图可分为工艺方案流程图、物料流程图和施工流程图 二、设备的画法及标注1.设备的画法及标注车间或工段号设备分类号设备序号相同设备的序号V 04 08 A真空受槽设备名称80分钟固定床反响器 板式塔固定管板式（大屏幕投 影）逐一解说设 备的画法，案 例分析让学 生加深印象
11、。鼓风机离心泵球罐锥顶罐2.工艺流程线的画法及标注名称图例说明主物料管道粗实线b (0.9mm)辅助管道中粗线”2 （推荐（）.6mm）仪表管道细实线 6/3 (0.3mm)伴热（冷）管道虚线”2 （推荐0.6mm）管道隔热管V/777在适当位置画出夹套管11*e( f111 t/. 1 1可只画两端一小段管段序号 主工程编号物料代号PG 13 10-300-A1A-H3.管件的画法及标注闸阀截止阀DOO球阀碟阀管道外径 管道等级代号 绝热或隔声代号四通截止阀四通球阀（大屏幕投 影） 逐一解说管 线的画法，案 例分析让学 生加深印象。4 .仪表的画法及标注安装位置图形符号安装位置图形符号就地安
12、装仪表O就地安装仪表（嵌在管道中）集中仪表盘面安装仪衣集中仪表盘后安装仪袅就地仪表盘面安装仪表e就地仪衣盘后安装仪衣仪表的位号由字母代号和数字编号两局部组成，其中字母代号写在仪表圆圈的上半部，数字编号写上圆圈的下半部。集中盘面安装被测变量和仪表功能的字母代号字母第一位字母被测变量A分析C电导率D密度或比重E电压F流量I电流J功率K时间或时间程序L物位M水份或湿度P压力或真空Q数量或件数R放射性S速度或频率T温度V黏度W重量或力X未分类参数Z位置后继字母修饰词差比 扫描 积分、累计 平安 平安报警（大屏藕（调节）影）检测元件重点解谟衩表的画墨一手动操作器 拈不灯标注，艰魁（接头）析让学宓加、聚积
13、深印象。记录或打印开关、联锁变送阀、挡板、百叶窗套管未分类驱动、执行或未分类的终端执5.脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例脱乙烷塔逐一解说通 过让学生动 手练习加深 印象。对课程内容 进行总结，加 深学生的印 象。小结。5分钟作业：思考题与习题5.1。比例定理LKf (t)= KLf微分定理山%)= sb(s)学生加深印 象。积分定理延迟定理WG)5-0终值定理3)拉氏反变换/)=上恒在(2)传递函数的定义传辨函数=输出量的拉氏变换式=00 传递函数G(s)输入量的拉氏变换式-雨举例分析：+uRUo(3)传递函数的一般表达式1)多项式形式传递函数G(s) =输出量的拉氏变换式 输入量的拉氏变换
14、式二生R(s)2)零极点形式过程控制与自动化仪表课程教案NO. 16授课班级周次日期任课教师复习提问控制规律及执行器分类学习模块模块六过程控制系统学习任务任务2简单控制系统授课内容简单控制系统设计及参数整定课时2教学目标知识目标：1 . 了解简单控制系统组成；2 .掌握简单控制系统设计；3 .掌握控制器参数的工程整定。能力目标：.1 .培养学生简单控制系统设计能力；2 .培养学生解决问题的能力。素质目标：1.培养学生实事求是的科学态度、严谨的工作作风和勇于进取的精神。重点难点重点：简单控制系统设计； 难点：控制器参数整定。授课过程步骤内容方法、资源运用1简单控制系统组成多媒体课件、实例演示2简
15、单控制系统方案设计多媒体课件、实例演示3简单控制系统控制器参数整定多媒体课件、实例演示45授课方式讲授教学地点教室教学资源过程控制系统方案设计图、投影系统、PPT电子课件教学时间教学内容注释5分钟回顾控制规律及执行器作用方向相关内容，进行复习提问。一、简单控制系统的组成简单控制系统是指由一个测量元件及变送器、一个控制器、一个控制阀和一个被控对象所构成的闭环负反响的定值系统。b）框图80分钟（大屏幕投 影） 逐一解说被 控变量选择 步骤，案例分 析让学生加 深印象。二、简单控制系统控制方案设计1 .被控变量的选择1）尽量选择对产品的产量和质量、平安生产、经济运行和环境保 护具有决定性作用的、可按
16、工艺操作的要求直接测量的工艺参数（如温 度、压力、流量等）作为被控变量；2）当不能用直接测量的参数作为被控变量时，可选择一个与直接 参数有单值函数关系、满足工艺的合理性的间接参数作为被控变量；3）被控变量必须具有足够大的灵敏度且线性度好，滞后要小，以 利于得到高精度的控制质量；4）必须考虑工艺流程合理性和自动化仪表及装置的现状。807()1IIII020406080100苯的百分含量/%0.025020406080 100苯的百分含量/%5 0 5 52 17 01 。 。 o OEdw/K田2 .操纵变量的选择1）操纵变量必须是工艺上允许调节的变量。2）操纵变量应该是系统中所有被控变量的输入
17、变量中对被控变量 影响最大的一个。控制通道的放大系数K要尽量大一些，时间常数T 要适当小些，滞后时间应尽量小。3）不宜选择代表生产负荷的变量作为操纵变量，以免产量受到波 动。举例：（大屏幕投 影） 逐一解说操 纵变量选择 原那么，案例分 析让学生加 深印象。3 .控制规律及控制器作用方向的选择 控制规律（1）位式控制适用于滞后较小，负荷变化不大也不剧烈，控制质量要求不高，允 许被控变量在一定范围内波动的场合，如恒温箱、电阻炉等的温度控制。（2）比例控制适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要 求的系统。(3)比例积分控制器适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有
18、余差 的系统。(4)比例积分微分控制器适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统，应 用最普遍的是温度、成分控制系统。 控制器作用方向的选择控制器的正反作用是关系到控制系统能否正常运行与平安操作的 重要问题。要通过改变控制器的正、反作用，以保证整个控制系统是一 个具有负反响的闭环系统。(1)测量元件及变送器作用方向一般是“正”的。(2)执行器作用方向取决于是气开阀还是气关阀。(3)被控对象(大屏幕投 影) 逐一解说控 制器方向选 择原那么，案例 分析让学生 加深印象。作用方向随具体对象的不同而各不相同。(4)控制器当给定值不变，被控变量测量值增加时，控制器的输出也增加，称 为“正作
19、用”方向，或者当测量值不变，给定值减小时，控制器的输出 增加的称为“正作用”方向。反之，如果测量值增加时，控制器的输出 减小的称为“反作用”方向。举例：三、控制器参数工程整定(1)理论计算整定法(2)工程整定法 经验法(MATLAB 仿 真)重点解说参 数整定的方 法，案例分析 让学生加深 印象。控制 对象对象特征6/96Ti/minTo/min流量对象时间常数小,参数有 波动，6要大；要短；不 用微分401000.3 1温度对象容量滞后较大，即参 数受干扰候变化缓慢；6应 小；才要长；一般需加微分20 603100.5 3压力对象的容量滞后一般，不 算大，一般不加微分30 700.4 3液位
20、对象时间常数范围较大。 要求不高时，6可在一定范围 内选取，一般不用微分20 80经验法整定的步骤:先按控制器参数的经验数据表中给出的范围把 定下来，如要引入微分作用，可取Td=(1/31/4)，然后对6进行 凑试，凑试步骤与前一种方法相同。临界比例度法先通过试验得到临界比例度3 k和临界周期Tk,然后根据经验总结 出来的关系求出控制器各参数值。控制作用比例度/%积分时间 7/min微分时间 To/min比例比例+积分比例+微分比例+积分+微分2金2. 26k1. 86k1. 78k0. 85 K0.5 K0. 1 Tk0. 125 R衰减曲线法通过使系统产生衰减振荡来整定控制器的参数值。控制
21、作用5/%7i/minTi/min比例6s比例+积分1.26s0.5久比例+积分+微分0. 86s0.3久0. 1 R5分钟小结。作业：思考题与习题6. 2, 6.3。对课程内容 进行总结，加 深学生印象。过程控制与自动化仪表课程教案NO. 17授课班级周次日期任课教师复习提问简单控制系统设计与参数整定学习模块模块六过程控制系统学习任务任务3复杂控制系统授课内容复杂控制系统设计及参数整定课时2教学目标知识目标：1 . 了解各类复杂控制系统组成及应用；2 .掌握串级控制系统设计；3 .掌握串级控制参数的工程整定。能力目标：.1 .培养学生串级控制系统设计能力；2 .培养学生解决问题的能力。素质目
22、标：1.培养学生实事求是的科学态度、严谨的工作作风和勇于进取的精神。重点难点重点：串级控制方案设计与参数整定； 难点：其他复杂控制系统。授课过程步骤内容方法、资源运用1复杂控制系统分类多媒体课件、实例演示2串级控制系统方案设计多媒体课件、实例演示3串级控制系统控制器参数整定多媒体课件、实例演示4其他复杂控制系统简介多媒体课件、实例演示5授课方式讲授教学地点教室教学资源过程控制系统方案设计图、投影系统、PPT电子课件教学时间5分钟教学内容注释回顾简单控制系统相关内容，进行复习提问。一、复杂控制系统的分类复杂控制系统分为：串级控制、分程控制、均匀控制、比值控制、 前馈控制等。二、串级控制系统1 .
23、串级控制系统典型方块图80分钟（大屏幕投 影） 逐一解说串 级控制相关 知识，案例分 析让学生加 深印象。主变量一一工艺最终要求控制的被控变量；副变量一一为稳定主变量而引入的辅助变量；主对象一一表征主变量的生产设备；副对象一一表征副变量的生产设备；主控制器一一按主变量与工艺设定值的偏差工作，其输出作为副控 制器的外设定值，在系统中起主导作用；副控制器一一按副变量与主控制器来的外设定值的偏差工作，其输 出直接操纵控制阀；主测量变送器一一对主变量进行测量及信号转换的变送器；副测量变送器一一对副变量进行测量及信号转换的变送器；主回路一一是指由主测量变送器，主、副控制器，执行器和主、副 对象构成的外回
24、路，又叫主环或外环；副回路一一是指由副测量变送器、副控制器、执行器和副对象构成 的内回路，又称副环或内环。串级控制系统的组成方块图。2 .串级控制系统的特点1）主回路为定值控制系统，而副回路是随动控制系统。2）结构上是主、副控制器串联，主控制器的输出作为副控制器的 外设定，形成主、副两个回路，系统通过副控制器操纵执行器。3）副回路对象时间常数小，动作迅速，但控制不一定精确，具有 先调、粗调、快调的特点；主回路对象时间常数大，动作滞后，但主控 制器能进一步消除副回路没有克服掉的干扰，具有后调、细调、慢调的 特点。4）抗扰动能力强，对进入副回路的扰动抑制力更强，控制精度高, 控制滞后小。因此，它特
25、别适用于温度对象等滞后大的场合。3 .串级控制系统的控制方案设计（1）副变量的选择串级控制系统中主变量和控制阀的选择与简 单控制系统的被控变量与控制阀的选用原那么相同。副变量的选择是设计 串级控制系统的关键，在选择过程中应考虑以下原那么：1）副回路应包括尽可能多的扰动，尤其是主要的扰动。2）尽量不要把纯滞后环节包含在副回路中，以提高副回路的快速 抗干扰能力。3）主、副对象的时间常数不能太接近。副对象的时间常数应小于 主对象的时间常数，一般主、副对象的时间常数之比在3-10之间。举例：（2）主副控制器控制规律的选择为了高精度地稳定主变量。主控制器通常都选用比例积分控制规 律，以实现主变量的无差控
26、制。副变量的给定值是随主控制器的输出变化而变化的。副控制器一般 采用比例控制规律。（3）主副控制器的正、反作用方式选择1）串级控制系统中的副控制器作用方向的选择：根据工艺平安等要求，选定执行器的气开、气关形式后，按照使副 控制回路成为一个负反响系统的原那么来确定。2）串级控制系统中主控制器作用方向的选择：当主、副变量增加（减小）时，如果由工艺分析得出，为使主、副 变量减小（增加），要求控制阀的动作方向是一致的时候，主控制器应性。G二 %(s - Z)(s Z2)(s -zJ K%(s 2).(s 凡)3.系统框图（90分钟）mn(s-Z)i=ln(r)1框图由信号线、引出点、比拟点和功能框等局
27、部组成。/ .、NS)R(s) +_ 、(s) =/?(5)-G ($)J .R(s)NB3（1）功能框框左边向内箭头为输入量（拉氏式），框右边向外箭头为输出量（拉氏式），框内为系统中一个相对独立单元的传递函数。（2）信号线信号线表示信号流通的途径和方向。流通方向用箭头表示。（3）引出点表示信号由该点取出，从同一信号线上取出的信号，其大小和性质完全相同。（4）比拟点其输出量为各输入量的代数和。因此在信号输入处要注明它们的极举例分析:R(s) +影）逐一解说系统框图组成，案例分析让学生加深印象。E(s)局部反响何路C(s)4.典型环节的传递函数和功能框（1）比例环节微分方程c()= Krt传递函
28、数C(s) = K主反响I可路（大屏幕投影）逐一解选“反”作用；反之，那么应选“正”作用。4 .串级控制系统的参数整定（1）两步整定法按照串级控制系统主、副回路的情况，先整定副控制器，后整定主 控制器的方法。1）在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用运行的条件下，将 主控制器的比例度先固定在100%的刻度上，逐渐减小副控制器的比例 度，求取副回路在满足某种衰减比（如4 ： 1）过渡过程下的副控制器 比例度和操作周期，分别用6 2s和T2s表示。2）在副控制器比例度等于6 2s的条件下，逐步减小主控制器的比 例度，直至得到同样衰减比下的过渡过程，记下此时主控制器的比例度 3 1s和操作周期Tls
29、。3）根据上面得到的6 Is、Tls、6 2s、T2s,按下表计算主、副控 制器的比例度、积分时间和微分时间。调节 规律调节参数比例度6/ %积分时间Ti微分时间To/minP8sPI1.25s0. 5 TsPID0. 8 6s0. 3 Ts0. 1 Ts4）按“先副后主”、“先比例次积分后微分”的整定规律，将计算出的控制器参数加到控制器上。5）观察控制过程，适当调整，直到获得满意的过渡过程。（2） 一步整定法根据经验将副控制器一次放好，不再变动，然后按一般单回路控制 系统的整定方法直接整定主控制器参数。三、其他控制系统1 .均匀控制系统（1）均匀控制的目的为了解决前后工序供求矛盾，到达前后兼
30、顾协调操作，使液位和流 量均匀变化，组成的系统称为均匀控制系统。(2)均匀控制的特点1)两个变量在控制过程中都应该是缓慢变化的。2)前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的范围内 波动。2 .比值控制系统实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值 控制系统。通常为流量比值控制系统。(大屏幕投 影) 逐一解说均 匀控制及比 值控制系统 的由来及解 决方案，案例 分析让学生 加深印象。(1)单闭环比值控制系统相乘方案和相除方案(2)双闭环比值控制系统3(3)变比值控制系统要求两种物料的比值能灵活地随第三变量的需要而加以调整，这样 就出现一种变比值控制系统，又称串级比值控制系
31、统。(大屏幕投 影) 逐一解说前 馈控制及分 程控制的特 点，案例分析 让学生加深 印象。3 ,前馈控制系统(1)前馈与反响的区别|干扰里里？丁辰瀛制器 I 执行器对象1测量变送卜(a)控制形式控制所依据 的信号检测 信号控制系统 组态控制作用 发生的时间反响控制被控变量的偏 差大小被控变量闭环偏差出现之后前馈控制干扰量的大小干扰量开环偏差出现之前(2)前馈控制的应用场合1)系统中存在频繁且幅值大的干扰，这种干扰可测但不可控，对 被控变量影响比拟大，采用反响控制难以克服，但工艺上对被控变量的 要求又比拟严格，可以考虑引入前馈回路来改善控制系统的品质。2)当采用串级控制系统仍不能把主要干扰包含在
32、副回路中时，采 用前馈-反响控制系统，可获得更好的控制效果。3)当对象的控制通道滞后大，反响控制不及时，控制质量差，可 采用前馈-反响控制系统，以提高控制质量。4 .分程控制系统分程控制系统是通过将一个控制器的输出分成假设干个信号范围，每 一个信号段分别控制一个控制阀，从而实现一个控制器对多个控制阀的 开度控制，从而在较大范围内控制进入被控对象的能量或原料，实现对 被控参数的控制。c)d)图6-23 分程控制的四种式5 .选择控制系统在这些大型工艺生产过程中，除了要求控制系统在生产处于正常运 行情况下，能够克服外界干扰，维持生产的平稳运行外，当生产操作达 到平安极限时，控制系统应有一种应变能力
33、，能采取相应的保护措施， 促使生产操作离开平安极限，返回到正常情况。选择性控制系统有两种类型：被控变量的选择性控制系统及被控变 量测量值的选择性控制系统。5分钟图6-25 被控变最的选择件控制系统图6-26 被控变ft测故值的选择性控制系统小结。作业：思考题与习题6.7, 6.8o对课程内容 进行总结，加 深学生印象。过程控制与自动化仪表课程教案NO. 18授课班级周次日期任课教师复习提问控制器类型及使用方法学习模块模块七计算机过程控制系统学习任务任务1集散控制系统授课内容计算机控制系统组成及分类 集散控制系统基本组成课时2教学目标知识目标：1 . 了解计算机控制系统组成；2 .掌握计算机控制
34、系统的分类；3 .掌握集散控制系统的组成。能力目标：.1 .培养学生自主学习能力；2 .培养学生解决问题的能力。素质目标：1.培养学生实事求是的科学态度、严谨的工作作风和勇于进取的精神。重点难点重点：计算机控制系统分类； 难点：DCS的组成。授课过程步骤内容方法、资源运用1计算机控制系统组成多媒体课件、实例演示2计算机控制系统分类多媒体课件、实例演示3集散控制系统硬件多媒体课件、实例演示4集散控制系统软件多媒体课件、实例演示5授课方式讲授教学地点教室教学资源过程控制系统实训装置、投影系统、PPT电子课件教学内容注释教学 时间5分钟回顾控制器相关内容，进行复习提问。一、计算机控制系统的组成执行机
35、构被控对象DA转换（大屏幕投影）逐一解说计模拟量输入通道80分钟计算机生产过程开关量输入通道一算机控制系 统分类并进 行比照，案例 分析让学生 加深印象。计算机在控制系统中的三个作用：1）实时数据处理。2）实时监督决策。3）实时控制及输出。二、计算机控制系统分类1 .计算机巡回检测和操作指导系统图7-2 计算机巡回检测和操作指导系统这类计算机系统属于是计算机应用于工业生产过程最早和最简单 的一类系统。优点：可以用于试验新方案、新系统。缺点：仍需要人工操作，速度受到限制，不能同时控制多个回路。2 .直接数字控制系统计算机直接数字控制是计算机控制系统的一种最典型的形式，在工 业生产过程中得到了非常
36、广泛的应用。优点：完全取代了模拟控制器直接参与闭环控制，实现了几十个甚 至更多的单回路控制；而且只要通过改变控制程序即可实现一些较复杂的控制规律。缺点：要求工业控制计算机的可靠性很高，否那么会直接影响生产的 正常运行。报警操作台显示器打印机计算机模拟量输入通道开关量输入通道模拟量输出通道被控对象开关量输出通道图7-3直接数字控制系统3 .监督控制系统工艺数据显示打印 记录生产过程图74监督控制系统优点：它在计算时可以考虑许多常规控制器不能考虑的因素，如环 境温度和湿度对生产过程的影响；可以进行过程操作的在线优化；可以 实现复杂的先进控制规律，满足产品的高质量控制要求；可以进行故障 的诊断与预报
37、。4 .集散控制系统图7-5集散控制系统管理计算机DEP 面板优点：控制算法先进、精度高、响应速度快，仪表控制系统平安可 靠、维护方便，容易实现复杂的控制规律。5 .现场总线控制系统操作站DCS系统现场总线现场现场现场现场、仪表1仪表2仪表3仪表4FCS系统-登含K开-I-图74 现场总线控制系统优点：降低了系统总本钱，提高了可靠性，且在统一的国际标准下 可实现真正意义上的开放式互连系统结构三、集散控制系统1 .DCS的开展1）第一阶段是DCS的初创阶段，主要依赖于“4C”技术，重点是实 现分散控制。2）第二阶段是DCS的成熟阶段。到达了“4A”目标。把过程控制 系统、实时操作网络和工厂信息网
38、融为一体，推出了 TPS全厂一体化 的概念。3）第三阶段是DCS的扩展阶段。向计算机集成制造系统CIMS、 计算机集成过程系统CIPS方向开展。2 .集散控制系统的结构 1） DCS的体系结构通常为三级：第一级为分散过程控制级；第 二级为集中操作监控级；第三级为综合信息管理级。（大屏幕投 影） 逐一解说集 散控制系统 的组成及各 局部功能，案 例分析让学 生加深印象。（2）集散控制系统的物理结构及各局部功能从DCS使用的功能角度来看，可分成现场控制站、操作员站、工 程师站、通信系统、接口等。1）现场控制站现场控制站是集散控制系统的核心局部，又称现 场控制单元或基本控制器，可以控制一个或多个回路
39、。主要完成连续控 制功能、顺序控制功能、算术运算功能、报警检查功能、过程I/O功能、 数据处理功能和通信功能等。 硬件组成：过程量I/O,包括模拟量输入输出，开关量输入输出，累积量（计 数值）输入输出和脉冲宽度输入输出等几种。主控单元，即实现处理和计算的主体，其中包括CPU、存储器、 控制软件。电源，分为逻辑电源和现场电源两种。通信网络，包括根据需要配置的集线器、交换器、路由器等。机柜、机架等机械安装结构件。 软件组成过程量采集软件：用于对采集的过程量进行工程量转换。回路计算软件：以实时数据库中的数据为原始数据，根据预先确 定的算法进行计算，将计算结果作为输出对现场实现控制。网络通信软件：将系统中各个现场控制站、操作员站、工程师站 以及各类功能站联结在一起，互相交换信息，以实现系统的功能。2）操作员站操作员站是人和机器的联系通道。安装有操作系统、监控软件和控 制器的驱动软件，显示系统的标签、动态流程图和报警信息。3）工程师站工程师站的主要工作是组态设计，并将设计结果下载到模块中执功能框说典型环节 的传递函数 和功能框。H($) _K-c (S).(2)积分环节微分方程C(2)=万 ”2)山1 J 0