第1章-制浆造纸过程自动测量与控制(课堂PPT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,制浆造纸过程控制系统,刘鸿斌,南京林业大学,2016-5-11,联系方式：,办公室：化工楼,2321,室,QQ,：,30153548,手机：,13022525070,1,自我介绍,2015/3-,至今，南京林业大学，轻工科学与工程学院，自动化系，副教授,2015/6-2015/8,（暑假），韩国庆熙大学访问学者、研究教授,2013/10 2014/12,，瑞典乌普萨拉大学（,Uppsala University,），信息与技术学院，博士后,导师：,Bengt Carlsson,研究项目：,“,污水处理系统的监测和控制,”,2,自我介绍,2009/9-2013/8,，韩国庆熙大学（,Kyung Hee University,），环境科学与工程，博士,导师：,ChangKyoo Yoo,博士论文题目：“首尔地铁系统室内空气质量的建模、监测和控制”（庆熙大学最佳博士论文奖）,2006/9-2009/6,，华南理工大学，制浆造纸，硕士,导师：沈文浩,硕士论文题目：,“,木素结构和热解机理的量子化学研究,”,3,自我介绍,2004/7-2006/9,，广州造纸集团有限公司，工艺员,2000/9-2004/7,，四川理工学院，轻化工程，学士,4,5,2009.9,SCUT,KHU,2013.9.20,韩国庆熙大学（博士大学）,6,首尔校区行政大楼,Kyung Hee University:,a comprehensive,research university,Founded in 1949,首尔校区和水原校区,教职工,:2,976;,学生,:31,453(2011),Ranked 7th in Korea(2011);41st in Asia(2012);270th in the world(2012),en.wikipedia.org/wiki/Kyung_Hee_University,博士课题组,博士导师：,(,1969-),/,Yoo ChangKyoo,教授,中文名字：刘昌奎，喜欢中国文化，去过上海和三亚,1999-2002,，浦项工大，博士,2002-2004,，比利时根特大学，博士后,2005-2006,，浦项工大，研究教授,2006-,至今，庆熙大学，教授,至今发表,SCI,论文,200,多篇（引用次数,2824,次）,专长：基于数据驱动的过程监测算法研究和应用,kernel principal component analysis,（引用,424,次）,independent component analysis,（引用,355,次）,dynamic independent component analysis,（引用,169,）,2010,2011,2012,7,瑞典乌普萨拉大学（博后大学）,8,北欧最古老的大学；瑞典顶级大学；世界排名,100,左右,博后导师：,Bengt,Carlsson,教授,研究方向：废水过程的仿真和控制,废水处理领域,IWA,院士,最早提出开发废水仿真软件,BSM1,喜欢音乐和旅游（,福特野马跑车,）,系统与控制系,9,教授、副教授,9,人；博士生,16,人；博后,3,人,（,2014,）,瑞典皇家工程科学院院士：,Torsten Soderstrom,（系统辨识）,Petre Stoica,（信号处理）,乌普萨拉大学历史名人,Jacob Ulvsson,Carl von Linn,Olof Rudbeck,Anders Celsius,Nils Ros,n,Erik Gustaf Geijer,Betty Pettersson,Ellen Fries,Gerd Enequist,Johan Skytte,Anders ngstrm,C W Scheele,乌普萨拉大学历史名人,10,Allvar Gullstrand Nobel Prize in Physiology and Medicine 1911,Robert B,r,ny Medicine 1914,Manne Siegbahn Physics 1924,The Svedberg Chemistry 1926,Nathan Sderblom Nobel Peace Prize 1930,Arne Tiselius Chemistry 1948,Dag Hammarskjld Nobel Peace Prize 1961,Kai Siegbahn Physics 1981,乌普萨拉大学诺贝尔奖获得者（,8,人）,11,我的研究方向,多元统计过程监测和故障诊断,废水处理过程的建模和控制,未来研究重点：制浆造纸过程监测和控制,12,十年,18,个国家的旅行,2015-11-11.mp4,参考教材,推荐：制浆造纸过程自动测量与控制，刘焕彬，中国轻工出版社，,2009,（图书馆有藏书）,制浆造纸厂仪表配置与自动控制，,张运展（译），,1992,13,先修课程,化工自动化及仪表,制浆原理与工程,造纸原理与工程,教学计划,Chapter 1 Basic conception of automatic system and instruments,Chapter 2 Development of mathematical model for a process,Chapter 3 Controller and its characteristics,Chapter 4 Controlled valve,Chapter 5 Engineering design and adjustment of control system,Chapter 6 Measurement and control of common variables,Chapter 7 Measurement and control of concentration,Chapter 8 Measurement and control of paper moisture and basic weight,Chapter 9 The automation measurement in typical paper making process,14,Chapter 1 Basic conception of automatic system and instruments,Section Automatic systems,1-1-1 Content of automation,1-1-2 Automatic control system,Section Automatic instruments,15,Section Automatic systems,1.What is automation,Automation is the technique of making a process system automatic and processing information through the instruments that measure and control the various operation.,自动化是一门在没有人参与（或很少人参与）,的情况下，使生产过程和系统能顺利完成的技术。,1-1-1 Content of automation,16,2.Contents,按照生产过程对各种参数的不同要求，分为：,(1)Automation measurement,Function:,测量,和,显示,参数数值以利于分析生产状态。,Measuring variables of process,Indicating them for analyzing process state,17,自动检测是最普遍的自动化形式。,18,(2)Automatic alarm and prevent(safety control),Function:safety action,Composition:,a.Automatic alarm,19,b.Automation prevent,自动阻止,20,压力值超过极限，红灯亮起,21,2,号检测器发现传输皮带堵塞，,停止进料,要求：,a.,开机顺序：后前,b.,停机顺序：前后,c.,其中某一台电机出现故障时，其前面的电机,自动停机，其后面的电机照常工作。,(3)Program control system,22,23,(4)Automatic control,Function:maintaining process conditions constant at the required values or changing in some special regularity.,24,调节,:,人工调节,自动调节,:,定值调节系统、随动调节系统,(,如雷达跟踪系统,),、程序调节系统,(,给定值是变化的，是已知的时间函数,),25,1-1-2 Automatic control system,1.Manual and automatic control,(1)Control-regulation,调节,:,使生产过程的参数按工艺要求保持在某一定值上,(,或按特定规律变化,),的一种技术措施。,Manual control:achieving the control by human operator.,Automatic control:achieving the control by instruments.,(2)Manual control and Automatic control,Automatic control is developed from manual control.,26,2.Automatic control system,Four parts:,Process:,需要调节其工艺参数的生产设备或机器。,(b)Transmitter:,用以感受工艺参数并将其转化为标准信号的仪器。,(c)Controller,(d)Controlled valve,27,28,29,手动操作和自动控制的比较,人工操作：手指皮肤、脑、手,自动控制：测量变送器、自动控制器、执行器,水温手动调节示意图,水温自动调节示意图,自动控制：,用专用的仪表和装置组成控制系统，以代替人的手动操作，去调节控制参数，使之维持在给定数值上，或是按给定的规律变化，从而满足控制的要求。,30,如图,1,-,1,所示的水槽，流入量和流出量分别为,F1,和,F2,，控制要求是维持水槽液位,L,不变,人工控制：,1.,眼睛测量液位,2.,大脑判断值的大小,3.,手执行操作命令,缺点：,1.,操作者素质,2.,生理因素,3.,心理因素,31,自动控制：,1.,测量液位测量仪表眼睛,2.,判断控制器大脑,3.,执行控制阀手,优点：,在仪表质量合格和控制系统设计合理时，能满足控制要求,表示变送器，常省去不画,LC,表示液位控制器,sp,代表控制器的给定值,32,第一种情况：在平衡状态下，,F1,突然变大,第二种情况：在平衡状态下，,F2,突然增大了,由上分析可知，不论液位在何种干扰作用下，最终把液位拉回到给定值上。,液位,L,上升，测量仪表输出信号增加（大于给定值），调节器输出信号变化，使得,F2,阀门开度增加，流量,F2,增加。最终液位,L,将慢慢下降并逐渐趋于给定值。当再度达到,F2=F1,时，系统将达到一个新的平衡状态,液位,L,下降，测量仪表输出信号减小，调节器输出信号变化，使得,F2,阀门开度减小，流量,F2,减小。最终液位,L,将慢慢上升并逐渐趋于给定值。当再度达到,F2=F1,时，系统又将达到一个新的平衡状态,33,通用控制系统方框图,34,x,set point,desired value,z,measured value of controlled variable,e=x-z error,p,control signal,q,manipulated variable,y,controlled variable,d,disturbance(,干扰信号，使,y,偏离,x,的外界因素,),Feature:,(1),自动调节系统是按偏差,e,的大小,(,包含,e,的符号,),进行调节的。,(2),自动调节系统由封闭回路组成,(,闭环,),。,(3),自动调节系统是负反馈的。,35,3.Response of automatic control system,Steady-state:variables do not change with time,静止与静态的区别，静态是相对的、暂时的、有条件的。,Dynamic-state:variables change with time,动态是绝对的、经常的、无条件的。,Transient response:the period from one steady-state to another steady-state(the period of control action overcome disturbance),disturbance producing error,control action overcome error,控制过程总是处在一波未平，一波又起，波动不止，往复不息的动态过程中。,36,37,扰动信号,38,4.Quality desire for control system,(1)Two types control response,当输入（干扰或给定值）发生阶跃变化时，由于过程本身的特性，过渡过程有以下几种基本形式。,39,衰减震荡,衰减无震荡,good control result,decaying oscillation,stable response,achieve new steady-state,：,(a)(b),unstable response,not achieve new steady-state,：,(c)(d),40,41,42,Section Automatic instruments,要点,:,1.Type,(1),按作用分：测量仪表、显示仪表、调节仪表,(2),按工作能源分：气动仪表,pneumatic,instrument,、液动仪表、电动仪表,electric,instrument,(3),按作用的组合方式分,:,基地式、单元组合式,element combinatory instrument,43,信号,/mA,0.2,0.6,1.0,温度,/,0,50,100,100,200,300,流量,/m,3,h,-1,10,25,40,0,25,50,Example:,气动仪表,2.Standard signal,气动仪表,:0.21.0 Kg/cm,气压信号,电动仪表,:010 m,A(DC)(,型,),420 m,A(DC)(,型,),电流信号,44,工艺管道及控制流程图,仪表符号,图形符号,字母代号,仪表位号,采用美国仪表学会（,ISA,）编制的仪表代号,采用美国制浆造纸技术协会（,TAPPI,）和加拿大制浆造纸协会（,CPPA,）编制代号,45,例子：工艺管道及控制流程图,脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例,左图是乙烯生产过程中脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图,能看懂吗？,46,38,序号,安装位置,图形符号,备注,序号,安装位置,图形符号,备注,1,就地安装仪表,嵌在管道中,4,集中仪表盘后安装仪表,2,集中仪表盘面安装仪表,5,就地仪表盘面安装仪表,3,就地仪表盘面安装仪表,（一）仪表安装位置的图形符号表示,常规仪表图形符号：直径为,12mm(,或,10mm),的细实线圆圈,47,字母,第一位字母,后继字母,被测变量,修饰词,功能,A,C,D,E,F,I,K,L,M,P,Q,R,S,T,V,W,Y,Z,分析,电导率,密度,电压,流量,电流,时间或时间程序,物位,水分或湿度,压力或真空,数量或件数,放射性,速度或频率,温度,黏度,力,供选用,位置,差,比（分数）,积分、累积,安全,报警,控制（调节）,检测元件,指示,自动,-,手动操作器,积分、累积,记录或打印,开关、联锁,传送,阀、挡板、百叶窗,套管,继动器或计算器,驱动、执行或未分类的终端执行机构,（二）被测变量和仪表功能的字母代号,48,脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例,举例,塔顶的压力控制系统,PIC-207,：,P,测量压力；,I,：具有指示功能；,C,具有控制功能；,回流罐液位控制系统,LIC-201,。,塔下部温度控制系统,TRC-210,具有指示功能的压力控制器。该控制系统是通过改变气相采出量来维持塔压稳定的。,具有指示功能的液位控制器，它是通过改变进入冷凝器的冷剂量来维持回流罐中液位稳定的。,具有记录功能的温度控制器，它是通过改变进入再沸器的加热蒸汽量来维持塔底温度恒定的。,207,、,201,、,210?,49,（三）仪表位号,仪表位号,是由字母代号组合和阿拉伯数字编号两部分组成。阿拉伯数字编号写在圆圈的下半部，其第一位数字表示工段号，后续数字（二位或三位数字）表示仪表序号。,测量点在加热蒸汽管线上的蒸汽压力指示仪表，该仪表为就地安装，工段号为,2,，仪表序号为,06,。,在加热蒸汽管线上具有记录和指示功能的控制仪表，该仪表为集中安装，工段号为,2,，仪表序号为,10,。,如果一台仪表同时具有显示和记录功能，只需要标注,R,。,PI-206,：,TRC-210,：,50,就地安装,集中安装,多功能复式仪表,(,就地、集中,),气动调节阀,电动调节阀,活塞式调节阀,手动阀,信号线,51,三通控制阀,有三个出入口与工艺管道连接,流通方式有合流型（两种介质混合成一路）和分流型（一种介质分成两路）两种,适用于配比控制与旁路控制。,52,阀门,执行单元,执行单元作用：接受调节器的控制信号，控制被控对象对应的某些物理量，如温度、压力、流量等。执行单元直接与控制介质接触，是过程控制系统的最薄弱环节。,执行器的构成；,执行机构：,执行器的推动装置，根据调节器信号产生推力或位移，作用于调节机构；,调节机构：,最常见为,调节阀,，利用执行机构的位移或推力改变,调节阀的流通面积,，以控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制。,执行机构,调节机构,53,自动调节阀按照工作所用,能源形式,可分为：,电动,调节阀,：电源配备方便，信号传输快、损失小，可远距离传输；但推力较小。,气动,调节阀,：结构简单，可靠，维护方便，防火防爆；但气源配备不方便。,液动,调节阀,：用液压传递动力，推力最大；但安装、维护麻烦，使用不多。,工业中使用最多的是气动调节阀和电动调节阀。,54,电动执行器,气动执行器,两种执行机构,55,就地安装的流量记录系统,集中安装的流量控制系统,集中安装的液位控制系统,集中安装的温度控制系统,集中安装的压力串级控制系统,在简单控制系统的回路,中第一个字母一定相同,56,作业：,什么叫被调节参数，调节量，偏差，控制信号？,画过程控制系统方框图，并解释各信号节点的的含义,仪表,符号系统是由,图形符号、字母代号、仪表,位,号三部分组成。详述各图形符号、字母代号和仪表,位号,的具体含义。,57,