过程控制系统课程设计题目.pptx

过程控制系统课程设计题目

2024-01-25

目录

课程设计背景与目的

过程控制系统基本原理

过程控制系统硬件组成

过程控制系统软件实现

过程控制系统调试与运行

过程控制系统应用案例分析

01

课程设计背景与目的

过程控制系统的定义

01

过程控制系统是一种用于监视和控制工业过程的自动化系统，通过对过程变量的测量、比较和执行机构的控制，实现对过程状态的调节和优化。

过程控制系统的组成

02

过程控制系统通常由传感器、变送器、控制器和执行器等组成，形成一个闭环控制系统。

过程控制系统的应用领域

03

过程控制系统广泛应用于化工、石油、电力、冶金等工业领域，是实现工业自动化和智能化的重要手段。

提高学生解决实际工程问题的能力，增强学生的实践能力和创新意识。

通过课程设计，使学生了解过程控制系统的最新发展动态和应用前景，拓宽学生的知识面和视野。

培养学生掌握过程控制系统的基本原理和设计方法，具备独立进行过程控制系统设计的能力。

预期成果

学生应能够独立完成一个具有实际应用背景的过程控制系统设计，包括系统分析、设计、仿真和实验等环节。

评价标准

评价学生课程设计的成果，主要依据以下几个方面：设计的创新性、实用性、可行性；系统性能的稳定性和优化程度；设计文档的规范性和完整性；答辩表现及团队合作能力等。

02

过程控制系统基本原理

03

控制系统的基本组成

分析控制系统的组成要素，包括被控对象、测量元件、控制器和执行器等。

01

自动控制系统的定义与分类

介绍自动控制系统的基本概念、分类以及应用领域。

02

控制系统的性能指标

阐述控制系统的稳定性、快速性、准确性等性能指标及其评价方法。

过程建模方法

介绍基于物理定律、经验公式或系统辨识的过程建模方法，如传递函数模型、状态空间模型等。

介绍基于经典控制理论（如根轨迹法、频率响应法）和现代控制理论（如状态空间法、最优控制）的控制器设计方法。

控制器设计原理

阐述控制器参数整定的方法，如经验法、试凑法、Ziegler-Nichols法等，以及基于优化算法的控制器参数优化策略，如遗传算法、粒子群算法等。

控制器参数整定与优化

探讨先进控制策略在过程控制中的应用，如自适应控制、鲁棒控制、预测控制等，并分析其优缺点及适用场景。

先进控制策略应用

03

过程控制系统硬件组成

传感器类型选择

传感器性能指标

执行器类型选择

执行器性能指标

根据被控对象特性和测量需求，选择合适的传感器类型，如温度传感器、压力传感器、流量传感器等。

根据控制需求和被控对象特性，选择合适的执行器类型，如电动执行器、气动执行器等。

考虑传感器的测量范围、精度、稳定性、响应速度等性能指标，以满足系统要求。

考虑执行器的输出力或力矩、动作速度、控制精度等性能指标，以满足系统要求。

数据处理算法设计

针对采集到的原始数据，设计相应的数据处理算法，如滤波、放大、转换等，以提取有用的信息并消除干扰。

数据存储与传输方式选择

根据系统需求和资源情况，选择合适的数据存储和传输方式，如本地存储、远程传输等。

数据采集方式选择

根据传感器输出信号类型和特性，选择合适的数据采集方式，如模拟量输入、数字量输入等。

1

2

3

根据系统需求和现有资源，选择合适的通信接口标准，如RS-232、RS-485、CAN总线等。

通信接口选择

根据通信接口标准和数据传输需求，选择合适的通信协议，如Modbus、Profibus等。

通信协议选择

针对选定的通信接口和协议，进行相应的参数配置，如波特率、数据位、停止位、校验位等。

通信参数配置

04

过程控制系统软件实现

采用分层架构或模块化架构，将系统划分为不同的层次或模块，实现高内聚、低耦合的设计目标，提高系统的可维护性和可扩展性。

将功能相近的代码封装成模块，通过模块间的接口实现数据的传递和功能的调用，降低代码的复杂度和重复性，提高开发效率。

模块化思想应用

软件架构设计

关键算法实现

包括控制算法（如PID控制、模糊控制等）、数据处理算法（如滤波算法、数据压缩算法等）以及通信协议的实现等。

优化方法

针对关键算法进行性能优化，如采用更高效的算法、减少计算量、优化内存使用等，提高软件的运行效率和稳定性。同时，也可以采用并行计算、分布式计算等技术进一步提高系统的处理能力。

05

过程控制系统调试与运行

故障排查

对出现的问题进行逐一排查，定位故障点并进行修复。

系统联调

按照设计文档和接线图进行系统联调，测试各功能模块是否正常工作。

软件配置

根据系统需求配置软件参数，如输入输出通道、控制算法、通讯协议等。

调试前准备

熟悉系统结构、功能及性能指标，准备必要的调试工具和测试设备。

硬件检查

检查硬件设备连接是否正确、紧固，电源及信号线是否接好，设备接地是否良好。

通过观察系统运行状态、指示灯、显示屏等信息