过程控制系统概述

1、过程控制系统概述金川集团自动化公司服务部10.1 过程控制的要求与任务0.2 过程控制的发展与趋势0.3化工生产过程自动化的主要内容绪论20.1 过程控制的要求与任务0.1.1什么是自动控制和过程控制所谓自动控制就是在没有人直接参与的情况下，自动控制装置使受控对象自动地按预定的规律运行。受控对象：可以是飞机、轮船、机械设备、或某个生产过程。要实现自动控制，自动化装置必须有自动检测、自动判断、自动操作，才能保证自动控制的进行。3 生产过程的总目标，是在可能获得的原料和能源条件下，以最经济的途径将原料加工成预期的合格产品。为了达到该目标，必须对生产过程物流变化的信息进行监视与控制。 0.1.2工业

2、生产过程的总目标伴随物流变化的信息有体现物流性质的信息体现操作条件的信息（物理特性和化学成分）（温度、压力、流量、液位或物位等）4 对工业生产过程中过程参数的控制，称为过程控制，它是自动控制学科的一个重要分支。工艺生产过程的五大参数温度、压力、流量、液位(或物位)、成分和物性等参数过程控制覆盖许多工业部门诸如石油、化工、冶金、炼焦、造纸、建材、轻工、纺织、陶瓷、食品及电力等等，因而，过程控制在国民经济中占有极其重要的地位。5工业生产对过程控制的要求（3）经济性过程控制的任务是在充分了解、掌握生产过程的工艺流程和生产机理的基础上，按安全、稳定、经济的要求建立过程控制系统，实现生产过程的控制目标。

3、（1）安全性（2）稳定性6过程控制的主要目标应包括以下几个方面： 保障生产过程的安全和平稳； 达到预期的产量和质量； 尽可能地减少原材料和能源损耗； 把生产对环境的危害降低到最小程度。0.1.3过程控制的目的生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、降低成本、改善劳动条件、促进文明生产、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段，是20世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标记之一。7如：工业生产中常见的锅炉汽包水位控制图0.1 锅炉汽包示意图汽包内的液（水）位是一个非常重要的工艺参数。过高：影响蒸汽蒸发空间过低：容易干锅燃坏设备为了保持液位为定值，手工控制时主要有三步：1、用眼观察水位变化2、用

4、脑思考判断水位情况3、用手调节给水阀门8锅炉汽包水位自动控制图0.2 锅炉汽包液位自动控制LT代替眼睛的液位测量变送装置LC代替人大脑的液位控制器代替人手的液位执行器执行器（也称控制器）控制流程图上常用的字母代号P245这些自动控制装置和被控的工艺对象组成了一套过程控制系统。90.1.4过程控制系统特点生产过程的自动控制，一般是要求过程进行中的有关参数保持为一定值或按一定规律变化。显然，过程参数的变化，不但受外界条件的影响，它们之间往往也相互影响，这就增加了过程参数自动控制的复杂性和难度。 (3) 被控过程是多参数的渐变控制过程过程控制特点(1)被控过程的多样性(2) 控制方案的多样性100.

5、2 过程控制的发展与趋势0.2.1 自动控制理论的发展历程20世纪40年代开始形成的控制理论被称为“20世纪上半叶三大伟绩之一”，在自动化的发展中的特点：第一，任务的需要、理论的开拓与技术手段的进展三者相互推动，相互促进第二，自动化技术是一门综合性的技术，控制论更是一门广义的学科，在各行各业的领域，移植和借鉴起了交流汇合的作用11有人把20世纪30年代末这段时期的控制理论称为第一代控制理论。这时候的系统（包括过程控制系统）是简单控制系统，仪表是基地式、大尺寸的。第二次世界大战前后，控制理论有了很大发展，以微分方程分析法、频率特性分析法、根轨迹分析法为主体的经典控制理论发展到了成熟的阶段，这是第

6、二代控制理论。此时，自动控制技术开始形成一套完整的，以传递函数为基础的，对单输入、单输出控制系统进行分析与设计的理论。12古典控制理论最辉煌的成果之一要首推PID控制规律。PID控制原理简单，易于实现，对无时间延迟的单回路控制系统极为有效。目前，工业过程控制中8090的系统还使用PID控制规律。为适应多种结构系统的需要，在控制器方面，单元组合式仪表应运而生。在20世纪6070年代的相当长的一段时期内，气动单元组合仪表（QDZ）和电动单元组合仪表（DDZ）是控制仪表的主流。1320世纪60年代，现代控制理论迅猛发展，它是以状态空间分析法为基础、以极小值原理和动态规划等最优控制理论为特征。这是第三

7、代控制理论。第三代控制理论在航天、航空、制导等领域取得了辉煌的成果，在过程控制领域也有所移植，但不普遍。从20世纪70年代开始，为了解决大规模复杂系统的优化与控制问题，逐步发展形成了大系统理论。其核心思想是系统的分解与协调。多级递阶优化与控制是大系统理论应用的典范。实际上，大系统理论仍未突破现代控制理论的思想与框架，除了高维线性系统之外，它对其他复杂控制系统仍然束手无策。140.2 .2 过程控制系统的发展与趋势从系统结构来看，过程控制已经经历了四个阶段。 1 、基地式控制阶段（初级阶段） 20世纪50年代，生产过程自动化主要是凭生产实践经验，局限于一般的控制元件及机电式控制仪器，采用比较笨重

8、的基地式仪表（如自力式温度控制器、就地式液位控制器等），实现生产设备就地分散的局部自动控制。 过程控制的目的主要是几种热工参数（如温度、压力、流量及液位）的定值控制152、单元给合仪表自动化阶段 20世纪50年代出现了单元组合仪表给成的控制系统。单元组合仪表有电动和气动两大类。单元组合仪表间用标准统一的信号联系。 气动仪表（QDZ系列）信号：20100kPa气压信号。电动仪表信号：010mA（DDZ II ） 420 mA（DDZ III ） 单元组合仪表组成的控制系统，其控制策略主要是PID控制和常规的复杂控制系统。如：串级、均匀、比值、前馈、分程等控制系统。已使用30多年，目前仍广泛使用。

9、3163、计算机控制的初级阶段 20世纪70年代出现直接数字控制（DDC），代替常规的控制仪表实现集中控制。 但由于集中控制的缺陷，未能普及与推广就被集散控制系统（DCS）所替代。 DCS在硬件上将控制回路分散化，数据显示、实时监督等功能集中化，有利于安全平稳生产。 就控制策略而言，DCS仍以简单PID控制为主，再加上一些复杂的控制算法，并没有充分发挥计算机的功能和控制水平。174、 综合自动化阶段20世纪80年代以后出现二级优化控制，在DCS的基础上实现先进 控制和优化控制。在硬件上采用上位机和DCS（或电动单元组合仪表）相 结合，构成二级计算机优化控制。随着计算机及网络技术的发展，DCS出

10、现了开放式系统，实现多层次计算机网络构成的管控一体化系统（CIPS）。同时，以现场总线为标准，实现以微处理器为基础的现场仪表与控制系统之间进行全数字化、双向和多站通信的现场总线网络控制系统（FCS）。FCS将对控制系统结构带来革命性变革，开辟控制系统的新纪元。 当前自动控制系统发展的一些主要特点是：生产装置实施先进控制成为发展主流；过程优化受到普遍关注；传统的DCS正在走向国际统一标准的开放式系统；综合自动化系统（CIPS）是发展方向。180.3生产过程自动化的主要内容1、自动检测采用自动检测装置，能连续不断地检查生产中各种参数的数值，并能自动地将这些参数的变化情况随时指示和记录下来，让工艺人员在远离生产现场的控制室对工艺生产过程进行监控和管理。192、自动控制当生产过程中的状态参数偏离工艺生产的正常值时，会影响生产过程的安全和产品的质量。通过自动控制系统，就可以对这些参数进行自动检测、自动判断，再自动控制，将这些参数调回到正常的工作范围，维持生产过程的