过程控制-第九章过程控制系统的工程应用
过程控制系统及其应用 居滋培
第四节 闭环控制系统的仿真算法 一、A/D单元的离散描述 二、D/A保持器的传递函数 三、离散闭环控制系统数字仿真编程的递推求解法 四、采样周期T的确定需注意的问题
第五节 工业控制组态软件 一、概述 二、组态软件的系统结构与功能
第六节 集散控制系统（DCS） 一、集散控制系统在工业中的应用 二、集散控制系统的结构与功能 三、集散控制系统发展
第三节 变风量空调系统 一、变风量空调系统概述 二、变风量空调系统的自动控制
参考பைடு நூலகம்献
第一章 过程控制的基本概念
第一节 过程控制的发展概况 第二节 过程控制系统的组成 第三节 过程控制的分类 第四节 生产对过程控制的要求和指标
第一节 过程控制的发展概况
自20世纪50年代以来，由于计算机技术的发 展，带来了自动化发展的惊人成就。自动化的发 展首先从工业生产领域开始，而工业自动化的发 展又与工业生产过程本身的发展有着密切的联系。 随着生产从简单到复杂，从局部到全局，从低级 到智能的发展，工业生产自动化也经历了一个不 断发展的过程。
第四节 生产对过控制的要求和指标 一、生产对过程控制的要求 二、过程控制系统的品质指标
第二章 过程检测仪表
第一节自动化仪表基本品质指标 一、仪表测量过程的测量误差及表示
二、检测仪表的基本技术性能指标 第二节 温度检测仪表
一、概述 二、热电偶温度计 三、热电阻温度计 四、光辐射测温方法
第三节 压力(差压)检测仪表 一、概述 二、弹性式压力测量元件 三、压力（压差）变送器
第八章 计算机过程控制系统
第一节 计算机控制技术概述 一、概述 二、过程计算机控制系统的组成 三、过程计算机控制系统的分类
第二节 过程输入输出通道基本原理 一、AI（Analog Input）通道 二、AI（Analog onput）通道 三、DI（Digital Input）、DO（Digital Output） 通道
过程控制系统及其应用
锅炉炉膛负压控制系统在社会各行各业的生产过程中，对各个工艺过程的工艺变量均有一定的控制要求，其中的一些工艺变量对产品的质量和数量直接起到了决定性的作用，是整个生产过程的表征。
在工艺过程控制系统工程设计中要求所设计的控制系统通过对这些工艺变量的监测与控制，在确保生产安全的前提下尽可能保证产品的质量、提高产品产量、降低生产能源的消耗、降低生产成本、改善工人的劳动条件，除此还需保证生产过程能够实现长期运行和尽可能减少对环境的污染。
控制系统的设计，首先，要求自动控制系统设计人员在掌握较为全面的自动化专业知识的同时，也要进可能的多熟悉所要控制的工艺装置对象。
其次，要求自动化专业技术人员与工艺专业技术人员进行必要的交流，共同讨论确定自动化方案。
第三，自动化专业技术人员要切忌盲目追求控制系统的先进性和所用仪表及装置的先进性，应该力求用最简单的控制方案满足工业要求。
第四，设计一定要遵循有关标准和规定，按照科学合理的程序行。
锅炉炉膛负压的控制与生产安全息息相关，安全方面主要是防止炉膛负压过高导致火焰外喷而引发事故，但炉膛负压过低将会降低燃料的利用率，送风量和引风量都直接影响到炉膛负压，而且在需要进行逻辑提量和逻辑减量及来至风机的干扰比较大时炉膛负压都会有较大的变化和波动。
因此，需要设置炉膛负压控制系统来对其进行控制，从而保证生产安全有效地进行。
本方案是以控制炉膛负压为目的的，固然可直接将此变量作为主被控变量，由于引风量直接影响炉膛负压，而且引风量是一个相对对立的变量，因此可以选择引风量作为操纵变量，只要能够实时地控制引风量就能够确保炉膛负压的稳定，由于气体流量和压力成平方关系，而且气体流量不易准确检测，因此可以通过对引风机入口烟气压力的控制间接地对引风量进行控制。
由于开环无法保持炉膛负压的稳定，需要应用闭环控制，即需引入反馈，但反馈具有一定的滞后性，即先检测到变化之后再进行控制，控制不够及时，所以需要引入具有超前性质的控制作用，因此需要引入前馈控制，考虑到来至引风机的干扰较大的情况，需要引入串级。
过程控制系统原理及应用
2.2 ＰＬＣ系统基本组成
上位机１ 上位机２
通讯网络
下位机
1)下位机：执行PLC的控制程序，完成控制功能，一般采用专用的PLC厂 商提供的专用的PLC程序，西门子PLC的STEP7，GE公司PLC的LM90-70, 莫迪康PLC的CONCEPT。 2)上位机：为人机界面，完成监视操作功能，一般采用工控软件如 IUTCH、FIX、WINCC等，功能类似DCS的监视和控制功能。 3)通讯网络：上位机和下位机的通讯采用各种方式，通用的、专用的，工 控软件可支持各种厂商的PLC的通讯。
5）调整画面：每个控制功能模块的详细调整，PID参数设定、上下限报警输 出、输出限幅、1个回路/窗口，100000个窗口/HIS
6）过程报警画面：100个点的报警一览表。18个报警/窗口，200个报警/HIS 7) 控制方案图窗口：显示控制方案图的数值和报警状态。
DCS系统窗口调用功能键
系帮过操
绑 绑存
２、操作简便：ＤＣＳ系统的操作功能强大，给操作人员提 供了许多便利的操作功能，操作人员通过操作画面方便完成 各种操作功能。
３、系统便于扩展：ＤＣＳ系统设计结构便于增加卡件、增 加机架、增加操作站和增加控制站，便于装置的扩能改造。
４、维护方便：ＤＣＳ系统设计按照标准设计、硬件模块化、 系统配备自诊断软件，方便检测系统故障。
PLC（Programmable Logic Controller)可 编程序控制器于20世纪60年代末期在美国首先 出现，目的是用来取代继电器，实现逻辑计算、 计时、计数和顺序控制，主要用于开关量控制， 随着技术和需求的发展， PLC也可完成模拟量 的控制。
2.１ ＰＬＣ的特点
１）应用灵活：ＰＬＣ为标准的积木式硬件结构，现 场安装方便，各种控制功能通过软件编程完成。
过程控制讲义课件(全套)
29
1.4 过程控制系统的分类
6. 按给定信号的特点分类 ： 定值控制系统 程序控制系统 随动控制系统
（1）定值控制系统：就是系统被控量的给定值保持在规定 值不变，或在小范围附近不变。定值控制系统是过程控 制中应用最多的一种控制系统，因为在工业生产过程中 大多要求系统被控量的给定值保持在某一定值，或在某 很小范围内不变。 例如过热蒸汽温度控制系统、转炉供氧量控制系统 均为一个定值控制系统。
30
1.4 过程控制系统的分类
（2）程序控制系统：它是被控量的给定值按预定的时 间程序变化工作的。控制的目的就是使系统被控量按 工艺要求规定的程序自动变化。 例如同期作业的加热设备(机械、冶金工业中的热 处理炉)，一般工艺要求加热升温、保温和逐次降温 等程序，给定值就按此程序自动地变化，控制系统按 此给定程序自动工作，达到程序控制的目的。
4. 按被控制量的多少分类：
单变量控制系统 多变量控制系统
25
1.4 过程控制系统的分类
5. 按系统的结构分类：
反馈控制系统 前馈控制系统 复合控制系统 单回路控制系统 串级控制系统
26
1.4 过程控制系统的分类
（1）反馈控制系统
它是过程控制系统中的一种最基本的控制结构形 式。反馈控制系统是根据系统被控量的偏差进行工作 的，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差 的目的。如过热蒸汽温度控制系统就是一个反馈控制 系统。另外，反馈信号也可能有多个，从而可以构成 多个闭合回路，称其为多回路控制系统。
23
1.4 过程控制系统的分类
1. 按被控量分类 ：
温度控制系统 压力控制系统 流量控制系统 液位控制系统等
2. 按完成的功能分类：
过程控制系统ppt课件
4、变送器：一般为“＋”； 一般控制系统中，有效办法是采用串级控制。
当口径A和差压(P1-P2)一定时，流量Q仅随阻尼的
变化而变化。改变阀门的开启程度，可改变流通阻力而 控制介质流量。
二、控制阀的流量特性
1、概念
l Q ,L Q max
Ql f( )(33)
§2-2 被控参数和控制参数的选择
一、被控参数(即被控量)的选择
1.选择的意义
2. 选择方法
(1).选直接参数
即能直接发映生产过程产品产量和质量，以及安全 运行的参数。(如锅炉锅筒的水位控制。)
(2).选间接参数
当选直接参数有困难时采用。(如用反应釜的温度 控制间接实现化学反应的质量控制。)
3. 选间接参数的原则
它是每经过一个周期后，波动幅度衰减的百分数，即：
B1 B2
B1
2．超调量和最大动态偏差：
随动控制系统中，超调量（Overshoot）σ定义为：
B1 100%
C
定值控制系统采用最大动态偏差A表示超调程度。即：
3．余差：
A B1 C
它是控制系统的最终稳态偏差e(∞)。在阶跃输入作
用下，余差（Steady-state error）为：
以液体储槽的水位控制为例进行说明。
1、控制原理(如下图)
液位变送器 液位控制器
执行器
2、系统方块图
1-1典型单回路控制系统
3、主要组成部分
(1)、被控对象：生产过程中被控制的工艺设备或装置。 (2)、检测变送单元： (3)、控制器：实时地对被控系统施加控制作用。 (4)、执行器：将控制信号进行放大以驱动控制阀。常见的
• 必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状。 • 间接参数应与直接参数有某种单值函数关系。 • 间接参数要有足够的灵敏度。
过程控制系统及其应用PPT课件.
第三个阶段最大成就就是大规模集成电路和微 处理器的产生，这大大加速了工业计算机的商 品化和计算机技术的普及和发展。为了满足工 业计算机可靠性和灵活性的需要，作为一种全 新的工业控制工具，集散控制系统产生了 （Distributed Control Systems, DCS）。 它是集计算机技术、控制技术、通信技术和图 形显示技术于一体的计算机系统。而另一方面， 控制理论和其它学科相互渗透，从而形成了以 大系统理论和智能控制理论为代表的所谓第三 代控制理论。
第七节 现场总线技术 一、现场总线技术及其产生的背景 二、现场总线的工作原理 三、现场总线的技术特点 四、几种典型的现场总线
第九章 过程自动化控制系统的应用实例
第一节 恒压供水控制系统 一、概述 二、恒水压控制装置 三、其他方案
第二节 楼宇设备管理和监控系统 一、概述 二、系统的组成及工作原理 三、系统软件 四、系统的特点
过程控制系统及其应用
目录
第一章 过程控制的基本概念
第一节 过程控制的发展概况 第二节 过程控制系统的组成
一、被控对象 二、 传感器和变送器 三、 控制器 四、 执行器 五、 控制阀
第三节 过程控制的分类 一、各种分类方法 二、设定值分类
第四节 生产对过控制的要求和指标 一、生产对过程控制的要求 二、过程控制系统的品质指标
四、执行器
执行器接收控制器的控制信号u，经变换或 放大后推动调节阀。目前的执行器有气动执行 器和电动执行器，如控制器是电动的，而执行 器是气动的，则在控制器与执行器之间要有电 气转换器。如用电动执行器，则控制器输出须 经伺服放大器放大才能驱动执行器以推动调节 阀。
五、调节阀
控制器输出控制信号u，经气动或电动执行 器驱动调节阀，改变输入对象的操纵量q，使 被控量受到控制。
《过程控制工程》课件
反馈控制原理基于负反馈机制，通过传感器检测系统输出，并将其与期望输出进行比较，产生一个误差信号。控 制器根据误差信号调整系统输入，以减小实际输出与期望输出之间的偏差。这种控制方式具有快速响应、抗干扰 能力强等优点。
前馈控制原理
总结词
前馈控制原理是一种开环控制系统，通过预先对扰动因素进行补偿，来减小其 对系统输出的影响。
执行器分为电动、气动和液压等类型，根据被控对象的特性选择合适的执行器， 以实现精确的控制效果。
传感器
传感器是过程控制系统中的测量元件，用于检测被控对象的 参数并将其转换为电信号或数字信号。
传感器的类型包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等 ，它们的选择直接影响系统的测量精度和控制效果。
过程单元
系统仿真
总结词
系统仿真是在计算机上模拟实际生产过 程，用于评估和比较不同控制策略的效 果。
VS
详细描述
系统仿真通过模拟生产过程中各个工艺变 量的变化，可以预测系统在不同控制策略 下的行为。通过比较不同控制策略的效果 ，可以找到最优的控制方案。系统仿真还 可以用于培训操作人员，提高其对系统的 理解和操作能力。
02
过程控制系统的基本组 成
控制器
控制器是过程控制系统的核心，用于 接收来自传感器的输入信号，并根据 设定值与实际值的偏差产生控制输出 。
控制器的类型包括比例控制器、积分 控制器和微分控制器等，它们通过不 同的控制算法来调整执行器的输出， 以实现系统的稳定和优化。
执行器
执行器是过程控制系统的执行机构，根据控制器的输出信号来调节被控对象的参 数。
详细描述
集成化控制系统将生产过程中的各种设备和系统进行集成，实现数据共享、信息交互和协同工作，提高生产过程 的整体协调性和效率。同时，集成化控制系统还有助于降低能源消耗和减少环境污染，促进可持续发展。
过程控制系统教案
过程控制系统教案一、教学目标1. 理解过程控制系统的概念及其重要性。
2. 掌握过程控制系统的分类和基本组成。
3. 了解过程控制系统的性能指标和应用领域。
4. 学会使用过程控制系统的基本工具和软件。
二、教学内容1. 过程控制系统的概念及其重要性1.1 定义及作用1.2 过程控制系统与自动控制系统的区别2. 过程控制系统的分类和基本组成2.1 连续过程控制系统2.2 离散过程控制系统2.3 开环控制系统与闭环控制系统2.4 过程控制系统的硬件和软件组成三、教学方法1. 讲授法：讲解过程控制系统的概念、分类和基本组成。
2. 案例分析法：分析实际应用中的过程控制系统案例，加深学生对过程控制系统的理解。
3. 实验法：安排实验室实践，让学生动手操作过程控制系统。
4. 小组讨论法：分组讨论过程控制系统的设计和应用，提高学生的团队协作能力。
四、教学资源1. 教材：过程控制系统相关教材。
2. 课件：制作精美的课件，辅助讲解过程控制系统相关知识。
3. 实验室设备：供学生进行实验操作的过程控制系统设备。
4. 网络资源：查找与过程控制系统相关的视频、案例等资源，用于课堂拓展。
五、教学评价1. 平时成绩：考察学生的课堂表现、发言和作业完成情况。
2. 实验报告：评估学生在实验室实践过程中的操作能力和分析问题能力。
4. 期末考试：设置相关试题，测试学生对过程控制系统的理解和掌握程度。
六、教学安排1. 课时：本课程共计32课时，包括理论讲授16课时，实验操作16课时。
2. 授课计划：第1-8课时：讲解过程控制系统的概念、分类和基本组成。
第9-16课时：分析过程控制系统的性能指标和应用领域。
第17-24课时：学习过程控制系统的设计方法和工具。
第25-32课时：实验室实践和案例分析。
七、教学注意事项1. 确保学生掌握基本概念和原理，避免过于深入的技术细节。
2. 注重理论与实践相结合，让学生在实际操作中巩固知识。
3. 鼓励学生提问和参与讨论，提高课堂互动性。
过程控制的原理及应用
过程控制的原理及应用1. 简介过程控制是一种在工程领域中广泛应用的技术，它通过监测和调节工业生产中的各个环节，以实现产品质量的稳定和生产效率的提高。
本文将介绍过程控制的基本原理及其在实际应用中的重要性。
2. 过程控制的基本原理过程控制的基本原理是监测和调节工业生产中各个环节的关键参数，以维持生产过程中所需的稳定状态。
其主要包括以下几个方面：•监测：通过传感器等设备实时监测关键参数，如温度、压力、流量等，以获取生产过程中的实时数据。
•分析：对监测到的数据进行分析，判断当前生产过程是否处于预期状态，并识别潜在问题。
•控制：根据分析结果，通过控制器对生产过程进行调节，以确保关键参数保持在设定范围内。
•反馈：通过对调整后的参数进行反馈监测，进一步判断调节效果，并做出必要的修正。
3. 过程控制的应用领域过程控制广泛应用于各个行业和领域，下面将介绍几个常见的应用领域。
3.1 制造业在制造业中，过程控制可以确保产品的质量稳定和生产效率的提高。
例如，在汽车制造过程中，通过对关键参数（如焊接温度、喷漆厚度等）进行监测和调节，可以保证汽车质量的一致性，提高生产效率。
3.2 化工工业化工工业中的许多过程都需要严格的控制，以确保化学物质的安全和产品质量的稳定。
过程控制可以监测和调节化工装置中的参数，如温度、压力、流量等，以实现工艺的稳定和效率的提高。
3.3 能源领域过程控制在能源领域中的应用也十分重要。
通过监测和调节电力系统中的关键参数，如电压、频率等，可以实现电力供应的稳定和安全。
此外，在可再生能源领域，过程控制可以对风力发电和太阳能发电等设备进行精确控制，以最大程度地利用可再生能源。
3.4 环境监测过程控制也可以应用于环境监测领域。
例如，在污水处理过程中，通过监测关键参数（如污水PH值、含氧量等）并调节处理设备，可以确保污水处理效果达到标准要求，保护环境。
4. 过程控制的重要性过程控制在现代工业生产中的重要性不可忽视。
《过程控制》PPT课件
小结
一、基本控制算法分析 二、比例控制算法 三、比例积分控制算法 四、比例积分微分算法
谢谢 ！
第十一讲 PID控制器的选取
• 主要内容
一、控制器的选型 二、控制器正反作用的选择
一、控制器的选型
DVs
ysp + _
干扰通道
控制器
u(t)
MV 控制阀
+ 控制通道 +
y(t)
被控过程
传感变送器
ym(t)
100
75
% CO
50
25
25% PB 50% PB 100% PB 200% PB
PB 100%Kc
0 0
25 50 75 100 % TO
可见，小的比例度对应于大的控制器增益， 而大的比例度对应于小的控制器增益。
理想比例控制器的输出特性如左图所示，对于 控制器的输出没有物理限制。但在实际的控制器是 具有物理限制的，当输出达到上限或者下限，控制 阀就饱和了，如图所示。
MV
+ 被控过程 +
y(t)
u(t)
ym(t) 传感变送器
u(t)Kce(t)u0,
e(t)ysp(t)ym(t)
KC 被称为控制器增益，通常无量纲，偏置u0是控制 器的稳态输出，反映了比例控制的工作点。
在很多工业控制器中都没有控制器增益设定，而是 采用比例度来进行设定。
• 定义：比例度是指
使控制器输出全范 围变化所对应的控 制误差的比例。
TO of Liquid Level Kc = 0.5 Kc = 1.0 Kc = 2.0
Kc = 4.0
10
20
30
40
50
Time, min
质量管理学之统计过程控制
质量管理学–第九章 统计过程控制
质量管理学–第九章 统计过程控制
质量管理学–第九章 统计过程控制
质量管理学–第九章 统计过程控制
质量管理学–第九章 统计过程控制
质量管理学–第九章 统计过程控制
质量管理学–第九章 统计过程控制
9.7统计控制状态的判断
点子落在控制界外，有两种可能 点子落在控制界内，有两种可能
解决办法：根据使两种错误造成的总损失最小这一点来确定控制 图的最优间距。
因而，根据“点出界就判异”作出判断，即使有时判断错误虚发 警报，从长远来看仍是经济的。
经验证明休哈特所提出的3σ方式较好。
质量管理学–第九章 统计过程控制
常规控制图的设计思想
先定α，再看β 按照3σ方式确定UCL、LCL就等于确定了虚发警报的概率α0=0.27% 为了增强使用者的信息，常规控制图的α取得特别小，但缺点是β大 常规控制图并非依据使两种错误造成的总损失最小为原则来设计
统计控制状态：随着时间 变化，过程的均值和方差都 保持不变
适用范围：处于追求质量 早期阶段的公司。当质量水 平接近于六西格玛时，SPC 无效
机构
医院
银行 邮局
救护车 警察局 酒店
质量测量
实验室测试的准确性；药物的及时分 发
支票处理的准确性
分拣的准确性；投递时间；特快信件 准时交付的百分比
响应时间
特定地区犯罪发生率；交通传票数
质量管理学–第九章 统计过程控制
3σ方式 UCL=μ+3 σ CL= μ LCL= μ-3 σ 这是常规控制图的总公式，具体应用时需要经过下列两个步骤： ⑴将3 σ方式的公式具体化到所用的具体控制图 ⑵常规控制图有标准值给定（参数已知）和标准值未给定（参数未知）
《过程控制系统及应用》课程标准
《过程控制系统及应用》课程标准课程代码：B0703313 B0703413 课程类别：必修课授课系（部）：自动化工程系学分学时：7.5 140学时一、课程定位与作用1．课程性质本课程是工业过程自动化技术专业学生在学习相关专业基础课后开设的一门专业必修课，是将控制理论及其工程应用紧密联系的一门课程，为后续《计算机控制技术》等课程奠定专业基础。
2．课程作用《过程控制系统及应用》是工业过程自动化技术专业的一门重要专业课，是理论与实践联系非常紧密的一门课程。
该课程的内容主要包括两部分：第一部分主要以传递函数为工具，采用时域分析法分析控制系统的一阶、二阶系统的动态响应指标。
第二部分主要介绍化工生产过程常用的单回路控制、串级控制、前馈控制、均匀控制、比值控制、分程控制、选择控制等控制方案的特点、结构、应用场合，以及各种控制方案的实施方法，如：控制规律的选择、PID参数的整定、系统投运方法。
通过本课程的学习，将控制理论和工程实施方法相结合，为学生从事控制系统的设计、调试、投运和维护打下良好的基础。
3. 与其他课程的关系本门课程需用到前期所学《高等数学》、《典型化工生产技术》、《大学物理》等课程的相关知识，同时为后续《计算机控制技术》、《安全仪表系统》、《交流调速系统》等课程的学习打下基础。
二、课程目标通过《过程控制系统及应用》课程的学习，使学生具备化工检测技术和控制系统方面的基本知识，为学习和掌握专业知识和职业技能打下基础。
1．知识目标（1）熟悉传递函数求系统响应的方法（2）掌握典型环节传递函数表达方法（3）掌握使用传递函数分析一阶、二阶系统动态指标的方法（4）掌握时域分析法求一阶、二阶系统动态指标的方法（5）掌握单回路控制方案的特点及方案设计方法（6）掌握串级、前馈、比值、分程、选择性、均匀控制方案的特点及工程实施方法（7）掌握单回路、串级控制方案系统的调试、投运方法（8）掌握单回路、串级控制方案系统的PID参数整定的方法（9）熟悉前馈、比值、分程、选择性、均匀控制系统的系统投运方法2．能力目标（1）能够使用MATLAB编程软件仿真、得到系统的动态响应曲线（2）能够使用时域分析法分析一阶、二阶系统的动态性能（3）能够根据工艺要求选择并实施简单控制、串级控制等系统的控制方案（4）能够选择合适的控制规律并完成PID参数的整定（5）能够完成控制系统的调试、投运（6）能够初步完成简单控制系统的设计3．素质目标（1）培养学生谦虚、好学的能力（2）培养学生勤于思考、做事认真的良好作风（3）培养学生团队协作能力（4）培养学生的质量意识、安全意识、环保意识及良好的职业道德三、课程设计1.设计基本理念以过控人员的工作任务作为切入口，根据工作对象、内容、手段与成果的要求，将基于学科知识系统的课程教学方式转换为基于工作过程的课程教学方式。
《过程控制》
《过程控制》课程笔记第一章概论一、过程控制系统组成与分类1. 过程控制系统的基本组成过程控制系统主要由被控对象、控制器、执行器、检测仪表四个部分组成。
（1）被控对象：指生产过程中的各种设备、机器、容器等，它们是生产过程中需要控制的主要对象。
被控对象具有各种不同的特性，如线性、非线性、时变性等。
（2）控制器：控制器是过程控制系统的核心部分，它根据给定的控制策略，对检测仪表的信号进行处理，生成控制信号，驱动执行器动作，从而实现对被控对象的控制。
控制器的设计和选择直接影响控制效果。
（3）执行器：执行器是控制器与被控对象之间的桥梁，它接收控制器的信号，调节阀门的开度或者调节电机转速，从而实现对被控对象的控制。
执行器的响应速度和精度对控制系统的性能有很大影响。
（4）检测仪表：检测仪表用于实时测量被控对象的各项参数，如温度、压力、流量等，并将这些参数转换为电信号，传输给控制器。
检测仪表的准确性和灵敏度对控制系统的性能同样重要。
2. 过程控制系统的分类根据控制系统的结构特点，过程控制系统可以分为两大类：开环控制系统和闭环控制系统。
（1）开环控制系统：开环控制系统没有反馈环节，控制器根据给定的控制策略，直接生成控制信号，驱动执行器动作。
开环控制系统的优点是结构简单，成本低，但缺点是控制精度较低，容易受到外部干扰。
（2）闭环控制系统：闭环控制系统具有反馈环节，控制器根据检测仪表的信号，实时调整控制策略，生成控制信号，驱动执行器动作。
闭环控制系统的优点是控制精度高，抗干扰能力强，但缺点是结构复杂，成本较高。
二、过程控制系统性能指标1. 稳态误差：稳态误差是指系统在稳态时，输出值与设定值之间的差值。
稳态误差越小，表示系统的控制精度越高。
稳态误差可以通过调整控制器的参数来减小。
2. 动态性能：动态性能是指系统在过渡过程中，输出值随时间的变化规律。
动态性能指标包括上升时间、调整时间、超调量等。
动态性能的好坏直接影响到系统的响应速度和稳定性。
浅谈过程控制及其应用
浅谈过程控制及其应用简要概括过程控制经历的三个发展阶段，即基于经典控制理论、现代控制理论和多学科交叉的过程控制，并根据结构特点对过程控制其展开分析，介绍了过程控制在社会生活中的应用。
标签：过程控制；发展阶段；前馈；反馈；应用过程控制是指在进行生产制造的阶段中，运用一系列技术对厚度、压力、物位、湿度、流量和温度等重要变量进行控制，在保证整个系统安全性和稳定性的前提下，使其尽可能达到最佳状态，给整个工业生产过程带来一定的经济效益。
工业革命以来，生产力得到了突飞猛进的发展，为了跟随时代发展的潮流，提高竞争力，各国都在不断提高信息处理、自动控制等方面水平提高生产质量，降低生產成本以获得最大效益。
本文通过对过程控制的发展、结构特点及某些应用进行介绍，进一步说明过程控制在当今生产及生活中的各个领域起到的重要作用。
1 过程控制的发展1.1 第一阶段——经典控制理论大约在20世纪30年代，形成了经典控制理论。
这个时期，过程控制水平相对来说比较低，主要通过使用常规仪表，解决单输入与单输出系统的设计，研究线性定常系统。
但是，经典控制理论虽能解决单变量的简单系统，但由于控制水平较为简单，不能有效完成多变量系统和时变系统的控制，这是它明显的局限性。
1.2 第二阶段——现代控制理论20世纪50年代末，随着先进控制工具的诞生，以及智能控制、计算机技术、鲁棒控制等先进理论的飞速发展，现代控制理论应运而生。
现代控制理论包括以下五个分支——线性系统理论、建模和系统辨识、最优滤波理论、最优控制和自适应控制[1]。
现代控制理论研究对象已不局限于线性的、单变量的、连续的、定常的系统，而是拓展成非线性的、多变量的、离散的、时变的系统。
这使它可以实现高产、低耗等效果，但基于严格的数学模型也使得现代控制理论在处理日益复杂的被控对象以及多目标和时变性的控制任务时仍然有些力不从心。
1.3 第三阶段——多学科交叉随着环境及控制任务的日益复杂，在当时的控制理论不能很好的满足控制要求的背景下，20世纪中后期，智能控制的概念和理论诞生了。
《过程控制系统及应用》课程标准
《过程控制系统及应用》课程标准课程名称：过程控制系统及应用课程类别：专业方向课课程制定依据：《工业自动化仪表及应用专业人才培养方案》建议课时数：96学时适用专业：工业自动化仪表及应用专业(装配与调试方向)一、课程性质与设计思路（一）课程性质本课程是中等职业学校“工业自动化仪表及应用”专业的一门专业方向课程，适用于中等职业学校仪表类专业，是从事过程控制自动化仪表装置应用维护岗位工作的必修课程。
（二）课程任务通过教师的课堂讲授，学生课堂讨论、练习、实训等环节的参与，使学生获得过程控制系统的调试、运行及故障维修的基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为学生顶岗实习和为胜任过程控制仪表系统的运行与故障维护岗位工作打下良好的基础。
（三）设计思路本课程的设计思路是以学生将来从事的职业岗位群所需要的相关知识和基本技能为依据确定课程目标，根据目标设计课程内容，内容由浅至深、先易后难、前后呼应，由简单控制系统到复杂的控制系统。
包含“安全常规”、“认识过程控制系统”、“液位单回路控制系统”、“压力单回路控制系统”、“流量单回路控制系统”、“换热器热出口温度和冷水流量串级控制系统”、“JX-300X控制系统在精馏塔控制中的应用”等项目，教学设计中，充分利用先进的教学设备与实训手段，按“认识设备”→“识读控制流程”→“项目实施”→“项目评估”的流程完成教学活动。
以应用性教学为主，注重培养学生的能力。
二、课程目标本课程是培养学生对过程控制系统应用与维护的能力。
立足这一目的，本课程结合岗位任务内容，按照工业自动化仪器仪表与装置装配工岗位能力要求制定知识目标、能力目标、情感态度目标，通过学习使学生养成自主学习习惯，掌握实际操作技能，培养良好的思维习惯和职业规范，锻炼学生的团队合作精神，为后期学习和就业打好基础。
（一）知识目标1.掌握过程控制的一般概念、组成、分类及主要性能指标。
2.掌握液位、压力、流量、温度过程控制系统的构成。
过程控制过程控制系统的工程应用
2. 锅炉供给用汽设备旳蒸汽压力保持在一定范围内； 3. 过热蒸汽温度保持在一定范围内； 4. 汽包中旳水位保持在一定范围内； 5. 保持锅护燃烧旳经济性和安全运营； 6. 炉膛负压保持在一定范围内。
4
锅炉设备控制旳若干个控制系统 给水自动控制系统 锅炉燃烧旳自动控制 过热蒸汽系统旳自动控制 热力除氧 锅炉水处理过程控制
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蒸汽 FT
LT
汽包 省煤器
LC
∑
LV
FC FT
给水
液位调节器 LC
－
流量调节器 FC
－
三冲量控制系统 前馈－串级控制系统
前馈调节器
蒸汽流量干扰D
干扰通道 特性
调节阀 LV
流量对象
液位对象
流量变送器 FT
液位变送器 LT
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控制方式选择 如：蒸发量小旳锅炉——单冲量简朴控制系统 如：大型锅炉系统——串级控制系统 如：多顾客蒸汽系统——前馈控制
最简便旳措施：烟气中氧含量。
实际上完全燃烧所需旳空气量要超出理论计算旳 量——要有一定过剩空气量。
27
28
过剩空气量
过剩空气系数α表达——实际空气量Qp与理论空
气量QT之比
＝Q p
QT
α与烟气氧含量有直接关系，A0——烟气含氧量
＝
21 21－A0
过剩空气量（％）
29
烟气氧含量旳闭环控制系统
第九章 过程控制系统旳工程应用
9.1 经典传热设备旳过程控制 9.1.1概述 锅炉是国民经济各行业必不可少旳主要传热设备 驱动发电机 动力机构旳动力源 作为热源提供给工业生产装置 民用取暖设施
过程控制技术及应用
15
第一章 控制系统的基本概念
1.2 控制系统的组成
2、控制系统的组成
工业生产过程都是在一定的温度、压力、浓 度、物位等工艺条件下进行的。为此，必须对这 些工艺变量进行控制，使其稳定在保证生产正常 运行的范围之内。为了实现控制要求，通常有两 种方式可以选择：人工控制和自动控制。 下面以锅炉汽包水位控制为例，说明人工控 制与自动控制的执行过程。
12
第一章 控制系统的基本概念 1.1.2 过程装备控制的任务和要求
1、概 述
过程装备控制是工业生产过程自动化的重要组 成部分，它主要是针对过程装备的主要参数，即温 度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等 参数进行控制。
虽然工业生产对过程装备控制的要求是多方面 的，最终可以归纳为三项要求：即安全性、经济性 和稳定性。
10
第一章 控制系统的基本概念 生产过程自动化系统包含的内容
自动检测系统 生产过 程的工 艺变量 自动控 制系统 自动操 纵系统
1、概 述
信号连锁系统
11
第一章 控制系统的基本概念
1、概 述
④ 信号联锁系统 信号联锁系统是一种安全装臵。 在生产过程中，有时由于一些偶然因素的影响会导 致某些工艺变量超出允许的变化范围，使生产不能 正常运行，严重时甚至会引起燃烧、爆炸等事故。 为了确保安全生产，常对这些关键性变量设臵信号 报警或联锁保护装臵。其作用是在事故发生前，自 动地发出声光报警信号，引起操作员的注意以便及 早采取措施。若工况已接近危险状态，信号联锁系 统将启动：打开安全阀，切断某些通路或紧急停车， 从而防止事故的发生或扩大。
3、控制系统方框图
在研究控制系统时。为了能够更清楚地表示出 控制系统中各个组成部分之间的相互影响和信息联 系，一般用方框图来表示控制系统的组成和作用。
过程控制方法在施工中的应用
过程控制方法在施工中的应用随着信息技术的飞速发展，越来越多的行业开始应用过程控制方法来提高效率和质量。
施工行业作为一个重要的基础产业，也不例外。
过程控制方法在施工中的应用可以有效提升项目的管理水平，保证施工质量，提高效率。
本文将从多个角度阐述过程控制方法在施工中的应用。
一、自动化设备在施工过程中的应用在施工现场，自动化设备的应用可以提升施工效率和降低人力成本。
例如，各种吊装机械的自动化操作可以加快构件的安装速度，减少人员的劳动强度。
同时，引入传感器和控制系统，实现设备的智能化管理，可以实时监测设备的状态，及时发现故障并进行维修。
自动化设备的应用不仅可以提高施工效率，还可以保证施工过程的安全性和可靠性。
二、物流管理在施工过程中的应用物流管理在施工过程中起到了至关重要的作用。
通过对材料和设备的进出库管理、运输、仓储等进行规划和控制，可以确保施工现场的物资供应充足、材料利用率高。
在物流管理中，过程控制方法可以应用于物资流转的各个环节，在每个环节设定合理的标准和流程，并通过监测和纠偏措施来保证物流的顺畅。
通过物流管理的过程控制方法，可以提高施工过程中物资的调度效率，降低材料浪费和人力成本。
三、质量控制在施工过程中的应用施工过程中的质量控制是确保工程质量的重要环节。
过程控制方法在质量控制中的应用包括确定标准和指标、制定质量计划、建立质量检测体系等。
通过过程控制，可以对施工过程中的每个环节进行严格监控，确保每个步骤都符合质量要求。
例如，在混凝土浇筑过程中，可以通过过程控制方法监测混凝土的坍落度、强度等参数，并及时调整施工方法和材料，以确保混凝土的质量。
四、安全管理在施工过程中的应用施工过程中的安全管理是保障人员安全的关键环节。
过程控制方法在安全管理中的应用主要包括风险评估、安全计划、安全培训、安全操作程序等。
通过对施工过程中可能存在的危险因素进行评估，并制定相应的安全措施和操作程序，可以降低事故发生的概率。
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回流量L
回流罐
LC
TC 进沸量F 精馏塔
LC
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冷凝 冷却介质 器
FC
塔板 回流量L
回流罐
LC
进沸量F
精馏塔
TC
再沸器
LC
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冷凝 冷却介质 器
FC
塔板 回流量L
回流罐
LC
进沸量F
精馏塔
TC
再沸器
TC
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42
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32
（2）燃料任意配比的控制系统 增设运算符，组成燃料任意配比的控制系统
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33
5.炉膛负压控制与有关安全保护系统
蒸汽 P1
防脱火 系统
P1C
汽包
LS P2C
炉膛 负压 控制 系统
燃料
P2
P3
S
PSA P3C ∑
压缩空气
防回火系统
K
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汽包水位控制
过热器
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减温器
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影响过热气温的扰动因素
蒸汽流量
燃烧工况
减温水量 流经过热器的烟气温度、流速
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19
过热气温控制方法
广泛采用方法：减温水流量（时滞和时间常数大） 串级控制系统——减温器出口温度为副被控变量 （减少过热气温的动态偏差）
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37
冷凝 冷却介质 器
塔板 回流量L
回流罐 塔顶产品D
进沸量F
精馏塔
蒸汽量Q
再沸器
塔底产品
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38
精馏塔温度控制方案1
物料平衡控制方法 按精馏段的质量指标来 控制馏出液量D，并保 持Q不变。 优点：物料与能量平衡 之间的关联最小；一旦 塔顶产品质量不合格， 温度控制器关闭出料阀。 缺点：质量反馈的控制 回路滞后大。 FC 本方案适于馏出液小， 蒸汽量Q 回流罐容积适中的精馏 塔。
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28
过剩空气量
过剩空气系数α表示——实际空气量Qp与理论空 Qp 气量QT之比
＝
α与烟气氧含量有直接关系，A0——烟气含氧量
QT
21 ＝ 21 A0 －
过剩空气量（％）
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29
烟气氧含量的闭环控制系统
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冷凝 器
LC
回流罐 塔顶产品D TC
回流量L
进沸量F
精馏塔
LC
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39
精馏塔温度控制方案2
能量平衡控制方 法 按精馏段的质量 指标控制回流量L， 保持加热蒸汽Q为 定值。 优点：质量反馈 FC 的控制回路滞后 蒸汽量Q 小 缺点：物料与能 量平衡之间的关 联大
冷凝 器
G2 (s) K 2 / T2 s 1
蒸汽流量扰动时，水位变化动态特性传递函数
K2 G(s) G1 G2 s T2 s 1
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Kf
单冲量存在的问题
1、负荷变化时产生的“虚假水位”，将 使调节器反向错误动作。
如：负荷增大→虚假水位上升→调节器接受到虚 假的信号→调节阀反向关小给水→不能增加水 位
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双冲量控制系统——减温器出口温度经微分器作 为一个冲量
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21
8.1.4 锅炉燃烧过程的控制
燃料种类 燃烧设备
锅炉形式
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1．燃烧过程自动控制任务 1、使锅炉出口蒸汽压力稳定 2、保证燃烧过程的经济性
3、保持炉膛负压恒定
可供调节的手段：燃料量、送风量和引风量 控制系统设计的总原则应当是：生产负荷变化时， 燃料量、送风量和引风量应同时协调动作
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2．蒸汽压力控制和燃料与空气比值控制系统
比值调节系统——燃料与空气保持一定比例
燃料调 节器 K 主流量 送风调 节器
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24
蒸汽压力－燃料流量串级控制（送风量随燃料量变 化而变化的比值控制） 缺点：负荷发生变化 时，送风量变化落后 于燃料变化。
t H2
H
t H1 H
蒸汽流量扰动作用下的水位阶跃响应曲线
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H包含两个方面 一方面：蒸汽流量增加时，在燃料量不变的情况 下，汽包水位直线下降——H1，数学模型：
G1 (s) K f / s
一方面：蒸汽流量增加，汽包内部压力降低，造 成虚假水位，水位上升——H2。数学模型：
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8
9.1.2 锅炉汽包水位的控制 1、控制通道的特性
F
t
曲线H2：给水温度<汽 包内饱和水温度——给 水流量的增加的初始阶 段，从原来饱和水中吸 取部分热量，导致水位 下降 直线H1:水位随着给水 量的增加而直线上升 水位变化的曲线H—— H1、H2的叠加
H
H1 H
t
H2
给水流量作用下的锅炉水位响应曲线
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数学描述
近似积分环节和纯滞后环节的串联
传递函数表示
K 0 s G( s) e s
K0响应速度——给水流量变化单位流量时，水位 的变化速度
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10
阻止水位达到给定值
用户蒸汽用量
蒸汽 LT
“单冲量”控制系统 单冲量——汽包的水位
第九章 过程控制系统的工程应用
9.1 典型传热设备的过程控制 9.1.1概述 锅炉是国民经济各行业必不可少的重要传热设备 驱动发电机 动力机构的动力源 作为热源提供给工业生产装置 民用取暖设施
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1
锅炉设备主要工艺流程图 锅炉热力系统流程
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6
锅炉燃烧的自动控制
主要目的：使燃料和空气达到合理比例 燃料的安全燃烧 被控变量：蒸汽压力(负荷)、烟气成分和炉膛负 压 控制变量：燃料量、送风量和引风量 炉膛负压保持在一定的范围内
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7
过热蒸汽系统的自动控制
系统设置目的：对于蒸汽的温度、压力以及含水 量等有要求 被控变量：过热蒸汽温度 控制变量：喷水量
蒸汽
2、负荷变化时，控制作用缓慢。
LT 汽包 省煤器
3、给水系统出现扰动时，动作作用缓慢。
LC
给水
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双冲量控制系统（蒸汽流量和锅炉水位）
蒸汽 FT LT 汽包 省煤器
蒸汽流量干扰D
前馈－反馈控制系统
LC
∑
前馈调节器
干扰通道 特性
给水
－ 液位调节器 LC 调节阀 LV 液位对象 G0（s）
蒸汽过热系统
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9.2 典型传质设备的过程控制
传质过程的控制是 工业过程控制的重 要环节。 本节以精馏塔为例 精馏在化工、石油、 炼油生产中极为重 要。
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冷凝 冷却介质 器
塔板 回流量L
回流罐 塔顶产品D
进沸量F
精馏塔
蒸汽量Q
再沸器
塔底产品
液位变送器 LT
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蒸汽 FT LT 汽包 省煤器
三冲量控制系统 前馈－串级控制系统
LC
∑
LV
蒸汽流量干扰D 前馈调节器 干扰通道 特性
FC
FT
给水
－
液位调节器 LC
－
流量调节器 FC
调节阀 LV
流量对象
液位对象
流量变送器 FT 液位变送器 LT
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控制方式选择
如：蒸发量小的锅炉——单冲量简单控制系统 如：大型锅炉系统——串级控制系统
如：多用户蒸汽系统——前馈控制
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9.1.3蒸汽过热系统的控制
组成：一级过热器、减温器、二级过热器
任务：使过热器出口温度维持在允许范围内，并 且保护过热器使管壁温度不超过允许的工作温度。 过热气温：锅炉汽水通道中温度最高的地方
30
蒸汽负荷经常变动 ——增加折线函数发生器
蒸汽量
折线函数 发生器
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4．多种燃料时过剩空气及燃料配比的控制系统 （1）低过剩空气的控制系统 控制方法：以总理论空气量为基准，即根据各燃 料的流量，分别计算出理论空气量，相加后作为 确定燃料空气量的基准
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