过程装备与控制工程导论论文

摘要：随着科学技术的发展，过程装备控制技术逐渐代替人工控制，过程装备控制是生产过程自动化最重要的一个分支。生产过程自动化是提高社会生产力的有力工具之一。本文从过程装备控制技术的应用角度出发，主要介绍过程装备控制技术的发展历史，过程工业，过程控制系统的基本概念，过程控制系统的组成、原理及其应用；最后简要介绍几种目前比较先进的过程控制系统。

按照国际公约的约定。社会经济过程中的全部产品通常分为三类，即硬件产品(hardware),软件产品(software)和流程性材料产品(processed material)。在新世纪初，世界上各主要发达国家和我国都已把“先进制造技术”列为优先发展的战略性高技术之一。先进制造技术主要是指硬件产品的先进制造技术和流程性材料产品的先进制造技术。所谓“流程性材料”是指以流体气、液、粉粒体等)形态为主的材料。而过程工业是加工制造流程性材料产品的现代国民经济的支柱产业之一。

成套过程装置是组成过程工业的工作母机群，它通常是由一系列的过程机器和过程设备，按一定的流程方式用管道、阀门等连接起来的一个独立的密闭连续系统.再配以必要的控制仪表和设备，即能平稳连续地把以流体为主的各种流程性材料，让其在装置内部经历必要的物理化学过程，制造出人们需要的新的流程性材料产品。单元过程设备(如塔、换热器、反应器与储罐等)与单元过程机器(如压缩机、泵与分离机等)二者的统称为过程装备。

随着科学技术的发展，过程装备控制技术逐渐代替人工控制。过程装备控制是指在过程设备上，配上一些自动化装置以及合适的自动控制系统来代替操作人员的部分或全部直接劳动，使设计、制造、装配、安装等在不同程度上自动地进行。这种利用自动化装置来管理生产过程的方法就是生产过程自动化。因此，过程装备控制是生产过程自动化最重要的一个分支。生产过程自动化是提高社会生产力的有力工具之一。它在确保生产正常运行，提高产品质最，降低能耗，降低生产成本，改善劳动条件，减轻劳动强度等方面具有巨大的作用。

一、过程装备控制技术的发展

从工业过程控制的诞生，其理论就很快被人们接受，并得到了广泛的应用。随着现代控制理论与计算机控制技术等学科的发展，为了满足工业生产过程自动化的迫切要求，自从20世纪70年代以来，国内外控制界大力致力于过程控制的研究和开发。例如对建模理论、在线辨识技术、系统结构、控制方法等开始突破了传统的Pm控制方法，并且已取得了成功应用的新进展。

纵观控制系统的体系结构，它的发展经历了以下几个阶段。：

第一阶段为气动控制系统(简称PCS-Pneumatic Control System).这个阶段主要指1950年以前，以3-15nsi (0.2一1.0 ka/cm)气动信号为标准信号的控制系统。

第二阶段为电动模拟控制系统(简称ACS-Amlorsv Contml Svstem).这个阶段是指1960

年以后出现的4-20 -A和0-10 -A电动模拟信号的统

第三阶段为集中式计算机控制系统为 (简称CCS Centralized Control Svstem)这个阶段是指1970年以后出现的以计筑机为指探申权.具有环节年以后出现的以计算机为指挥中枢，具有环节集中管理的控制系统。由于这种系统控制集中，可靠性很令人担优，因此很

快被可靠性更好的系统取代。

第四阶段为分布式计算机控制系统(简称DCS }这个阶段出现的DCS系统正是在CCS基础卜发展起来的，它克服了CCS系统的可靠性方面的缺陷，成为工业过程控制发展史上的一个里程碑。

第五阶段是现场总线网络控制系统(FCS—-Fieldbw Control System)。这个阶段是在20世纪70年代中期网络技术发展的基础上出现的，随着网络技术的发展，DCS出现了开放式系统，实现多层次计算机网络构成的管理—控制一体化。在控侧的低层，各国厂商纷纷推出了各种数字化智能变送装里和智能化数字执行机构，以现场总线为标准，实现以徽处理为基础的现场仪表与控制系统之间的全数字化的双向的和站之间的通讯，这种系统就是FCS系统，它将会很快取代目前比较流行的LK万系统，成为21世纪初的主流。

二、过程装备控制技术与生产自动化

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。

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。安全性，是指在整个生产过程中，确保人身和设备的安全，这是最重要也是最基本的要求。通常是采用越限报普、事故报替和连锁保护等措施加以保证。随着控制技术和计算机技术的不断发展，在线故障预测和诊断、容错控制等技术可以进一步提高系统的安全性。经济性，是指在生产同样质量和数量产品所消耗的能量和原材料最少。也就是要求生产成本低而效率高。随着市场竞争加剧和能源的医乏，经济性已越来越受到各方面的重视。稳定性，是指系统应具有抵抗外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力。在生产过程中，原材料成分变化、反应器内催化剂老化、换热器表面结垢等都会或多或少地影响生产过程稳定性。为了满足上述三项要求，在理论上和实践上都还有许多间题有待研究。

过程装备控制的任务就是在了解、掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础上，根据上述三项要求，应用理论对控制系统进行分析和综合，最后采用合适的技术手段加以实现。因此可以说，过程装备控制是控制理论、工艺知识、计算机技术和仪器仪表等相结合而构成的一门综合性应用科学。自20世纪30年代以来，随着自动控制理论的不断发展以及电子计算机的出现，自动化技术已取得了惊人的成就，在工业生产和科学发展中起到关键的作用。当前，自动化装置已成为大型设备不可分割的重要组成部分。可以说，如果不配置合适的自动控制系统，大型生产过程是根本无法运行的。实际上，生产过程自动化的程度已成为衡量工业企业现代化水平的一个重要标志。生产过程自动化系统包含如下四个部分的内容：

①自动检侧系统要控制不断进行着各种物理化学变化的生产过程，首先必须随时了解生产过程中各工艺参数的变化情况。为此，必须采用各种检测仪表(如热电偶、热电阻、压力传