工业过程控制概述
工业过程先进控制概述石红瑞
现场总线控制系统FCS的主要特征
1. 数字通讯代替4~20ｍＡ模拟传输，数字通讯网络延 伸到工业过程现场；
2. 智能现场设备：智能变送器完成测量、变送基本功 能，还具有自诊断、报警，再现标定、PID调节、 信号处理、通信等功能，可实现多参数传感变送器。
3. 开放的互联网络：协议公开、互操作性、互用性。 4. 系统结构的高度分散性：总线仪表集检测、运算、
9、其他类型现场总线
• HART协议，用于现场智能仪表和控制 是设备间通信的一种开放协议，属于模 拟系统向数字系统转变过程中过渡性产 品，其特点是在现有模拟信号传输线上 实现狮子信号通信。 HART协议最早由 Rosemount公司开发并得到E+H，Moor, AB,Siemens,Smar和横河等许多著名仪表 公司的支持。
多变量频域
随机过程 非线性系统
3、检测控制仪表的发展
• 50’，基地式仪表（电子真空管），自力 式温度调节，就地式液位控制
• 60’，单元组合（气动、电动） QDZ ：0.02~0.1MPa 标准信号 DDZП：0~10mA标准信号 DDZШ ：4~20mA、1~5V 标准信号
DDZ仪表与数字调节器
• 研究内容：可控性、可观性、实现问题、 典范型、分解理论、稳定性理论
• 使控制由一类工程设计方法提高到新的 科学----控制科学。相继出现了系统辨识 与参数估计、随机控制、自适应控制、 鲁棒控制等。
• 航空、航天、制导成绩辉煌，复杂工业 过程无能为力。
80~90’，大系统理论与智能控制
• 大系统理论：控制理论广度挖掘 研究大系统的分解及各子系统的协调，多
DCS的体系结构——Siemens
工程师 站
打印服
AB PLC控制系统 ControlNet 操作工 局域 操作工
过程控制知识点(精编)
(一)概述1.过程控制概念：采用数字或模拟控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制。
2.学科定位：过程控制是控制理论、工艺知识、计算机技术和仪器仪表知识相结合而构成的一门应用学科。
3.过程控制的目标：安全性，稳定性，经济性。
4.过程控制主要是指连续过程工业的过程控制。
5.过程控制系统基本框图：6.过程控制系统的特点:1)被控过程的多样性2)控制方案的多样性,包括系统硬件组成和控制算法以及软件设计的多样性。
3)被控过程属慢过程且多属参数控制4)定值控制是过程控制的主要形式5)过程控制有多种分类方法。
过程控制系统阶跃应曲线：7.衰减比η：衡量振荡过程衰减程度的指标，等于两个相邻同向波峰值之比。
即：8.衰减率ϕ：指每经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数，即：衰减比常用表示。
9.最大动态偏差y1：被控参数偏离其最终稳态值的最大值。
衡量过程控制系统动态准确性的指标10.超调量：最大动态偏差占稳态值的百分比。
11.余差：衡量控制系统稳态准确性的性能指标。
12.调节时间：从过渡过程开始到结束的时间。
当被控量进入其稳态值的范围内，过渡过程结束。
调节时间是过程控制系统快速性的指标。
13.振荡频率：振荡周期P的倒数，即：当相同，越大则越短；当相同时，则越高，越短。
因此，振荡频率也可衡量过程控制系统快速性。
被控对象的数学模型（动态特性）：过程在各输入量(包括控制量与扰动量)作用下，其相应输出量(被控量)变化函数关系的数学表达式。
14. 被控对象的动态特性的特点：1单调不振荡。
2具有延迟性和大的时间常数。
3具有纯时间滞后。
4具有自平衡和非平衡特性。
5非线性。
(二)过程控制系统建模方法机理法建模：根据生产过程中实际发生的变化机理，写出各种有关方程式，从而得到所需的数学模型。
测试法建模：根据工业过程的输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到的模型。
经典辨识法：测定动态特性的时域方法，测定动态特性的频域方法，测定动态特性的统计相关法。
过程控制概述
抑制外界扰动的影响；确保过程的稳定性；使生产过程的工况最优化。
从而达到：保证产品质量；提高产品产量；节能降耗；实现安全运行；改善劳动条件；保护环境卫生；提高管理水平等。
W 过程控制系统一般指工业生产过程中自动控制系统的被控变量是温度压力流量液位成份等这样一些变量的系统。
Process Control & Instnimentation Technology自动控制专业课：过程控制运动控制过程控制研究冶金、化工、石油、电力等工业过程中的温度、压力、流量、液位、成份等的控制。
运动控制研究速度、位置控制，如航天、机器人等。
磨矿工艺中，每个球磨系列由给矿机给矿, 以前由人工观察给矿量，靠机械调整给矿 口大小控制矿量，给矿量波动较大，难以稳定。
为稳定入磨矿量，在给矿皮带上安装皮带 秤，根据皮带秤检测的矿量对给矿机进行变频调节OkU:;nt /h动过电谨—段磨疥数至浮迭分级枷电疲29. C A入（strs 7 61环£显度27. 3 V12 0 %12. 0 % 12.0 %OQ QQO ----- U -H iii 3/h«~十_侵分骇取电汲I『曲［总工乏图］［曲列］［2疥机［3洛列］［42至列］［5疥列］［8^?!］］［抿靳查询］U &m 电;定粒度200目也⑥稔电狹2«I 电欢AQQ m 3/hi«y J3Wa^Ttr 28给水圧刀 5.1 "5耳 12SiS.^4#二段磨矿養擞输 201 只I 共油丿上力9・0 k^/crrPIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII邵裕森，过程控制系统及仪表[M],机械工业出版社，1993徐春山，过程控制仪表[M],冶金工业岀版社，1995刘迎春，传感器原理设计与应用（第四版），国防蒋技大学占皈社，2002张晓华，控制系统数字仿真与CAD,机械工业岀版社，1999Curtis Johnson , Process Control Instrumentation T echn ology （6也），Pearson Education预修谍赤模拟电路检测与转换技术电力电子电机拖动自动控制原理微机接口技术计算机控制原理iniii|wi|riiiiii||iitiMviM ■ii ilil fri/Rnli F 盘imn 11 n Il ii ii ii ll II ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii il II II ii ii<TTTTi ii ii ii ii ii iillllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllL-:;过程控制系统组成：被控过程(Process)过程检测控制仪表(Insttiuuentation)被控过程是指运行中的多种多样的工艺生产设窑；过程检测控制仪表包括：测量变送元件(Measutement)控制器(Controller)执行机构(Control Element)■I n ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii n ii iiii ii tTrni ii ii ii ii ii iiII II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II i II mi II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II II i被控过程(Process)：工艺参数需要控制的生 产过程、设备或机器等。
工业过程控制工程
工业过程控制工程工业过程控制工程是一个涵盖多个领域的综合学科，它主要研究如何利用现代科技手段来实现工业生产流程的自动化控制和优化。
工业过程控制工程的一个重要目标是帮助企业提高工业生产过程的质量，安全性和效率，从而实现持续的经济和社会效益。
工业过程控制工程的基本概念工业过程控制工程是一种以连续控制和批次控制为主要手段的自动化控制系统，在这种系统中，计算机控制中心通过传感器采集生产现场的各种数据信息，然后根据提前设定的控制算法和参数，控制各个生产环节的生产流程和参数，实现对工业生产过程的集中控制和自动调节。
通过工业过程控制工程的实施，企业可以实现对生产过程的自动化控制和优化，提高了生产效率，降低了生产成本，提高了产品的质量和企业的竞争力。
工业过程控制工程的技术特点工业过程控制工程中常用的技术包括自动化控制技术、计算机网络技术、数据库技术、传感器技术、机器视觉技术等。
这些技术的应用使得工业过程控制工程具有以下几个技术特点：高度自动化工业过程控制工程是在计算机控制中心的统一管理下实现对生产过程的自动化控制和调节，使得整个生产过程可以实现无人值守的自动化运作。
快速调节能力工业过程控制系统可快速响应生产过程中的变化，对产生的数据进行采集和处理后，及时地调整生产参数，以保证生产过程的稳定性和一致性。
高能耗效率工业过程控制系统可对生产过程中的各个环节进行数据监测和分析，及时发现并处理能耗超标等问题，从而达到降低企业的能耗，节约生产成本的效果。
高可靠性工业过程控制系统的控制算法和技术手段经过长期检验和改进，已经可以达到高度可靠的控制水平。
这种可靠性在对于工业生产过程的稳定性和安全性来说是至关重要的。
工业过程控制工程在实际生产中的应用工业过程控制工程在工业生产中已广泛应用，在诸如制造业、化工业、冶金业等领域中都有相应的应用案例。
•在制造业中，控制系统可以通过调节生产线下的各种设备来提高生产效率和产品质量。
同时，通过对产品的质量进行分析，可及时地反馈到生产线上，以便优化生产环节。
过程控制系统概述
过程控制系统概述杨峰电信学院06自动化3班学号：40604010321所谓过程控制（Process Control）是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。
一﹑过程控制的特点随着生产过程的连续化﹑大型化和不断强化, 随着对过程内在规律的进一步了解,以及仪表﹑计算机技术的不断发展, 生产过程控制技术近年来发展异常迅速.所谓生产过程自动化, 一般指工业生产中(如石油﹑化工﹑冶金﹑炼焦﹑造纸﹑建材﹑陶瓷及热力发电等)连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制.凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数(如温度﹑压力﹑流量等)进行的自动控制统称为过程控制.生产过程的自动控制, 一般要求保持过程进行中的有关参数为一定值或按一定规律变化. 由于被控参数不但受内﹑外界各种条件的影响, 而且各参数之间也会相互影响, 这就给对某些参数进行自动控制增加了复杂性和困难性. 除此之外, 过程控制尚有如下一些特点:1. 被控对象的多样性.对生产过程进行有效的控制, 首先得认识被控对象的行为特征, 并用数学模型给以表征, 这叫对象特性的辨识. 由于被控对象多样性这一特点, 就给辨识对象特性带来一定的困难.2. 被控对象存在滞后.由于生产过程大多在比较庞大的设备内进行, 对象的储存能力大, 惯性也大. 在热工生产过程中, 内部介质的流动和热量转移都存在一定的阻力, 因此对象一般均存在滞后性. 由自动控制理论可知, 如系统中某一环节具有较大的滞后特性, 将对系统的稳定性和动态质量指标带来不利的影响, 增加控制的难度.3. 被控对象一般具有非线性特点.当被控对象具有的非线性特性较明显而不能忽略不计时, 系统为非线性系统, 必需用非线性理论来设计控制系统, 设计的难度较高. 如将具有明显的非线性特性的被控对象经线性化处理后近似成线性对象, 用线性理论来设计控制系统, 由于被控对象的动态特性有明显的差别, 难以达到理想的控制目的.4. 控制系统比较复杂.控制系统的复杂性表现之一是其运行现场具有较多的干扰因素. 基于生产安全上的考虑, 应使控制系统具有很高的可靠性.由于以上特点, 要完全通过理论计算进行系统设计与控制器的参数整定至今乃存在相当的困难, 一般是通过理论计算与现场调整的方法, 达到过程控制的目的.二﹑过程控制系统的组成过程控制系统的组成, 一般可用如下框图表示被控参数（变量）y(t ) ;控制（操纵）参数（变量）q(t) ;扰动量f(t) ;给定值r(t) ;当前值z(t); 偏差e(t) ;控制作用u(t)三、过程控制系统的分类按系统的结构特点来分反馈控制系统，前馈控制系统，复合控制系统（前馈-反馈控制系统）按给定值信号的特点来分定值控制系统，随动控制系统1.反馈控制系统偏差值是控制的依据，最后达到减小或消除偏差的目的。
过程控制—概述(ppt文档)
被控参数的设定值为一个定值，减小或消除外界干扰，
使被控量尽量保持接近或等于设定值。
如蒸汽锅炉中的液位控制
第一章 概述--过程控制
5．过程控制多种分类方法 按被控参数分类：
温度、压力、流量、液位或物位控制系统、物性 控制系统、成分控制系统 按被控量数分类： 单变量过程控制系统、多变量过程控制系统 按设定值分类： 定值控制系统、随动（伺服）控制系统
y() t
第一章 概述--过程控制
1．衰减比和衰减率
衰减比等于两个相邻 y 同向波峰值之比。
第一章 概述--过程控制
1.2 过程控制系统的组成与特点
1.2.1 系统组成 1.2.2 过程控制系统特点
电加热锅炉控制方案
人工液位调节
电加热器加热水 产生一定压力的 热水或蒸汽，并 通过输汽管供给 用户或下一个工 序，为了及时补 充因蒸发而不断 减少的锅炉水量， 用水泵连续地加
入冷水。
电加热锅炉的简易流程图
始终保持一定高度 冶炼好的铁水和炉渣定期或连续排出
其间涉及多种参数的控制
流量、压力、温度、物位（液位）等
什么是过程控制
过程控制(Process Control)
是指石油、化工、电力、冶金、轻工等工业部 门以连续性物流为主要特征的生产过程的自动 控制。
主要解决
各种生产过程中的温度、压力、流量、液位(或 物位)、以及成分等参数的自动监测和控制问题。
1.3 过程控制系统的性能指标
稳定性、准确性和快速性
定值控制系统在于恒定，要求克服干扰，使系 统的被控参数能稳、准、快地保持接近或等于 设定值。
随动（伺服）控制系统的主要目标是跟踪，即 稳、准、快地跟踪设定值。
《过程控制》课件
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通过精确控制冶金过程中的各种参数，实现 高效、低耗、高质量的冶金生产。
详细描述
在冶金过程中，自动化控制系统通过对熔炼 、连铸、轧制等环节的温度、压力、流量、 成分等参数的监测和调节，实现高效、低耗 、高质量的生产。这有助于提高冶金产品的 质量和降低生产成本。
电力过程控制实例
总结词
通过自动化技术实现对电力生产过程的控制 ，确保电力供应的稳定和安全。
工业4.0与过程控制的融合发展
总结词
工业4.0强调的是数字化、智能化和互联化，与过程控制技术的融合将推动工业生产的进一步升级。
详细描述
工业4.0通过物联网、边缘计算等技术，实现设备间的互联互通和数据共享，为过程控制提供了更广阔的应用场 景。同时，工业4.0也促进了生产过程的自动化和智能化，提高了生产效率和产品质量。
工业网络与安全问题挑战
工业网络安全挑战
随着工业自动化和信息化的发展，工业控制系统越来 越多地通过网络进行数据交换和远程控制，这使得工 业控制系统面临网络安全威胁和攻击的挑战。
数据安全挑战
工业控制系统中的数据涉及到企业的核心机密和生产 安全，一旦泄露或被篡改，将给企业带来巨大的经济 损失和安全风险。
要点二
稳定性挑战
在某些情况下，控制系统可能受到外部干扰或内部参数变 化的影响，导致系统稳定性下降，甚至出现振荡或发散。
复杂过程与非线性系统挑战
复杂过程挑战
许多实际的过程控制系统具有非线性、时变、不确定性 和耦合等特性，这使得对系统的建模和战
非线性系统在控制过程中表现出复杂的动态行为，如跳 跃、分岔和混沌等，这使得传统的线性控制方法难以应 对。
化工过程控制实例
总结词
工业自动化中的过程控制技术
工业自动化中的过程控制技术工业自动化已经成为现代工业生产的重要组成部分，其中过程控制技术在自动化系统中起着关键作用。
本文将详细介绍工业自动化中的过程控制技术及其在不同行业的应用。
一、概述过程控制技术是指通过对工业生产过程中的各种参数进行监测、调节和控制，以达到预定目标的一系列技术手段和方法。
它将现代仪器、传感器、执行器和计算机技术等相结合，形成一个闭环控制系统，实现对工业过程的自动化控制。
二、自动控制系统在工业自动化中，自动控制系统是实现过程控制的重要手段。
它由传感器、执行器、控制器和通信网络等构成。
1. 传感器：用于实时监测各种物理量和状态参数，如温度、压力、流量等。
传感器将这些参数转化为电信号并传输给控制器。
2. 执行器：根据控制器的指令，对工业过程进行调节。
常见的执行器包括电动阀门、电机等。
3. 控制器：根据传感器的反馈信号和预设的控制策略，对执行器进行控制。
控制器可以是基于硬件的，如PLC（可编程逻辑控制器），也可以是基于软件的，如DCS（分散控制系统）。
4. 通信网络：用于传输传感器和控制器之间的数据，实现数据采集和远程监控。
三、过程控制策略为了实现对工业过程的精确控制，需要采用合适的控制策略。
常见的过程控制策略包括反馈控制、前馈控制和模糊控制等。
1. 反馈控制：通过对被控对象输出的反馈信号进行测量和比较，实时调整控制器的输出信号，使被控对象的输出值稳定在预定范围内。
2. 前馈控制：根据对被控对象的预测，提前对其进行控制，以减小外部干扰对系统的影响。
3. 模糊控制：根据模糊逻辑和规则，将输入和输出之间的关系进行建模，以实现对非线性和模糊系统的控制。
四、应用实例过程控制技术广泛应用于各个行业的生产过程中，提高了生产效率、降低了生产成本，下面是几个应用实例。
1. 石化行业：在炼油厂和化工厂中，过程控制技术被用于控制反应温度、压力和流量，保证生产过程的稳定和安全。
2. 制药行业：通过过程控制技术，可以实现对药物生产过程中的温度、浓度和PH值等参数的精确控制，确保产品的质量和一致性。
dcs的应用场景
dcs的应用场景摘要：一、DCS概述二、DCS的应用场景1.工业过程控制2.楼宇自控3.能源管理4.环保监测5.交通运输6.医疗设备7.智能家居三、DCS的发展趋势四、DCS在我国的应用案例正文：一、DCS概述分布式控制系统（DCS，Distributed Control System）是一种集散式工业控制系统，它采用分级、分布式、开放式的体系结构，通过对各种子系统的集成，实现对生产过程的监控、调度、控制和管理。
DCS具有高可靠性、易扩展性、易维护性和高度集成性等特点，广泛应用于各个行业。
二、DCS的应用场景1.工业过程控制DCS在工业过程控制中发挥着重要作用，可以实现对生产过程中的温度、压力、流量、液位等参数的实时监测和控制，确保生产过程的稳定运行。
同时，DCS还可以与其他系统如PLC、SCADA等配合使用，实现对整个工厂的集中管理和控制。
2.楼宇自控在楼宇自动化领域，DCS可以用于照明控制、空调控制、电梯控制、安防监控等系统，实现对建筑内部环境的智能调控，提高能源利用效率，降低能耗。
3.能源管理DCS在能源管理领域具有广泛应用，如电力系统、燃气系统、水务系统等。
通过实时监测和分析能源消耗数据，DCS可以有效地实现能源的合理调配和节约使用，为企业降低运营成本。
4.环保监测DCS在环保监测领域具有重要作用，可以用于监测大气污染、水污染、土壤污染等环境指标，为政府和企业提供决策依据，助力环境保护。
5.交通运输在交通运输领域，DCS可以应用于交通信号控制、地铁隧道通风、铁路牵引供电等系统，确保交通运输的安全、高效、顺畅。
6.医疗设备DCS在医疗设备领域具有广泛应用，如医疗影像设备、手术室净化系统、生物实验室等，为病患和医务人员提供安全、舒适、便捷的环境。
7.智能家居随着智能家居市场的快速发展，DCS也开始应用于家庭自动化系统，如智能照明、智能空调、家庭安防等，为消费者带来智能、舒适、便捷的生活体验。
了解过程控制的基本原理
了解过程控制的基本原理过程控制是指通过对系统中的各种操作过程进行监测和调节，使得系统能够稳定运行，达到预期的工作目标。
在工业生产、交通运输、能源供应等领域，过程控制起着至关重要的作用。
了解过程控制的基本原理对于能够有效管理和优化过程控制系统具有重要意义。
本文将介绍过程控制的基本概念、基本原理和常见的控制策略。
一、过程控制的基本概念过程控制指的是对系统进行实时监测、检测和调节的过程，通过对系统输入和输出的测量和分析，采取相应的控制措施，使得系统能够按照预定的标准或要求进行工作。
过程控制的目标是保障系统的稳定运行和达到设计要求。
二、过程控制的基本原理1. 反馈原理反馈原理是过程控制中的核心概念之一。
通过对系统输出进行测量和检测，与设定值进行比较，得到误差值，并将误差值作为输入信号对系统进行调节。
反馈控制能够使系统对外界扰动具有较强的抵抗能力，提高系统的稳定性和精度。
2. 控制策略过程控制中常用的控制策略包括比例控制、积分控制和微分控制，即PID控制。
比例控制主要根据误差的大小进行控制，积分控制主要根据误差的积分值进行控制，微分控制主要根据误差的变化率进行控制。
PID控制通过对这三种控制策略的综合应用，能够有效地调节系统，使系统保持稳定状态，并具有较好的动态性能。
3. 控制器控制器是过程控制中的重要组成部分，通常由传感器、执行器和控制算法组成。
传感器用于检测系统的实时状态和参数，将其转化为电信号；执行器根据控制信号进行动作，控制系统的运行；控制算法通过对传感器数据进行分析和处理，得出控制信号，对执行器进行控制。
4. 过程模型过程模型是对被控对象的描述，通过建立系统模型，可以对系统进行分析、仿真和优化。
常用的过程模型有线性模型和非线性模型。
对于线性过程，可以采用经典控制方法进行分析和设计；对于非线性过程，需要采用先进的控制算法，如自适应控制、模糊控制和智能控制等。
三、常见的控制策略1. ON-OFF控制ON-OFF控制是最简单的控制策略之一，当系统输出超过一定阈值时，控制器输出一个固定的控制信号，对系统进行ON或OFF的控制。
公共基础知识过程控制技术基础知识概述
《过程控制技术基础知识概述》一、引言过程控制技术在现代工业生产中起着至关重要的作用，它能够确保生产过程的稳定、高效运行，提高产品质量，降低生产成本。
随着科技的不断进步，过程控制技术也在不断发展和创新，从传统的模拟控制到现代的数字化、智能化控制，其应用范围越来越广泛。
本文将对过程控制技术的基础知识进行全面的阐述与分析，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势。
二、基本概念1. 过程控制的定义过程控制是指对生产过程中的物理量（如温度、压力、流量、液位等）进行自动控制，使其在一定的范围内保持稳定，以满足生产工艺的要求。
2. 控制系统的组成过程控制系统通常由被控对象、传感器、变送器、控制器和执行器等部分组成。
被控对象是指需要进行控制的生产过程或设备；传感器用于检测被控对象的物理量，并将其转换为电信号；变送器将传感器输出的电信号转换为标准信号，以便传输和处理；控制器根据给定值和测量值的偏差，按照一定的控制规律计算出控制信号；执行器根据控制信号对被控对象进行控制，如调节阀门开度、改变电机转速等。
3. 控制方式过程控制的方式主要有开环控制和闭环控制两种。
开环控制是指控制信号只根据给定值进行计算，不考虑被控对象的实际输出；闭环控制则是将被控对象的实际输出反馈到输入端，与给定值进行比较，根据偏差进行控制。
闭环控制具有较高的控制精度和稳定性，但系统结构相对复杂。
三、核心理论1. 反馈控制理论反馈控制是过程控制的核心理论之一，它基于被控对象的输出反馈，通过调整控制信号来减小给定值与实际输出之间的偏差。
反馈控制可以分为比例控制、积分控制和微分控制三种基本控制方式，分别对应着对偏差的比例、积分和微分响应。
通过合理组合这三种控制方式，可以实现不同的控制性能要求。
2. 现代控制理论现代控制理论是在经典控制理论的基础上发展起来的，它采用状态空间法对控制系统进行描述和分析。
现代控制理论可以处理多输入多输出系统、非线性系统和时变系统等复杂控制问题，具有更高的控制精度和鲁棒性。
工业过程控制中的关键技术
工业过程控制中的关键技术工业过程控制是指通过对工业生产过程的监测与调节，实现对工艺参数的精确控制，以达到提高产品质量、降低生产成本、提高生产效率和保障生产安全等目的。
随着技术的不断发展，工业过程控制中涌现出了许多关键技术，本文将对其中一些重要的技术进行介绍。
一、自动化控制技术自动化控制技术是工业过程控制的基础，它通过传感器对工艺参数进行实时监测，并通过执行器对工艺设备进行精确的调节和控制。
自动化控制技术主要包括传感器技术、执行器技术、控制算法和控制器等方面。
1. 传感器技术传感器技术在工业过程控制中起着关键作用，它可以将工艺参数转换成电信号，并通过信号传输装置传输到控制系统中进行处理。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等。
2. 执行器技术执行器技术主要指的是能够对工艺设备进行连续或离散调节的执行器。
常见的执行器有电动执行器、液压执行器和气动执行器等。
执行器可以接收控制系统发送的信号，并根据信号的指令对工艺设备进行精确的控制。
3. 控制算法和控制器控制算法和控制器是自动化控制的核心。
控制算法通过对传感器采集到的数据进行处理，并根据设定的控制策略来生成控制信号。
而控制器则负责将控制信号发送给执行器，实现对工艺设备的控制。
常见的控制算法有PID控制算法、模糊控制算法等。
二、数据采集与处理技术工业过程中产生的数据非常庞大，如何高效地采集和处理这些数据对于实现精确的过程控制非常重要。
1. 数据采集技术数据采集技术主要是指对工艺参数进行实时采集的技术。
传感器是数据采集的重要手段，通过传感器将工艺参数转化为电信号，并通过数据采集装置进行数据采集。
此外，还可以采用无线传输、远程监控等技术来实现数据的实时采集。
2. 数据处理技术数据处理技术是将采集到的数据进行处理和分析的过程。
例如，可以采用数据挖掘技术对数据进行分析，挖掘出其中的规律和模式。
通过数据处理技术，可以提取有用的信息，并帮助企业做出科学决策。
工业控制实例及过程
工业控制实例及过程一、引言工业控制是指对工业过程中的各种参数进行监测和调节，以达到预期的工艺要求的一种技术手段。
工业控制的应用范围广泛，从传统的生产制造到现代的自动化生产线，都离不开工业控制的应用。
本文将以几个典型的工业控制实例为例，介绍工业控制的过程和应用。
二、温度控制温度控制是工业中常见的一个控制过程。
例如，对于一台热处理炉来说，温度控制是非常关键的。
热处理炉内的温度需要保持在一个特定的范围内，以确保工件得到良好的热处理效果。
在温度控制过程中，通常会使用温度传感器来监测炉内的温度，并通过控制器对加热元件进行控制，以维持温度在设定值附近波动。
三、液位控制液位控制是另一个常见的工业控制过程。
例如，在化工生产中，储罐内的液位需要保持在一定的范围内，以确保生产过程的正常进行。
液位控制通常使用液位传感器来监测液位，并通过控制阀门或泵来调节液位。
当液位过高时，控制系统会打开阀门或启动泵，将多余的液体排出；当液位过低时，控制系统会关闭阀门或停止泵的运行，以保持液位稳定。
四、压力控制压力控制是工业过程中的另一个重要环节。
例如，在蒸汽发生器中，蒸汽的压力需要保持在一定的范围内，以确保发生器的正常运行。
压力控制通常使用压力传感器来监测压力，并通过控制阀门或调节泵的运行来调节压力。
当压力过高时，控制系统会打开阀门或增加泵的运行速度，以降低压力；当压力过低时，控制系统会关闭阀门或减少泵的运行速度，以提高压力。
五、流量控制流量控制是工业控制中的一个重要环节。
例如，在化工生产中，液体或气体的流量需要保持在一定的范围内，以确保生产过程的正常进行。
流量控制通常使用流量传感器来监测流量，并通过控制阀门或调节泵的运行来调节流量。
当流量过大时，控制系统会关闭阀门或减少泵的运行速度，以降低流量；当流量过小时，控制系统会打开阀门或增加泵的运行速度，以提高流量。
六、总结工业控制是现代工业生产中不可或缺的一环。
本文以温度控制、液位控制、压力控制和流量控制为例，介绍了工业控制的一些典型实例和过程。
工业生产过程控制
工业生产过程控制在现代工业生产中，对生产过程的控制是必不可少的环节。
通过控制生产过程，可以确保产品的质量稳定，同时也可以提高生产效率和生产成本。
工业生产过程控制可以通过多种控制方法来完成，例如PID控制、模型预测控制、自适应控制等。
这篇文章将介绍工业生产过程控制的基础知识，包括控制方法、控制系统的组成、传感器和执行器等。
一、控制方法1. PID控制：PID控制是目前最常用的控制方法之一。
该方法通过反馈控制方式，在控制过程中不断调整控制参数，使得被控对象的输出和期望值之间的误差最小化。
PID控制器由比例项、积分项和微分项组成。
比例项时输出量与被控量之间的直接关系的倍数，积分项是过去误差的积累量，微分项的作用是根据误差的变化率来调整控制量。
这三个项被组合起来形成PID算法，实现控制目标。
2. 模型预测控制：模型预测控制是一种基于动态模型的控制方法。
它通过建立被控对象的动态模型，预测未来的输出，并采取控制策略来使输出达到期望值。
模型预测控制在工业生产过程中应用比较多，其中基于模型的预测控制方法常见的有MPC（Model Predictive Control），NMPC（Nonlinear Model Predictive Control）等。
3. 自适应控制：自适应控制方法是一种能够自动调整控制系统参数的控制方法，可以应对在控制过程中被控对象和环境参数的变化。
自适应控制方法包括模型参考自适应控制、自适应控制器等。
二、控制系统的组成在工业生产过程中，控制系统的组成包括传感器、执行器、控制器和控制算法等。
1. 传感器：传感器是一种能够将物理量转换成电信号的装置，常用的物理量包括温度、压力、流量、电流等。
在工业生产过程中，传感器的作用是将物理量转换成电信号，输入到控制器中，并用于控制器中的计算和决策。
2. 执行器：执行器是一种能够将电信号转换成物理动作的装置。
在工业生产过程中，执行器的作用是控制被控对象，使其输出达到期望值。
过程控制的名词解释
过程控制的名词解释过程控制是指控制和管理实体上下文内系统连接，以实现自动化，精确和可靠的控制系统，用于监测和操纵机械设备、工业过程和其他物理系统。
过程控制允许系统和装置根据指示自动运行，或者由操作员或外部触发控制，具有很高的应用实用性，广泛应用于工厂自动化系统，从而提高产品的质量和生产效率。
过程控制的软件技术，基本上可以分为控制算法和控制命令两部分。
控制算法的目的是通过对系统进行模型化以便于建立系统的模型和进行仿真，控制算法可以通过分析系统的运行条件来调整控制参数，以便于有效控制系统，比如现代自动控制系统，通常采用现代控制理论，比如数字控制、模糊控制、神经网络控制等，用以提高控制的精度和稳定性。
控制命令是由控制算法生成的，它们被用于控制系统的输入或输出参数，以实现规定的控制目标。
控制命令可以用简单的形式表示，比如用一个数字表示，也可以用复杂的形式表示，比如用一组符号表示，以及用时间控制、分程序控制、层次控制等方式表示。
过程控制系统中最常用的设备是PLC和DCS，它们都是实现过程控制的设备，其中PLC是可编程控制器，可以直接控制输入和输出的设备，以实现相应的控制功能，而DCS则是一种分布式控制方案，它将各个控制循环分到不同的控制器上，控制系统由多个PLC组成，以传输控制信号和控制参数，从而实现系统的控制。
过程控制的应用涉及到工业机械的多种系统，广泛应用于各种工业领域。
例如，过程控制可以用于油田生产技术、炼油化工工艺、液体流量控制、精确温度控制、精密阀门控制、精密钻井控制、精密检测控制、数控加工、液体混合控制、风力发电控制、自动化质量检测、污染物识别控制等。
过程控制技术越来越先进，在工业自动化领域中发挥着重要作用，有助于提高工厂的生产效率，改善产品质量，降低生产成本以及提高设备的稳定性。
进一步发展过程控制系统，将有助于解决自动化工厂中的未来问题，实现全自动化，增加操作效率，提高工作效率，减少人为误差，拓展控制领域，推动智能制造的发展。
过程控制原理
过程控制原理过程控制原理是指在工业生产过程中，通过对生产过程中的各种参数进行监测和调节，以达到控制生产过程的目的。
过程控制原理是工业自动化领域的重要理论基础，它的应用范围涉及到化工、石油、电力、冶金、机械等各个行业。
在现代工业生产中，过程控制原理的应用已经成为提高生产效率、保证产品质量、降低生产成本的重要手段。
过程控制原理的核心是控制系统。
控制系统是由传感器、执行器、控制器和反馈装置组成的，它通过对生产过程中的各种参数进行监测，再经过控制器的处理，通过执行器对生产过程进行调节，最终实现对生产过程的控制。
在控制系统中，传感器起着采集信息的作用，控制器是控制系统的大脑，执行器是控制系统的执行部分，反馈装置则是将执行结果反馈给控制器，使得控制系统能够不断地对生产过程进行调整。
在过程控制原理中，控制系统的稳定性是非常重要的。
控制系统的稳定性是指在外部扰动作用下，控制系统能够保持稳定的工作状态。
为了保证控制系统的稳定性，需要对控制系统进行稳定性分析，找出控制系统中可能存在的不稳定因素，并采取相应的措施进行调整和优化，以确保控制系统的稳定性。
此外，过程控制原理还涉及到控制策略的选择。
控制策略是指根据生产过程的特点和要求，选择合适的控制方法和控制参数，以达到最佳的控制效果。
常见的控制策略包括比例控制、积分控制、微分控制以及它们的组合控制。
在实际应用中，需要根据实际情况选择合适的控制策略，并对控制策略进行调整和优化，以满足生产过程的要求。
总的来说，过程控制原理是工业生产中的重要理论基础，它通过控制系统对生产过程进行监测和调节，以实现对生产过程的控制。
在实际应用中，需要重视控制系统的稳定性分析和控制策略的选择，以确保控制系统能够稳定地工作，并且达到最佳的控制效果。
通过对过程控制原理的深入理解和应用，可以提高生产效率，保证产品质量，降低生产成本，从而推动工业生产的发展和进步。
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考试成绩
平时成绩10% （出勤、提问、书面作业） 实验成绩25% （上机实验（辛博）） 期中、期末开卷笔试成绩65%
第1章 控制系统的基本概念
§1-1 生产过程自动化概述
生产过程自动化，是指石油、化工、电力、冶 金、轻工等工业部门以连续性物流为主要特征的生 产过程的自动控制，主要解决各种生产过程中的温 度、压力、流量、液位（或物位）、以及成分（或 物性）等参数的自动监测和控制问题。
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三、生产过程自动化的发展历程
回顾生产过程自动化的发展历史，大致经历了三 个发展阶段。
1．初级阶段
1950年以前，简单的检测 仪表和笨重的基地式仪表
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三、生产过程自动化的发展历程
2．仪仪表。
集中监视 和操作
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三、生产过程自动化的发展历程 3．综合自动化阶段: 70年代以来，多功能组 装仪表、数字仪表、智能仪表。70年代中期出 现DCS。90年代以来，管控一体化成为可能。
一、过程控制系统的组成
自动控制方式：
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一、过程控制系统的组成
自动控制方式： 液位变送器 — 检测并变换成统一标准信号送到
控制器；
自动控制器 — 接收变送器信号与液位期望值进行 比较，根据偏差按某种规律运算，运 算结果送给执行器（调节阀）；
执行器
— 将控制器指令信号转换成相应的位 移信号，驱动阀门动作，改变液体 流出量，实现液位的自动控制。
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三、生产过程自动化的发展历程
生产过程自动化是自动控制理论、计算机科学、 仪器仪表技术和生产工艺知识相结合而构成的一门 综合性的技术科学。在现代过程工业中，自动化装 置与生产工艺及设备已结合成为有机的整体。
作为工艺技术人员，学习和掌握生产过程自动化方 面的知识，对于研究和开发新的生产工艺，解决生产 操作中的关键技术问题，合理确定控制方案，保证生 产优质、高产、低耗的顺利运行，促进生产企业的现 代化管理等都具有十分重要的作用。
用自动化装置来管理连续或间歇生产过程的综 合性技术就称为生产过程自动化，简称为过程控制 （Process Control ）。
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一、生产过程及其特点 连续生产过程主要有以下几种形式：
1 ．传热过程 通过冷热物流之间的热量传递，达到控制介质温
度、改变介质相态或回收热量的目的。典型设备：换 热器
2 ．燃烧过程 通过燃料与空气混合后燃烧为生产过程提供动力
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一、过程控制系统的组成
由液体贮槽的液位控制可知，过程控制系统是由被 控对象，测量与变送装置、控制器、执行器组成。
如果把测量与变送装置、控制器、以及执行器统 称为自动化装置，则过程控制系统是由被控对象和自 动化装置两部分组成的。
过程控制系统的任务：就是当被控对象受到干扰 使被控变量（温度、压力、流量、液位、成分等）产 生偏差时，能够及时检测，并通过合理地调节操纵变 量使被控变量回到给定值。
工业过程控制
控制与系统工程系
授课教师: 2014年2月
教材及参考书(1)
教材
焦小澄，朱张青：工业过程控制，清华大学出 版社，2011.12
李亚芬：过程控制系统及仪表(第3版)，大连理 工大学出版社，2010.7
学习方式
听课
（启发式、讨论式）
读书
（预习、复习）
报告
（上机综合练习和实验）
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一、过程控制系统的组成
自控常用术语： (1)被控对象： 需要实现控制的设备、机器或生产过 程称为被控对象，简称对象。
如本例中的液体贮槽。
(2)被控变量： 对象中需要进行控制（保持数值在某 一范围内或按预定规律变化）的物理量称为被控变量。
如本例中的贮槽液位。
(3)操纵变量： 受到控制装置的操纵，用以使被控变 量保持在设定数值的物料或能量变量称为操纵变量。
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一、生产过程及其特点
生产过程特点：连续生产过程具有复杂性、关联性、 时变性、非线性、不确定性，在某些高温高压或有害 介质存在的场合，还具有相当的危险性。 生产过程的这些特点极大地促进了过程控制技术的发 展，使得过程控制在自动控制领域乃至国民经济中都 占有极其重要的地位。 8
二、生产过程对控制的要求 生产过程对控制最主要的要求可以归结为三个方面，
如本例中的液体流出量。
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一、过程控制系统的组成
(4)干扰（扰动）： 除操纵变量外，作用于对象并使 被控变量发生变化的因素称为干扰（扰动）。
和热源。典型设备：加热炉
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一、生产过程及其特点
3 ．化学过程 由两种或几种物料化合成一种或多种更有价值的
产品的反应过程。典型设备：反应器
4 ．精馏过程 精馏是一种分离过程。典型设备：精馏塔
5 ．传质过程 不同组分的分离和结合，如液体和气体之间的解
吸、汽提、去湿或润湿，不同非溶液体的萃取、液体 与固体之间的结晶、蒸气或干燥等都是传质过程。其 目的是获得纯的出口物料。
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二、生产过程对控制的要求
(3)经济性 是指在保证生产安全和产品质量的前提 下，以最小的投资、最少的能耗和最低的成本，使 生产装置在高效率运行中获取最大的经济收益。
过程控制的任务:就是在了解、掌握工艺流程和生产 过程的各种特性的基础上，根据工艺生产提出的要 求，应用控制理论对控制系统进行分析、设计和综 合，并采用相应的自动化装置和适宜的控制手段加 以实现，最终达到优质、高产、低耗的控制目标。
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§1-2 过程控制系统的组成及分类
一、过程控制系统的组成 以液体贮槽的液位控制为例说明过程控制系统
的基本构成。贮槽液位原理图，如图所示。
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一、过程控制系统的组成
人工控制方式： 眼 — 观察玻璃管液位计（测量元件）指示高度； 大脑 — 将液位高度与期望高度进行比较，经过思考估 算出需要改变的流出量，然后发出动作命令； 手 — 根据命令改变出口阀门开度，相应地增 减流出量，使液位保持在合16理的范围内。
即：安全性、稳定性和经济性。 (1)安全性 是指在整个生产运行过程中，能够及时
预测、监控和防止任何事故的发生，以确保生产设 备和操作人员的安全，这是最重要也是最基本的要 求。 (2) 稳定性 是指当工业生产环境发生变化或受到随 机因素的干扰和影响时，生产过程仍能不间断地平 稳运行，并保持稳定的产品质量。