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过程控制 教材：过程控制工程（第2版） 东南大学 邵裕森 戴先中 第一章 绪论 过程控制发展概况 过程控制的特点 过程控制系统的组成及其分类 本课程的性质和任务 第一节 过程控制发展概况 过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织、建材、原子能等工业部门生产过程的自动化。 过程控制发展的第一个阶段：50年代前后，仪表化和局部自动化阶段。主要特点： 过程检测控制仪表普遍采用基地式仪表和部分单元组合式仪表(多数是气动仪表)。 系统结构大多为单输入、单输出系统。 被控参数主要是温度、压力、流量和液位。 控制目的是保持这些过程参数的稳定。 控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题。 过程控制发展的第二个阶段： 60年代 开始大量采用气动和电动单元组合仪表。 计算机控制系统开始应用于过程控制领域。 开发和应用了各种复杂的过程控制系统，如串级控制、比值控制等。 现代控制理论开始得到应用，由单变量系统转向多变量系统。 工厂企业实现了车间或大型装置的集中控制。 过程控制发展的第三个阶段：70年代，计算机时代。主要特点： 对全工厂或整个工艺流程的集中控制，应用计算机系统进行多参数综合控制，或者由多台计算机对生产过程进行控制和经营管理。 以微处理器为核心的智能单元组合仪表（包括可编程调节器和DDZ-S智能仪表）的开发和广泛应用。 在线成分检测与数据处理的测量变送器的应用。 在DDZ—III型仪表方面，不仅产品品种增加，而且可靠性有了很大提高，适应各种复杂控制系统的要求。 70年代中期，集散控制系统（DCS，也称为分布式控制系统）出现。 80年代以后，工业过程控制得到飞跃发展。 一方面，现代控制理论从本质上解决了一般多变量系统的控制问题，包括线性系统、时变系统、非线性系统、微分—差分系统等。 另一方面，过程控制的结构已从包括许多手动控制的分散局部控制站改变为具有高度自动化的集中、远动控制中心，使得过程控制的概念有了很大的发展，它不仅包括数据采集与管理、基本过程控制，而且包括先进的管理系统、调度和优化等。柔性化、分散化和集成化的综合自动化系统，已被应用于实际工业过程。专家系统、神经网络、模糊控制、过程监督和在线诊断等理论已经大大地促进了过程控制的发展。 目前，世界各工业发达国家，正集中全力进行工厂综合自动化技术的研究。 所谓综合自动化，就是在自动化技术、信息技术、计算机控制和各种生产加工技术的基础上，从生产过程的全局出发，通过生产活动所需的各种信息的集成，把控制、优化、调度、管理、经营、决策融为一体，形成一个能适应各种生产环境和市场需求、多变性的、总体最优的高质量、高效益、高柔性的管理生产系统。 第二节 过程控制的特点 与其它自动控制系统相比较而言，过程控制的特点大致可归纳如下： 一、连续生产过程的自动控制 过程控制一般是指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量地控制，而且应是连续可调的。 若控制动作在时间上是离散的(如采样控制系统等)，但是其被控量需定量控制，则也归入过程控制。 二、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成 过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表(包括电动仪表和气动仪表、模拟仪表和智能仪表)和电子计算机(看作一台仪表)等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。 一个过程控制系统是由被控过程和过程检测控制仪表两部分组成的。 过程检测控制仪表包括检测元件、变送器、调节器(包括计算机)、调节阀等。 过程控制系统的设计是根据工业过程的特性和工艺要求，通过选用过程检测控制仪表构成系统，再通过PID参数的整定，实现对生产过程的最佳控制。 三、被控过程是多种多样的、非电量的 在现代工业生产过程中，工业过程很复杂。由于生产规模大小不同， 工艺要求各异，产品品种多样，因此过程控制中的被控过程是多种多样的。如石油化工过程中的精馏塔、化学反应器、流体传输设备；热工过程中的锅炉、热交换器；冶金过程中的转炉、平炉；机械工业中的热处理炉等。它们的动态特性多数具有大惯性、大滞后