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1、第第1 1章章 绪论绪论 过程控制是自动控制的一个重要分支。它涉及过程控制是自动控制的一个重要分支。它涉及到许多工业部门，诸如石油、化工、电力、冶金、到许多工业部门，诸如石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织等等，因而过程控制在国民经济中占有轻工、纺织等等，因而过程控制在国民经济中占有极其重要的地位。为了系统深入地学好极其重要的地位。为了系统深入地学好过程控制过程控制工程工程课程，首先学习掌握有关的基本概念、系统课程，首先学习掌握有关的基本概念、系统组成，了解过程控制的任务、特点及发展是非常必组成，了解过程控制的任务、特点及发展是非常必要的。要的。第第1 1章章 绪论绪论1.1过程控制介绍过程控制

2、介绍 自动控制：自动控制：在没有人的直接参与下，利用控制装置操纵生产机器、在没有人的直接参与下，利用控制装置操纵生产机器、设备或生产过程，使表征其工作状态的物理变量设备或生产过程，使表征其工作状态的物理变量(状态变状态变量）尽可能接近人们所期望值量）尽可能接近人们所期望值(即设定值）的过程，称为即设定值）的过程，称为自动控制自动控制。过程控制：过程控制：当上述物理变量为温度、压力、流量、液位、当上述物理变量为温度、压力、流量、液位、PH值值(氢离子浓度）、成分、湿度、厚度等时的自动控制，氢离子浓度）、成分、湿度、厚度等时的自动控制，称为称为过程控制过程控制。过程控制系统：过程控制系统：为了实现

3、过程控制，以控制理论和生产要求为依据，为了实现过程控制，以控制理论和生产要求为依据，采用模拟仪表、数字仪表或计算机等构成的总体，称采用模拟仪表、数字仪表或计算机等构成的总体，称为为过程控制系统过程控制系统。第第1 1章章 绪论绪论过程控制的任务和要求过程控制的任务和要求 希望的产量和质量；希望的产量和质量；能接受的产品价格；能接受的产品价格；能接受的原材料消耗。能接受的原材料消耗。在以安全的方式生产，给环境造成最小危害的条件下达在以安全的方式生产，给环境造成最小危害的条件下达到以下目标就是过程控制的任务和要求。到以下目标就是过程控制的任务和要求。图图1-2 锅炉气包水位控制系统锅炉气包水位控制

4、系统（a）控制系统流程图）控制系统流程图第第1 1章章 绪论绪论（b）控制系统框图）控制系统框图 在生产过程中，当蒸汽用量与给水量相等，其水位在生产过程中，当蒸汽用量与给水量相等，其水位在规定数值上时，系统处于稳定状态，控制器输出保持在规定数值上时，系统处于稳定状态，控制器输出保持不变，控制阀开度保持不变，当蒸汽用量或给水量发生不变，控制阀开度保持不变，当蒸汽用量或给水量发生变化时，其汽包水位也将发生变化，液位测量变送器将变化时，其汽包水位也将发生变化，液位测量变送器将其变化信号传送给控制器，控制器将把该信号与预先设其变化信号传送给控制器，控制器将把该信号与预先设定的期望水位信号进行比较，按其

5、偏差的大小和方向经定的期望水位信号进行比较，按其偏差的大小和方向经一定规律运算后向控制阀（执行器一定规律运算后向控制阀（执行器)发出控制命令，去改发出控制命令，去改变控制阀的开度，从而改变给水量以使水位重新回到期变控制阀的开度，从而改变给水量以使水位重新回到期望值附近。望值附近。第第1 1章章 绪论绪论1.2 过程控制系统的组成及其分类过程控制系统的组成及其分类 1.2.1 过程控制系统的组成过程控制系统的组成 1、被控对象、被控对象2、测量、变送单元、测量、变送单元3、控制器、控制器4、执行机构、执行机构输入量输入量控制器控制器被控对象被控对象输出量输出量测量元件测量元件+_调节阀调节阀控制

6、器控制器执行执行单元单元测量变送测量变送被控对象被控对象第第1 1章章 绪论绪论系统输出：系统输出：当要保持在期望值的关键变量被实施控制当要保持在期望值的关键变量被实施控制时，该过程变量就为该系统的输出，即受控变量。时，该过程变量就为该系统的输出，即受控变量。受控过程的输入：受控过程的输入：凡是能引起系统输出变化的变量均凡是能引起系统输出变化的变量均称为该受控过程的输入。称为该受控过程的输入。u有关名词术语有关名词术语 操纵变量：操纵变量：由控制器发出控制信号通过执行器改变的由控制器发出控制信号通过执行器改变的变量，也常称为内部扰动或基本扰动。变量，也常称为内部扰动或基本扰动。受控过程：受控过

7、程：受控过程也叫受控对象或被控对象，简称受控过程也叫受控对象或被控对象，简称过程或对象。过程或对象。第第1 1章章 绪论绪论外部扰动：外部扰动：外部扰动简称扰动或干扰。相对于操纵量外部扰动简称扰动或干扰。相对于操纵量而言，所有以其他任何形式影响受控变量的变量均称而言，所有以其他任何形式影响受控变量的变量均称为干扰。为干扰。广义过程广义过程:按照受控过程的定义按照受控过程的定义,广义过程可定义为影广义过程可定义为影响控制变量与测量值之间关系的硬件和软件的集合。响控制变量与测量值之间关系的硬件和软件的集合。第第1 1章章 绪论绪论1.2.2 过程控制系统的分类过程控制系统的分类（1）按工艺参数分类

8、：）按工艺参数分类：温度温度压力压力流量流量成分成分液位液位（2）按系统的任务分类：）按系统的任务分类：（3）按自动化装置的不同分类：）按自动化装置的不同分类：（4）按控制器的动作分类：）按控制器的动作分类：P、PI、PID（5）按是否形成闭合回路分类：）按是否形成闭合回路分类：开环、闭环开环、闭环第第1 1章章 绪论绪论 是工业生产过程中应用最大的一种过程控制系统。是工业生产过程中应用最大的一种过程控制系统。在运行时，系统被控量的给定值是不变的。有时根据在运行时，系统被控量的给定值是不变的。有时根据生产工艺要求，被控量的给定值保持在规定的小范围生产工艺要求，被控量的给定值保持在规定的小范围附

9、近波动。附近波动。定值控制系统定值控制系统（6）按设定值形式分类）按设定值形式分类随动控制系统随动控制系统 是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统。它的主要作用是克服一切扰动，使被控量随系统。它的主要作用是克服一切扰动，使被控量随时跟踪给定值。时跟踪给定值。第第1 1章章 绪论绪论程序控制系统程序控制系统 其给定值按预定的时间程序来变化。如数控车床，其给定值按预定的时间程序来变化。如数控车床，按照预先设定的程序对工件进行切削。家用电器中按照预先设定的程序对工件进行切削。家用电器中应用定值控制系统的也很多，如全自动洗衣机、电应用定值控制系统的也很多，

10、如全自动洗衣机、电饭煲等。饭煲等。第第1 1章章 绪论绪论1.3 过程控制系统的发展过程控制系统的发展 生产过程自动化的发展是与生产过程自动化的发展是与控制手段的提高控制手段的提高、控控制理论的发展制理论的发展以以 及及生产过程自身的发展生产过程自身的发展密切相关的，密切相关的，这三者相互促进共同提高，使控制从简单到复杂这三者相互促进共同提高，使控制从简单到复杂,从局从局部部 自动化到全局自动化，从低级智能到高级智能。综自动化到全局自动化，从低级智能到高级智能。综观整个发展过程，我们可以把它划分为观整个发展过程，我们可以把它划分为四个发展阶段四个发展阶段。第第1 1章章 绪论绪论1.生产过程自

11、动化的初级阶段生产过程自动化的初级阶段 图图1-6 基地式仪表构成的系统基地式仪表构成的系统 第第1 1章章 绪论绪论2.单元组合仪表自动化阶段单元组合仪表自动化阶段 第第1 1章章 绪论绪论3.计算机控制的初级阶段计算机控制的初级阶段 图图1-7计算机监督控制系统计算机监督控制系统 图图1-8计算机直接数字控制系统计算机直接数字控制系统 第第1 1章章 绪论绪论4.综合自动化阶段综合自动化阶段 图图1-9分布式计算机控制系统分布式计算机控制系统 第第1 1章章 绪论绪论图图1-10 现场总线控制系统现场总线控制系统 第第1 1章章 绪论绪论1.4“过程控制工程过程控制工程”课程的性质和任务课

12、程的性质和任务 过程控制是控制理论、生产工艺、计算机技术和仪器仪过程控制是控制理论、生产工艺、计算机技术和仪器仪表知识等相结合的一门表知识等相结合的一门综合性应用学科综合性应用学科。过程控制的过程控制的任务：任务：在了解、熟悉、掌握生产工艺流程与生产过程的在了解、熟悉、掌握生产工艺流程与生产过程的静态和动态特性的基础上，根据工艺要求，应用控制静态和动态特性的基础上，根据工艺要求，应用控制理论、现代控制技术，分析、设计、整定过程控制系理论、现代控制技术，分析、设计、整定过程控制系统。同时，必须注意工程应用中的有关问题。过程控统。同时，必须注意工程应用中的有关问题。过程控制的任务是由过程控制系统的工程设计与工程实现来制的任务是由过程控制系统的工程设计与工程实现来完成的。完成的。第第1 1章章 绪论绪论