1、我对过程控制工程的认识物电学院 10 自动化 101103084 赵瑞云一、过程控制基本概念：过程控制工程专业，隶属一级学科动力工程及工程热物理学，它涉及炼油、化工、冶金、电力、轻工、制药、环保等国民经济支柱产业。全书共分章，第章为过程控制概论；第章讲述常规控制技术，内容包括过程动态建模，单回路控制，前馈与比值控制，串级、均匀、选择与分程控制等；第、章为先进控制技术，内容包括关联分析与解耦设计、基于模型的模型方法等;第章为常用过程操作单元的控制方案，内容包括传热设备控制、精馏塔控制、化学反应过程控制及间歇过程控制概论全面地介绍了过程动态特性、建模方法、控制器原理以及计算机控制系统。过程控制其实
2、就是连续生产过程的自动控制。过程控制所涉及的对象是流程性物料，从原料到产品需要经过复杂的工业工艺过程，因而整个过程需要由为数众多的单元构成过程装备。而要保证每个设备直至整个装备能正常运行，必须对其流程性参数进行严格的控制，如压力、温度、流量、液位、浓度等。因次与其相关的行业有，工艺过程，机械设计及制造材料等以及装备的控制。控制系统的组成有：被控对象、测量变送器、执行器、控制器（调节器）图 1.过程控制系统框图二、计算机控制：计算机控制系统自 20 世纪 60 年代初提出以来，随着计算机技术的发展，其性能不断完善，以系统结构的不同，计算机控制系统发展至今大致经历了直接数字控制 、集中控制、分布式
3、控制、现场总线控制四个阶段。计算机控制系统的应用领域非常广泛,计算机可以控制单个电机、阀门,也可以控制管理整个工厂企业;控制方式可以是单回路控制,也可以是复杂的多变量解耦控制、自适应控制、最优控制乃至智能控制。因而,它的分类方法也是多样的,可以按照被控参数、设定值的形式进行分类,也可以按照控制装置结构类型、被控对象的特点和要求及控制功能的类型进行分类,还可以按照系统功能、控制规律和控制方式进行分类。常用的是按照系统功能分类,分为以下几类:(1)数据处理系统(DAS),对生产过程参数作巡检、分析、记录和报警处理。(2)操作指导控制系统(OGC),计算机的输出不直接用来控制生产过程,而只是对过程参
4、数进行收集,加工处理后输出数据,操作人员据此进行必要的操作。(3)直接数字控制系统(DDC),计算机从过程输入通道获取数据,运算处理后,再从输出通道输出控制信号,驱动执行机构。(4)监督控制系统(SCC),计算机根据生产过程参数和对象的数字模型给出最佳工艺参数,据此对系统进行控制。(5)多级控制系统,企业经营管理和生产过程控制分别由几级计算机进行控制,一般是三级系统,即经营管理级(MIS)、监督控制级(SCC)和直接数字控制级(DDC)。(6)集散控制系统(DCS),以微处理器为核心,实现地理和功能上的分散控制,同时通过高速数据通道将分散的信息集中起来,实现复杂的控制和管理。(7)监控与数据采
5、集系统(SCADA),SCADA 是以计算机、控制、通讯与 CRT 技术为基础的一种综合自动化系统,更适用于/点多、面广、线长 0 的生产过程。由于控制中心和监控点的分散而自然形成了两层控制结构。(8)现场总线控制系统(FCS),是新一代分布式控制系统,与 DCS 的三层结构不同,其结构模式为/工作站)现场总线智能仪表 0 两层结构,降低了总成本,提高了可靠性,系统更加开放,功能更加强大。在统一的国际标准下,可实现真正的开放式互连系统结构。(9)计算机集成过程控制系统(CIPS),利用 DCS 作基础,开发高级控制策略,实现各层次的优化,利用管理信息系统 MIS 进行辅助管理和决策,将企业中有
6、关过程控制、计划调度、经营管理、市场销售等信息进行集成,经科学加工后,为各级领导、管理及生产部门提供决策依据,实现控制、管理的一体化。三、计算机过程控制系统国内外应用状况：近十几年,过程控制系统发展非常迅速,由于集散控制系统是这一领域的主导发展方向,各国厂商都在这一市场不断推陈出新。美国和日本的产品代表两个主要的发展方向:美国厂商重点推出开放型集散系统,加速研制现场总线产品,推广应用智能变送器;日本厂商则着重发展高功能集散系统,从软件开发入手,挖掘软件工作的潜力,强调控制功能和管理功能的结合。四、理论基本知识：尽管为实现自动控制，可采用的控制仪表或控制装置种类繁多，然而，从控制的策略角度来看，
7、不外乎反馈控制盒前馈控制两大类。而前馈控制与反馈控制的区别共有五点：（1）前馈开环，反馈闭环（2）前馈基于干扰控制，反馈基于偏差控制（3）前馈用专用控制器。反馈用通用控制器（4）前馈控制职能克服所测量的干扰，反馈能够克服所有干扰（5）前馈理论上可以无差，反馈控制必定有差。过程控制的任务就是根据不同工业生产过程的具体特点，采用测量仪表、控制仪表与计算机控制装置等自动化工具，应用过程控制技术与方法，设计相应的自动化系统，以实现生产过程所提出的控制目标。过程控制仪表可分为：模拟式和数字式。其中模拟式又可分为：基地式、单元组合式（分气动和电动两类） 、组装式。数字式为：单/多回路控制器、可编程控制器、
8、工业计算机、集散控制系统、总线控制系统。化工设备。指主要作用部件是静止的或者只有很少运动的机械，如各种容器（槽、罐、釜等） 、普通窑、塔器、反应器、换热器、普通干燥器、蒸发器，反应炉、电解槽、结晶设备、传质设备、吸附设备、流态化设备、普通分离设备以及离子交换设备等。化工机械的划分是不严格的，一些流体输送机械（如泵、风机和压缩机等） 。图 2 为接触塔工业生产对工程控制的要求很多，最基本的有：安全性、经济性和稳定性。根据安全性首先失气时使生产处于安全状态选择控制阀的类型。控制阀的类型可分为：气开和气关两类（气开随输入气压的增高开度增加；后者相反） 。例如中小型锅炉的进水阀大多选用气关式，这样，一
9、旦气源中断，也不至于锅炉内的水蒸干，而安装在燃料罐线上的阀门大多用气关式，一旦气源中断，切断燃料，避免发生因燃料过多而产生事故。设计原则：先确定控制阀的开关形式（以安全形式为主）然后确定调节器的正反作用，最后确定各个阀的分程区间。图 2 化工单元接触塔指对过程装备和及其系统的状态和工况进行监测，控制，以确保生产工艺有序稳定运行，提高过程装备的可靠度和功能可利用度。控制工程是结合现代自动化技术，是现代自动化先进技术与化工机械相结合的，提高了设备的效率。五、就业前景分析：本专业培养具备机械热加工基础知识与应用能力，能在工业生产第一线从事热加工领域内的设计制造、试验研究、运行管理和经营销售等方面工作
10、的高级工程技术人才。本专业学生主要学习材料科学及各类热加工工艺的基础理论与技术和有关设备的设计方法，受到现代机械工程师的基本训练，具有从事各类热加工工艺及设备设计、生产组织管理的基本能力。毕业生应获得以下几方面的知识和能力：1具有较扎实的自然科学基础，较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力；2较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括力学、机械学、电工与电子技术、热加工工艺基础、自动化基础、市场经济及企业管理等基础知识；3具有本专业必需的制图、计算、测试、文献检索和基本工艺操作等基本技能及较强的计算机和外语应用能力；4具有本专业领域内某个专业方向所必需的专业知识，了解科学前沿及发展趋势；5具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质
