淺析過程控制系統的組成與特點

范汝良

（黑龍江省建龍鋼鐵有限公司，黑龍江 雙鴨山 155126）

生產過程的自動控制中，由于過程被控參數受到外界和內部的影響會發生變化，而且影響生產過程的參數不只一個，在過程中起的作用也不一樣，因而對過程參數的控制相當復雜。這是過程控制不同于電機拖動控制的原因，也是過程控制的特殊性所在。

過程控制系統的主要特點可歸結為：

1 .工業生產對過程控制的要求是多方面的

工業生產對過程控制的要求可歸納為三方面的要求：安全性、經濟性和穩定性。安全性是指在生產過程中首先要保證人身和生產設備的安全。由于工業生產的特點，在生產過程中可能會產生廢水、廢氣、廢物，如果不經過必要的處理將廢水、廢氣和廢物排入周圍的環境中，就會造成環境污染。因此，生產企業必須把符合國家制定的環境保護法規視為生產安全性的重要組成部分。經濟性是指生產成本要低，效率要高，即生產同樣質量和數量的產品所消耗的能量和原材料要最少。隨著企業間的競爭加劇和世界范圍內能源的匱乏與能源價格居高不下，提高生產過程的經濟件已成為企業刻不容緩的任務。最后一項對穩定性的要求，是指在生產過程中控制系統具有抑制外部或內部干擾，保持生產過程長期穩定運行的能力。

2 .被控對象的復雜多樣

工業生產過程大多數都比較復雜，生產過程中充斥著各種物理變化和化學反應，存在著物質或能量之間的傳遞和轉換。有的生產過程進行得很緩慢，而有的生產過程又進行得非常迅速，這給對象的辨識帶來困難。不同的生產過程要求控制的參數不一樣，或要求控制的控制品質不一樣。不同過程參數的變化規律各異，參數之間相互影響，對過程變化的影響作用也不一致。要正確描述這樣復雜多樣的對象特性還比較困難，至今仍只能用適當簡化的方法來近似處理。雖然從理論上講對不同的對象有其相適應的控制方法和控制系統但由于對象特性辨識的困難，要設計出適應不同對象的控制系統至今仍不容易。

3 .控制系統較復雜

由于被控對象的復雜性，且對象的輸入輸出并不只有一個，僅僅采用簡單的單回路反饋控制系統往往不能滿足工藝要求。因此需采用各種復雜的多回路控制系統。目前已設計出各種各樣的控制系統，這些控制系統經過長期的運行和試驗，被證明是可以獲得滿意的控制效果的。

簡單的過程控制系統由以下幾部分組成：

（1）被控對象：被控對象是指被控制的生產設備或裝置。常見的被控對象有鍋爐、加熱爐、分餾塔、干燥爐、壓縮機等生產設備，或儲存設備，或儲存物料的槽、罐以及傳送無聊的管段等。

（2）檢測變送器

反映生產過程的工藝參數需用檢測傳感器進行自動檢測，才能了解生產過程進行的狀態。需要進行自動控制的參數稱為被控量，當系統只有一個被控量時，則只有一個控制回路，稱為單回路控制系統，也稱單變量控制系統。當系統不止一個被控量時則不止一個控制回路，稱為多回路控制系統，也稱多變量控制系統。被控量由傳感器進行檢測，當其輸出不是電學量，或雖然是電學量，但不是調節器所能接收的信號時，要采用變送器將其轉換為統一的標準電信號。

（3）調節器

調節器也稱控制器，它接收檢測變送器送來的信息，即被控量。當被控量符合生產工藝要求時，調節器的輸出保持不變，否則，控制器的輸出發生變化，對系統施加控制作用。使被控量發生變化的作用稱為干擾或擾動。擾動—經產生，調節器就發出調節控制命令，通過執行器對系統施加控制作用，使被控量回到設定值。

（4）執行器

被控量的測量值與設定值在控制器內進行比較后得到的偏差，由調節器按規定的控制規律進行運算后，發出相應的控制信號去驅動執行器。執行器由執行機構和調節閥組成。執行機構接收來自調節器的輸出信號，將其轉換為位移用來改變閥門的開度大小。通過閥門開度的改變，可以改變流經閥門的流體的流量。目前常采用的執行器有電動與氣動兩大類，應用較多的是氣動薄膜控制閥。如果調節器是電動的，就應在調節器與執行器之間加入電/氣轉換器，如果采用的是電動執行器，則電動調節器的輸出信號須經過放大器放大后才能驅動執行器控制調節閻的閥門開度大小。

對于一個完整的過程控制系統，除自動控制回路外，應備有一套手動控制回路、以便在自動控制系統因故障而失效或在某些緊急情況下，對系統進行手動遙控。另外，還應有一套必要的信號顯示、通信、聯絡、連鎖以及自動保護等設施，以充分地保證生產過程的順利進行和保障人身與設備的安全。

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