过程控制系统应用与维护

模块一 过程控制系统基础知识

项目一过程控制系统的基本概念

项目二过程控制系统的组成及分类

项目三自动控制系统的过渡过程及品质指标

模块二控制系统的数学模型

项目一过程动态特性与建模

项目二传递函数及方框图的等效变换

项目三过程控制系统的数学模型

项目四对象特性测试实训

模块三常规控制规律…

项目一双位控制

项目二比例控制

项目三比例积分控制

项目四比例微分控制

项目五比例积分微分控制规律

项目六控制器参数对系统过渡过程的影响实训

模块四简单控制系统

项目一被控变量和操纵变量的选择

项目二控制阀的选择

项目三测量变送器的选择

项目四控制器控制规律的选择

项目五简单控制系统集成案例

项目六简单控制系统的投运和控制器参数的工程整定

项目七液位控制系统的投运和PID整定实训·

模块五复杂控制系统

项目一串级控制系统

项目二均匀控制系统

项目三比值控制系统

项目四前馈-反馈控制系统

模块六其他控制系统

项目一分程控制系统和阀位控制系统

项目二选择性控制系统

项目三先进型控制系统

项目四安全仪表系统

模块七典型操作单元控制案例

项目一流体输送设备的控制

项目二传热设备的控制·

项目三精馏塔的控制…

项目四锅炉设备的控制

项目五化学反应器的控制方案·

附录1拉氏变换对照表

附录2自动控制系统常用图例符号统一规定

参考文献

四、理实一体化步骤

1.过程控制技术的发展过程

过程控制技术的发展首先是从工业生产领域开始，并与工业生产过程本身的发展有着密切的联系。随着生产从简单到复杂、从局部到全局、从低级到智能的发展，过程控制技术也经历了一个不断发展的过程。

在20世纪40年代以前，化工、石油化工等生产过程处于手工操作阶段，过程控制仅体现为根据一些仪表反映的主要变量进行人工干预。

20世纪50年代到60年代，控制理论称为经典控制理论，它包括奈奎斯特和伯德的频域法、欧文斯的根轨迹法等。当时的控制系统以电子和电工为对象，从随动控制系统的实践中提高并移植到定值控制系统为主的生产过程控制系统中，解决定值控制系统的分析和综合等问题。所采用的仪表以基地式仪表为主，气动单元组合仪表也开始大量应用于工业生产过程的控制中。在实际生产中应用的自动控制系统主要是压力（Pressure，P）、流量（Flow,F）、液位（Level,L）和温度（Temperature,T）四大变量的简单控制系统。同时，串级、比值、多冲量等复杂控制系统也得到了一定程度的发展。

20世纪70年代开始，由于工业生产的发展，生产过程向着大型化、连续性方向发展，而控制对象的要求也日趋复杂，原有简单控制系统已不能满足要求。为适应工业生产控制的要求，一些复杂的控制系统得到开发，并在实践中获得了良好的控制效果。而在这个阶段，人们研究出了现代控制理论，这为新的控制技术提供了理论基础，从而使过程控制技术得到较快发展。为适应工业生产过程控制的要求，不仅一些复杂控制系统得到开发，而且在过程控制技术工具方面，气动Ⅱ型和电动Ⅱ型单元组合式仪表刚投入生产不久，气动Ⅲ型和电动Ⅲ型单元组合式仪表就相继问世，并进一步发展到具有多功能的组装仪表、智能式仪表，为实现各种特殊控制规律提供了条件。

20世纪70年代，现代控制理论在航天、航空和制导等领域取得了辉煌的成果，而自动控制技术也发展出了直接数字控制（Direct Digital Control,DDC）和监督计算机控制（Supervisory Computer Control,SCC）。特别是集散控制系统（Distributed ControlSystem，DCS）的硬件可靠性大大提高，控制回路和危险的分散、数据显示和实时监督等功能的集中等特点，使得DCS在工业生产过程的控制中得到广泛应用，现代控制理论也因计算机的应用而在实践中得以实现。

20世纪80年代以后的十几年里，出现了两级优化与控制，在DCS的基础上实现了先进控制和优化控制。其硬件采用上位机和DCS或电动单元组合仪表相结合，构成两级计算机优化与控制。随着计算机及网络技术的发展，DCS出现了开放式系统，可实现多层次计算机网络构成的计算机集成过程系统（Computer Integrated Process System,CIPS）,而自动化的实现工具也由 DCS发展到了现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS)。

随着计算机技术、显示技术、控制技术、通信技术的发展，现场总线和现场总线仪表得到了迅速的发展。现场总线是顺应智能现场仪表而发展起来的一种开放式的数字通信技术，它是综合运用微处理器技术、网络技术、通信技术和自动控制技术的产物。现场控制系统和现场总线仪表的诞生和应用开辟了过程控制技术的新纪元。

2.过程控制系统的内容

生产过程控制系统的内容比较广泛，根据其功能不同，可以分为自动检测系统、自动信号报警和联锁保护系统、自动操纵和自动开停车系统、自动控制系统四种类型。

1）自动检测系统

为了控制生产过程，首先要了解生产过程运行的情况，因此要对反映生产状况的一些工艺变量如温度、压力、流量、液位和成分分析（Analytical）等进行测量。利用各种仪表对生产过程中主要工艺变量进行测量、指示或记录的系统称为自动检测系统。它代替了操作人员对工艺变量的不断观察与记录，起到获取与记录生产过程信息的作用，这在生产过程控制中是最基本也是十分重要的内容。

自动检测系统中主要的自动化装置为敏感元件、传感器与显示仪表。敏感元件亦称检测元件，它的作用是对被测的变量作出响应，将被测的变量转换为适合测量的物理量。

传感器可以对检测元件输出的物理量信号作进一步转换，当转换后的信号为标准的统一信号时，此时的传感器一般称为变送器，例如，流量变送器和压差变送器。

显示仪表的作用是将检测结果以指针位移、数字、图像等形式，准确地指示、记录或储存，使操作人员能正确了解工艺操作情况和状态。

2）自动信号报警和联锁保护系统

在生产过程中，有时由于一些偶然因素的影响，导致工艺变量超出允许的变化范围而出现不正常的情况，这就有可能引起事故，如爆炸、燃烧以及损坏设备等。为及时发现问题并采取措施，常对某些关键性变量设有自动信号报警和联锁保护系统。若工艺变量超过了允许的范围，在事故即将发生以前，自动信号报警系统就会自动地发出声、光信号警报，告诫操作人员注意，并督促操作人员及时采取措施。自动信号报警系统发出的声警报提醒……

本书由七个模块组成，主要内容为过程控制系统基础知识、控制系统的数学模型、常规控制规律、简单控制系统、复杂控制系统、其他控制系统、典型操作单元控制案例等。本书充分体现了职业教育的特点，突出实践性、实用性和先进性，着重职业技能的培养。