浅析过程控制系统的组成与特点

范汝良

（黑龙江省建龙钢铁有限公司，黑龙江 双鸭山 155126）

生产过程的自动控制中，由于过程被控参数受到外界和内部的影响会发生变化，而且影响生产过程的参数不只一个，在过程中起的作用也不一样，因而对过程参数的控制相当复杂。这是过程控制不同于电机拖动控制的原因，也是过程控制的特殊性所在。

过程控制系统的主要特点可归结为：

1 .工业生产对过程控制的要求是多方面的

工业生产对过程控制的要求可归纳为三方面的要求：安全性、经济性和稳定性。安全性是指在生产过程中首先要保证人身和生产设备的安全。由于工业生产的特点，在生产过程中可能会产生废水、废气、废物，如果不经过必要的处理将废水、废气和废物排入周围的环境中，就会造成环境污染。因此，生产企业必须把符合国家制定的环境保护法规视为生产安全性的重要组成部分。经济性是指生产成本要低，效率要高，即生产同样质量和数量的产品所消耗的能量和原材料要最少。随着企业间的竞争加剧和世界范围内能源的匮乏与能源价格居高不下，提高生产过程的经济件已成为企业刻不容缓的任务。最后一项对稳定性的要求，是指在生产过程中控制系统具有抑制外部或内部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力。

2 .被控对象的复杂多样

工业生产过程大多数都比较复杂，生产过程中充斥着各种物理变化和化学反应，存在着物质或能量之间的传递和转换。有的生产过程进行得很缓慢，而有的生产过程又进行得非常迅速，这给对象的辨识带来困难。不同的生产过程要求控制的参数不一样，或要求控制的控制品质不一样。不同过程参数的变化规律各异，参数之间相互影响，对过程变化的影响作用也不一致。要正确描述这样复杂多样的对象特性还比较困难，至今仍只能用适当简化的方法来近似处理。虽然从理论上讲对不同的对象有其相适应的控制方法和控制系统但由于对象特性辨识的困难，要设计出适应不同对象的控制系统至今仍不容易。

3 .控制系统较复杂

由于被控对象的复杂性，且对象的输入输出并不只有一个，仅仅采用简单的单回路反馈控制系统往往不能满足工艺要求。因此需采用各种复杂的多回路控制系统。目前已设计出各种各样的控制系统，这些控制系统经过长期的运行和试验，被证明是可以获得满意的控制效果的。

简单的过程控制系统由以下几部分组成：

（1）被控对象：被控对象是指被控制的生产设备或装置。常见的被控对象有锅炉、加热炉、分馏塔、干燥炉、压缩机等生产设备，或储存设备，或储存物料的槽、罐以及传送无聊的管段等。

（2）检测变送器

反映生产过程的工艺参数需用检测传感器进行自动检测，才能了解生产过程进行的状态。需要进行自动控制的参数称为被控量，当系统只有一个被控量时，则只有一个控制回路，称为单回路控制系统，也称单变量控制系统。当系统不止一个被控量时则不止一个控制回路，称为多回路控制系统，也称多变量控制系统。被控量由传感器进行检测，当其输出不是电学量，或虽然是电学量，但不是调节器所能接收的信号时，要采用变送器将其转换为统一的标准电信号。

（3）调节器

调节器也称控制器，它接收检测变送器送来的信息，即被控量。当被控量符合生产工艺要求时，调节器的输出保持不变，否则，控制器的输出发生变化，对系统施加控制作用。使被控量发生变化的作用称为干扰或扰动。扰动—经产生，调节器就发出调节控制命令，通过执行器对系统施加控制作用，使被控量回到设定值。

（4）执行器

被控量的测量值与设定值在控制器内进行比较后得到的偏差，由调节器按规定的控制规律进行运算后，发出相应的控制信号去驱动执行器。执行器由执行机构和调节阀组成。执行机构接收来自调节器的输出信号，将其转换为位移用来改变阀门的开度大小。通过阀门开度的改变，可以改变流经阀门的流体的流量。目前常采用的执行器有电动与气动两大类，应用较多的是气动薄膜控制阀。如果调节器是电动的，就应在调节器与执行器之间加入电/气转换器，如果采用的是电动执行器，则电动调节器的输出信号须经过放大器放大后才能驱动执行器控制调节阎的阀门开度大小。

对于一个完整的过程控制系统，除自动控制回路外，应备有一套手动控制回路、以便在自动控制系统因故障而失效或在某些紧急情况下，对系统进行手动遥控。另外，还应有一套必要的信号显示、通信、联络、连锁以及自动保护等设施，以充分地保证生产过程的顺利进行和保障人身与设备的安全。

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