淺析過程控制系統(tǒng)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(chǎn)過程的自動控制中，由于過程被控參數(shù)受到外界和內(nèi)部的影響會發(fā)生變化，而且影響生產(chǎn)過程的參數(shù)不只一個，在過程中起的作用也不一樣，因而對過程參數(shù)的控制相當(dāng)復(fù)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(tǒng)的主要特點可歸結(jié)為：

1 .工業(yè)生產(chǎn)對過程控制的要求是多方面的

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

2 .被控對象的復(fù)雜多樣

工業(yè)生產(chǎn)過程大多數(shù)都比較復(fù)雜，生產(chǎn)過程中充斥著各種物理變化和化學(xué)反應(yīng)，存在著物質(zhì)或能量之間的傳遞和轉(zhuǎn)換。有的生產(chǎn)過程進(jìn)行得很緩慢，而有的生產(chǎn)過程又進(jìn)行得非常迅速，這給對象的辨識帶來困難。不同的生產(chǎn)過程要求控制的參數(shù)不一樣，或要求控制的控制品質(zhì)不一樣。不同過程參數(shù)的變化規(guī)律各異，參數(shù)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(fù)雜多樣的對象特性還比較困難，至今仍只能用適當(dāng)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(yīng)的控制方法和控制系統(tǒng)但由于對象特性辨識的困難，要設(shè)計出適應(yīng)不同對象的控制系統(tǒng)至今仍不容易。

3 .控制系統(tǒng)較復(fù)雜

由于被控對象的復(fù)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(tǒng)往往不能滿足工藝要求。因此需采用各種復(fù)雜的多回路控制系統(tǒng)。目前已設(shè)計出各種各樣的控制系統(tǒng)，這些控制系統(tǒng)經(jīng)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(tǒng)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(chǎn)設(shè)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(chǎn)設(shè)備，或儲存設(shè)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(chǎn)過程的工藝參數(shù)需用檢測傳感器進(jìn)行自動檢測，才能了解生產(chǎn)過程進(jìn)行的狀態(tài)。需要進(jìn)行自動控制的參數(shù)稱為被控量，當(dāng)系統(tǒng)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(tǒng)，也稱單變量控制系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)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(tǒng)，也稱多變量控制系統(tǒng)。被控量由傳感器進(jìn)行檢測，當(dāng)其輸出不是電學(xué)量，或雖然是電學(xué)量，但不是調(diào)節(jié)器所能接收的信號時，要采用變送器將其轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)電信號。

（3）調(diào)節(jié)器

調(diào)節(jié)器也稱控制器，它接收檢測變送器送來的信息，即被控量。當(dāng)被控量符合生產(chǎn)工藝要求時，調(diào)節(jié)器的輸出保持不變，否則，控制器的輸出發(fā)生變化，對系統(tǒng)施加控制作用。使被控量發(fā)生變化的作用稱為干擾或擾動。擾動—經(jīng)產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器就發(fā)出調(diào)節(jié)控制命令，通過執(zhí)行器對系統(tǒng)施加控制作用，使被控量回到設(shè)定值。

（4）執(zhí)行器

被控量的測量值與設(shè)定值在控制器內(nèi)進(jìn)行比較后得到的偏差，由調(diào)節(jié)器按規(guī)定的控制規(guī)律進(jìn)行運算后，發(fā)出相應(yīng)的控制信號去驅(qū)動執(zhí)行器。執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)閥組成。執(zhí)行機構(gòu)接收來自調(diào)節(jié)器的輸出信號，將其轉(zhuǎn)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(jīng)閥門的流體的流量。目前常采用的執(zhí)行器有電動與氣動兩大類，應(yīng)用較多的是氣動薄膜控制閥。如果調(diào)節(jié)器是電動的，就應(yīng)在調(diào)節(jié)器與執(zhí)行器之間加入電/氣轉(zhuǎn)換器，如果采用的是電動執(zhí)行器，則電動調(diào)節(jié)器的輸出信號須經(jīng)過放大器放大后才能驅(qū)動執(zhí)行器控制調(diào)節(jié)閻的閥門開度大小。

對于一個完整的過程控制系統(tǒng)，除自動控制回路外，應(yīng)備有一套手動控制回路、以便在自動控制系統(tǒng)因故障而失效或在某些緊急情況下，對系統(tǒng)進(jìn)行手動遙控。另外，還應(yīng)有一套必要的信號顯示、通信、聯(lián)絡(luò)、連鎖以及自動保護(hù)等設(shè)施，以充分地保證生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行和保障人身與設(shè)備的安全。

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