过程控制系统的组成和分类
过程控制系统第1章 过程控制系统概述
(3)集中型计算机控制系统
图1-1
典型的DDC控制系统原理图
(4)集散控制系统 集中型计算机控制系统由于其可靠性方面的重大缺陷，在当时 的过程控制中并没有得到成功的应用。人们开始认识到，要提 高系统的可靠性，需要把控制功能分散完成；但考虑到生产过 程的整体性要求，各个局部的控制系统之间还应当存在必要的 相互联系，即所有控制系统的运行应当服从工业生产和管理的 总体目标。这种管理的集中性和控制的分散性是生产过程高效、 安全运行的需要，它直接推动了集散控制系统的产生和发展。
(2)单元组合仪表控制系统 单元组合式控制仪表是根据控制系统各组成环节的不同功能和 使用要求，将仪表做成能实现一定功能的独立仪表(称为单元)， 各个仪表之间用统一的标准信号进行联系。将各种单元进行不 同的组合，可以构成多种多样、适用于各种不同场合需要的自 动检测或控制系统，实现如PID控制和串级、均匀、比值、前 馈、选择性等一些常用的复杂控制功能。
(5)现场总线控制系统
图1-3
传统计算机控制结构示意图
1.1.2 过程控制的特点 1)生产过程的连续性 在过程控制系统中，大多数被控过程都
是以长期的或间歇形式运行，被控变量不断地受到各种扰动的
影响。 2)被控过程的复杂性 过程控制涉及范围广：石化过程的精馏 塔、反应器；热工过程的换热器、锅炉等；生物发酵过程的发 酵罐、成品包装系统等。 3)控制方案的多样性 被控过程对象特性各异，工艺条件及要 求不同，过程控制系统的控制方案非常丰富，有常规的单回路
过程控制系统与装 置
第1章 过程控制系统概述 1.1 过程控制的发展和特点
1.2 过程控制系统的组成
1.3 控制系统的过渡过程和品质指标
1.1 过程控制的发展和特点 1.1.1 过程控制的发展概况
自动化仪表及过程控制
第一章绪论本章提要1.过程控制系统的基本概念2.过程控制的发展概况3.过程控制系统的组成4.过程控制的特点及分类5.衡量过程控制系统的质量指标授课内容第一节过程控制的发展概况1.基本概念过程控制系统-----指自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位成分、粘度、湿度以及PH值(氢离子浓度)等这样一些过程变量时的系统。
(P3) 过程控制-----指工业部门生产过程的自动化。
(P3)2.过程控制的重要性z进入90年代以来自动化技术发展很快，是重要的高科技技术。
过程控制是自动化技术的重要组成部分。
在现代工业生产过程自动化电过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。
3.过程控制的发展概况z19世纪40年代前后(手工阶段)：手工操作状态，凭经验人工控制生产过程，劳动生产率很低。
z19世纪50年代前后(仪表化与局部自动化阶段)：过程控制发展的第一个阶段，一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。
主要特点：检测和控制仪表-----采用基地式仪表和部分单元组合仪表(多数是气动仪表)；过程控制系统结构------单输入、单输出系统；被控参数------温度、压力、流量和液位参数；控制目的------保持这些参数的稳定，消除或者减少对生产过程的主要扰动；理论-----频率法和根轨迹法的经典控制理论，解决单输入单输出的定值控制系统的分析和综合问题。
z19世纪60年代(综合自动化阶段)：过程控制发展的第二个阶段，工厂企业实现车间或大型装置的集中控制。
主要特点：检测和控制仪表-----采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表，计算机控制系统的应用，实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)；过程控制系统结构------多变量系统，各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统；控制目的------提高控制质量或实现特殊要求；理论-----除经典控制理论，现代控制理论开始应用。
过程控制系统教案
过程控制系统教案一、教学目标1. 了解过程控制系统的概念、分类和基本组成。
2. 掌握过程控制系统的常见参数及其作用。
3. 熟悉过程控制系统的典型应用和优点。
4. 学会分析过程控制系统的设计和实施方法。
二、教学内容1. 过程控制系统的概念及分类1.1 过程控制系统的定义1.2 过程控制系统的分类1.3 过程控制系统的基本组成2. 过程控制系统的常见参数2.1 流量参数2.2 压力参数2.3 温度参数2.4 液位参数3. 过程控制系统的典型应用3.1 工业生产过程控制3.2 楼宇自动化控制3.3 环保监测与控制4. 过程控制系统的优点4.1 提高生产效率4.2 保障产品质量4.3 降低能源消耗4.4 提高系统安全性三、教学方法1. 采用案例分析法，结合实际应用场景，让学生了解过程控制系统的原理和作用。
2. 利用仿真软件，让学生动手操作，掌握过程控制系统的参数调整和优化方法。
3. 开展小组讨论，培养学生团队合作能力和问题解决能力。
四、教学资源1. 教学课件：包含过程控制系统的相关理论知识、图片和案例。
2. 仿真软件：用于学生动手实践，如LabVIEW、组态王等。
3. 实际应用案例：涉及工业生产、楼宇自动化、环保监测等领域。
五、教学评价1. 课堂互动：学生参与课堂讨论、提问和回答问题的情况。
2. 课后作业：学生完成相关练习题的情况。
3. 实践操作：学生在仿真软件上的操作成绩。
4. 小组讨论：学生参与小组讨论的表现和成果。
教案剩余章节待您提供要求后，我将为您编写。
六、教学重点与难点教学重点：1. 过程控制系统的概念及其在各个领域的应用。
2. 过程控制系统的基本参数及其调整方法。
3. 过程控制系统的优点及其在提高生产效率和产品质量中的作用。
教学难点：1. 过程控制系统的设计原理和方法。
2. 不同类型过程控制系统的实现技术。
3. 过程控制系统在复杂环境下的性能优化。
七、教学安排课时安排：共计20课时，每课时45分钟。
过程控制系统与仪表习题答案
过程控制系统与仪表习题与思考题解答第1章思考题与习题1-1 过程控制有哪些主要特点为什么说过程控制多属慢过程参数控制解答：1．控制对象复杂、控制要求多样2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成1-2 什么是过程控制系统典型过程控制系统由哪几部分组成解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。
组成：参照图1-1。
1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类解答：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。
通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性什么是被控对象的动态特性二者之间有什么关系 解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。
被控对象的动态特性：。
系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。
二者之间的关系：1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。
过程控制复习
3－6 什么是直接参数和间接参数？这两者有什么关系？选择被控参数应遵守哪些基本原则？答：问题一：直接参数是指直接反映生产过程中产品的产量和质量的参数。
间接参数是间接反映产品产量和质量的参数。
问题二：间接参数与直接参数有单值的函数对应关系。
问题三：１）选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数为被控参数２)当不能用直接参数作为被控参数时,应该选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数３)被控参数必须具有足够高的灵敏度４）被控参数的选取，必须考虑工艺过程的合理性和所使用仪表的性能3－7选择控制参数时，为什么要从分析过程特性入手?为什么选过程控制通道的放大系数K0要适当大一些,时间常数T0要小一些，而扰动通道K f要尽可能小一些，T f要大？答:问题一：在生产过程中往往有几个参数可作为控制参数，选择不同的控制参数,就相当于选择不同的过程特性，而过程的动态、静态特性直接影响着控制系统的稳态性能、动态性能和暂态性能.问题二：控制通道的静态放大系数K0越大,表示控制作用越灵敏，克服扰动的能力越强，控制效果越显著.时间常数T0的大小反映了控制作用的强弱，反映了控制器的校正作用克服扰动对被控参数影响的快慢。
若控制通道时间常数T0太大,则控制作用太弱，被控参数变化缓慢，控制不能及时，系统过渡过程时间长，控制质量下降，所以希望T0要小一些.扰动通道K f越大则系统的稳态误差也越大，这表示在相同的阶跃扰动作用下,稳态下被控参数将偏离给定值越大，这样显著地降低控制质量，所以选择K f要尽可能小一些。
时间常数T f的增大，扰动作用于控制回路的过渡时间加长，但是由于过渡过程乘上一个1/T f的数值，使整个过渡过程的幅值减小T f倍，从而使其超调量随着T f的增大而减小，因而T f要大。
3－9在过程控制系统设计中，测量变送中常遇到的有哪些主要问题？怎样克服或尽量减小纯滞后、测量滞后及信号传送迟延问题？答：问题一：常遇到两种问题：1、有些检测和变送器有一定的时间常数，将造成所谓的测量滞后和传送滞后问题；2、有些测量变送器的阻尼较小，测量信号中将叠加大量高频噪声信号，将引起控制质量恶化的问题。
过程控制系统复习题2010
在控制系统中，增加比例度，控制作用；增加积分时间；控制作用；增加微分时间，控制作用。
减少、减少、增加。
1．过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程、测量变送等环节组成。
2、过程控制系统中按被控参数的名称来分有压力、流量、液位、温度等控制系统。
2．过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。
3．过程控制仪表的测量变送环节由传感器和变送器两部分组成。
4．过程检测仪表的接线方式有两种：电流二线制四线制、电阻三线制5．工程中，常用引用误差作为判断进度等级的尺度。
6．压力检测的类型有三种，分别为：弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测7．调节阀按能源不同分为三类：气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀8．电动执行机构本质上是一个位置伺服系统。
9．气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。
10. 理想流量特性有四类，分别是直线、对数、抛物线、快开。
11. 过程数学模型的求取方法有三种，分别是机理建模、试验建模、混合建模。
12．PID调节器分为模拟式和数字式两种。
13．造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长期存在偏差。
14．自动控制系统稳定运行的必要条件是：闭环回路形成负反馈。
15． DCS的基本组成结构形式是“三点一线”。
2、仪表的精度等级又称准确度级，通常用引用误差作为判断仪表精度等级的尺度。
t；静态3、过程控制系统动态质量指标主要有衰减比n 、超调量σ和过渡过程时间s质量指标有稳态误差e ss 。
4、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。
5、根据使用的能源不同，调节阀可分为气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀三大类。
6、过程数学模型的求取方法一般有机理建模、试验建模和混合建模。
7、积分作用的优点是可消除稳态误差(余差)，但引入积分作用会使系统稳定性下降。
8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为单闭环比值控制、双闭环比值控制和变比值控制三种。
过程控制系统及其应用
习题
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第三章 过程通道信号处理及调节仪表
第一节 温度变送器 一、概述 二、放大单元工作原理 三、热电偶温度变送器量程单元 四、变送器的信号调试方法 五、DBW型温度变送器的型号表示 六、DCW型温度变送器
第二节 DDZ-Ⅲ型全刻度指示调节器 一、概述 二、基型调节器的工作原理 三、可编程序数字调节器
器驱动调节阀，改变输入对象的操纵量q，使 被控量受到控制。
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第三节 过程控制的分类
一、各种分类方法
1）按被控量分类：温度控制系统，压力控制系统， 流量控制系统，液位控制系统等。
2）按控制系统回路分类：开环控制系统及闭环控制 系统，单回路控制和多回路控制。
3）按控制器的控制算法分类：比例控制系统，比例 积分控制系统，比例积分微分控制系统及位式控制 系统等。
过程控制系统及其应用
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目录
第一章 过程控制的基本概念
第一节 过程控制的发展概况 第二节 过程控制系统的组成
一、被控对象 二、 传感器和变送器 三、 控制器 四、 执行器 五、 控制阀
第三节 过程控制的分类 一、各种分类方法 二、设定值分类
第四节 生产对过控制的要求和指标 一、生产对过程控制的要求 二、过程控制系统的品质指标
第三节 变风量空调系统 一、变风量空调系统概述 二、变风量空调系统的自动控制
参考文献
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第一章 过程控制的基本概念
第一节 过程控制的发展概况 第二节 过程控制系统的组成 第三节 过程控制的分类 第四节 生产对过程控制的要求和指标
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第一节 过程控制的发展概况
自20世纪50年代以来，由于计算机技术的发 展，带来了自动化发展的惊人成就。自动化的发
过程控制第一章
操纵 变量
给定 值
1.2.2 过程控制系统的分类：
1.按系统的开环和闭环分类 （1）开环控制系统
系统的被控量对系统的控制作用没影响，结构简单，没有 闭合回路，控制精度取决于系统各组成环节的精度。 有干扰时无法自动补偿，精度不能保证。只适用于输入和 输出关系已知，且不存在干扰或干扰很弱的场合。
态值上下振荡的次数；
上升时间tr：该时间是指系统的输出量第一次到达输出稳态 值所对应的时刻。对于无振荡的系统，常把输出量从输出稳 态值的10%到输出稳态值的 90%所对应的时间叫为上升时间；
延迟时间：响应曲线首次达到静态值的一半所需的时间， 记为td;
衰减比N：第一个波峰与第二个波峰之比，是反应过程稳定 性的一个指标。N>1为衰减振荡，N=1为等幅振荡，N<1为 发散振荡。 振荡周期T：从第一个波峰到第二个波峰的时间。 T的倒数为振荡频率，T越短。快速性越好。
被控对象中要求保持 设定值的工艺参数
除操纵变量外，作用于被 控对象并引起被控变量变 化的因素 给定值与实际值 蒸汽复合负荷的变化 之差 冷却水温度的变化
扰动 量
偏 差
被控 对象 锅炉汽包
被控变量 锅炉给水量 汽包的期望水位 的预定值 受控制器操纵，用以克服扰 动的影响使被控量保持设定 值的物料量或能量
过程控制
第一章 绪论
课程考核
平时成绩（占40% ）：出勤+课堂提 问+作业；
大作业（占60% ）。
先修课程：自动控制原理
第一章 绪论
人工控制与自动控制：
1.1 概述--过程控制及发展历史
一、什么是过程控制？
过程（工业生产过程）：在生产装置或设备中 进行的物质和能量的相互作用和转换过程。 工业生产过程可分为： 连续生产过程和离散生产过程。 连续生产过程、离散生产过程和间歇生产过程 （批量生产过程）。
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过程控制系统的组成和分类
过程控制系统（Process Control System）由一系列硬件和软件组成，它们协同工作以监测和控制制造过程中的各种变量。
控制系统通常包括传感器、执行器、控制器、通信设备和操作界面等组件。
过程控制系统主要分为以下几类：
1.基于PLC的控制系统
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种数字化的工业控制器，以逻辑操作实现自动化控制，广泛应用于制造业中。
PLC控制系统通常由多个可编程控制器、I/O模块、通信模块等构成，具有模块化、可扩展、高可靠性等特点。
2.集散式控制系统（DCS）
集散式控制系统（Distributed Control System，DCS）是一种大型工业控制系统，通常由多个分布式控制节点、多个I/O模块、通信网络等组件构成。
DCS控制系统能够方便地实现过程控制和数据采集，适用于需要实现复杂控制的生产工艺。
3.计算机集成制造系统（CIM）
计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing，CIM）是一种将计算机技术与制造工艺相结合的控制系统。
CIM控制系统包含了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工艺计划（CAPP）等多个模块，实现了制造流程的自动化、信息化和集成化控制。
4.人机交互控制系统（HMI）
人机交互控制系统（Human Machine Interface，HMI）主要由操作终端和控制器组成。
HMI控制系统通过触摸屏、鼠标、键盘等设备提供操作界面，方便操作人员对制造过程进行控制和监测。
HMI控制系统适用于制造过程的小批量生产和多品种生产。
总而言之，过程控制系统的组成和分类十分丰富，不同类型的控制系统适合不同的工业生产场景。
随着人工智能、物联网等技术的发展，过程控制系统的应用也将不断发展和创新。