浅析工业当中自动化过程控制系统

摘 要:本文简单的阐述了我国现代制造工业当中过程控制系统的整体水平及主要内容,在总结实际生产运用情况的同时也分析了这一领域所面临的严重考验,并提出了自己的观点和看法。

关键词:制造工业自动化控制过程控制系统

自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着十分重要的作用,自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。随着国民经济和国防建设的发展,自动控制技术的应用日益广泛,其重要作用也越来越显着。生产过程自动控制(简称过程控制)是自动控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用, 是自动化技术的重要组成部分。

1、过程控制系统的特点

(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,在密闭的设备中被控变量不断的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,被控对象较复杂。

(3)控制方案的多样性:过程控制系统的控制方案非常丰富。

2、工业中过程控制系统的主要应用

2.1 自动检测系统

利用各种检测仪表对工艺参数进行测量、指示或记录。

2.2 自动信号和联锁保护系统

自动信号系统:当工艺参数超出要求范围,自动发出声光信号。联锁保护系统:达到危险状态,打开安全阀或切断某些通路,必要时紧急停车。(如图1所示)

2.3 自动操纵及自动开停车系统

自动操纵系统:根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。自动开停车系统:按预先规定好的步骤将生产过程自动的投入运行或自动停车。

2.4 自动控制系统

利用自动控制装置对生产中某些关键性参数进行自动控制,使他们在受到外界扰动的影响而偏离正常状态时,能自动的回到规定范围。

3、过程控制系统的组成

3.1 检测元件

该单元的主要作用是检测被控元件的物理量。

3.2 控制器

将设定值与测量信号进行比较,求出它们之间的偏差,然后按照预先选定的控制规律进行计算并将计算结果作为控制信号送给执行装置。

3.3 执行器

该部分元件作用是接受控制器的控制信号,直接推动被控对象,使被控变量发生变化。

4、过程控制系统中的闭环控制系统

按照自动控制有无针对对象来划分,自动控制可分为“开环控制”和“闭环控制”。区分“开环控制”和“闭环控制”最直接的办法是看是否有最终对象的反馈,当然这个反馈不是人为直观观察的。目前工业自动化控制中采用最为广泛的就是闭环控制系统。

4.1 闭环控制系统的优缺点

闭环控制系统主要是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的控制系统。 其主要优点为,不管任何扰动引起被控变量偏离设定值,都会产生控制作用去克服被控变量与设定值的偏差。其主要缺点为,由于闭环控制系统的控制作用只有在偏差出现后才产生,当系统的惯性滞后和纯滞后较大时,控制作用对扰动的克服不及时,从而使其控制质量大大降低。

4.2 闭环控制系统的主要类型

根据设定值分为定值控制系统,随动控制系统和程序控制系统。

(1)定值控制系统,其特点是设定值是固定不变的闭环控制系统称为定值控制系统。

作用为克服扰动的影响,使被控变量保持在工艺要求的数值上。

(2)随动控制系统 ,其特点为设定值是一个未知的变化量的闭环控制系统称为随动控制系统。作用为以一定的精度跟随设定值的变化而变化。

(3)程序控制系统可以看成是随动控制系统的特殊情况,其分析研究方法与随动控制系统相同。其特点为设定值是变化的,且按一定时间程序变化的时间函数。作用为以一定的精度跟随设定值的变化而变化。

5、过程控制系统的性能指标及要求

过程控制系统的常见信号有:阶跃信号、斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号等。我们在生产中使用最频繁的就是阶跃信号,其数学表达式为:

当A=1时称为单位阶跃信号。其特点是易产生,对系统输出影响大,便于分析和计算。在阶跃信号作用下,被控变量随时间的变化表现的形式有:发散振荡过程,非振荡衰减过程,等幅振荡过程,衰减振荡过程,非振荡发散过程。

通过以上的陈述不难看,过程制造系统在我国各行各业已经有了十分广泛的应用,并且技术也在日趋成熟。随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈, 产品的质量和功能也向更高的档次发展,制造产品的工艺过程变得越来越复杂,为满足这些更高的要求,做为工业自动化的重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重。

参考文献

[2]李友善主编.自动控制原理.国防工业出版社,2001.

[3]吴勤勤等编着.控制仪表及装置.化学工业出版社,2002.

[4]向婉成编着.控制仪表与装置.机械工业出版社,1999.

[5]邵裕森主编,过程控制工程.机械工业出版社,2000.