Hefei University
过程控制工程课程综述
专业及班级
姓 名
学 号 授 课 老 师
完 成 时 间
《过程控制工程》综述报告
摘要：
《过程控制工程》是生产过程自动化技术等专业的专业课。本课程的目的是使学生在掌握过程控制基本理论和常用控制仪表选用的基础上，能熟练地安装、校验与维护常用控制仪表，能熟练地正确调试简单控制系统及常用复杂控制系统，较熟练地掌握简单控制系统的开发与组织实施能力。在现代工业控制中,过程控制已经被广泛地应用于工业生产的各个领域。
关键词：
过程控制、生产过程、系统、应用
一、过程控制简介
1.1过程控制系统组成及分类
过程控制系统通常是指工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度和PH等这样一些过程变量的系统。
过程控制系统的一般组成：
过程控制系统的分类：
1.按过程控制系统的结构特点来分：反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统；
2.按给定信号的特点来分：定值控制系统、程序控制系统、随动控制系统；
3.按被控参数的名称分：温度、压力、流量、液位、成分、pH等控制系统；
4.按控制系统完成的功能来分：比值、均匀、分程和选择性控制系统；
5.按调解器控制规律分：比例、比例积分、比例微分、比例积分微分控制系
统；
6.按被控量多少分：单变量控制系统、多变量控制系统等；
1.2过程控制系统特点
1.连续生产过程的自动控制。
2.过程控制系统由过程检测、控制仪表组成。
3.被控过程是多种多样的、非电量的。
4.过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制。
5.过程控制方案十分丰富。
6.定值控制是过程控制的一种常用形式。
二、课程内容
本课程教材包括概述、过程控制系统建模方法、过程控制系统设计、PID调节原理、串级控制、特殊控制方法、补偿控制、关联分析与解耦控制、模糊控制、先进过程控制方法及计算机过程控制系统、集散控制系统等。主要介绍了前几章的知识。
第一章：绪论，主要介绍课程的特点与课程任务等。
第二章：讲述过程建模与过程检测控制仪表。过程控制系统的品质是由组成系统的各个环节的结构及其特性所决定。过程的数学模型是设计过程控制系统，确定控制方案、分析质量指标、整定调节器参数等等的重要依据。前馈控制、最优控制、多变量解耦控制等更需要有精确的过程数学模型，所以过程数学模型是过程控制系统设计分析和应用的重要资料。过程变量检测与变送是实现过程变量显示和过程控制的前提，是过程控制工程的主要组成部分。通过过程变量的准确测量，可以及时了解工艺设备的运行工况；为操作人员提供操作依据；为自动化装置提供测量信号。
第三章：介绍了简单的过程控制系统的工程设计。所谓简单的过程控制即单回路控制系统。单回路过程控制系统亦称单回路调节系统简称单回路系统，一般是指针对一个被控过程（调节对象），采用一个测量变送器检测被控过程，采用一个控制（调节）器来保持一个被控参数恒定（或在很小范围内变化），其输出也只控制一个执行机构（调节阀）。从系统框图看，只有一个闭环贿赂。本章重点介绍了过程控制系统工程设计中的一般共性问题，如控制方案设计，变送器、控制（调节）器、执行器选择，控制（调节）器参数整定以及系统设计原则的应用等。
第四章：介绍了更为复杂的过程控制系统。在本章第一节到第六节分别介绍了串级控制（双闭环控制）、前馈控制与大滞后系统控制（补偿控制）、比值控制（特殊的多变量控制）、分程与选择控制（非线性切换控制）、多变量解耦控制（多输入多输出解耦控制）等等。
三、过程控制的应用
水泥生产的主要工艺单元包括：生料制备(含生料混合、粉磨和均化)、熟料煅烧和水泥粉磨与包装等。水泥生产过程是一个典型的连续过程，任何一个阶段的生产都对后续过程有着重要影响。要生产符合标准的水泥，必须要有稳定、合适的生料，这既体现了生产高质量熟料的要求，又能为烧成操作提供稳定的生产条件。因此，生料配料过程是水泥生产的基础，如果配料的质量达不到要求，轻则造成原料、能源的浪费，重则影响产品的质量和产率，甚至会酿成生产事故。总之，控制生料质量是水泥生产企业质量控制的关键之一，而生料配料过程中能否实现规定的配比则是生料质量控制的重要内容。
生料质量控制，包括进厂原料质量的控制，原料预均化，各原料成分的配比控制，生料均化等。生料配料过程具有非线性、时变性及滞后性等特点，难以建立精确的数学模型，生料配料过程控制不仅是水泥生产过程控制的重要内容，也是水泥生产企业提高其自动化水平的一个难点。
目前，现代化水泥生产线普遍采用的生料配料过程控制策略主要有前置式(磨前)和后置式(磨后)两类。前置式控制系统如图a所示，其特点是：采用在线分析仪检测并计算入磨前的生料成份，将结果送入喂料控制器，该控制器根据偏差值调整喂料机构，改变各原料下料量比例，实现提前控制。后置式控制系统如 图b所示，其特点是：采用元素分析仪对出磨生料进行检测，将检测结果送入率值控制器，根据偏差计算配料量作为喂料控制器的目标值，进而调整喂料机构实
b生料配料过程控制系统结构
就生料质量控制而言，前置式控制系统在进入磨机之前的混合料皮带称上检测各主要原料成分并计算出原料配比，能更好地控制人磨原料质量，但是磨后部分相当于开环，未对出磨生料成分进行检测反馈，开环部分任一环节出现故障，都会对出磨生料质量有重要影响；后置式控制系统由于磨机大滞后性的存在，出磨生料检测的是几个小时以前的原料，不能及时地调整喂料量，也难以准确控制出磨生料的质量。针对以上两种控制结构的不足，图c给出了水泥生料配料的串级控制结构，该结构融合了前置式控制和后置式控制的优点，能够在人磨前对各原料配比进行及时调节，并对出磨生料进行检测反馈，实现出磨生料质量的控制。
c泥生料配料串级控制结构
目前，国内企业生料质量控制方法大体分为稳定化学成分与稳定率值两类，前者主要指稳定生料中一、两种主要氧化物成分。然而，在生产实践中，人们发现控制生料成分同控制生料率值存在矛盾。通过理论推导，指出稳定生料率值更贴近熟料质量的要求，有利于烧成。生料4种主要氧化物化学成分稳定必定导致三率值稳定，但生料三率值稳定时四种主要氧化物的化学成分并不一定需要稳定。稳定生料率值实际上只要求4种主要氧化物之间一种比例关系的稳定。仅稳定生料中的一、两种主要氧化物来控制生料质量缺乏理论依据，容易产生误导，甚至使率值偏离目标值更远。国内大部分水泥生产线仍沿袭稳定化学成分的思路指导生产，因此应当注意这种控制思路的局限性，充分认识实现生料率值控制的重要性和必要性。
四、总结
现代化工业控制领域中，过程控制扮演着不可缺少的角色。过程控制技术在工业系统中的应用已取得了可喜的进展，而且随着计算机技术的继续发展，系统和控制理论与实践的不断深化，将得到进一步完善和发展，并为提高生产设备性能、产品质量，稀有资源的有效利用发挥更大的作用。过程控制工程将取得更大
的发展，并为工业自动化做贡献。
通过对过程控制接近一学期的学习，我们掌握了过程控制系统的特点，并且熟练掌握它的使用方法，它的许多方面都涉及到实际应用这一块，这跟其他许多理论知识不一样，对于我们以后的学习工作，都有很大的指导意义，它的实用性将使我们受益匪浅。对于我们以后从事的工作也有一定的参考意义。
最后，感谢王老师一学期来的辛勤教导！
参考文献：
[1]《过程控制工程》第二版.邵裕森、戴先中.机械工业出版社2012.1
[2]黄稳山，何坚强．水泥厂中央控制室微机及仪表[M]．武汉：武汉工业出版社，1995．
[3]刘彬，郝晓辰，李海滨．水泥生料配料控制系统研究[J]．水泥技术，2005，(3)：95明．
[4] 陈久丰．生科质量控制方法的探讨[J]．新世纪水泥导报，2005，11(6)：l-7．
[5] 赵智鹏．专家系统在水泥厂生料配料中的应用研究[J]．工业控制计算机，2007，
[6]杨淑燕，高伟伟，姜培刚．神经网络在水泥生料配料中的应用[J]．工矿自动化，2004，
Hefei University
过程控制工程课程综述
专业及班级
姓 名
学 号 授 课 老 师
完 成 时 间
《过程控制工程》综述报告
摘要：
《过程控制工程》是生产过程自动化技术等专业的专业课。本课程的目的是使学生在掌握过程控制基本理论和常用控制仪表选用的基础上，能熟练地安装、校验与维护常用控制仪表，能熟练地正确调试简单控制系统及常用复杂控制系统，较熟练地掌握简单控制系统的开发与组织实施能力。在现代工业控制中,过程控制已经被广泛地应用于工业生产的各个领域。
关键词：
过程控制、生产过程、系统、应用
一、过程控制简介
1.1过程控制系统组成及分类
过程控制系统通常是指工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度和PH等这样一些过程变量的系统。
过程控制系统的一般组成：
过程控制系统的分类：
1.按过程控制系统的结构特点来分：反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统；
2.按给定信号的特点来分：定值控制系统、程序控制系统、随动控制系统；
3.按被控参数的名称分：温度、压力、流量、液位、成分、pH等控制系统；
4.按控制系统完成的功能来分：比值、均匀、分程和选择性控制系统；
5.按调解器控制规律分：比例、比例积分、比例微分、比例积分微分控制系
统；
6.按被控量多少分：单变量控制系统、多变量控制系统等；
1.2过程控制系统特点
1.连续生产过程的自动控制。
2.过程控制系统由过程检测、控制仪表组成。
3.被控过程是多种多样的、非电量的。
4.过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制。
5.过程控制方案十分丰富。
6.定值控制是过程控制的一种常用形式。
二、课程内容
本课程教材包括概述、过程控制系统建模方法、过程控制系统设计、PID调节原理、串级控制、特殊控制方法、补偿控制、关联分析与解耦控制、模糊控制、先进过程控制方法及计算机过程控制系统、集散控制系统等。主要介绍了前几章的知识。
第一章：绪论，主要介绍课程的特点与课程任务等。
第二章：讲述过程建模与过程检测控制仪表。过程控制系统的品质是由组成系统的各个环节的结构及其特性所决定。过程的数学模型是设计过程控制系统，确定控制方案、分析质量指标、整定调节器参数等等的重要依据。前馈控制、最优控制、多变量解耦控制等更需要有精确的过程数学模型，所以过程数学模型是过程控制系统设计分析和应用的重要资料。过程变量检测与变送是实现过程变量显示和过程控制的前提，是过程控制工程的主要组成部分。通过过程变量的准确测量，可以及时了解工艺设备的运行工况；为操作人员提供操作依据；为自动化装置提供测量信号。
第三章：介绍了简单的过程控制系统的工程设计。所谓简单的过程控制即单回路控制系统。单回路过程控制系统亦称单回路调节系统简称单回路系统，一般是指针对一个被控过程（调节对象），采用一个测量变送器检测被控过程，采用一个控制（调节）器来保持一个被控参数恒定（或在很小范围内变化），其输出也只控制一个执行机构（调节阀）。从系统框图看，只有一个闭环贿赂。本章重点介绍了过程控制系统工程设计中的一般共性问题，如控制方案设计，变送器、控制（调节）器、执行器选择，控制（调节）器参数整定以及系统设计原则的应用等。
第四章：介绍了更为复杂的过程控制系统。在本章第一节到第六节分别介绍了串级控制（双闭环控制）、前馈控制与大滞后系统控制（补偿控制）、比值控制（特殊的多变量控制）、分程与选择控制（非线性切换控制）、多变量解耦控制（多输入多输出解耦控制）等等。
三、过程控制的应用
水泥生产的主要工艺单元包括：生料制备(含生料混合、粉磨和均化)、熟料煅烧和水泥粉磨与包装等。水泥生产过程是一个典型的连续过程，任何一个阶段的生产都对后续过程有着重要影响。要生产符合标准的水泥，必须要有稳定、合适的生料，这既体现了生产高质量熟料的要求，又能为烧成操作提供稳定的生产条件。因此，生料配料过程是水泥生产的基础，如果配料的质量达不到要求，轻则造成原料、能源的浪费，重则影响产品的质量和产率，甚至会酿成生产事故。总之，控制生料质量是水泥生产企业质量控制的关键之一，而生料配料过程中能否实现规定的配比则是生料质量控制的重要内容。
生料质量控制，包括进厂原料质量的控制，原料预均化，各原料成分的配比控制，生料均化等。生料配料过程具有非线性、时变性及滞后性等特点，难以建立精确的数学模型，生料配料过程控制不仅是水泥生产过程控制的重要内容，也是水泥生产企业提高其自动化水平的一个难点。
目前，现代化水泥生产线普遍采用的生料配料过程控制策略主要有前置式(磨前)和后置式(磨后)两类。前置式控制系统如图a所示，其特点是：采用在线分析仪检测并计算入磨前的生料成份，将结果送入喂料控制器，该控制器根据偏差值调整喂料机构，改变各原料下料量比例，实现提前控制。后置式控制系统如 图b所示，其特点是：采用元素分析仪对出磨生料进行检测，将检测结果送入率值控制器，根据偏差计算配料量作为喂料控制器的目标值，进而调整喂料机构实
b生料配料过程控制系统结构
就生料质量控制而言，前置式控制系统在进入磨机之前的混合料皮带称上检测各主要原料成分并计算出原料配比，能更好地控制人磨原料质量，但是磨后部分相当于开环，未对出磨生料成分进行检测反馈，开环部分任一环节出现故障，都会对出磨生料质量有重要影响；后置式控制系统由于磨机大滞后性的存在，出磨生料检测的是几个小时以前的原料，不能及时地调整喂料量，也难以准确控制出磨生料的质量。针对以上两种控制结构的不足，图c给出了水泥生料配料的串级控制结构，该结构融合了前置式控制和后置式控制的优点，能够在人磨前对各原料配比进行及时调节，并对出磨生料进行检测反馈，实现出磨生料质量的控制。
c泥生料配料串级控制结构
目前，国内企业生料质量控制方法大体分为稳定化学成分与稳定率值两类，前者主要指稳定生料中一、两种主要氧化物成分。然而，在生产实践中，人们发现控制生料成分同控制生料率值存在矛盾。通过理论推导，指出稳定生料率值更贴近熟料质量的要求，有利于烧成。生料4种主要氧化物化学成分稳定必定导致三率值稳定，但生料三率值稳定时四种主要氧化物的化学成分并不一定需要稳定。稳定生料率值实际上只要求4种主要氧化物之间一种比例关系的稳定。仅稳定生料中的一、两种主要氧化物来控制生料质量缺乏理论依据，容易产生误导，甚至使率值偏离目标值更远。国内大部分水泥生产线仍沿袭稳定化学成分的思路指导生产，因此应当注意这种控制思路的局限性，充分认识实现生料率值控制的重要性和必要性。
四、总结
现代化工业控制领域中，过程控制扮演着不可缺少的角色。过程控制技术在工业系统中的应用已取得了可喜的进展，而且随着计算机技术的继续发展，系统和控制理论与实践的不断深化，将得到进一步完善和发展，并为提高生产设备性能、产品质量，稀有资源的有效利用发挥更大的作用。过程控制工程将取得更大
的发展，并为工业自动化做贡献。
通过对过程控制接近一学期的学习，我们掌握了过程控制系统的特点，并且熟练掌握它的使用方法，它的许多方面都涉及到实际应用这一块，这跟其他许多理论知识不一样，对于我们以后的学习工作，都有很大的指导意义，它的实用性将使我们受益匪浅。对于我们以后从事的工作也有一定的参考意义。
最后，感谢王老师一学期来的辛勤教导！
参考文献：
[1]《过程控制工程》第二版.邵裕森、戴先中.机械工业出版社2012.1
[2]黄稳山，何坚强．水泥厂中央控制室微机及仪表[M]．武汉：武汉工业出版社，1995．
[3]刘彬，郝晓辰，李海滨．水泥生料配料控制系统研究[J]．水泥技术，2005，(3)：95明．
[4] 陈久丰．生科质量控制方法的探讨[J]．新世纪水泥导报，2005，11(6)：l-7．
[5] 赵智鹏．专家系统在水泥厂生料配料中的应用研究[J]．工业控制计算机，2007，
[6]杨淑燕，高伟伟，姜培刚．神经网络在水泥生料配料中的应用[J]．工矿自动化，2004，