过程控制系统及其应用 居滋培

《过程控制系统及应用》课程标准课程名称：过程控制系统及应用课程类别：专业方向课课程制定依据：《工业自动化仪表及应用专业人才培养方案》建议课时数：96学时适用专业：工业自动化仪表及应用专业(装配与调试方向)一、课程性质与设计思路（一）课程性质本课程是中等职业学校“工业自动化仪表及应用”专业的一门专业方向课程，适用于中等职业学校仪表类专业，是从事过程控制自动化仪表装置应用维护岗位工作的必修课程。

（二）课程任务通过教师的课堂讲授，学生课堂讨论、练习、实训等环节的参与，使学生获得过程控制系统的调试、运行及故障维修的基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为学生顶岗实习和为胜任过程控制仪表系统的运行与故障维护岗位工作打下良好的基础。

（三）设计思路本课程的设计思路是以学生将来从事的职业岗位群所需要的相关知识和基本技能为依据确定课程目标，根据目标设计课程内容，内容由浅至深、先易后难、前后呼应，由简单控制系统到复杂的控制系统。

包含“安全常规”、“认识过程控制系统”、“液位单回路控制系统”、“压力单回路控制系统”、“流量单回路控制系统”、“换热器热出口温度和冷水流量串级控制系统”、“JX-300X控制系统在精馏塔控制中的应用”等项目，教学设计中，充分利用先进的教学设备与实训手段，按“认识设备”→“识读控制流程”→“项目实施”→“项目评估”的流程完成教学活动。

以应用性教学为主，注重培养学生的能力。

二、课程目标本课程是培养学生对过程控制系统应用与维护的能力。

立足这一目的，本课程结合岗位任务内容，按照工业自动化仪器仪表与装置装配工岗位能力要求制定知识目标、能力目标、情感态度目标，通过学习使学生养成自主学习习惯，掌握实际操作技能，培养良好的思维习惯和职业规范，锻炼学生的团队合作精神，为后期学习和就业打好基础。

（一）知识目标1.掌握过程控制的一般概念、组成、分类及主要性能指标。

2.掌握液位、压力、流量、温度过程控制系统的构成。

过程控制系统及工程课件一、引言过程控制系统是指用于监控、调节和控制工业过程的设备和技术的集合体。

它在工业领域起着至关重要的作用，能够提高生产效率、确保产品质量并降低成本。

本课件将介绍过程控制系统及工程的基本概念、主要组成部分和实际应用。

二、过程控制系统概述2.1 过程控制系统定义过程控制系统是指一组硬件设备、软件系统和控制策略，用于监测和操纵工业过程以满足特定的要求和性能指标。

它通常包括传感器、执行器、控制器和人机界面等组成部分。

2.2 过程控制系统的作用和优势过程控制系统在工业生产中发挥着重要作用，主要体现在以下几个方面：•自动化控制：过程控制系统能够自动实现对工业过程的监控和控制，减少人工干预，提高生产效率和产品质量。

•系统集成：过程控制系统能够集成不同的硬件设备和软件系统，实现协同工作，提高系统的可靠性和一体化程度。

•数据采集与分析：过程控制系统能够采集大量的过程数据，并对其进行实时分析和处理，为决策提供支持，并优化生产过程。

•故障诊断与预测：过程控制系统能够及时检测和诊断设备故障，并通过数据分析和模型预测，提前预防故障的发生，减少停机时间和维修成本。

2.3 过程控制系统的工程流程过程控制系统的设计和实施需要遵循一定的工程流程，一般包括以下几个阶段：•系统需求分析：明确过程控制系统的功能需求和性能指标，制定详细的技术规格书。

•系统设计与选择：根据需求分析结果，选择合适的硬件设备和软件系统，并进行系统设计和配置。

•系统集成与调试：将选择的设备和系统进行集成，并进行调试和测试，确保各项功能正常运行。

•系统运行与维护：系统正式投入使用后，需要进行运行和维护，包括数据采集、故障诊断和维修等工作。

三、过程控制系统组成3.1 传感器传感器是过程控制系统中的重要组成部分，用于将被控对象的物理量转换为可测量的信号。

常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等。

3.2 执行器执行器是过程控制系统用来实现对被控对象进行操作和调节的设备。

《过程控制系统及应用》课程简介《过程控制系统及应用》是高等职业院校“生产过程自动化技术”及“计算机控制技术”等专业的一门主要专业课程。

本课程以技术应用型人才知识能力素质培养为目标，主要讲授控制系统基本知识、控制系统的基本类型、基本结构、基本功能、操作使用方法，软件组态、系统维护方法和工程应用案例等知识，结合实验实训，讲授过程控制系统的应用。

通过本课程的学习，使学生获得过程控制系统的基本知识和实际应用能力 , 为学生今后从事计算机控制工程技术工作打下基础。

《过程控制系统及应用》课程以国家和行业职业标准为开发依据，以工作过程导向作为课程开发的基本思路，以实践教学项目为纽带，参照职场工作流程与职业岗位群的能力要求，科学合理地确定课程内容，强化学生实践操作技能培养，把工学结合的思想贯穿于课程的教学过程之中。

与企业密切合作，充分利用学院内、外的教学资源，模拟真实的生产实践活动，努力使学生在生产和学习过程中更好地熟悉生产过程自动化技术应用情况，掌握过程控制系统的使用和维护技能。

高职教育要办出特色，企业必须直接参与教学的全过程。

在课程培养目标确定、课程体系构建、工学结合教材编写、教学质量评价及理论与实践教学的具体实施过程等方面，课程组广泛吸引企业生产一线的管理及技术专家的直接参与，将企业最新的科技成果，新知识、新工艺、新技术、新方法及严谨求实的管理理念融入教学过程中，使教学内容更具先进性、应用性和针对性。

课程教学、校内实践与校外顶岗实习一体化规划，校企合作共建实训基地。

实现专职与兼职教师，课堂与现场教学，理论与实践，知识与能力，专业能力与岗位技能，教学与科研相互促进，协调发展教学模式，促进多层面工学结合。

创新工学结合的课程体系，融企业需求、行业标准为一体，经广泛听取行业专家意见，并对相关领域工作过程进行仔细调研与分析，再对其进行精炼、序化，将本领域工作过程分成五个基本任务。

课程内容将在这五部分任务的引领下细分为一个个理论和实训一体化教学项目，将知识点融于项目实施的过程中，学生可在完成教学任务的过程中，掌握过程控制系统的应用技能。

锅炉炉膛负压控制系统在社会各行各业的生产过程中，对各个工艺过程的工艺变量均有一定的控制要求，其中的一些工艺变量对产品的质量和数量直接起到了决定性的作用，是整个生产过程的表征。

在工艺过程控制系统工程设计中要求所设计的控制系统通过对这些工艺变量的监测与控制，在确保生产安全的前提下尽可能保证产品的质量、提高产品产量、降低生产能源的消耗、降低生产成本、改善工人的劳动条件，除此还需保证生产过程能够实现长期运行和尽可能减少对环境的污染。

控制系统的设计，首先，要求自动控制系统设计人员在掌握较为全面的自动化专业知识的同时，也要进可能的多熟悉所要控制的工艺装置对象。

其次，要求自动化专业技术人员与工艺专业技术人员进行必要的交流，共同讨论确定自动化方案。

第三，自动化专业技术人员要切忌盲目追求控制系统的先进性和所用仪表及装置的先进性，应该力求用最简单的控制方案满足工业要求。

第四，设计一定要遵循有关标准和规定，按照科学合理的程序行。

锅炉炉膛负压的控制与生产安全息息相关，安全方面主要是防止炉膛负压过高导致火焰外喷而引发事故，但炉膛负压过低将会降低燃料的利用率，送风量和引风量都直接影响到炉膛负压，而且在需要进行逻辑提量和逻辑减量及来至风机的干扰比较大时炉膛负压都会有较大的变化和波动。

因此，需要设置炉膛负压控制系统来对其进行控制，从而保证生产安全有效地进行。

本方案是以控制炉膛负压为目的的，固然可直接将此变量作为主被控变量，由于引风量直接影响炉膛负压，而且引风量是一个相对对立的变量，因此可以选择引风量作为操纵变量，只要能够实时地控制引风量就能够确保炉膛负压的稳定，由于气体流量和压力成平方关系，而且气体流量不易准确检测，因此可以通过对引风机入口烟气压力的控制间接地对引风量进行控制。

由于开环无法保持炉膛负压的稳定，需要应用闭环控制，即需引入反馈，但反馈具有一定的滞后性，即先检测到变化之后再进行控制，控制不够及时，所以需要引入具有超前性质的控制作用，因此需要引入前馈控制，考虑到来至引风机的干扰较大的情况，需要引入串级。

过程控制系统教案一、教学目标1. 理解过程控制系统的概念及其重要性。

2. 掌握过程控制系统的分类和基本组成。

3. 了解过程控制系统的性能指标和应用领域。

4. 学会使用过程控制系统的基本工具和软件。

二、教学内容1. 过程控制系统的概念及其重要性1.1 定义及作用1.2 过程控制系统与自动控制系统的区别2. 过程控制系统的分类和基本组成2.1 连续过程控制系统2.2 离散过程控制系统2.3 开环控制系统与闭环控制系统2.4 过程控制系统的硬件和软件组成三、教学方法1. 讲授法：讲解过程控制系统的概念、分类和基本组成。

2. 案例分析法：分析实际应用中的过程控制系统案例，加深学生对过程控制系统的理解。

3. 实验法：安排实验室实践，让学生动手操作过程控制系统。

4. 小组讨论法：分组讨论过程控制系统的设计和应用，提高学生的团队协作能力。

四、教学资源1. 教材：过程控制系统相关教材。

2. 课件：制作精美的课件，辅助讲解过程控制系统相关知识。

3. 实验室设备：供学生进行实验操作的过程控制系统设备。

4. 网络资源：查找与过程控制系统相关的视频、案例等资源，用于课堂拓展。

五、教学评价1. 平时成绩：考察学生的课堂表现、发言和作业完成情况。

2. 实验报告：评估学生在实验室实践过程中的操作能力和分析问题能力。

4. 期末考试：设置相关试题，测试学生对过程控制系统的理解和掌握程度。

六、教学安排1. 课时：本课程共计32课时，包括理论讲授16课时，实验操作16课时。

2. 授课计划：第1-8课时：讲解过程控制系统的概念、分类和基本组成。

第9-16课时：分析过程控制系统的性能指标和应用领域。

第17-24课时：学习过程控制系统的设计方法和工具。

第25-32课时：实验室实践和案例分析。

七、教学注意事项1. 确保学生掌握基本概念和原理，避免过于深入的技术细节。

2. 注重理论与实践相结合，让学生在实际操作中巩固知识。

3. 鼓励学生提问和参与讨论，提高课堂互动性。

过程控制系统范文过程控制系统是一个广泛应用于工业生产中的自动化系统。

它通过监控、调节和控制工艺过程中的各种参数和变量，实现对工艺过程的自动化控制。

过程控制系统在工业生产中起到了至关重要的作用，对于提高生产效率、保障产品质量、降低生产成本具有重要的意义。

过程控制系统通常由以下几个主要组成部分构成：传感器与执行器、控制器、人机界面和通信网络。

其中，传感器与执行器用于监测、采集和控制工艺过程中的各种参数和变量，控制器用于对传感器和执行器进行控制和调节，人机界面用于显示和操作控制系统的相关信息，通信网络用于实现各个组成部分之间的数据传输和通讯。

过程控制系统的工作过程通常包括三个阶段：测量与采集、控制与调节、显示与记录。

在测量与采集阶段，传感器通过测量和采集工艺过程中的各种参数和变量，将其转换为电信号，并传送给控制器进行处理。

在控制与调节阶段，控制器根据测量与采集的数据进行计算和判断，并通过输出控制信号，控制执行器对工艺过程进行调节和控制。

在显示与记录阶段，人机界面将控制系统的运行状态、参数和变量信息进行显示和记录，供操作人员进行观察和分析，以及进行实时的监控和控制。

1.自动化控制：过程控制系统能够实现对工艺过程的自动化调节和控制，减少人工干预，提高生产效率和产品质量。

2.实时监控：过程控制系统能够实时监测工艺过程中的各种参数和变量，并及时采取相应的措施进行调整和控制，以保证工艺过程的稳定性和可靠性。

3.精确度高：过程控制系统具有高精度的测量、控制和调节能力，能够对工艺过程中的各种参数和变量进行准确的测量和控制，提高产品质量和生产效率。

4.灵活性强：过程控制系统能够根据不同的工艺要求和生产需求进行灵活的设置和调整，以适应不同产品的生产过程的变化和调整。

过程控制系统的应用广泛，在各个工业领域都有所涉及。

例如，石油化工、电力、冶金、制药、食品等行业都需要使用过程控制系统进行生产过程的监控和控制。

过程控制系统还广泛应用于环境保护和安全监测领域，用于监测和控制大气污染、废水处理、排放浓度等环境因素，以实现对环境的保护和管理。

《过程控制系统及应用》课程标准课程代码：B0703313 B0703413 课程类别：必修课授课系（部）：自动化工程系学分学时：7.5 140学时一、课程定位与作用1．课程性质本课程是工业过程自动化技术专业学生在学习相关专业基础课后开设的一门专业必修课，是将控制理论及其工程应用紧密联系的一门课程，为后续《计算机控制技术》等课程奠定专业基础。

2．课程作用《过程控制系统及应用》是工业过程自动化技术专业的一门重要专业课，是理论与实践联系非常紧密的一门课程。

该课程的内容主要包括两部分：第一部分主要以传递函数为工具，采用时域分析法分析控制系统的一阶、二阶系统的动态响应指标。

第二部分主要介绍化工生产过程常用的单回路控制、串级控制、前馈控制、均匀控制、比值控制、分程控制、选择控制等控制方案的特点、结构、应用场合，以及各种控制方案的实施方法，如：控制规律的选择、PID参数的整定、系统投运方法。

通过本课程的学习，将控制理论和工程实施方法相结合，为学生从事控制系统的设计、调试、投运和维护打下良好的基础。

3. 与其他课程的关系本门课程需用到前期所学《高等数学》、《典型化工生产技术》、《大学物理》等课程的相关知识，同时为后续《计算机控制技术》、《安全仪表系统》、《交流调速系统》等课程的学习打下基础。

二、课程目标通过《过程控制系统及应用》课程的学习，使学生具备化工检测技术和控制系统方面的基本知识，为学习和掌握专业知识和职业技能打下基础。

1．知识目标（1）熟悉传递函数求系统响应的方法（2）掌握典型环节传递函数表达方法（3）掌握使用传递函数分析一阶、二阶系统动态指标的方法（4）掌握时域分析法求一阶、二阶系统动态指标的方法（5）掌握单回路控制方案的特点及方案设计方法（6）掌握串级、前馈、比值、分程、选择性、均匀控制方案的特点及工程实施方法（7）掌握单回路、串级控制方案系统的调试、投运方法（8）掌握单回路、串级控制方案系统的PID参数整定的方法（9）熟悉前馈、比值、分程、选择性、均匀控制系统的系统投运方法2．能力目标（1）能够使用MATLAB编程软件仿真、得到系统的动态响应曲线（2）能够使用时域分析法分析一阶、二阶系统的动态性能（3）能够根据工艺要求选择并实施简单控制、串级控制等系统的控制方案（4）能够选择合适的控制规律并完成PID参数的整定（5）能够完成控制系统的调试、投运（6）能够初步完成简单控制系统的设计3．素质目标（1）培养学生谦虚、好学的能力（2）培养学生勤于思考、做事认真的良好作风（3）培养学生团队协作能力（4）培养学生的质量意识、安全意识、环保意识及良好的职业道德三、课程设计1.设计基本理念以过控人员的工作任务作为切入口，根据工作对象、内容、手段与成果的要求，将基于学科知识系统的课程教学方式转换为基于工作过程的课程教学方式。

《过程控制》课程笔记第一章概论一、过程控制系统组成与分类1. 过程控制系统的基本组成过程控制系统主要由被控对象、控制器、执行器、检测仪表四个部分组成。

（1）被控对象：指生产过程中的各种设备、机器、容器等，它们是生产过程中需要控制的主要对象。

被控对象具有各种不同的特性，如线性、非线性、时变性等。

（2）控制器：控制器是过程控制系统的核心部分，它根据给定的控制策略，对检测仪表的信号进行处理，生成控制信号，驱动执行器动作，从而实现对被控对象的控制。

控制器的设计和选择直接影响控制效果。

（3）执行器：执行器是控制器与被控对象之间的桥梁，它接收控制器的信号，调节阀门的开度或者调节电机转速，从而实现对被控对象的控制。

执行器的响应速度和精度对控制系统的性能有很大影响。

（4）检测仪表：检测仪表用于实时测量被控对象的各项参数，如温度、压力、流量等，并将这些参数转换为电信号，传输给控制器。

检测仪表的准确性和灵敏度对控制系统的性能同样重要。

2. 过程控制系统的分类根据控制系统的结构特点，过程控制系统可以分为两大类：开环控制系统和闭环控制系统。

（1）开环控制系统：开环控制系统没有反馈环节，控制器根据给定的控制策略，直接生成控制信号，驱动执行器动作。

开环控制系统的优点是结构简单，成本低，但缺点是控制精度较低，容易受到外部干扰。

（2）闭环控制系统：闭环控制系统具有反馈环节，控制器根据检测仪表的信号，实时调整控制策略，生成控制信号，驱动执行器动作。

闭环控制系统的优点是控制精度高，抗干扰能力强，但缺点是结构复杂，成本较高。

二、过程控制系统性能指标1. 稳态误差：稳态误差是指系统在稳态时，输出值与设定值之间的差值。

稳态误差越小，表示系统的控制精度越高。

稳态误差可以通过调整控制器的参数来减小。

2. 动态性能：动态性能是指系统在过渡过程中，输出值随时间的变化规律。

动态性能指标包括上升时间、调整时间、超调量等。

动态性能的好坏直接影响到系统的响应速度和稳定性。

浅谈过程控制及其应用简要概括过程控制经历的三个发展阶段，即基于经典控制理论、现代控制理论和多学科交叉的过程控制，并根据结构特点对过程控制其展开分析，介绍了过程控制在社会生活中的应用。

标签：过程控制；发展阶段；前馈；反馈；应用过程控制是指在进行生产制造的阶段中，运用一系列技术对厚度、压力、物位、湿度、流量和温度等重要变量进行控制，在保证整个系统安全性和稳定性的前提下，使其尽可能达到最佳状态，给整个工业生产过程带来一定的经济效益。

工业革命以来，生产力得到了突飞猛进的发展，为了跟随时代发展的潮流，提高竞争力，各国都在不断提高信息处理、自动控制等方面水平提高生产质量，降低生產成本以获得最大效益。

本文通过对过程控制的发展、结构特点及某些应用进行介绍，进一步说明过程控制在当今生产及生活中的各个领域起到的重要作用。

1 过程控制的发展1.1 第一阶段——经典控制理论大约在20世纪30年代，形成了经典控制理论。

这个时期，过程控制水平相对来说比较低，主要通过使用常规仪表，解决单输入与单输出系统的设计，研究线性定常系统。

但是，经典控制理论虽能解决单变量的简单系统，但由于控制水平较为简单，不能有效完成多变量系统和时变系统的控制，这是它明显的局限性。

1.2 第二阶段——现代控制理论20世纪50年代末，随着先进控制工具的诞生，以及智能控制、计算机技术、鲁棒控制等先进理论的飞速发展，现代控制理论应运而生。

现代控制理论包括以下五个分支——线性系统理论、建模和系统辨识、最优滤波理论、最优控制和自适应控制[1]。

现代控制理论研究对象已不局限于线性的、单变量的、连续的、定常的系统，而是拓展成非线性的、多变量的、离散的、时变的系统。

这使它可以实现高产、低耗等效果，但基于严格的数学模型也使得现代控制理论在处理日益复杂的被控对象以及多目标和时变性的控制任务时仍然有些力不从心。

1.3 第三阶段——多学科交叉随着环境及控制任务的日益复杂，在当时的控制理论不能很好的满足控制要求的背景下，20世纪中后期，智能控制的概念和理论诞生了。