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(一)概述1.过程控制概念：采用数字或模拟控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制。
2.学科定位：过程控制是控制理论、工艺知识、计算机技术和仪器仪表知识相结合而构成的一门应用学科。
3.过程控制的目标：安全性，稳定性，经济性。
4.过程控制主要是指连续过程工业的过程控制。
5.过程控制系统基本框图：6.过程控制系统的特点:1)被控过程的多样性2)控制方案的多样性,包括系统硬件组成和控制算法以及软件设计的多样性。
3)被控过程属慢过程且多属参数控制4)定值控制是过程控制的主要形式5)过程控制有多种分类方法。
过程控制系统阶跃应曲线：7.衰减比η：衡量振荡过程衰减程度的指标，等于两个相邻同向波峰值之比。
即：8.衰减率ϕ：指每经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数，即：衰减比常用表示。
9.最大动态偏差y1：被控参数偏离其最终稳态值的最大值。
衡量过程控制系统动态准确性的指标10.超调量：最大动态偏差占稳态值的百分比。
11.余差：衡量控制系统稳态准确性的性能指标。
12.调节时间：从过渡过程开始到结束的时间。
当被控量进入其稳态值的范围内，过渡过程结束。
调节时间是过程控制系统快速性的指标。
13.振荡频率：振荡周期P的倒数，即：当相同，越大则越短；当相同时，则越高，越短。
因此，振荡频率也可衡量过程控制系统快速性。
被控对象的数学模型（动态特性）：过程在各输入量(包括控制量与扰动量)作用下，其相应输出量(被控量)变化函数关系的数学表达式。
14. 被控对象的动态特性的特点：1单调不振荡。
2具有延迟性和大的时间常数。
3具有纯时间滞后。
4具有自平衡和非平衡特性。
5非线性。
(二)过程控制系统建模方法机理法建模：根据生产过程中实际发生的变化机理，写出各种有关方程式，从而得到所需的数学模型。
测试法建模：根据工业过程的输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到的模型。
经典辨识法：测定动态特性的时域方法，测定动态特性的频域方法，测定动态特性的统计相关法。
过程控制与仪表课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解过程控制的基本概念，掌握仪表的种类、工作原理及其在工业中的应用。
2. 使学生掌握过程控制系统的数学模型，了解被控对象、控制器、执行器等组成部分的特性。
3. 让学生了解过程参数的检测与变送原理，掌握各类传感器的使用方法和调试技巧。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析、解决实际过程控制问题的能力，能设计简单的过程控制系统。
2. 培养学生动手操作仪表，进行系统调试、故障排除的能力。
3. 提高学生的团队协作能力和沟通能力，能在小组合作中发挥各自优势，共同完成过程控制系统的设计与优化。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制与仪表领域的兴趣，激发学生主动学习的积极性。
2. 培养学生严谨的科学态度，注重实践与理论相结合，提高学生的工程素养。
3. 引导学生关注过程控制技术在实际生产中的应用，认识到学习本课程的实际意义，增强学生的社会责任感。
课程性质：本课程为专业技术课程，旨在使学生掌握过程控制与仪表的基本理论、方法和技术，培养学生的实际操作能力和工程素养。
学生特点：高二年级学生，已具备一定的物理、数学基础，对工程技术有一定了解，具备初步的分析问题和动手能力。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，强化学生的实际操作能力，提高学生解决实际问题的能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 过程控制基本概念：控制系统的分类、性能指标、稳定性与可控性。
2. 仪表及传感器：仪表的分类及工作原理，常见传感器（如温度、压力、流量传感器）的原理与应用。
3. 过程控制系统的数学模型：被控对象、控制器、执行器的数学描述，传递函数与方框图。
4. 控制器设计：PID控制算法，参数整定方法，串、并联控制系统的设计与分析。
5. 过程参数检测与变送：检测原理，变送器的种类及特性，信号处理与传输。
6. 过程控制系统的实现：控制系统硬件、软件组成，系统调试与优化。
质量控制中的过程控制在质量控制中，过程控制是一个至关重要的环节。
过程控制是指对生产过程中的各个环节进行监控和调节，以确保产品质量符合要求的一种管理方法。
通过过程控制，可以及时发现生产过程中的问题，做出调整，避免不良品的产生，提高产品的合格率和生产效率。
一、过程控制的概念及作用过程控制是指在生产制造过程中，通过对各个环节进行有效监控和调节，以确保生产过程稳定、可控，从而达到产品质量的要求。
过程控制的核心是对生产过程中的各项参数进行监控，一旦发现有异常情况，及时做出反应和调整，以防止问题进一步扩大。
过程控制的作用是多方面的。
首先，可以帮助企业减少产品不良率，提高合格品的产量。
其次，可以提高生产效率，减少资源的浪费。
再者，可以帮助企业及时发现和排除生产过程中的问题，避免不良品流入市场，保护企业品牌形象。
总的来说，过程控制对企业的可持续发展至关重要。
二、过程控制的方法过程控制有多种方法，常见的方法包括：1. 统计质量控制（SQC）：通过对生产数据进行统计分析，监控生产过程中的变化，及时采取措施，确保产品质量符合要求。
2. 过程监控图（SPC）：通过绘制控制图，监控生产过程中的变化，及时调整生产参数，保持生产过程稳定。
3. 六西格玛（Six Sigma）：通过六西格玫的方法，对生产过程进行深入分析，找出问题根源，并采取相应措施，改进生产过程，提高产品质量。
4. 故障模式和效果分析（FMEA）：通过对潜在故障模式和效果的分析，找出可能影响产品质量的因素，并提前采取防范措施，避免问题发生。
5. 设备管理效益（OEE）：通过对设备的运转效率、生产能力和质量损失等指标进行监控，发现设备运行中的问题，及时做出调整，提高生产效率。
以上方法并不是孤立的，可以根据企业的实际情况结合运用，以达到最佳的过程控制效果。
三、过程控制中的关键要点在进行过程控制时，要注意以下几个关键要点：1. 确定关键过程：首先要确定生产过程中的关键节点，以确保对关键节点进行有效监控和控制。
过程控制的基本概念
①自动控制。
在没有人的直接参与下，利用控制装置操纵生产机器、设备或纪过程，使表征其工作状态的物理参数(状态变量）尽可能接近人们的期望值（即设定值）的过程，称为自动控制。
②过程控制。
对生产过程所进行的自动控制，称为过程控制。
或者说凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制统称为过程控制。
③过程控制系统。
为了实现过程控制，以控制理论和生产要求为依据，采用模拟仪表、数字仪表计算机等构成的控制总体，称为过程控制系统。
SPC统计过程控制根本概念引言SPC〔统计过程控制〕是一种用于监控和控制过程稳定性的方法。
它使用统计工具来分析过程数据，以便及时识别和纠正任何异常或变异。
本文将介绍SPC统计过程控制的根本概念，包括其定义、原理和常用的控制图。
定义SPC是一种基于统计方法的过程管理技术，用于监测和控制生产过程以保持在既定的质量范围内。
它的目标是确保过程在特定参数范围内保持稳定，并及时识别和纠正任何异常。
SPC主要通过收集数据并应用统计方法来实现过程控制。
原理SPC基于以下两个根本原理： 1. 过程稳定性：稳定的过程是指其输出变量在一定的统计范围内波动，并且其变异性为可控制的。
通过检测过程数据的变异性，可以判断过程是否稳定。
2. 标准限制：每个过程都有一组标准限制，表示其输出变量的可接受范围。
通过比拟过程数据与标准限制，可以判断过程是否符合要求。
控制图控制图是SPC中常用的工具，用于检测和监控过程的稳定性。
常见的控制图包括： - 均值控制图：用于监测过程的平均值是否稳定。
常见的均值控制图有X-bar控制图和均值移动范围控制图。
- 范围控制图：用于监测过程的变异性是否稳定。
常见的范围控制图有R控制图和S 控制图。
- 非参数控制图：用于监测不符合正态分布假设的过程。
常见的非参数控制图有中位数控制图和秩和控制图。
控制图的根本原理是将过程数据与控制界限进行比拟，以识别任何异常或变异。
如果过程数据落在控制界限之外，说明过程不稳定并需要采取纠正措施。
SPC方法SPC方法是实施SPC的步骤和技术。
以下是SPC方法中的关键步骤：1. 收集数据：收集过程相关的数据，通常是通过抽样收集。
2. 统计分析：对收集到的数据进行统计分析，包括计算统计指标和绘制控制图。
3. 解读控制图：通过分析控制图，识别任何异常或变异，判断过程是否稳定。
4. 纠正措施：如果控制图显示过程不稳定，应采取纠正措施，如调整操作参数或改良工艺流程。
SPC方法还可以与其他质量管理工具和方法相结合，例如六西格玛和PDCA循环，以进一步提高过程稳定性和质量性能。
过程控制基本概念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著。
生产过程自动控制（简称过程控制）-------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。
§1.1 过程控制的发展概况及特点一、过程控制的发展概况在过程控制发展的历程中，生产过程的需求、控制理论的开拓和控制技术工具和手段的进展三者相互影响、相互促进，推动了过程控制不断的向前发展。
纵观过程控制的发展历史，大致经历了以下几个阶段：20世纪40年代：手工操作状态，只有少量的检测仪表用于生产过程，操作人员主要根据观测到的反映生产过程的关键参数，用人工来改变操作条件，凭经验去控制生产过程。
20世纪40年代末～50年代：过程控制系统：多为单输入、单输出简单控制系统过程检测：采用的是基地式仪表和部分单元组合仪表（气动Ⅰ型和电动Ⅰ型）；部分生产过程实现了仪表化和局部自动化控制理论：以反馈为中心的经典控制理论20世纪60年代：过程控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。
自动化仪表：单元组合仪表（气动Ⅱ型和电动Ⅱ型）成为主流产品60年代后期，出现了专门用于过程控制的小型计算机，直接数字控制系统和监督计算机控制系统开始应用于过程控制领域。
控制理论：出现了以状态空间方法为基础，以极小值原理和动态规划等最优控制理论为基本特征的现代控制理论,传统的单输入单输出系统发展到多输入多输出系统领域，、型、型20世纪70～80年代：微电子技术的发展，大规模集成电路制造成功且集成度越来越高（80年代初一片硅片可集成十几万个晶体管，于是32位微处理器问世），微型计算机的出现及应用都促使控制系统发展。
过程控制系统：最优控制、非线性分布式参数控制、解耦控制、模糊控制自动化仪表：气动Ⅲ型和电动Ⅲ型，以微处理器为主要构成单元的智能控制装置。
集散控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器(PLC) 、工业PC机、和数字控制器等，已成为控制装置的主流。
集散控制系统实现了控制分散、危险分散，操作监测和管理集中。
控制理论：形成了大系统理论和智能控制理论。
模糊控制、专家系统控制、模式识别技术20世纪90年代至今：信息技术飞速发展过程控制系统：管控一体化现场，综合自动化是当今生产过程控制的发展方向。
自动化仪表：总线控制系统的出现，引起过程控制系统体系结构和功能结构上的重大变革。
现场仪表的数字化和智能化，形成了真正意义上的全数字过程控制系统。
各种智能仪表、变送器、无纸纪录仪人工智能、神经网络控制二、自动化技术的应用范畴1.宇航方面：（现代控制理论）同步卫星与地面接收站直接对应，偏差影响收看效果（随动控制系统）卫星的发射与回收（神州3号卫星，哥伦比亚号航天飞机）自动关机、点火系统2.军事方面：火炮自动点火、巡航导弹3.其他方面：农业（病虫害防治、专家系统）社会科学（计划生育，人口增长模型）4.现代管理：办公自动化（以计算机技术和现代通信技术为主体的综合处理与办公活动相关的语言、数据、图像、文字等人及信息系统。
5.工业生产：自动车床、加热炉、发酵罐三、过程控制系统的特点过程控制系统与其他自动控制系统相比，有如下几个特点：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：石化过程的精馏塔、反应器；热工过程的换热器、锅炉等。
被控对象较复杂：动态特性多为大惯性，大滞后形式，且具有非线性、分布参数和时变特性。
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。
包括：常规PID控制、改进PID控制、串级控制、前馈-反馈控制、解耦控制；为满足特定要求而开发的比值控制、均匀控制、选择性控制、推断控制；新型控制系统，如模糊控制、预测控制、最优控制等。
四、过程控制的主要内容1.自动检测系统———利用各种检测仪表对工艺参数进行测量、指示或记录如：加热炉温度、压力检测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：反应器温度、压力进入危险限时，加大冷却剂量或关闭进料阀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如：合成氨造气车间煤气发生炉，按吹风、上吹、下吹、吹净等步骤周期性地接通空气和水蒸汽自动开停车系统：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。
（本书介绍的重点内容）§1.2 过程控制系统的组成利用自动控制装置构成的过程控制系统，可以在没有人直接参与的条件下，使这些工艺参数能自动按照预定的规律变化。
一、 过程控制系统实例1. 锅炉汽包水位控制。
在锅炉正常运行中，汽包水位是一个重要的参数，它的高低直接影响着蒸汽的品质及锅炉的安全。
水位过低，当负荷很大时，汽化速度很快，汽包内的液体将全部汽化，导致锅炉烧干甚至会引起爆炸；水位过高会影响汽包的汽水分离，产生蒸汽带液现象，降低了蒸汽的质量和产量，严重时会损坏后续设备。
（a ） (b)图1.1 锅炉汽包水位控制示意图眼 检测元件（变送器）要想实现对汽包水位的控制，首先应随时掌握水位的变化情况脑 控制器控制器将接收到的测量信号与预先规定的水位高度进行比较。
如果两个信号不相等，表明实际水位与规定水位有偏差，此时控制器将根据偏差的大小向执行器输出一个控制信号，手 执行器执行器即可根据控制信号来改变阀门的开度，从而使进入锅炉的水量发生变化，达到控制锅炉汽包水位的目的。
2. 发酵罐温度控制（参见教材P 4）发酵罐是间歇发酵过程中的重要设备，广泛应用于微生物制药、食品等行业。
发酵罐的温度是影响发酵过程的一个重要参数。
因为微生物菌体本身对温度非常敏感，只有在适宜的温度下才能正常生长代谢，而且涉及菌体生长和产物合成的酶也必须在一定的温度下才能具有高的活性。
温度还会影响发酵产物的组成。
因此，按一定的规律控制发酵罐的温度就显得非常重要。
汽包 给水 蒸汽 加热室汽包 给水 蒸汽 加热室 液位变送控制器 执行器(a) (b)图1.2 发酵罐温度控制系统示意图影响发酵过程温度的主要因素有微生物发酵热、电机搅拌热、冷却水的流量及本身的温度变化以及周围环境温度的改变等。
一般采用通冷却水带走反应热的方式使罐内温度保持工艺要求的数值。
对于小型发酵罐，通常采用夹套式冷却形式。
如图1.2（a ）所示。
实现对发酵罐温度的控制，可使用温度检测仪表（如热电偶、热电阻等）测量罐中的实际温度，将测得的数值送入控制器,然后与工艺要求保持的温度数值进行比较。
如果两个信号不相等，则由控制器的输出控制冷却水阀门的开度，改变冷却水的流量，从而达到控制发酵罐温度的目的。
二、 过程控制系统的组成一个过程控制系统一般由两部分组成。
需要控制的工艺设备或机器(被控过程) + 自动控制装置（反应器、精馏塔、换热器、压力罐 （控制器、执行器、测量元件及变送器） 储槽、加热炉、压缩机、泵、冷却塔）几个常用术语：被控过程（对象）工艺参数需要控制的生产过程设备或机器等。
如锅炉汽包，发酵罐。
被控变量 被控对象中要求保持设定值的工艺参数。
如汽包水位、发酵温度。
操纵变量 受控制器操纵，用以克服扰动的影响使被控变量保持设定值的物料量或能量。
如锅炉给水量和发酵罐冷却水量。
扰动量 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。
如蒸汽负荷的变化、冷却水温度的变化等。
设定值 被控变量的预定值。
偏 差(e) 被控变量的设定值与实际值之差。
在实际控制系统中，能够直接获取的信息是被控变量的测量值而不是实际值，因此，通常把设定值与测量值之差作为偏差。
§1.3 过程控制系统的两种表示形式一、 方 框 图方框图是控制系统或系统中每个环节的功能和信号流向的图解表示，是控制系统进行理论分析、设计中常用到的一种形式。
1. 方框图组成方框----每一个方框表示系统中的一个组成部分（也称为环节），方框内添入表示其自身特性的数学表达式或文字说明；信号线---信号线是带有箭头的直线段，用来表示环节间的相互关系和信号的流向；冷却水 冷却水温度变送 控制器 执行器作用于方框上的信号为该环节的输入信号，由方框送出的信号称为该环节的输出信号。
比较点----比较点表示对两个或两个以上信号进行加减运算，“+”号表示相加，“-”号表示相减；引出点----表示信号引出，从同一位置引出的信号在数值和性质方面完全相同。
带有输入输出信号的方框比较点分支点图1.3方框的组成单元示意图系统中的每一个环节用一个方框来表示，四个方框分别表示：被控对象（锅炉汽包）、测量变送装置、控制器和执行器。
每个方框都分别标出各自的输入、输出变量。
如被控对象环节，给水流量变化会引起汽包水位的变化，因此给水流量（操纵变量）作为输入信号作用于被控对象，而汽包水位（被控变量）则作为被控对象的输出信号；引起被控变量（汽包水位）偏离设定值的因素还包括蒸汽负荷的变化和给水管压力的变化等扰动量，它们也作为输入信号作用于被控对象。
图1.4 锅炉汽包水位控制系统方框图2.负反馈概念：反馈——通过测量变送装置将被控变量的测量值送回到系统的输入端，这种把系统的输出信号直接或经过一些环节引回到输入端的做法叫做反馈。
分为和反馈-----负反馈（引回到输入端的信号是减弱输入端作用的称为负反馈）用“-”号表示正反馈（引回到输入端的信号是增强输入端作用的称为正反馈）用“+”号表示。
在绘制方框图时应注意1. 方框图中每一个方框表示一个具体的实物。
2. 方框之间带箭头的线段表示它们之间的信号联系，与工艺设备间物料的流向无关。
方框图中信号线上的箭头除表示信号流向外，还包含另一种方向性的含义，即所谓单向性。
对于每一个方框或系统，输入对输出的因果关系是单方向的，只有输入改变了才会引起输出的改变，输出的改变不会返回去影响输入。
例如冷水流量会使汽包水位改变，但反过来，汽包水位的变化不会直接使冷水流量跟着改变。
3. 比较点不是一个独立的元件，而是控制器的一部分。
为了清楚的表示控制器比较机构的作用，故将比较点单独画出。
二、管道及仪表流程图管道及仪表流程图是自控设计的文字代号、图形符号在工艺流程图上描述生产过程控制的原理图，是控制系统设计、施工中采用的一种图示形式。
