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过程控制与自动化仪表有哪些新技术

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新技术专题

过程控制的发展过程及应用

过程控制的发展过程及应用

过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，它是自动化（Automation）技术的重要组成部分。过程控制技术是利用测量仪表、控制仪表、计算机、通信网络等技术工具，自动获取各种过程变脸的信息，并对影响过程状况的变量进行自动调节和操作.以达到控制要求等目的的技术.由于被控过程的多样性.而且控制参数多属予多变量.非线性、分布参数和时变参数.因此过程控制中应用的控制方案的种类和内容十分丰富。

过程控制系统组成：被控过程（Process），过程检测控制仪表（Instrumentation），被控过程是指运行中的多种多样的工艺生产设备
；过程检测控制仪表包括：测量变送元件（Measurement），控制器（Controller），执行机构（Control
Element）。过程控制系统的发展.随着工业生产要求的提高和技术的进步经历了一个相当长的过程.生产过程要求的不断提高、控制理论及策略算法的深入研究。控制技术工其及手段的进展三者相互影响、相互促进.推动过程控制技术不断的向前发展。过程控制技术的发展历史主要是围绕自动化仪表(包括微型计算机)技术和校制理论两方面展开的，大致经历了以下几个阶段。
一，仪表化与周部自动化阶段

20世纪40年代以后，生产过程基本上处于手工操作状态，只有少徽的检侧仪表用于生产过程监侧，操作人员主要根据观侧到的反映生产过程的关键今数，用人工来改变操作条件。凭经脸去控制生产过程。20世纪40年代未.生产过程进人仪表化与局部自动化阶段.这一阶段的主贾特点是采用的控制仪表为基地式仪表和部分单元组合式仪表(气动I型和电动I型).而且多效是气动式仪表.其结构方案大多是单抽人一单拍出的单回路定值系统。到20世纪60年代自动化仪表发展到以单元组合仪表为主要控侧仪表。控制理论基础是以倾域法和根轨迹法为主的经典控制理论。控制的主要目的是保持工业生产的连续性和毯定性，减少扰动.实现了对生产过程的集中控制.以单回路PID，比例、积分、徽分控制策略为主.针对不同的对象与要求制造专门的控制器，如物料按比值配里的比值控制器、克服大滞后的史密斯预估器、克眼特定干扰的前抽控制器等。同时.简单的串级、比值、均匀和选择性等多种复杂控侧系统开始得到应用。控制理论方面，出现了以状态空间法为基础，以极小值原理和动态规划等最优控制理论为本特征的现代控制理论，传统的单物人/单输出系统发展到多物人/多输出系统。以现代控制理论为主要基础，以微型计算机和高档仪表为工具，对较复杂的工业过程进行控制。这阶段的建模理论、在线辨识和实时控制已突破前期的形式，继而涌现了大量的先进控制系统和高级控制策略，如克服对象特性时变和环境干扰等不确定影响的自适应控制，消除因模型失配而产生不良影响的预测控制等。这阶段的主要任务是克服干扰和模型变化，满足复杂的工艺要求，提高控制质量。

二，计算机集中式数字控制阶段

20世纪70.80年代.微电子技术的飞速发展，大规模集成电路侧造成功且集成度越来越高(80年代切一片硅片可集成十几万个晶体管.32位微处理器问世)，单片机及其他微19计算机的出现和应用.都促使过程控侧系统与微必计算机技术深度胜合，大大推动了过程控制技术的发展。这期间，多样化自动化仪表的基本格局已经形成.虽然棋拟式仪表仍然广泛存在，但已非主流.以微处理器为主要构成单元的韧能仪表、可编程逻辑校制器、集散式控制系统、工业PC机等仪表架构.构成了控制装盆的主流.同时受冯·诺依曼计算机的体系结构的影响.白动

化仪表出现了组装仪表。时至今日.这些控制装置结构基本没有变化，只是硬件水平和性能逐步提高.控制理论方面，出现了最优控制、非线性分布式参数控制等现代控制理论。由于生产过程的强化、控制对象的复杂和多样，如高维、大时滞、严重非线性、价合及严重不确定性等.简单的控制系统已无力解决这些控制问题.用计算机控制系统替代模拟控制仪表，即模拟技术由数字技术来替代。
我国过程控制技术的发展。50年代末期，主要采用机械式和气动仪表 。60年代广泛采用Ⅰ型电动单元组合仪表
。70年代中期，Ⅱ型电动单元组合仪表成为过程检测和控制的主流产品 。80年代初，开始采用Ⅲ型电动单元组合仪表
，相继引进了分布式控制系统（DCS）、可编程序控制器（PLC）和工业PC机（IPC）。过程自动化系统中的软件和控制装置能够对设备进行调节，使其在最佳速度下运行，从而大大降低能耗。它们还能够确保质量的一致性，降低次品率，减少浪费。过程自动化系统还能预测何时需要对生产设备进行维护，从而减少了对设备进行常规检查的次数。常规检查次数的降低可以减少停止和重新启动机器所花费的时间和能源。现代控制理论，基于时域内的状态空间分析法，着重时间系统最优化控制的研究。控制系统的特点为多输入---多输出系统，系统可以是线性或非线性，定常或时变的，单变量与多变量，连续与离
散系统。控制思路是基于时域内的状态方程与输出方程对系统内的状态变量进行实施控制，运用极点配
置、状态反馈、输出反馈的方法，解决最优化控制、随机控制、自适应控制问题。 经过20
多年的发展，它已日臻完善，在众多的控制系统中，显示出出类拔萃的风范，因此，可以毫不夸张地说，分散控制系统是过程控制发展史上的一个里程碑。目前，过程控制正朝高级阶段走来，不论是从过程控制的历史和现状看，还是从过程控制发展的必要性、可能性来看，过程控制是朝综合化、智能化方向发展，即计算机集成制造系统(CIMS)：以智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企业的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的最优化。它表现的最大特征是仿人脑功能，这一点在某种程度上是回复到初级阶段的人工控制，但更多的是在人工控制基础上的进步与飞跃。在现代化工业生产过程中，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、改善劳动条件、保护生态环境等起着越来越大的作用。

自动控制的发展过程经过了漫长的过程，为人类的科学发展做出了巨大的贡献，推动了人类的进步。总体来说，“自动控制理论”就是一门研究自动控制系统稳定性的科学，是控制理论与控制工程学科的主要内容。控制理论与控制工程作为一门学科，研究并且提出有关自动控制系统设计和分析的理论与方法，用于指导工程实。我们应该好好学习这门学科，为人类事业做出应有的贡献。