時(shí)間：2022-05-08 09:03:08
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關(guān)鍵詞:過程控制 儀表 系統(tǒng)
中圖分類號:TH86 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-9416(2011)03-0016-01
1、過程控制儀表與控制系統(tǒng)
如圖所示是一個(gè)單元組合儀表構(gòu)成的簡單控制系統(tǒng)。圖中控制對象代表生產(chǎn)過程中的某個(gè)環(huán)節(jié),控制對象輸出的被控變量(T P L F等),經(jīng)變送、轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號,送顯示、記錄、調(diào)節(jié)與給定單元來的給定值進(jìn)行比較,將偏差值進(jìn)行一定運(yùn)算后,發(fā)出信號控制執(zhí)行單元的動(dòng)作,將閥門開大或關(guān)小,改變控制量,直到被控變量與給定值相等。
2、控制系統(tǒng)的工作原理
2.1 液位控制系統(tǒng)
圖中,檢測變送器檢測到水位高低,當(dāng)水為高度與正常給定水位之間出現(xiàn)偏差時(shí),調(diào)節(jié)器就會(huì)立刻根據(jù)偏差的大小去控制給水閥,使水位回到給定值上。從而實(shí)現(xiàn)水位的自動(dòng)控制。
2.2 溫度控制系統(tǒng)
它由蒸汽加熱器、溫度變送器、調(diào)節(jié)器和蒸汽流量閥組成?？刂颇繕?biāo)是保持出口溫度恒定。當(dāng)進(jìn)料流量或溫度等因素的變化引起出口物料的溫度變化時(shí),通過溫度儀表測得的變化,并將其信號送至調(diào)節(jié)器與給定值進(jìn)行比較,調(diào)節(jié)器根據(jù)其偏差信號進(jìn)行運(yùn)算后將控制命令送至調(diào)節(jié)閥,改變蒸汽量維持出口溫度。
2.3 流量控制系統(tǒng)
它由管路、孔板和差壓變送器、流量調(diào)節(jié)器和流量調(diào)節(jié)閥?？刂颇繕?biāo)是保持流量恒定。當(dāng)管道其他部分阻力發(fā)生變化或有其他擾動(dòng)時(shí),流量將偏離設(shè)定值。利用孔板作為檢測元件,把孔板上、下游的差壓接至差壓變送器,將流量信號標(biāo)準(zhǔn)信號;該信號送至調(diào)節(jié)器與給定值進(jìn)行比較,流量控制器根據(jù)偏差信號進(jìn)行運(yùn)算后將控制命令送至控制閥,改變閥門開度,就調(diào)整了管道中流體的阻力,從而影響了流量,使流量維持在設(shè)定值。
自控系統(tǒng)由被控對象、檢測元件、控制器和調(diào)節(jié)閥四部分組成。組成方框圖如下:
3、控制系統(tǒng)的分類
由于控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及控制理論的發(fā)展,使得控制系統(tǒng)具有各種各樣的形式,但總的來說分為兩大類,即開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。
3.1 開環(huán)控制
這種控制方式又分兩種、一種是按設(shè)定值進(jìn)行控制。其操縱變量與設(shè)定值保持一定的函數(shù)關(guān)系,當(dāng)設(shè)定值變化時(shí),操縱變量隨之變化。另一種是按擾動(dòng)量進(jìn)行控制,即所謂前饋控制,如圖:在蒸汽加熱器中,若負(fù)荷為主要干擾,如果使蒸汽流量與冷流體流量保持一定關(guān)系,當(dāng)擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí),操縱變量隨之變化。
3.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)
系統(tǒng)的輸出(被控變量)通過測量、變送環(huán)節(jié),又返回到系統(tǒng)的輸入端,與給定信號比較,以偏差的形式進(jìn)入控制器,對系統(tǒng)起控制作用,整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)封閉的反饋回路,這種控制系統(tǒng)統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)或反饋控制系統(tǒng)。
4、結(jié)語
通過上面論述表明,自動(dòng)化程度的完善就等于生產(chǎn)力的提高,雖然先期階段增大了投資費(fèi)用,然而在長期正常的運(yùn)轉(zhuǎn)中可以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)能源的節(jié)約,其特點(diǎn)十分顯著,其取得的收益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于先期的投入。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：過程控制 PID控制器 參數(shù)整定
中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2015）10-0250-01
一、過程控制系簡介
1.過程控制的任務(wù)
過程控制的任務(wù)就是在了解、掌握工藝流程和生產(chǎn)過程的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)對過程控制安全性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性的要求，應(yīng)用理論對控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和綜合，最后采用適宜的技術(shù)手段加以實(shí)現(xiàn)。
2.過程控制系統(tǒng)的組成
過程控制系統(tǒng)是指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控量是溫度、壓力、流量、液位、成分等這樣一些過程變量時(shí)的系統(tǒng)。
3.過程控制的特點(diǎn)
（1）系統(tǒng)由過程檢測控制儀表組成。（2）被控過程的多樣性。（3）控制方案的多樣性。（4）過程控制的控制過程多屬慢過程，而且多半屬參量控制。（5）定值控制是過程控制的一種主要控制形式。
4.控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量指標(biāo)
一個(gè)控制性能良好的過程控制系統(tǒng)，再受到外來擾動(dòng)作用或給定值發(fā)生變化后，應(yīng)平穩(wěn)迅速準(zhǔn)確地恢復(fù)到給定值上。
二、壓力過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
壓力的測量和控制在生產(chǎn)過程自動(dòng)化中具有特殊的地位。保持實(shí)際生產(chǎn)過程的壓力為一個(gè)穩(wěn)定值，對生產(chǎn)過程有著至關(guān)重要的作用?？紤]到經(jīng)濟(jì)成本等問題，本系統(tǒng)采用單回路控制。下面對整個(gè)系統(tǒng)作詳細(xì)介紹：
1.工作流程
1.1工藝簡況
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，氣體測量罐設(shè)備應(yīng)用十分普遍，為了保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，空氣進(jìn)出量需均衡，以保證過程的物料平衡。因此，工藝要求空氣罐內(nèi)的氣體壓力需維持在某給定值上下，或在某一小范圍內(nèi)變化，并保證空氣罐壓力不致過大。本系統(tǒng)要求超調(diào)量小于5%。
1.2工作流程
本系統(tǒng)使用的介質(zhì)為空氣。空氣從空氣壓縮機(jī)進(jìn)入系統(tǒng)空氣入口，經(jīng)過節(jié)流閥的調(diào)節(jié)后，進(jìn)入過濾器過濾，過濾后的空氣進(jìn)入減壓閥1，減壓閥1的出口壓力一般保持在1kg/cm^調(diào)節(jié)后的空氣進(jìn)入減壓閥2，減壓閥2的出口壓力一般保持在0.55kg/cm^這時(shí)空氣的流向有兩種方式，當(dāng)擾動(dòng)電磁閥打開時(shí)，空氣一部分經(jīng)過節(jié)流閥、擾動(dòng)電磁閥流向外界；一部分進(jìn)入控制閥。當(dāng)擾動(dòng)電磁閥沒有打開時(shí)，空氣全部進(jìn)入控制閥，經(jīng)過控制閥的空氣最后流進(jìn)測量罐中。
2.壓力過程控系統(tǒng)建模
用測試法建立被控對象的數(shù)學(xué)摸型，.首要的問題就是選定模型的結(jié)構(gòu)。
自衡單容過程對象的對象特性的一般形式為 ，為建立其數(shù)學(xué)模型，可通過測量其
階躍響應(yīng)的方法求得對象特性參數(shù)K、T、τ。
3.壓力過程控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案
3.1被控參數(shù)選擇
被控參數(shù)的選擇對于穩(wěn)定生產(chǎn)、提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生等具有重要意義。若被控參數(shù)選擇不當(dāng)，則無論組成什么樣的控制系統(tǒng)，選用多么先進(jìn)的過程檢測控制儀表，均不能達(dá)到預(yù)期的控制效果。由于本系統(tǒng)是模擬實(shí)際生產(chǎn)過程的一套實(shí)驗(yàn)過程控制系統(tǒng)，被控參數(shù)壓力在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前已決定。
3.2控制參數(shù)選擇
擾動(dòng)作用是由擾動(dòng)通道對過程的被控參數(shù)產(chǎn)生影響，力圖使被控參數(shù)偏離給定值；控制作用是由控制通道對過程的被控參數(shù)起主導(dǎo)影響，以使被控參數(shù)盡力維持在給定值。在分析與設(shè)計(jì)控制回路時(shí)，要深入研究過程的特性，認(rèn)真分析各種擾動(dòng)，正確選擇控制參數(shù)。
在本系統(tǒng)中，被控參數(shù)是壓力，模擬的生產(chǎn)過程是測量罐，測量罐的容積和濕度在某一實(shí)驗(yàn)中幾乎是不變的，因而測量罐中的壓力只能由氣體的物質(zhì)的量決定，控制參數(shù)也就唯一確定了，即：氣體的物質(zhì)的量。
3.3執(zhí)行器
調(diào)節(jié)閥的選擇：執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥組成。在過程控制中他接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號并轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移，來改變調(diào)節(jié)閥的流通截面積，以控制流入或流出被控過程的物料或能量，從而實(shí)現(xiàn)對過程參數(shù)的自動(dòng)控制。
調(diào)節(jié)閥的尺寸選擇根據(jù)對象的慣性特征選管徑。在生產(chǎn)過程中，調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)形式的選擇，主要是從工藝生產(chǎn)的安全角度來考慮，當(dāng)氣源一旦中斷時(shí)，閥門處于全開還是全關(guān)狀態(tài)，在生產(chǎn)上要能保證設(shè)備和人身的安全。所謂氣開式，即當(dāng)信號壓力P>0.02Mpa時(shí)，閥開始打開，也就是說“有氣”時(shí)閥開，氣關(guān)式則相反。
因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥的特性對整個(gè)過程控制系統(tǒng)的品質(zhì)有很大的影響。理想流量特性就是在調(diào)節(jié)閥前后壓差一定的情況下得到的流量特性。它取決于閥芯的形狀。閥芯的形狀有快開、直線、拋物線和等百分比等4種，其相應(yīng)的流量特性有直線流量特性、對數(shù)（或稱等百分比）流量特性、拋物線流量特性、快開流量特性。
綜上考慮，本系統(tǒng)根據(jù)選用氣開式氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥V-5110，其流量特性為直線流量特性。動(dòng)力源由空氣壓縮機(jī)提供的。
3.4測量變送
測量和變送是解決一個(gè)信息獲得和傳遞問題。信息的測量和邊送必需迅速可靠地反映被控參數(shù)的實(shí)際變化情況，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的控制依據(jù)。本系統(tǒng)選用差壓式壓力傳感器作為檢測和反饋元件，將測量罐的壓力值轉(zhuǎn)化為電信號，被測壓力值為大氣壓力值加壓差。
3.5調(diào)節(jié)器
本系統(tǒng)選用東芝EC-311型調(diào)節(jié)器
通常，選擇調(diào)節(jié)器動(dòng)作規(guī)律時(shí)應(yīng)根據(jù)對象特性、負(fù)荷變化、主要擾動(dòng)和系統(tǒng)控制要求等具體情況，同時(shí)還應(yīng)考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性以及系統(tǒng)投入方便等。
廣義對象控制通道時(shí)間常數(shù)較大或容積遲延較大時(shí)，應(yīng)引入微分動(dòng)作。如工藝容許有殘差，可選用比例微分動(dòng)作；如工藝要求無殘差時(shí)，則選用比例積分微分動(dòng)作。
控 制 統(tǒng)設(shè) 計(jì)
系
目錄
1．系統(tǒng)控制要求 ······························································································ 4 2．系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ······························································································ 4
2.1 方案論述····························································································· 4 2.2 主要控制器件選擇 ················································································ 6
2.2.1 PLC的選擇 ················································································· 6 2.2.2變頻器的選擇 ·············································································· 7 2.2.3溫度變送器的選擇 ········································································ 8 2.2.4流量變送器的選擇 ········································································ 9 2.2.5 壓力變送器的選擇 ······································································· 9 2.2.6液位變送器的選擇 ······································································· 10 2.2.7 觸摸屏的選擇 ············································································ 10 2.2.8 A/D模塊的選擇 ·········································································· 11 2.2.9 D/A模塊的選擇 ·········································································· 12 2.3 系統(tǒng)其它設(shè)備及元器件規(guī)格 ··································································· 14 2.4 系統(tǒng)電氣原理 ····················································································· 14 3．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ····························································································· 16
3.1 變頻器配置 ························································································· 16
3.1.1 變頻器配置參數(shù) ········································································· 16 3.1.2 FR-D700系列的操作面板 ······························································ 17 3.1.3 變頻器的運(yùn)行模式 ······································································ 18 3.2 PLC程序設(shè)計(jì) ····················································································· 19 3.3 觸摸屏界面設(shè)置 ·················································································· 20 4．安全文明規(guī)范操作 ······················································································· 26 5．系統(tǒng)安裝與調(diào)試 ·························································································· 26
5.1 系統(tǒng)安裝···························································································· 26 5.2 系統(tǒng)調(diào)試···························································································· 26
5.2.1 硬件調(diào)試 ·················································································· 26 5.2.2 軟件調(diào)試 ·················································································· 27
6．總結(jié) ········································································································· 27 7．附錄 ········································································································· 28
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摘要
【摘要】隨著科技的發(fā)展社會(huì)的進(jìn)步，人們對工業(yè)控制的要求越來越高。本文主要介紹了如何利用觸摸屏、變頻器、PLC 、AD 模塊、DA 模塊與各種變送器設(shè)計(jì)出過程控制系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)來準(zhǔn)確、及時(shí)、有效的控制溫度、壓力、流量和液位。
【關(guān)鍵詞】過程控制；觸摸屏；變頻器；PLC ；PID 運(yùn)算。
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1、系統(tǒng)控制要求
液位、壓力、流量過程控制系統(tǒng)由一臺帕斯卡微泵驅(qū)動(dòng)，該泵的速度利用三菱PLC 由PID 指令運(yùn)算產(chǎn)生的數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成的模擬量控制，以實(shí)現(xiàn)恒液位、恒壓力、恒流量；恒溫度過程控制采用加熱棒控制。
（1）系統(tǒng)配置：PLC （含 D/A、A/D模塊） 、變頻器、觸摸屏、帕斯卡微泵、液位計(jì)變送器、壓力變送器、渦輪流量變送器、溫度變送器。
（2）系統(tǒng)連接：從工作臺的電源板用安全插線引出電源到電源端子排，變頻器連接 PLC的 D/A ，觸摸屏利用串口通訊連接 PLC ，用于參數(shù)設(shè)定及顯示，壓力、流量、液位及溫度傳感器與A/D模塊連接。
（3）觸摸屏界面編制：開關(guān)、指示燈在觸摸屏第一頁顯示，液位、流量、壓力、溫度在此頁面選擇。液位、流量、溫度、壓力頁面分別顯示每個(gè)傳感器所對應(yīng)的實(shí)際值、設(shè)定值和對P 、I 、D 的設(shè)置。
2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 方案論述
本系統(tǒng)通過PLC 、變頻器實(shí)現(xiàn)了對電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，并通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)了實(shí)際設(shè)定和實(shí)測數(shù)值的顯示。通過編寫程序使得PLC 輸出變頻器的啟動(dòng)信號，同時(shí)通過PLC （A/D模塊）的運(yùn)算處理把通過液位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器采集的這一模擬量（電流）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入，PLC （D/A模塊）通過運(yùn)算輸出啟動(dòng)信號和頻率信號轉(zhuǎn)換成的模擬量（電流信號）給變頻器，變頻器按照給定的頻率信號，實(shí)時(shí)輸出不同頻率的電流從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速， PLC和觸摸屏進(jìn)行通訊，把傳感器讀出的這一數(shù)據(jù)量通過PLC 運(yùn)算在觸摸屏上進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)是實(shí)時(shí)信號輸入，實(shí)時(shí)反饋信號，并且實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)值。
該系統(tǒng)的主要硬件配置為PLC 、變頻器、觸摸屏、SBWZP 型溫度變送器、LWGY-A 型渦輪流量傳感器、AOB-131型壓力變送器、GB2100A 型液位傳感器、加熱棒各一個(gè)和一臺三相異步電機(jī)，其框圖如圖2-1所示, 其軟件流程圖如2-2所示。
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圖2-1 系統(tǒng)主要硬件
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圖2-2軟件流程圖
2.2 主要控制器件選擇
2.2.1 PLC的選擇
由于此控制系統(tǒng)采用液位傳感器、壓力變送器、流量傳輸器、溫度變送器對水位、水壓力、水流量、水溫進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，并根據(jù)設(shè)定值計(jì)算控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、加熱棒加熱時(shí)間，并將此數(shù)值和溫度值反饋至觸摸屏加以顯示。因此，在選擇PLC 時(shí)，要考慮PLC 的功能是否滿足題目要求，而且在在根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有設(shè)備，
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本系統(tǒng)選擇了FX3U 系列的PLC ，F(xiàn)X3U 系列PLC 是FX2N 系列的升級產(chǎn)品，具有功能強(qiáng)大、速度快、容量大、性價(jià)比高等特點(diǎn)完全滿足此控制系統(tǒng)的控制要求。PLC 另外承擔(dān)的任務(wù)是通過輸出點(diǎn)的開關(guān)信號控制變頻器的啟停、脈沖信號控制繼電器的閉合，因此在選擇PLC 輸出點(diǎn)類型時(shí)，采用繼電器、晶體管輸出型均可，綜上所述，采用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的PLC 型號：FX3U-32M 作為系統(tǒng)的控制器，各部位名稱如圖2-6所示。
【1】 上蓋板 【2】 電池蓋板 【3】 連接特殊適配器
用的卡扣
【11】 連接擴(kuò)展設(shè)備用的連接器蓋板
【4】 功能擴(kuò)展板部分的
空蓋板 【5】 RUN/STOP開關(guān)
【6】 連接外圍設(shè)備用的連接口 【7】 安裝DIN 導(dǎo)軌用的卡扣
【13】 顯示輸出用的LED 【12】 顯示運(yùn)行狀態(tài)的LED 【9】 顯示輸入用的LED 【10】 端子排蓋板
【8】 型號顯示
圖2-6三菱FX3u 型PLC-32MR 的各部位名稱
三菱FX3u-32M 型PLC 的主要特點(diǎn)有可編程控制器上直接接線的輸入輸出（最大256點(diǎn)）和網(wǎng)絡(luò)（CC-Link ）上的遠(yuǎn)程I/O（最大256點(diǎn)）的合計(jì)點(diǎn)數(shù)可以擴(kuò)展到384點(diǎn)；輸入輸出的擴(kuò)展設(shè)備可以連接FX3u 系列的輸入輸出擴(kuò)展單元/模塊；可以通過內(nèi)置開關(guān)進(jìn)行RUN/STOP的操作，也可以從通用的輸入端子或外圍設(shè)備上發(fā)出RUN/STOP的指令；通過計(jì)算機(jī)用的編程軟件，可以在可編程控制器RUN 時(shí)更改程序。 2.2.2變頻器的選擇
變頻器在此控制系統(tǒng)中主要根據(jù)實(shí)際反饋的數(shù)值對三相導(dǎo)步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，采用變頻器的模擬量輸入功能即可滿足題目要求，對變頻器的其他功能沒有太高要求，普通變頻器即可滿足要求。因此，選擇實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的變頻器型號：FR-D700。
變頻器頻率給定通道有兩種選擇方案，一種是采用外部輸入模擬量信號給定，即通過變頻器的模擬量端子從外部輸入模擬量信號（電壓或電流）進(jìn)行給定，
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并通過調(diào)節(jié)模擬量的大小來改變變頻器的輸出頻率。需要PLC 連接D/A特殊功能模塊，優(yōu)點(diǎn)：PLC 程序編制簡單方便、工作穩(wěn)定。缺點(diǎn)：在大規(guī)模生產(chǎn)線中，控制電纜較長，尤其是D/A模塊采用電壓信號輸出時(shí)，線路有較大的電壓降，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。另一種是采用端子脈沖給定，即通過變頻器的特定的高速開關(guān)端子從外部輸入脈沖序列信號進(jìn)行頻率給定，并通過調(diào)節(jié)脈沖的頻率來改變變頻器的輸出頻率。由PLC 輸出點(diǎn)產(chǎn)生可調(diào)脈沖，要求PLC 的輸出類型為晶體管型，且輸出脈沖頻率達(dá)50KHZ 。
根據(jù)以上分析及實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件，采用外部輸入模擬量（電流）信號作為變頻器的頻率給定通道。
變頻器與PLC 的接線如圖2-7所示，變頻器的STF 接控制電機(jī)的線圈Y6、SD 接公共端COM2，變頻器的U 、V 、W 分別接電機(jī)的三根相線，因?yàn)樽冾l器的模擬量輸入我們用的是電流輸入，而且是通道一，所以變頻器的4端與D/A模塊的IOUT1相接，5接公共端COM1。并且在D/A模塊和變頻器接線的時(shí)候用的線是屏蔽線，這樣能夠很好的避免電壓信號的干擾。
圖2-7 變頻器與PLC 的接線
2.2.3溫度變送器的選擇
熱電偶溫度變送器的工作原理是，兩種不同成分的導(dǎo)體兩端經(jīng)焊接、形成
回路，當(dāng)測量端和參比端存在溫差時(shí)，就會(huì)在回路中產(chǎn)生熱電流，接上顯示儀表，儀表上就指示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢的對應(yīng)溫度值。
根據(jù)實(shí)際情況的設(shè)備，本文所選的溫度變送器的規(guī)格如表2-1所示。
表2-1 溫度變送器規(guī)格表
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2.2.4流量變送器的選擇
渦輪流量傳感器是一種精密流量測量儀表，與相應(yīng)的流量積算儀表配套可用于測量液體的流量和總量。
其工作原理：流體流經(jīng)傳感器殼體，由于葉輪的葉片與流向有一定的角度，流體的沖力使葉片具有轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，克服摩擦力矩和流體阻力之后葉片旋轉(zhuǎn)，在力矩平衡后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，在一定的條件下，轉(zhuǎn)速與流速成正比，由于葉片有導(dǎo)磁性，它處于信號檢測器的磁場中，旋轉(zhuǎn)的葉片切割磁力線，周期性的改變著線圈的磁通量，從而使線圈兩端感應(yīng)出電信號，此信號經(jīng)過處理后，可遠(yuǎn)傳至顯示儀表，顯示出流體的瞬時(shí)流量和累計(jì)量。
根據(jù)實(shí)際情況的設(shè)備，本文所選的溫度變送器的規(guī)格如表2-2所示。
表2-2 流量傳感器規(guī)格表
2.2.5 壓力變送器的選擇
壓力變送器主要由測壓原件傳感器（也稱作壓力傳感器）、測量電路和過程連接件三部分組成。它能將測壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號（如4~20MADC等）， 以供給指示報(bào)警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進(jìn)行測量、指示和過程調(diào)節(jié)。
工作原理:當(dāng)壓力信號作用于傳感器時(shí)，壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)差分放大和輸出放大器放大，最后經(jīng)電流轉(zhuǎn)換成與被測介質(zhì)（液體）的液位壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的4-20MA 標(biāo)準(zhǔn)電流輸出信號。
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根據(jù)實(shí)際情況的設(shè)備，本文所選的溫度變送器的規(guī)格如表2-3所示。
表2-3 壓力變送器規(guī)格表
2.2.6液位變送器的選擇
S18UIA 工作原理：可分為四個(gè)區(qū)域，最小和最大工作范圍，近限和遠(yuǎn)限設(shè)定點(diǎn)。
（1）檢測物體在最小和最大工作范圍內(nèi)，電源指示燈變?yōu)榫G色，代表物體在可工作區(qū)域內(nèi)；
（2）檢測物體在近限和遠(yuǎn)限設(shè)定點(diǎn)內(nèi)，信號指示燈變?yōu)辄S色，代表物體在 設(shè)定點(diǎn)范圍內(nèi)，有信號輸出；
（3）檢測物體在最小和最大工作范圍外，電源指示燈變?yōu)榧t色，信號指示燈變?yōu)榘咨?，代表物體在工作范圍外，無信號輸出。
根據(jù)實(shí)際情況的設(shè)備，本文所選的液位傳感器的規(guī)格如表2-4所示。
表2-4
液位變送器規(guī)格表
2.2.7 觸摸屏的選擇
觸摸屏的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)
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坐標(biāo)，再送給CPU ，它同時(shí)能接收CPU 發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。在此控制系統(tǒng)中，觸摸屏提供系統(tǒng)的啟動(dòng)與停止信號并設(shè)定P 、I 、D 值和所需的數(shù)值，顯示實(shí)際中的設(shè)定值和傳感器的輸入值，因此，普通的觸摸屏便可滿足要求，選擇了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)現(xiàn)有三菱GT15觸摸屏，該觸摸屏具有表現(xiàn)力豐富的字體、語言切換畫面制作簡單、支持USB 接口/FA透明傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，并能同時(shí)讓電腦監(jiān)測程序運(yùn)行狀況，提高了工作效率，縮短了啟動(dòng)與調(diào)試時(shí)間，完全滿足此系統(tǒng)的控制要求。 2.2.8 A/D模塊的選擇
A/D模塊的外部聯(lián)接則需根據(jù)外界輸入的電壓或電流量不同而有所不同，選擇分辨率為12位的A/D模塊。 由需要四路輸入方可滿足要求，因此，選擇了FX2N-2AD 作為模擬量的輸入模塊。FX2N -2AD有2個(gè)輸入通道，分別為通道1（CH1）、通道2（CH2）。每一通道都可以進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，輸入的模擬值范圍，電壓為 DC-10V ～ +10V，DC0V ～ +5V， DC-4MA ～+20MA，分辨率為2.5MV,1. 25MV ，4uA 。
D/A轉(zhuǎn)換模塊提供了12位高精度分辨率（包括符號）；2通道電壓輸入（DC0～+10V，DC0～+5V）或電流輸出（DC4～+20MA）；對每一通道，可以規(guī)定電壓或電流輸入。FX2N —2AD 模擬量輸入模塊的性能見表2-5。
表2-5 FX2N—2DA 模擬量輸入模塊的性能
A/D轉(zhuǎn)換的關(guān)系有電壓和電流輸入兩種形式，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用電電流輸入模式。其轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2-8所示
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圖2-8 A/D轉(zhuǎn)換的關(guān)系
FX2N —2AD 的緩沖寄存器（BFM ）分配見表2-6
表2-6 FX2N—2AD BFM分配表
BFM#0：由BFM#17(低8位數(shù)據(jù)) 指定的通道的輸入數(shù)據(jù)當(dāng)前值被存儲。當(dāng)前值數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式存儲。BFM#1：輸入數(shù)據(jù)當(dāng)前值（高端4位數(shù)據(jù)）被存儲。當(dāng)前值數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式存儲。BFM#17：b0進(jìn)行模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換的通道(CH1,CH2)被指定。當(dāng)b0由10時(shí)，通道CH2A/D轉(zhuǎn)換開始。當(dāng)b1由10時(shí)，通道CH1D/A轉(zhuǎn)換開始。 2.2.9 D/A模塊的選擇
D/A模塊的作用是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的裝置，此模擬量作為變頻器的頻率給定，為了提高設(shè)定與運(yùn)行速度曲線的平滑度和精度，選擇分辨率為12位的D/A模塊。由于只需要一路輸出便可滿足要求，因此，選擇了FX2N-2DA 作為模擬量的輸出模塊。FX2N -2DA 有2個(gè)輸出通道，分別為通道1（CH1）、通道2（CH2）。每一通道都可以進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，輸出的模擬值范圍，電壓為 DC0V ～
+10V，DC0V ～ +5V， DC4MA ～+20MA，分辨率為2.5MV ,1. 25MV，4uA 。
D/A轉(zhuǎn)換模塊提供了12位高精度分辨率（包括符號）；2通道電壓輸出（DC0 V ～+10V，DC0V ～+5V）或電流輸出（DC4 MA～+20MA）；對每一通道，可以規(guī)定電壓或電流輸出。FX2N —2DA 模擬量輸出模塊的性能見表2-7。
表2-7 FX2N—2DA 模擬量輸出模塊的性能
D/A轉(zhuǎn)換的關(guān)系有電壓和電流輸出兩種形式，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用電流輸出模式。其轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2-9所示，
圖2-9 D/A轉(zhuǎn)換的關(guān)系
FX2N —2DA 的緩沖寄存器（BFM ）分配見表2-8。BFM#16用于寫入由BFM#17通道指定標(biāo)注位指定的通道輸出的D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)值，數(shù)據(jù)值按二進(jìn)制形式保存，這樣可以有利于保存低八位和高四位數(shù)據(jù)分兩部分保存。在BFM#17中，當(dāng)b0由10時(shí)，通道CH2D/A轉(zhuǎn)換開始。當(dāng)b1由10時(shí)，通道CH1D/A轉(zhuǎn)換開始。當(dāng)b2由10時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換的低八位數(shù)據(jù)保持。
表2-8 FX2N—2DA BFM分配表
2.3 系統(tǒng)其它設(shè)備及元器件規(guī)格
該系統(tǒng)除了PLC 、D/A模塊、A/D模塊、變頻器、觸摸屏、傳感器等，還用到了一些其它設(shè)備及元器件，其名稱、規(guī)格型號和數(shù)量見表2-9。
2.4 系統(tǒng)電氣原理
關(guān)鍵詞：過程控制系統(tǒng)，液位，測量原理，控制方式，測量設(shè)備
1 前言
德國FESTO公司研制的“PCS” 即“過程控制系統(tǒng)”，是一套集目前工業(yè)控制中較為典型的控制系統(tǒng)（液位控制、流量控制、壓力控制、溫度控制）于一體的實(shí)驗(yàn)裝置（見圖1.1）。實(shí)驗(yàn)裝置由四個(gè)操作站和一個(gè)中間調(diào)度站組成，分別實(shí)現(xiàn)四種典型環(huán)節(jié)（液位、流量、壓力、溫度）的檢測與控制。每站由相應(yīng)的檢測傳感器、控制器和電動(dòng)執(zhí)行器構(gòu)成?？刂破饔芍醒胩幚韱卧?、信號處理單元和驅(qū)動(dòng)電路等組成，可以實(shí)現(xiàn)開環(huán)、閉環(huán) PID算法控制開度閥（比例閥）動(dòng)作和直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。各站之間通過管道及開關(guān)閥（電磁閥）連接，由中間站的PLC控制開關(guān)閥導(dǎo)通，可形成耦合系統(tǒng)。
2 液位系統(tǒng)簡介
本文中的液位系統(tǒng)如圖1所示。
圖1液位系統(tǒng)
液位控制系統(tǒng)是FESTO四個(gè)獨(dú)立站中的一站，包括一高一低兩個(gè)容器（通過中間連接管道上手動(dòng)閥的開閉控制其通斷）、超聲波液傳感器、直流電機(jī)、直流電機(jī)調(diào)速器；以及四個(gè)系統(tǒng)都包含的向中間調(diào)度站PLC傳送開關(guān)量的電容接近傳感器，和PLC控制的電磁開度閥。
3 相關(guān)測量原理
液位測量是料位測量的一類。許多生產(chǎn)過程都要求監(jiān)視工藝流程中各種容器內(nèi)的物料貯量和控制容器進(jìn)出料量的平衡。免費(fèi)論文。為此目的所需要的信號當(dāng)前主要通過測量容器中的物料表面位置得到。[1]
料位包括液位和固體顆粒的料位，本文采用的料位測量方法是超聲波式，利用超聲波在一定狀態(tài)介質(zhì)中的傳播具有一定速度這一特性，當(dāng)聲源與料位的距離變化時(shí)，回聲的時(shí)間（從發(fā)射到接收超聲波的時(shí)間間隔）也要改變，這是非接觸式測量，可用于液位和固體顆粒料位測量。
4測量設(shè)備
超聲波液位傳感器
它是基于聲波的產(chǎn)生和在物體上的反射探測原理。正常情況下，大氣作為了超聲波的載體。聲發(fā)生器在短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)，發(fā)射出超聲脈沖，人耳無法聽到。隨著超聲脈沖的發(fā)射，超聲波被固定的物體所反射，并返回給接收器。超聲脈沖的持續(xù)時(shí)間可用電子方法評估。在一個(gè)固定的范圍內(nèi)，在超聲脈沖信號持續(xù)時(shí)間，輸出信號是成比例的。
電機(jī)/泵：
不帶調(diào)速，只起攪和作用；
離心泵適合于冷水或加熱水的再循環(huán)；泵不能干燥的使用，也不能用海水或受污染的液體。
（3）電容接近傳感器：
電容接近傳感器的工作原理是基于RC諧振電路中電容器的電容變化來估算的。當(dāng)有物體接近傳感器時(shí)，電容增加。這導(dǎo)致了RC電路振蕩作用的變化。LED的黃色發(fā)光二極管指示切換狀態(tài)。電容的變化很大程度上依靠距離，和各自材質(zhì)的尺寸以及介電常數(shù)【3】。
（4）電機(jī)調(diào)速器：
通過改變輸入電壓來改變泵的轉(zhuǎn)速，輸入-10V――+10V，輸出-24V――+24V 【4】。
5 控制方式
過程控制系統(tǒng)按照控制方式的不同分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制，單回路控制、串級控制、比值控制等多種方式【2】。免費(fèi)論文。本液位控制系統(tǒng)采用閉環(huán)單回路控制方式，如圖2所示。
關(guān)鍵詞:制造工業(yè)自動(dòng)化控制過程控制系統(tǒng)
中圖分類號:TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-9416(2011)03-0022-01
自動(dòng)控制技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化中起著十分重要的作用,自動(dòng)控制水平的高低也是衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)先進(jìn)與否的重要標(biāo)志之一。隨著國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的發(fā)展,自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛,其重要作用也越來越顯著。生產(chǎn)過程自動(dòng)控制(簡稱過程控制)是自動(dòng)控制技術(shù)在石油、化工、電力、冶金、機(jī)械、輕工、紡織等生產(chǎn)過程的具體應(yīng)用,是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。
1、過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
(1)生產(chǎn)過程的連續(xù)性:在過程控制系統(tǒng)中,大多數(shù)被控過程都是以長期的或間歇形式運(yùn)行,在密閉的設(shè)備中被控變量不斷的受到各種擾動(dòng)的影響。
(2)被控過程的復(fù)雜性:過程控制涉及范圍廣,被控對象較復(fù)雜。
(3)控制方案的多樣性:過程控制系統(tǒng)的控制方案非常豐富。
2、工業(yè)中過程控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用
2.1 自動(dòng)檢測系統(tǒng)
利用各種檢測儀表對工藝參數(shù)進(jìn)行測量、指示或記錄。
2.2 自動(dòng)信號和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)
自動(dòng)信號系統(tǒng):當(dāng)工藝參數(shù)超出要求范圍,自動(dòng)發(fā)出聲光信號。聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng):達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài),打開安全閥或切斷某些通路,必要時(shí)緊急停車。(如圖1所示)
2.3 自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng)
自動(dòng)操縱系統(tǒng):根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)地對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性操作。自動(dòng)開停車系統(tǒng):按預(yù)先規(guī)定好的步驟將生產(chǎn)過程自動(dòng)的投入運(yùn)行或自動(dòng)停車。
2.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)
利用自動(dòng)控制裝置對生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制,使他們在受到外界擾動(dòng)的影響而偏離正常狀態(tài)時(shí),能自動(dòng)的回到規(guī)定范圍。
3、過程控制系統(tǒng)的組成
3.1 檢測元件
該單元的主要作用是檢測被控元件的物理量。
3.2 控制器
將設(shè)定值與測量信號進(jìn)行比較,求出它們之間的偏差,然后按照預(yù)先選定的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算并將計(jì)算結(jié)果作為控制信號送給執(zhí)行裝置。
3.3 執(zhí)行器
該部分元件作用是接受控制器的控制信號,直接推動(dòng)被控對象,使被控變量發(fā)生變化。
4、過程控制系統(tǒng)中的閉環(huán)控制系統(tǒng)
按照自動(dòng)控制有無針對對象來劃分,自動(dòng)控制可分為“開環(huán)控制”和“閉環(huán)控制”。區(qū)分“開環(huán)控制”和“閉環(huán)控制”最直接的辦法是看是否有最終對象的反饋,當(dāng)然這個(gè)反饋不是人為直觀觀察的。目前工業(yè)自動(dòng)化控制中采用最為廣泛的就是閉環(huán)控制系統(tǒng)。
4.1 閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)
閉環(huán)控制系統(tǒng)主要是指控制器與被控對象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系的控制系統(tǒng)。 其主要優(yōu)點(diǎn)為,不管任何擾動(dòng)引起被控變量偏離設(shè)定值,都會(huì)產(chǎn)生控制作用去克服被控變量與設(shè)定值的偏差。其主要缺點(diǎn)為,由于閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制作用只有在偏差出現(xiàn)后才產(chǎn)生,當(dāng)系統(tǒng)的慣性滯后和純滯后較大時(shí),控制作用對擾動(dòng)的克服不及時(shí),從而使其控制質(zhì)量大大降低。
4.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的主要類型
根據(jù)設(shè)定值分為定值控制系統(tǒng),隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。
(1)定值控制系統(tǒng),其特點(diǎn)是設(shè)定值是固定不變的閉環(huán)控制系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。
作用為克服擾動(dòng)的影響,使被控變量保持在工藝要求的數(shù)值上。
(2)隨動(dòng)控制系統(tǒng) ,其特點(diǎn)為設(shè)定值是一個(gè)未知的變化量的閉環(huán)控制系統(tǒng)稱為隨動(dòng)控制系統(tǒng)。作用為以一定的精度跟隨設(shè)定值的變化而變化。
(3)程序控制系統(tǒng)可以看成是隨動(dòng)控制系統(tǒng)的特殊情況,其分析研究方法與隨動(dòng)控制系統(tǒng)相同。其特點(diǎn)為設(shè)定值是變化的,且按一定時(shí)間程序變化的時(shí)間函數(shù)。作用為以一定的精度跟隨設(shè)定值的變化而變化。
5、過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及要求
過程控制系統(tǒng)的常見信號有:階躍信號、斜坡信號、脈沖信號、加速度信號和正弦信號等。我們在生產(chǎn)中使用最頻繁的就是階躍信號,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:
當(dāng)A=1時(shí)稱為單位階躍信號。其特點(diǎn)是易產(chǎn)生,對系統(tǒng)輸出影響大,便于分析和計(jì)算。在階躍信號作用下,被控變量隨時(shí)間的變化表現(xiàn)的形式有:發(fā)散振蕩過程,非振蕩衰減過程,等幅振蕩過程,衰減振蕩過程,非振蕩發(fā)散過程。
通過以上的陳述不難看,過程制造系統(tǒng)在我國各行各業(yè)已經(jīng)有了十分廣泛的應(yīng)用,并且技術(shù)也在日趨成熟。隨著人們物質(zhì)生活水平的提高以及市場競爭的日益激烈,產(chǎn)品的質(zhì)量和功能也向更高的檔次發(fā)展,制造產(chǎn)品的工藝過程變得越來越復(fù)雜,為滿足這些更高的要求,做為工業(yè)自動(dòng)化的重要分支的過程控制的任務(wù)也愈來愈繁重。
參考文獻(xiàn)
[1]陳詩濤編著.工業(yè)過程儀表與控制.輕工業(yè)出版,2000.
[2]李友善主編.自動(dòng)控制原理.國防工業(yè)出版社,2001.
[3]吳勤勤等編著.控制儀表及裝置.化學(xué)工業(yè)出版社,2002.
Abstract: The so-called process control system refers to the realization of automatic control of production process of system. As stated in the introduction, in petroleum, chemical production process, generally includes the content of automatic detection, automatic protection, automatic regulation and automatic controlling. Automatic detection system can complete "understanding" production task; Signal interlocking protection system could only take safety measures when process conditions are into some kind of limit state to provent production accidents. Automatic control system can be only predefined procedures in accordance with the operation of a cyclical or regularity, only automatic adjustment system can automatically eliminate all sorts of interference factors on the influence of process parameters, that they remain in prescribed numerical to ensure production in normal or the best maintain process operation condition.
關(guān)鍵詞：過程控制；自動(dòng)調(diào)節(jié)；程序控制
Key words: process control; automatic regulation; program control
中圖分類號：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2011）12-0058-01
1 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成
自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是在人工調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來的，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成包含三部分：
1.1 測量變送器 測量實(shí)際液位高度并將其轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號。
1.2 調(diào)節(jié)器 接收變送器送來的液位信號，與事先設(shè)定好的工藝希望的液位值即給定值進(jìn)行比較得出偏差，然后根據(jù)一定的運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，然后將運(yùn)算得出的調(diào)節(jié)器命令用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)送出去。
1.3 執(zhí)行器 通常指調(diào)節(jié)閥，它和普通閥的功能一樣，只不過它能自動(dòng)地根據(jù)調(diào)節(jié)器送來的調(diào)節(jié)命令改變閥門的開度。
2 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分類
2.1 定值調(diào)節(jié)系統(tǒng) 所謂定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是給定值是恒定的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在工藝生產(chǎn)中，如果要求調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)保持在一個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)上不變，或者說要求工藝參數(shù)的給定值不變，那么就要采用定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，引起被調(diào)參數(shù)波動(dòng)的原因是各種干擾，對于這類調(diào)節(jié)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)分的重點(diǎn)是在存在干擾的情況下如何將被調(diào)參數(shù)控制在所希望的給定值上。石油、化工生產(chǎn)中大多數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)屬于這種類型。
2.2 隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（或稱自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)） 隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)即給定值不是固定的，是隨時(shí)間不斷變化的，而且這種變化不是預(yù)先規(guī)定好的，即給定值是隨機(jī)變化的。隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)目的就是使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而變化。比如各種變送器均可看作是一個(gè)隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它的輸出應(yīng)嚴(yán)格、及時(shí)地隨輸入而變化，再比如后面將要介紹的比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)、串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的副回路都是隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一些例子。
2.3 程序控制系統(tǒng) 這類系統(tǒng)的給定值也是變化的，但它是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，即生產(chǎn)指標(biāo)需按一定的時(shí)間程序變化。近年來，隨著微機(jī)的廣泛應(yīng)用，為程序調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供了良好的技術(shù)工具與有利條件。
3 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程
當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)受到外界干擾信號或給定值變化信號時(shí)，被調(diào)參數(shù)都會(huì)被迫離開原來的平衡狀態(tài)而開始變化，只有當(dāng)調(diào)節(jié)作用重新找到一個(gè)合適的新數(shù)值來平衡外界干擾或給定值的變化時(shí)，此系統(tǒng)才可處于新的平衡狀態(tài)。因此，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程實(shí)際上是：當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在外界干擾或給定干擾作用下，從一個(gè)平衡狀態(tài)過渡到另一個(gè)新的平衡狀態(tài)的過程，它是一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用不斷克服干擾影響的過程。
自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程直接表示了調(diào)節(jié)系統(tǒng)質(zhì)量的好壞，與生產(chǎn)中的安全及產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量有著密切的聯(lián)系，因此研究過渡過程具有相當(dāng)重要的意義。
4 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)
自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程包括了靜態(tài)與動(dòng)態(tài)。把被調(diào)參數(shù)不隨時(shí)間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，而把被調(diào)參數(shù)隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。
當(dāng)一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定和外界干擾恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就處于一個(gè)相對的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)如調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、變送器等都暫不動(dòng)作，它們的輸出信號都處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)就是上述的靜態(tài)。注意這里所指的靜態(tài)與習(xí)慣中所講的靜態(tài)不同。習(xí)慣中所說的靜態(tài)都指靜止不動(dòng)，而在自動(dòng)化領(lǐng)域中的靜態(tài)是指各參數(shù)（或信號）的變化率為零。如果一個(gè)系統(tǒng)原來處于相對平衡狀態(tài)即靜態(tài)，由于干擾的作用，破壞了這種平衡。被調(diào)參數(shù)就會(huì)變化，從而使調(diào)節(jié)器等自動(dòng)化裝置也就會(huì)改變調(diào)節(jié)作用以克服干擾的影響，并力求使系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)。從干擾的發(fā)生，經(jīng)過調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)重新建立平衡，在這一段時(shí)間中整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和參數(shù)都處于變動(dòng)狀態(tài)之中，這種狀態(tài)就稱之為動(dòng)態(tài)。
在研究調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程時(shí)，雖然研究其靜態(tài)是重要的，但研究其動(dòng)態(tài)更為重要。因?yàn)樵诟蓴_引起系統(tǒng)變動(dòng)后，需要知道系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)情況，即被調(diào)參數(shù)是如何運(yùn)動(dòng)的，并搞清系統(tǒng)究竟能否建立新的平衡和怎樣去建立平衡，干擾作用總是會(huì)不斷產(chǎn)生，調(diào)節(jié)作用也就不斷地去克服干擾作用的影響，所以自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)總是處在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之中，而靜態(tài)或平衡是暫時(shí)的，因此，研究自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，重點(diǎn)要研究過渡過程的動(dòng)態(tài)。
5 分析自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)常用的干擾形式――階躍干擾
關(guān)鍵詞：過程控制系統(tǒng)；設(shè)備數(shù)據(jù)管理；日志系統(tǒng)
1.過程控制概述
過程控制的主要任務(wù)是指通過各種的協(xié)調(diào)方法與協(xié)調(diào)措施，對生產(chǎn)制造過程中的各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)以及產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，從而防止生產(chǎn)過程中可能發(fā)生的生產(chǎn)計(jì)劃脫離與目標(biāo)偏差，并對已經(jīng)出現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃脫離與生產(chǎn)制造目標(biāo)偏差等問題進(jìn)行處理，最終保證生產(chǎn)制造活動(dòng)的順利完成，保證生產(chǎn)進(jìn)行控制、在制品控制、以及生產(chǎn)制造過程中的成本控制與質(zhì)量控制。
過程控制系統(tǒng)一般是指由被控對象、測量變送、計(jì)算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中控制器的設(shè)計(jì)用到經(jīng)典的控制理論和現(xiàn)代控制理論，并通過計(jì)算機(jī)來進(jìn)行相關(guān)操作與實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)控制的建立在自動(dòng)控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)之上的。其中，自動(dòng)控制理論是計(jì)算機(jī)控制的理論基礎(chǔ)。而不斷發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)為自動(dòng)控制理論的發(fā)展與應(yīng)用提供了豐富的空間。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及各種通信技術(shù)的發(fā)展，使得過程控制的范圍與階段極大的得到了擴(kuò)張。目前，企業(yè)生產(chǎn)管理的全過程的信息化的實(shí)現(xiàn)方法逐漸趨于成熟。
過程控制系統(tǒng)所涉及的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了解。由于在生產(chǎn)制造過程中的大部分物力參數(shù)通常通過模擬信號來進(jìn)行表示，而計(jì)算機(jī)采用的信號通常是數(shù)字信號，為了保證信號傳遞的通暢無阻需要進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)兩種不同信號的轉(zhuǎn)換。過程控制系統(tǒng)通常起到的作用體現(xiàn)在連接生產(chǎn)管理系統(tǒng)與基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的連接作用上。除了這些工作，過程控制系統(tǒng)還要對生產(chǎn)過程中不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理。所以控制系統(tǒng)中需要進(jìn)行信號的采樣、信號的保持以及信號的變化。要對生產(chǎn)制造過程中的數(shù)學(xué)模型分為輸入與輸出模型和狀態(tài)空間模型兩種類型。輸入輸出模型主要是為了描述過程在輸入函數(shù)的作用下的輸出特性，它只刻畫過程的外部特征。而狀態(tài)空間模型則對過程的內(nèi)容進(jìn)行描述，通常揭示了過程內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
現(xiàn)代過程控制理論為過程控制系統(tǒng)提供來了理論技術(shù)。通過利用現(xiàn)代過程控制理論，不但可以有效地解決簡單控制的問題，而且可以設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制系統(tǒng)。特別是多輸入與多輸出系統(tǒng)，非線性響應(yīng)系統(tǒng)，時(shí)變系統(tǒng)以及隨機(jī)系統(tǒng)等等?，F(xiàn)代控制技術(shù)涉及到過程控制的很多方面，比如系統(tǒng)狀態(tài)的最優(yōu)估計(jì)、最有控制、過程識別以及自適應(yīng)控制等等。
2. 過程控制系統(tǒng)的主要功能與技術(shù)要求
過程控制系統(tǒng)具有以下功能：與生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊的功能；能夠接收并管理生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)的功能；原料數(shù)據(jù)與生產(chǎn)要求數(shù)據(jù)的功能；工作人員交接班數(shù)據(jù)的功能；向生產(chǎn)管理系統(tǒng)發(fā)送生產(chǎn)計(jì)劃申請的能力；原料數(shù)據(jù)申請的能力等等。
企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃一般采用如圖1所示的模式。通常企業(yè)根據(jù)客戶的需求制定整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)需求計(jì)劃，并根據(jù)產(chǎn)品各個(gè)部件的零部件特征分發(fā)至各個(gè)加工車間，制定不同零部件的加工計(jì)劃。為了保證生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的順利完成，需要根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)進(jìn)度控制；為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造過程中消耗資源與費(fèi)用的降低，需要進(jìn)行通過過程控制系統(tǒng)成本控制；為了經(jīng)常保持科學(xué)的原材料、在制品的數(shù)量，需要進(jìn)行高效的庫存控制。這一系列工作于過程控制系統(tǒng)密不可分。
3. 現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)的過程控制信息系統(tǒng)組成層次
現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)的信息系統(tǒng)包含了過程控制層、制造試行層以及企業(yè)資源規(guī)劃層。其中由于過程控制直接面向企業(yè)生產(chǎn)過程，因此對過程控制系統(tǒng)要求具有極高的實(shí)時(shí)性、可靠性、數(shù)據(jù)完整性與可用性。過程控制系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。
當(dāng)前先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為過程控制的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的實(shí)施基礎(chǔ)?，F(xiàn)場總線是過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。它與Internet等信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有明顯的區(qū)別。一般而言，現(xiàn)場總線是在標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，并進(jìn)行了一定的簡化?，F(xiàn)場總線一般只包括IOS/OSI七層模型中的三層。也就是現(xiàn)場總線只具有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及應(yīng)用層。過程控制系統(tǒng)利用現(xiàn)場總線，將企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)中最低層的現(xiàn)場控制器與現(xiàn)場職能儀表設(shè)備互聯(lián)形成實(shí)時(shí)控制的通信網(wǎng)絡(luò)，也被稱為工程的底層網(wǎng)絡(luò)。
過程控制因素是生產(chǎn)過程建模的參數(shù)，一般而言它是由不同模式下的生產(chǎn)特征與生產(chǎn)過程控制決策所共同決定的。在生產(chǎn)過程中，在制品的控制的最終目標(biāo)是為了將在制品的庫存數(shù)量保持在一個(gè)合理的級別。即能夠維持企業(yè)正常的生產(chǎn)，又可以保證企業(yè)生產(chǎn)物流的連續(xù)性，從而盡量建設(shè)企業(yè)庫存量，從而盡可能的降低企業(yè)生產(chǎn)成本。
企業(yè)在制品的控制主要取決與車間生產(chǎn)類型與生產(chǎn)組織的形式。在大批量生產(chǎn)模式下，在制品的通過加工路線單與工票憑證，來保證在制品數(shù)量的穩(wěn)定。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，不同的過程控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。這些過程控制系統(tǒng)利用先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在制品物流信息的追蹤與監(jiān)督，為生產(chǎn)過程中的控制提供了動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)。因此，利用過程控制系統(tǒng)提供的在制品生產(chǎn)信息，可以實(shí)現(xiàn)對制造過程中產(chǎn)品控制的最終目的。
過程控制系統(tǒng)能夠?qū)⑸a(chǎn)過程中產(chǎn)品的各種質(zhì)量問題與加工失誤率降至最低。過程控制系統(tǒng)通過建設(shè)整個(gè)制造過程中產(chǎn)品的質(zhì)量狀況，通過對原材料與不同零部件的檢驗(yàn)，使產(chǎn)品在各個(gè)生產(chǎn)階段的不合格率盡可能的降低。
參考文獻(xiàn)：
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