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1. 绪论
过程控制是生产过程自动控制的简称，这是自动化技术的一个重要组成部分。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与程序进行的生产过程自动控制。在现代工业生产过程中，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、保护生态环境等方面起着越来越大的作用。
1.1 过程控制系统概述
过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用。20世纪50年代，过程控制主要用于使生产过程中的一些参量保持不变，从而保证产量和质量稳定。60年代，随着各种组合仪表和巡回检测装置的出现，过程控制已开始过渡到集中监视、操作和控制。70年代，出现了过程控制最优化与管理调度自动化相结合的多级计算机控制系统。
以表征生产过程的参数为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。这里“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程。例如，锅炉中蒸汽的产生、分馏塔中原油的分离等。表征过程的主要参数有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等。通过对过程参数的控制，可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少。
1.1.1 发展历史
在现代化工业技术进步的同时，过程控制技术也得到巨大发展。过程控制技术迅速发展，不仅是控制方式的发展，而且是理论和手段的发展。
1）控制方式的发展20世纪40年代：大多数过程控制处于手工操作，只有少量的仪器仪表用于工业生产过程，操作人员通过实际观测，得到反映工业生产过程的参数，凭借实际经验控制生产工程。20世纪50年代：过程控制系统采用以单输入单输出的控制系统为主，以经典控制理论中的反馈为中心，部分工业生产工程初步实现了局部自动化。20世纪60年代：以现代控制理论为控制理论。出现了复杂的“多入多出”的系统。20世纪70年代：形成了智能控制理论。20世纪80年代至今：发展为总线控制系统。协议规范标准使得各个系统能够通用。网络平台的应用，实现了系统网络化，能够在线对底层设备进行控制。
2）理论和手段的发展
第一阶段：上世纪七十年代是初级阶段。单回路成为主要的系统。理论主要以PID策略为主。采用常规电动、液动和气动仪器，控制实际生产中的参数。从而实现系统稳定控制。
第二阶段：上世纪七八十年代是发展阶段。以现代理论为主要策略。将计算机和测量设备用于控制生产中。此阶段处理的问题是如何解决模型变化问题和扰动问题。
第三阶段：上世纪九十年代是高级阶段。此阶段出现了智能控制等理论。将智能理论应用于实际控制中。在网络的平台下，控制系统和底层设备连接于网络上。
3)过程控制系统的特点:
（1）被控过程的复杂性工业生产过程中，被控对象较复杂，动态特性大多数具有大滞后、非线性、时变和大惯性特性。有些机理复杂的过程至今尚未被人们掌握，很难建立精确的数学模型，因此很难设计出适应各种生产过程的控制系统。
（2）控制方案多样性随着控制技术的高速发展，不同的生产工艺导致生产过程控制颇为严格。复杂多变的被控对象导致方案多样化。针对不同的被控过程和不同的被控参数，被控方案的选择也具有多样性。
(3）生产过程的连续性过程控制一般是指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量地控制，而且应是连续可调的。若控制动作时间是离散的，但是其被控量需要定量控制。