淺談過(guò)程工業(yè)自動(dòng)化

張懷仁

（山東海富科技有限公司，威海 264200）

過(guò)程控制是當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化的主要組成部分，在進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程中起著十分重要的作用，近年來(lái)，工業(yè)的過(guò)程控制取得了十分良好的效果，無(wú)論是大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)還是進(jìn)行工業(yè)性的經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)，或是在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中，過(guò)程控制的技術(shù)都是非常有效的，可以不斷的提升產(chǎn)品的質(zhì)量，也可以減少成本的使用。過(guò)程控制技術(shù)要進(jìn)行不斷的完善和發(fā)展，全面促進(jìn)工業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。

1 過(guò)程工業(yè)自動(dòng)化概述

所謂工業(yè)自動(dòng)化就是在進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，使用各項(xiàng)參數(shù)作為控制，在全面的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，使用相關(guān)的能源和材料進(jìn)行工作，進(jìn)行系統(tǒng)的生產(chǎn)和發(fā)展，不斷的進(jìn)行完善，這則是工業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)，進(jìn)而不斷的進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)施工，被稱為工業(yè)的自動(dòng)化。所謂的過(guò)程控制就是在整個(gè)自動(dòng)控制理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)展的，既包括理論，又具有工程的實(shí)踐。

2 過(guò)程自動(dòng)化的歷程

（1）自從20世紀(jì)40年代以來(lái)，進(jìn)行工業(yè)過(guò)程控制就使用了反饋控制來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，主要是使用PID 來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的控制，并向輸入單的地方進(jìn)行輸出反饋控制，而負(fù)的反饋控制則作為過(guò)程控制的核心，它的基礎(chǔ)主要是經(jīng)典控制論，采取的是頻域分析的方式，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和研討。

（2）到20世紀(jì)50年的代中期，子開始發(fā)展有關(guān)的氣動(dòng)或者電動(dòng)的單元組合儀表，有效的促進(jìn)了控制方案的完善。而這時(shí)，經(jīng)典控制理論已經(jīng)十分成熟了，有許多的書上有著明確的記載。在當(dāng)時(shí)的維納，諸多學(xué)者就提出了相關(guān)的控制論基本思想，而且還在不斷的優(yōu)化當(dāng)中。

（3）到了20世紀(jì)60年代，伴隨著我國(guó)航天航空事業(yè)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，控制理論不斷的進(jìn)行改革和創(chuàng)新，特別是前蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家提出的相關(guān)理論，主要包括：極大值理論、動(dòng)態(tài)規(guī)則以及空間狀態(tài)法等，這些理論的提出充分的推動(dòng)了現(xiàn)代控制化理論的進(jìn)步和發(fā)展，為以后的《控制論》奠定了良好的基礎(chǔ)。

（4）1975 年～1985 左右，全球范圍內(nèi)一部分較有能力的儀表以及計(jì)算機(jī)的制作廠家進(jìn)行相應(yīng)的研發(fā)和生產(chǎn)DCS 技術(shù)。到1995年左右，已有大約近多種不同類型的DCS，并且我國(guó)也出現(xiàn)了很多實(shí)力比較雄厚的企業(yè)，從而促進(jìn)了我國(guó)過(guò)程工業(yè)化的發(fā)展。從1995年到現(xiàn)在，隨著DCS 的不斷發(fā)展，許多的大中型企業(yè)都應(yīng)用到了DCS 技術(shù)，尤其是石油和化工企業(yè)，而中小型企業(yè)也應(yīng)用了有關(guān)的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)等，諸多的企業(yè)還應(yīng)用了先進(jìn)的控制算法技術(shù)，建立了相關(guān)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)。

3 過(guò)程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

3.1 被控過(guò)程的多樣化

在進(jìn)行過(guò)程工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)，一定會(huì)涉及到許多的工業(yè)化部門，所以進(jìn)行物料加工時(shí)形成的產(chǎn)品也是豐富多樣的。但是生產(chǎn)出來(lái)的工藝卻有著很大的不同，比如，在石油化工進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程中。冶金的過(guò)程中還伴隨著化工反應(yīng)的過(guò)程，這是因?yàn)檫@些過(guò)程使用的機(jī)械的生產(chǎn)原理有所不同，執(zhí)行的機(jī)構(gòu)不同，所產(chǎn)生的作用也是不同的。為此，過(guò)程控制系統(tǒng)的被控制對(duì)象是十分多樣的，和運(yùn)動(dòng)的控制系統(tǒng)大不相同。

3.2 控制方案的多樣化

進(jìn)行過(guò)程工業(yè)的特征和被控的過(guò)程具有多樣化的特點(diǎn)，這也使得進(jìn)行過(guò)程控制系統(tǒng)所具有的控制方案是很不相同的。多樣的特征中包括了主要的系統(tǒng)硬件組成和進(jìn)行算法控制等軟件組成的設(shè)計(jì)。根據(jù)相應(yīng)的控制方法而言，具有單變量的過(guò)程控制的系統(tǒng)和多變量過(guò)程控制的系統(tǒng)兩大系統(tǒng)，另外，控制算法也是十分多樣的，主要依靠PID 進(jìn)行控制，其中主要包括智能控制的先進(jìn)控制方法。

3.3 被控過(guò)程屬慢多成

連續(xù)的工業(yè)過(guò)程生產(chǎn)的特征決定了被控過(guò)程稱為慢過(guò)程，被控的過(guò)程主要是物流進(jìn)行變化的過(guò)程，伴隨著物流的不斷發(fā)展和改變，致使信息變化的狀態(tài)參數(shù)也出現(xiàn)了變化，也就是說(shuō)過(guò)程控制系統(tǒng)的被控制量會(huì)發(fā)生變化。

4 過(guò)程工業(yè)的特點(diǎn)

進(jìn)行過(guò)程控制主要憑借連續(xù)的過(guò)程工業(yè)進(jìn)而進(jìn)行有效控制。因此過(guò)程工業(yè)的特點(diǎn)也就是連續(xù)過(guò)程工業(yè)的特點(diǎn)。

過(guò)程工業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)一系列的反應(yīng)，進(jìn)而使得能量出現(xiàn)轉(zhuǎn)換，這是一個(gè)十分復(fù)雜的大系統(tǒng)，存在著很大的不確定性、時(shí)變性和非線性等因素。所以，過(guò)程控制的難度是十分明顯的，要解決過(guò)程控制相關(guān)問(wèn)題就要采取相關(guān)的方式和措施進(jìn)行。

在現(xiàn)代化的工業(yè)控制當(dāng)中，過(guò)程控制技術(shù)發(fā)展歷程比較久遠(yuǎn)，從20世紀(jì)30年代就開始進(jìn)行應(yīng)用，并且相應(yīng)的過(guò)程控制技術(shù)能夠發(fā)展到今天，也是因?yàn)樵谶M(jìn)行控制方式上經(jīng)歷了由人工控制再到自動(dòng)控制的兩項(xiàng)階段。

由過(guò)程控制采取的相應(yīng)技術(shù)和理論而言，可以將過(guò)程控制分成三個(gè)階段：第一項(xiàng)階段，是由70年代初開始。另外第二階段由70年代到約90年代。第三階段則為90年代的初期階段。70年代是為進(jìn)行古典控制應(yīng)用的最為昌盛的時(shí)期，是現(xiàn)代控制應(yīng)用進(jìn)行發(fā)展的初級(jí)，90年代開始則是現(xiàn)代控制應(yīng)用的鼎盛時(shí)期，并且也是高級(jí)控制應(yīng)用發(fā)展的初級(jí)。古典的控制主要依靠人工來(lái)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)于進(jìn)行生產(chǎn)當(dāng)中所產(chǎn)生的溫度、氣壓差等進(jìn)行有效的控制，主要是依靠PID 技術(shù)為主，根據(jù)不同的要求和目標(biāo)，完備出了有關(guān)的控制系統(tǒng)。

在進(jìn)行自動(dòng)控制過(guò)程中，過(guò)程控制系統(tǒng)主要經(jīng)歷了三個(gè)進(jìn)步階段，主要是：分散控制的階段，集中控制的階段以及集散控制的階段。分散的控制系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)以及通訊技術(shù)等進(jìn)行結(jié)合，采用相關(guān)的方式進(jìn)行管理，以完成對(duì)于過(guò)程工業(yè)的監(jiān)管和調(diào)控。通俗而言，這是過(guò)程工業(yè)化進(jìn)行發(fā)展的一個(gè)重要舉措。

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段，伴隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，目前的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，為了有效的減少成本，過(guò)程工業(yè)化不斷的朝著大眾化、大型化發(fā)展，因此在進(jìn)行化工生產(chǎn)中所產(chǎn)生的反正也越來(lái)越明顯。與此同時(shí)，人們對(duì)于過(guò)程工業(yè)化所產(chǎn)出的產(chǎn)品提出了更高的要求，需要順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，不斷的進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)。為此，過(guò)程工業(yè)化的發(fā)展在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，發(fā)展前景十分的廣闊。