计算机过程控制是指利用计算机技术对生产过程中的各种物理参数（如温度、压力、流量、液位和成分等）进行实时采集、检测和处理，以实现对生产过程的自动调节和控制。它是工业自动化的重要组成部分，广泛应用于石油化工、电力、冶金、轻工、纺织等多个领域。
过程控制的基本概念
定义
过程控制（Process Control）是指通过计算机对生产过程中的各种工艺参数进行实时采集、检测和处理，以实现对生产过程的自动调节和控制。它主要应用于涉及物理、化学或生物变化的工业过程中，例如石油化工、制药、食品加工和电力生产等行业。
控制系统类型
- 模拟控制系统：使用运算放大器等模拟信号处理设备进行控制运算，不能进行顺序控制。
- 数字控制系统（DDC）：计算机通过过程输入通道对物理量进行检测，并根据控制规律进行计算，通过输出通道直接控制执行机构。
- 分散控制系统（DCS）：以微处理器为核心，通过计算机网络连接各个控制站，实现分散控制、集中管理。
- 现场总线控制系统（FCS）：通过现场总线连接现场智能仪表和PLC，实现全数字化、双向、多站的通信网络。
控制算法
- PID控制：比例-积分-微分控制器，通过比例、积分和微分运算来调节系统，是最常用的控制算法之一。
- 模型预测控制（MPC）：基于过程动态模型的控制策略，通过预测未来变化趋势，优化控制输入，改善系统动态性能。
- 模糊控制：根据模糊逻辑对系统进行控制，适用于非线性、时变系统。
- 神经网络控制：通过模拟人脑神经网络的处理方式，对复杂系统进行控制，具有自学习和自适应能力。
过程控制的应用领域
石油化工
在石油化工行业中，过程控制用于控制反应釜温度、压力、流量等参数，以确保产品质量和生产效率。
电力
电力行业中的过程控制包括锅炉水位、蒸汽压力控制等，以确保发电设备的稳定运行和安全生产。
冶金
冶金行业中，过程控制用于控制高炉温度、压力等参数，以提高冶炼效率和产品质量。
食品加工
食品加工行业中，过程控制用于控制发酵过程的温度、湿度等参数，以确保食品的安全和口感。
水电
水电行业中，过程控制用于控制水轮机的运行参数，以实现高效发电和水资源管理。
过程控制的技术原理
实时数据采集
通过传感器对生产过程中的各种参数进行实时采集，并将数据传输给计算机进行处理。
实时决策
计算机根据采集到的数据进行分析，按照预定的控制规律计算出下一步的控制策略。
实时控制
根据决策结果，计算机适时地向执行机构发出控制信号，完成对生产过程的控制任务。
过程控制的未来趋势
智能控制
随着人工智能、大数据和物联网技术的发展，过程控制系统将实现更高级的智能控制，如自适应控制、预测控制和机器学习控制。
绿色转型
过程控制将更加注重环保和可持续发展，通过优化生产流程和能源管理，减少能耗和排放。
远程控制
随着通信技术的发展，过程控制将实现更广泛的远程控制，操作人员可以在远离现场的地方进行监控和控制。
计算机过程控制通过实时采集和处理生产过程中的各种参数，实现对生产过程的自动调节和控制。它在石油化工、电力、冶金、食品加工等多个行业中有着广泛的应用。随着技术的不断进步，过程控制将实现更高级的智能控制、绿色转型和远程控制，进一步提高生产效率、产品质量和安全性。
计算机过程控制在工业自动化中的应用实例有哪些
计算机过程控制在工业自动化中的应用实例非常广泛，涵盖了多个行业和领域。以下是一些具体的应用实例：
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制造业中的机器人控制：
- 在汽车制造中，计算机自动控制技术被用于控制生产线上的机器人，实现精确、高效的焊接、喷涂和装配等操作，从而提高生产效率和产品质量。
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化工生产中的过程控制：
- 化工厂利用计算机自动控制技术实时监测反应温度、压力等关键参数，并根据设定的控制策略自动调节生产过程，以确保产品质量和生产效率。
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电力系统中的发电控制：
- 发电厂使用计算机自动控制技术对发电机组进行实时监控和调节，确保电网的稳定运行。通过监测电网负荷和发电能力，计算机可以自动调整发电机组的运行状态。
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造纸行业的速度同步控制：
- 通过西门子PLC实现多点驱动系统的速度同步和张力控制，解决纸张断裂和褶皱问题，提高产品质量和生产效率。
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冷轧生产线中的PLC应用：
- 罗克韦尔的PLC在冷轧活套控制系统中广泛应用，通过精准的位置控制和动态调整，保障钢板厚度均匀，提升生产线效率。
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饮料灌装线上的PLC应用：
- 西门子S7-1200 PLC在饮料灌装线上用于检测空瓶、控制灌装阀、监控液位和统计合格产品数量，实现生产过程的自动化和智能化。
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自动化流水线：
- 通过自动化设备、传感器和控制器等组件的集成，实现生产过程的自动化和智能化，提高生产效率和产品质量。
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自动化检测：
- 使用高精度传感器和计算机系统实现产品质量的自动检测和评估，减少人为误差和漏检率，保证产品质量和稳定性。
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自动化包装：
- 通过自动化设备和技术实现产品包装的自动化和智能化，提高包装效率和精度，减少人工干预和误差。
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自动化仓储和物流：
- 利用自动化设备和技术实现仓库管理和物料搬运的自动化和智能化，提高仓库管理效率和作业速度，降低劳动成本。
计算机过程控制中常用的传感器有哪些
在计算机过程控制中，常用的传感器包括以下几种：
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温度传感器：
- 热电偶：用于测量高温环境下的温度。
- 热电阻：如PT100，适用于中低温测量。
- 热敏电阻：响应速度快，适用于快速温度变化检测。
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压力传感器：
- 压阻式压力传感器：适用于各种压力范围的测量。
- 电容式压力传感器：高精度，适用于精密测量。
- 压电式压力传感器：适用于动态压力测量。
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流量传感器：
- 电磁流量计：适用于导电液体的流量测量。
- 超声波流量计：无侵入式，适用于大口径管道。
- 涡街流量计：适用于气体和液体流量测量。
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液位传感器：
- 浮子式液位计：适用于大型储罐。
- 电容式液位计：适用于腐蚀性液体。
- 超声波液位计：非侵入式，适用于各种容器。
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接近传感器：
- 电感式接近传感器：适用于金属物体的检测。
- 电容式接近传感器：适用于非金属物体的检测。
- 光电式接近传感器：通过光束检测物体。
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光电传感器：
- 对射式光电传感器：用于检测物体的通过。
- 反射式光电传感器：用于检测物体的存在。
- 漫反射式光电传感器：用于检测物体的颜色和表面特性。
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气体传感器：
- 电化学气体传感器：适用于检测特定气体浓度。
- 红外气体传感器：适用于检测多种气体。
- 催化燃烧式气体传感器：适用于检测可燃气体。
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振动传感器：
- 压电式振动传感器：适用于机械振动的检测。
- 磁电式振动传感器：适用于旋转机械的振动检测。
- 加速度计：用于测量物体的加速度和振动。
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湿度传感器：
- 电阻式湿度传感器：适用于高湿度环境。
- 电容式湿度传感器：适用于低湿度环境。
- 光学湿度传感器：适用于精确湿度测量。
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位置传感器：
- 编码器：用于测量旋转或直线位移。
- 磁栅传感器：适用于高精度位置检测。
- 光栅传感器：适用于大行程位置检测。
计算机过程控制系统的维护方法包括哪些
计算机过程控制系统的维护方法主要包括以下几个方面：
硬件维护
- 电源检查：定期检查DCS控制系统电源，包括冗余电源系统和UPS电源，确保电池定期放电充电。
- 网络和接线检查：检查网络接头和各连接线是否牢固，控制柜内的接线端子是否可靠。
- 风扇和散热检查：确保系统风扇正常工作，风道无阻塞，定期清理控制柜和设备表面的灰尘。
- 模块和单元检查：定期检查控制单元、I/O模块、其他模块等工作状态是否正常。
- 接地检查：确保接地牢固，测试接地电阻是否符合要求。
- 硬件备份：对易损、使用周期短的部件和关键部件如键盘鼠标、I/O模块、电源、通讯卡等做好备份。
软件维护
- 软件更新：定期检查和更新DCS系统中的软件，包括操作系统、编程软件、数据库等，确保版本和补丁最新。
- 组态软件备份：养成定期备份组态软件的习惯，避免软件故障导致数据丢失。
- 软件修改管理：对软件修改进行严格管理，确保修改前备份，修改后验证，并记录修改内容。
环境维护
- 温度和湿度控制：保持DCS控制室在合适的温度和湿度范围内，定期检查工作环境和通风状况。
- 清洁和防尘：定期对操作员站、DPU站和控制柜进行清洁，防止灰尘积聚。
- 环境监控：设置温度、湿度、灰尘度等环境监控系统，及时发现并处理异常情况。
安全维护
- 病毒防护：在DCS控制系统和其他系统的接口处加装病毒防火墙，并及时更新病毒库。
- 操作系统补丁：及时更新操作系统的补丁，提高系统的防护性。
- 权限管理：对系统操作权限进行严格管理，确保只有授权人员可以进行组态修改和系统维护。
记录管理
- 维护记录：对DCS控制系统所有的修改，包括组态软件、系统软件和文件属性等，都应有详细的文字记录。
- 备份管理：定期对系统软件、工程软件和数据进行备份，确保数据的安全性和可恢复性。
故障处理
- 故障记录：详细记录故障现象、发生时间、处理过程和结果，便于后续分析和改进。
- 故障排查：通过系统诊断、状态指示灯、自诊断画面等手段，快速定位故障原因并进行处理。
- 预防性维护：根据故障记录和系统运行状态，制定预防性维护计划，及时检测和更换不良元器件，消除隐患。