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过程控制系统在石油、化工、冶金、航天、电力、纺织、印刷、医药、食品等众多工业领域具有广泛的应用，如水库液位控制、谷氨酸发酵控制、油田石油采集控制和电厂锅炉温度、压力控制等。几类典型的工业过程控制系统如下。
锅炉是电力、冶金、石油化工等工业部门不可缺少的动力设备，其产品是蒸汽。例如，发电厂从锅炉汽鼓（汽包）中出来的饱和蒸汽经过过热器继续加热成为过热蒸汽，其原理图如图1-17所示。
图1-17 发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统原理图
过热蒸汽的温度是火力发电厂（含其他厂矿企业的余热发电）生产工艺的重要参数。过热蒸汽温度控制是保证汽轮机组（发电设备）正常运行的一个重要条件。通常过热蒸汽的温度应达到460℃左右才能去推动汽轮机做功。每种锅炉与汽轮机组都有一个规定的运行温度，在这个温度下运行，机组的效率才最高。如果过热蒸汽的温度过高，会使汽轮机的寿命大大缩短；如果温度过低，当过热蒸汽带动汽轮机做功时，会使部分过热蒸汽变成小水滴，小水滴会冲击汽轮机叶片，进而造成生产事故，所以必须对过热蒸汽的温度进行控制。通常在图1-18（a）所示的过热器之前或中间部分串接一个减温器，通过控制减温水流量的大小来控制过热蒸汽的温度，所以设计出如图1-18（a）所示的温度控制系统。本系统采用DDZ-Ⅲ型电动单元组合仪表。系统中过热蒸汽温度采用热电阻温度计1来测量，并经温度变送器2将测量信号送至调节器3的输入端，与过热蒸汽温度的给定值进行比较得到其偏差，调节器按此输人偏差以某种控制规律进行运算后输出控制信号，以控制调节阀4的开度，从而改变减温水流量的大小，进而达到控制过热蒸汽温度的目的，图1-18（b）为该系统的框图。
图1-18 过热蒸汽温度控制系统
1—热电阻；2—温度变送器；3—温度调节器；4—调节阀
锅炉的汽包水位是另一个重要的被控参数，若调整不当，将造成生产事故：若锅炉汽包水位高于正常运行水位，则会使锅炉蒸汽严重带水，从而发生水冲击，损坏管道和汽轮机组；若锅炉水位低于正常水位，则会使蒸汽温度急剧上升，从而发生过热爆管。蒸汽锅炉的液位控制系统是过程控制系统的一个典型例子（见图1-19）。当产生蒸汽的耗水量与锅炉进水量相等时，液位会保持在给定的正常标准值。蒸汽量的增加或减少会引起液位的下降或上升。差压传感器将液、汽间的压差（代表实际液位）与给定压差（代表给定液位）比较，得到两者的差值，称为偏差（代表实际液位与给定液位之差）。控制器根据偏差值按照指定规律发出相应信号，控制调节阀的阀门，使液位恢复到给定的标准位置，从而实现对液位的自动控制。
图1-19 蒸汽锅炉的液位控制系统原理图
转炉是炼钢工业生产过程中的一种重要设备，将熔融的铁水装入转炉后，可以通过氧枪供给转炉一定的氧气量，在氧气的作用下，铁水中的碳逐渐氧化燃烧，从而使铁水中的含碳量不断地降低，控制吹氧量和吹氧时间就可以控制冶炼钢水的含碳量，于是就可以获得不同品种的钢，为了冶炼各种不同品种的钢材，设计了如图1-20（a）所示的转炉供氧量控制系统。
图1-20 转炉供氧量控制系统
本系统采用DDZ-Ⅲ型仪表，采用节流装置1来测量氧气流量，并送至流量变送器2，再经开方器3后作为流量调节器4的测量值，其测量值与供氧量的给定值进行比较得到偏差，调节器按此偏差输入信号以PID某种控制规律进行运算并输出控制信号去控制调节阀5的开度，从而改变供氧量的大小，以满足生产工艺要求。图1-20（b）为供氧量控制系统框图。
在图1-20（b）中每个框表示组成该系统的一个（设备或装置）环节，两个框之间的一条带有箭头的连线表示其相互关系和信号传递方向，但是不表示方框之间的物料联系。在该图中的温度测量元件、变送器、调节器和调节阀等各环节是单向作用的，即环节的输入信号会影响输出信号，但是输出信号不会反过来去影响输入信号。应该指出，在过程控制中，调节阀控制的介质流量可以是输入过程的，也可以是从过程输出的。如果被控的物料是流入过程的，则正好与框图中的箭头方向一致；如果被控物料是从过程输出的，则图中信号的传递方向与物料的流动方向就不一致了。
在图1-20（b）中的过程（又称对象）方框指某些被控制的装置或设备，在本例中表示测量温度的热电阻温度计到调节阀之间的管道设备，即包括过热器、减温器及到调节阀前的一段管道 y （ t ）表示过热蒸汽的温度，是过热蒸汽温度控制系统的被控参数，是过程的输出信号。在本例中进入过热器的烟道气温度的高低及环境温度的变化（如刮风、降温）情况都是会引起被控参数波动的外来因素，称其为扰动作用，可用 f （ t ）表示，它是过程的输入信号。减温水流量的改变是由于调节阀动作（开度改变）所致，它也是影响过热蒸汽温度变化的因素，是调节阀的输出信号，也是过程的输入信号，可用 q （ t ）表示，称其为操作变量，也称控制参数，最终实现控制作用。调节器的输出 u （ t ）称为控制作用，它是调节阀的输入信号。测量变送器的作用是把被控变量 y （ t ）成比例地转换为测量信号 z （ t ），它是调节器的输入信号。
应当指出，调节器是根据 y （ t ）测量值的变化与给定值 x （ t ）进行比较得出的偏差值对被控过程进行控制的。过程的输出信号，即温度控制系统的输出通过温度测量元件与变送器的作用，将输出信号反馈到输入端，构成一个闭环控制回路，称为闭环控制系统。
在生产过程中，由于扰动不断产生，控制作用也在不断地进行。若因扰动（如冬天刮风降温）使过热蒸汽的温度下降时，测量元件（如热电阻温度计）将温度的变化值测量出来，经变送器送至调节器的输入端，并将其与给定值进行比较得到偏差，调节器按此偏差并以某种控制规律发出控制信号。去关小调节阀的开度，使减温水减小，从而使过热蒸汽的温度逐渐升高，并趋向于给定值，反之亦然。
以上介绍的是由模拟仪表构成的过程控制系统。如果由计算机代替模拟调节器，就构成了计算机过程控制系统，见图1-21。控制系统中引入微型计算机，则可以充分利用其具有的计算速度快、运算精度高、存储信息容量大、逻辑判断功能强、灵活通用等特点，同时运用微处理器提供的各种指令。设计生产工艺要求的控制程序、管理程序与微处理执行程序，就能实现对生产过程的控制和管理（如打印、显示等）。在仪表过程控制系统中控制规律是由硬件来实现的，而在微机过程控制系统中改变控制规律，只要改变程序就可以实现了，非常灵活方便。
在计算机过程控制系统中，计算机的输入与输出信号均是数字信号，所以系统中设有将模拟信号转换为数字信号的A/D转换器，以及将数字信号转换为模拟信号的D/A转换器。在图1-21中，如果把计算机看作一台仪表，则该系统仍由过程检测控制仪表和被控过程两部分组成。
图1-21 计算机过程控制系统
发酵过程是借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来繁殖微生物菌体本身或制备直接代谢产物及次级代谢产物的过程。通过发酵过程可以产生出许多人类通过其他途径无法获得或很难获得的合成物质。发酵过程控制技术则是运用相关技术手段来控制温度、pH值等相关环境参数以改善生物反应过程的，它对于整个发酵过程的实验或生产至关重要。近年来随着微电子技术、检测技术、自动控制技术和计算机技术的蓬勃发展，微生物发酵过程控制也将向自动化、数字化、智能化方面发展。
如图1-22所示为味精生产线上谷氨酸的发酵过程控制系统，在发酵过程中，氧、温度、pH值等的调节和控制如下：①氧。谷氨酸产生菌是好氧菌，通风和搅拌不仅会影响菌种对氮源和碳源的利用率，而且会影响发酵周期和谷氨酸的合成量。尤其是在发酵后期，加大通气量有利于谷氨酸的合成。②温度。菌种生长的最适温度为30～32℃。当菌体生长到稳定期后，适当提高温度有利于产酸，因此，在发酵后期，可将温度提高到34～37℃。③pH值。谷氨酸产生菌发酵的最适 pH值在7.0～8.0。但在发酵过程中，随着营养物质的利用和代谢产物的积累，培养液的pH值会不断变化。例如，随着氮源的利用，放出氨，pH值会上升；当糖被利用生成有机酸时，pH值会下降。如图1-22所示谷氨酸的发酵过程控制系统，首先将糖液由泵打到谷氨酸发酵罐，不断搅拌，利用冷水使罐内的温度保持在32℃，利用液氨控制pH值。在发酵过程中需要提供空气，补充30%的糖，经过37小时的周期后，完成发酵。在这一过程中，发酵罐中的温度、pH值、罐内的压力及空气的流量需要进行控制。
图1-22 谷氨酸的发酵过程控制系统
谷氨酸发酵生产是谷氨酸产生菌在其生命活动过程中分解、代谢营养物质，合成所需产物、谷氨酸的生化过程。谷氨酸产生菌既是谷氨酸发酵反应过程的主体，也是反应过程的生物催化剂。在这个过程中，影响谷氨酸产生菌生长、繁殖、代谢及合成产物的因素有很多，通过人工干预有目的地控制这些因素，最终使其满足谷氨酸菌种的代谢合成需要，进而达到增加产物、降低消耗的目的。