1.2 过程控制系统的组成及分类

根据被控制的过程变量不同，在生产过程中有各种各样的过程控制系统，图1-1所示为几个简单的过程控制系统。

在这些控制系统中，对生产设备都有一个需要进行控制的过程变量，如温度、压力和液位等，这些需要进行控制的过程变量，也被称为被控变量。在系统工作时，被控变量常常偏离其所要求的理想值，被控变量偏离设定值的原因是由于过程生产中存在干扰，如蒸汽压力、泵的转速、进料量的变化等，为了使这些被控变量与其设定值保持一致，需要用一种控制器将被控变量的测量值与设定值进行比较，得出偏差信号，并按某种预定的控制规律进行运算，给出控制信号，进而改变某些变量，使得被控变量与其设定值相等。过程控制中用于调节的变量，如给水量，被称为操作变量，在系统中，用于测量变换和传送被控变量信号的仪表称为检测变送仪表，如对水箱液位的测量可以采用差压变送器或超声波传感器等检测变送器，用于实施控制命令的设备称为执行器，如阀门，图1-2所示为典型的过程控制系统结构框图。

由此可见，典型的过程控制系统一般由被控过程、检测变送仪表、执行器和控制器等环节组成，其组成框图如图1-3所示。

1.2.1 被控过程

被控过程，也称被控对象，是指被控制的生产设备和装置。工业生产中的各种反应器、换热器、泵塔器和压缩机及各种容器储槽都是常见的被控对象，甚至一段管道也可以是一个被控对象。在复杂的生产设备中，经常有多个变量需要控制。例如，锅炉系统中的液位、压力和温度等均可作为被控参数，又如反应塔下桶中的液位进出流量和某一层塔板的温度等也可作为被控参数，这时一个装置中就存在多个被控对象和多个控制系统了。对这样的复杂系统，被控对象就不一定是生产设备的整个装置，而只有该装置中的某个与控制有关的部分才是该控制系统的被控对象。

1.2.2 检测变送仪表

检测变送仪表一般是由测量元件和变送单元组成的，其作用是测量被控变量，并按一定算法将其转换为标准信号输出，作为测量值。例如，用热电阻和热电偶测量温度，并将其测量信号通过变送器转换为统一的标准电流信号或电压信号。

1.2.3 执行器

在过程控制系统中常用的执行器有电动调节阀和气动调节阀等，执行器接收控制器送来的控制信号，直接改变操作变量，操作变量是被控对象的一个输入变量，通过操作这个变量进而克服扰动对被控变量的影响。在过程控制系统中，往往把被控对象、检测变送仪表和执行器三部分串联在一起，统称为广义被控对象。

1.2.4 控制器

控制器也称调节器，它将被控变量的测量值与设定值进行比较，得出偏差信号，并按某种预定的控制规律进行运算，给出控制信号去操纵执行器。

1.2.5 报警保护和连锁等其他部件

在过程控制系统中，为防止控制系统本身某些部件故障或其他原因引起控制失常，通常还要采用必要的报警及保护装置。对于正常的开停车及为了避免事故的扩大，系统还需要设置必要的连锁逻辑及部件。

总之，典型的过程控制系统各组成部分及功能如图1-4所示。