工业自动化控制系统控制原理

工业生产过程的控制系统有各种不同类型，例如简单控制系统、复杂控制系统等，每个控制系统都包括被控变量、操纵变量和相应的控制规律。被控变量是需要控制的过程变量，例如换热器出口温度、泵出口压力等。要使被控变量与期望的设定值保持一致，就需要一种控制手段，例如蒸汽流量、泵的旁路流量等等。被控变量偏离设定值的原因是生产过程中存在干扰，例如蒸汽压力的波动、泵转速的变化等，通常，把用于调节的变量称为操纵变量。

一个简单控制系统由检测元件和变送器、控制器、执行器和被控对象组成。

检测元件和变送器用于检测被控变量，将检测信号转换为标准信号，例如热电阻将温度变化转换为电阻变化，温度变送器将电阻信号转换为标准的气压或电流、电压信号。

控制器将检测变送环节输出的标准信号与设定值信号进行比较，获得偏差信号，按一定控制规律对偏差信号进行运算，运算输出送执行器，控制器可用模拟仪表实现，也可以用微处理器组成的数字控制器实现，例如DCS和FCS中采用的PID控制功能模块等。

执行器处于控制环路的终位置，因此也称为终元件，执行器用于接收控制器的输出信号，并控制操纵变量变化。在大多数工业生产过程控制的应用中，执行器采用调节阀。近年来，随着变调速技术的应用，一些控制系统以及采用变频器和相应的电动机等设备组成执行器。

生产过程的负荷变化或者操作条件改变时，通过检测元件和变送器的检测和变送，将过程的被控变量送控制器，经控制规律运算后的输出送执行器，改变过程中相应的流体流量，使被控变量和设定值保持一致。可见，检测元件和变送器的作用类似于人的眼睛，控制器的作用类似于人的大脑，执行器的作用类似于人的手脚。一个控制系统的质量受到组成控制系统各组成部件的影响，主要取决于控制系统组成部件中薄弱环节的影响。