基于CS4000实验装置的液位控制系统设计(2)
参 考 文 献 35
1 绪论
过程控制[1] [2]是自动化专业研究的一个重要方向，而液位控制是过程控制系统中最常见的控制类型。液位测量与控制是工业生产、交通运输、城市供水与排水等系统必不可少的功能装置。通常液位需要文持合适的高度，太满容易溢出造成事故，过少则无法满足需求[3]。因此，需要设计合适的控制器自动调整蓄液池的进出流量，使得蓄液池内液位保持正常水平，以保证产品的质量和生产效益。
1.1 过程控制的发展概况
生产过程自动化的发展，大体可以分为三个阶段：
(1) 仪表自动化阶段
20世纪40年代前后，生产过程自动化主要是凭生产实际经验，局限于一般的控制元件及机电式控制仪表，采用比较笨重的基地式仪表，实现生产设备就地分散的局部自动控制。过程控制的对象主要是温度、压力、流量、成分几个热工参数的定值控制，以保证生产过程的稳定运行。
20世纪50年代至60年代，先后出现了电动与气动单元组合和巡回检测装置，采用了集中监控与集中操控的控制系统，实现了工厂仪表化和局部自动化。此时过程控制的理论仍采用以频率法和根轨迹法为主体的经验控制理论，主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题，各控制系统间互不关联或关联甚少，只是控制的品质有较大的提高[4]。
(2) 计算机控制阶段
20世纪70年代至80年代，由于集成电路和计算机技术的飞速进展，为过程控制的发展创造了条件，开始采用计算机直接数字控制（DDC）与计算机监控（SCC）系统。为了满足工业生产的监控集中、危险分散的要求，70年代中期，集散控制系统（DCS）开发问世了。它一经出现就受到了工业控制界的青睐，实现了过程控制最优化和生产调度与经营管理自动化相结合的集散控制系统，使生产过程自动化的发展达到了一个新的水平。由原来分散的机组或车间控制，向全车间、全厂和整个企业的综合自动化方向发展。在过程控制理论方面，除了仍然采用经典理论以解决实际生产过程中遇到的问题外，现代控制理论开始得到应用，最优控制、推理控制、预测控制、自适应控制等控制方法得到了比较迅速的发展，控制系统由单变量系统转向多变量系统，以解决实际生产过程中遇到的更为复杂的问题[4]。
(3) 综合自动化阶段
20世纪90年代开始，过程控制进入了综合自动化阶段。综合自动化系统就是包括生产计划和调度、操作优化、基层控制和先进控制等内容的递阶控制系统，也称管理控制一体化的系统。这类系统是靠计算机及其网络来实现的，因此也称为计算机集成过程系统（CIPS）。自动控制理论、技术、设备等方面的新成就，又保证了现代工业生产在安全而稳定的情况下高速、高产、高质的运行，可以充分地发挥和利用设备的潜力，大大地提高了生产率，获得最大的社会与经济效益。
最后应当指出，虽有这样丰富而先进的现代控制理论，但实际行之有效的控制方法太少，不能适应生产过程不断提出的更高级、更严格的要求。随着神经网络的研究应用，人工智能专家系统日推广运用，模糊控制的逐渐兴起，在不远的将来可能形成简单、实用、控制品质高的各种控制网络与控制方法，将现代控制理论工程化和实际化，使过程控制达到更完善的地步。
1.2 过程控制的相关技术
过程控制通常是指石油、化工、冶金、机械、电力、轻工、纺织、建材、原子能等工业部门生产过程的自动化。与其他的自动控制系统相比，过程控制的特点大致可以归纳如下：系统由过程检测控制仪表组成，被控过程的多样性、控制方案的多样性，控制过程多属慢过程，而且多半属参量控制，定值控制是过程控制的一种主要控制形式[5]。
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