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Unit7过程控制系统
1、过程
图7.1的过程框代表了在装备中和被装备执行的一切东西，在这个装备中变量是可以被控制的。这个过程包括了除了控制器和末级控制单元外影响被控量或过程量的一切东西。
2、测量变送器
测量变送器或传感器感知被控量的数值并将它转化为可用的信号。虽然测量变送器被认为是一个方块，但它常常由初级检测元件和信号变送器（或信号转换器）组成。术语测量变送器是一个包括了各种类型信号的通用术语。在具体情形中，测量这个词会被被测信号的名字代替（例如，温度变送器，流量变送器，压力变送器等等）。
信号变送器收到初级元件的输出并产生电流信号。例如，热电偶将温度转变为毫伏信号，并且热电偶变送器将毫伏信号转化为4~20mA的电流信号。电阻元件将温度转化为电阻值，并且电阻变送器将电阻值转化为电流信号。其他初级元件也是用类似方法处理的。
3、控制器
控制器包括了误差检测器和执行控制模式的元件。误差检测器计算被控量的测量值和期望值（或设定值）的差别。这个差别称作误差并且依据下面的等式来计算：
误差=理想值—实际测量 或E=SP-Cm
控制模式将误差转化为趋向于减少这个误差的控制行为或控制器输出。
三个最普通的控制模式是比例模型（P），积分模型（I）和微分模型(D)。在本章中，你只需知道三个模型的名字并且对它们如何工作有一个直观的理解。下面的讨论将展现出表明被构成的控制动作的类型的模型的名字。
比例模型是三个模型中最简单的。它产生与误差成比例的控制动作。如果误差小，比例模型产生小的控制动作；如果误差大，比例模型产生大的控制动作。比例模型通过简单地用增益常量K乘以误差来实现。
只要误差存在，积分模型就产生控制动作来继续增加它的校正量。如果误差小，积分模型增加校正量就慢；如果误差大，积分模型就很快地增加校正量。事实上，校正量增加的速率是正比于误差信号的。从数学上来说，积分控制动作是通过构造误差信号的积分来实现的。
微分模型（D）产生与误差变化的速率成比例的控制动作。例如，如果误差增加得快，不久将有一个较大的误差。微分模型试图通过产生一个正比于误差变化快慢的纠正动作来阻止这个可能的误差。微分模型试图预测一个较大的误差并用一个基于误差变化快慢的纠正动作来阻止它。从数学上讲，微分控制动作时通过构造误差信号的微分实现的。
比例模型可以单独使用，也可以与另外两个模型中的一个或两个结合起来使用。积分模型能够单独使用，但是它几乎从来不这样使用。微分模型不能单独使用。因此控制模型的组合通常是P，PI，PD，PID。
4、操作元件
操作元件利用控制器输出来调节被控变量并且它常常由两部分组成。第一部分叫做致动器而第二部分叫做末级控制单元。调节器将控制器输出转化为在末级控制单元之上的动作，并且这个末级控制单元直接改变被操作量的值。阀、阻尼器、电扇、水泵和加热元件都是操作元件的例子。在家庭加热系统中控制燃料流量的阀是操作元件的另一个例子。
在过程中，气动控制阀常被用作操纵元件。调节器由紧靠着弹簧的由空气加载的膜片组成。举个例子说，当膜片上的气压3帕上升到5帕时，阀杆将从开变为闭（气关）或者从闭变为开（气开）。
5、过程控制
在过程中，过程控制包括了变量的调节。在这一方面，过程是材料和通过改变能量、物理性质、化学性质来产生预期结果的设备的任意组合。在持续时间内，一个连续过程产生不间断的产品流。相对而言，一个批量过程有一个间断的、周期性的产品流。这样的过程的例子包括了牛奶场、炼油厂、化肥厂、食品厂、糖厂、电厂和家用加热系统。在过程中最普遍的被控量是温度、压力、流速和液位。其他的包括密度、粘度、成分、颜色、传导率、PH值和硬度。大部分过程控制系统保持恒定的过程控制条件，因此是恒定系统。
过程控制系统可以是开环的或者闭环的，但闭环系统更常见。过程控制行业已经为闭环控制系统开发出标准的、灵活的过程控制器。过去几年，这些控制器已经从气动模拟控制器发展到电子模拟控制器，再到基于微处理器的数字控制器。在进化中的驱动力已经在微处理器的能力和通用性中增强。
大部分过程控制器享有许多共同的特征。它们显示设定值、过程变量和用模拟格式或数字格式的控制器输出它们允许操作员调整设定值并在自动和手动控制间转换。当选择手动控制时，它们允许操作员调整控制器输出来改变开环控制模式中的操作变量。它们允许操作员来调整控制模式的设定来调节控制器得到最优响应。许多控制器也通过外部信号提供设定值的远程设置，例如另一个控制器的输出，一个本地或远程设置。
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