过程控制技术的发展历史

过程控制技术已由分离设备向共享设备发展、自动化技术由模拟仪表向智能化仪表发展、计算机网络技术向现场扩展时，过程控制技术经了5个发展阶段，即人工控制阶段；模拟仪表控制系统（20世纪50年代开始）；计算机集中监督控制系统阶段（20世纪60年代开始）；分散控制系统（DCS）阶段；（20世纪70年代开始）；现场总线控制系统（FCS）阶段（20世纪90年代开始）。1、第一代为基地式气动仪表控制系统；该气压信号仅在本仪表内起作用，一般不能传送给别的仪表或系统,即各测控点只能成密封状态，无法与外界沟通信息，操作员只能通过生产现场的巡视，了解生产过程的状况，处于人工控制阶段。2、第二代为电动单元组合式模拟仪表控制系统；随着生产规模的扩大，操作员需要综合掌握多点的运行参数与信息，需要同时按多点的信息实行操作控制，于是出现了气动、电动系列的单元组合式仪表，出现了集中控制室。生产现场各处的参数通过统一的模拟信号，即：0.02~0.1MPa的气压信号，0~10mA或4~20mA的直流电流信号，1~5V直流电压信号等，送往集中控制室。电动单元组合式模拟仪表控制系统处理随着时间的变化而连续变化的控制信号，形成闭环控制系统，但控制性能只能实现单参数的PID调节和简单的串级、前馈控制，无法实现复杂的控制形式，三大控制论的确立，奠定了现代控制的基础，集中控制室的设立及控制功能分离的模式一直沿用至今。3、第三代为集中式数字控制系统；是自动控制领域的一次革命，由于模拟信号的传递需要一对一的物理连接，信号变化缓慢，提高计算速度与精度的开销、难度都很大，信号传输的抗干扰能力也较差，于是便开始寻求用数字信号取代模拟信号，出现了直接数字控制（DDC），即用一台计算机取代控制室的几乎所有仪表盘，出现了集中式数字控制系统；它充分发挥了计算机的特长，是一种多目的、多任务的控制系统。计算机通过A/D或D/A通道控制生产过程，不但能实现简单的PID控制，还能实现复杂的控制运算，如最优控制、自适应控制等。4、第四代为集散式控制系统（DCS）；（DistributedControlSystem）是目前普遍使用的一种控制结构，是4C技术即：1）计算机（Computer）技术；2）控制（Control）技术；3）通信（Communica-tion）技术；4）CRT显示技术；相结合的产物，集中了连续控制、批量控制、逻辑顺序控制、数据采集等功能。它的特点是整个控制系统不再是只具有一台计算机，而是由几台计算机和一些智能仪表、智能部件构成，这样就具有了分散控制、集中操作、综合管理和分而自治的功能；并且设备之间的信号传递也不仅仅依赖于4~20mA的模拟信号，而逐步地以数字信号来取代模拟信号。集散控制系统的优点是系统安全可靠、通用灵活、具备最优控制性能和综合管理能力，为工业过程的计算机控制开创了新方法。5、第五代为现场总线控制系统（FCS）（FieldbusControlSystem）是继DCS之后又一种全新的控制体系发展，是一次质的飞跃。1983年霍尼韦尔（Honeywell）公司推出了智能化仪表——Smar变送器，这些带有微处理芯片的仪表除了在原有模拟仪表的基础上增加了复杂的计算功能之外，还在输出的4~20mA直流信号上叠加了数字信号，使现场与控制室之间的连接由模拟信号过渡到了数字信号，为现场总线的出现奠定了基础。现场总线控制系统把“分散控制”发展到“现场控制”，数据的传输方式从“点到点”到“总线”，从而建立了过程控制系统中的大系统概念，大大推进了控制系统的发展。