1、数字控制入门与概述

数字控制入门与概述

1. 过程控制概述：历史视角

近几十年来，有两个主要因素激发了人们对数字控制的兴趣：
- 过程控制 ：大型工厂高效运行的需求促使计算机技术不断进步。计算机成本降低、体积减小、可靠性提高且处理能力增强，因此人与机器界面（HMI）与计算机的结合变得至关重要。
- 传统发电厂示例 ：以传统发电厂为例（如图1.1所示），在正向回路中，燃油泵将燃料注入锅炉，水在水鼓中加热转化为蒸汽。锅炉产生的蒸汽通过主蒸汽管，由主节流阀控制进入高压涡轮。高压涡轮的轴连接到同步发电机，通过电压控制产生标称电压和兆瓦（MW）功率，并与调度中心的指令进行比较。同时，也可通过低压涡轮实现发电。在反馈回路中，蒸汽被抽出并送入主冷凝器，水再由主给水泵送回锅炉。

整个系统由多个子系统组成，包括锅炉、给水系统、高压和/或低压涡轮以及发电机。每个子系统都有期望的设定点或参考水平，例如：
- 蒸汽鼓压力和水位
- 主给水泵出口压力
- 发电机同步转速（对于两极凸极同步发电机，电压信号频率为60Hz时，转速为3600rpm）
- 同步发电机电压、兆瓦功率、兆伏安无功（MVAR）输出及相关兆伏安（MVA）

设定点通常基于经济因素（正常运行）、安全因素（停机）以及发电机恢复到标称电压和负载所需时间等进行计算。中央计算机通常每隔几分钟（或根据工厂动态速度更频繁）重新计算这些设定点。随着电子技术和监控与数据采集（SCADA）方法的进步，中央计算机现在可以每隔几秒更频繁地计算这些设定点（如图1.2所示）。计算机生成的设定点可以且经常被系统操作员覆盖，这就形成了所谓的“网络实验室”系统