發布時間：2022-05-22 09:34:45
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇過程控制系統論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
摘要：設計了一套鋼包精煉爐過程控制系統，介紹了過程控制系統的技術方案和實現的功能。系統功能包括生產數據的管理、生產過程監控、報表打印、模型計算和數據通信等，以標準化流程指導生產，改善產品質量，降低生產成本。
【關鍵詞】 過程控制 鋼包爐精煉
一、引言
鋼包爐精煉（LF）是優化煉鋼生產的一項重要工藝技術，它不僅僅能夠調控產品質量，還可以優化工藝和產品結構、開發高附加值產品、節能降耗、降低生產成本、增加效益，調節生產節奏，保證生產穩定進行。通過鋼包爐精煉過程控制系統包括生產標準數據管理、生產過程監控、模型計算、生產信息收集等人C界面（HMI）、外部通訊管理。
二、過程控制系統的軟件架構
本軟件系統使用.NET4.0框架。開發工具選用Visual Studio 2012，后臺程序和前臺畫面都采用Microsoft Visual C#.NET高級語言開發，數據庫可以通過配置可以支持目前市場上流行的通用大型數據庫，如 ORACEL 和SQL SERVER等。 系統采用C/S架構，分為表現層、邏輯處理層、數據訪問層。表現層（人機界面系統）：系統的操作界面采WPF技術，并應用了MVVM設計模式，把程序的業務與展現邏輯從用戶界面干凈地分離開，保持程序邏輯與界面分離能夠幫助解決很多開發以及設計問題，能夠程序能更容易的測試，維護與升級。邏輯處理層（系統邏輯處理系統）：系統根據過程控制的不同功能，分為多個功能模塊比如數據通訊模塊、數據采集模塊、物料跟蹤模塊、模型計算模塊等，降低不同模塊間的耦合性，使得系統功能的擴展、開發和調試等到大大提高，提高了系統的靈活性。數據訪問層（數據處理訪問系統）：數據訪問層框架采用ORM框架中的NHibernate，Nhibernate從數據庫底層來持久化.Net對象到關系型數據庫，大量減少開發時人工使用SQL對處理數據的時間。
三、過程控制系統實現的功能
鋼包爐精煉過程控制系統應包括以下功能：
1、與外部計算機系統的通訊。過程控制系統與下列系統之間網絡連接介質用工業以太網，通訊協議采用TCP/IP協議Socket方式交換數據。與上級生產管理系統（3級）計算機之間通訊數據內容包括：生產計劃數據、原料數據、檢化驗數據、生產狀態信息、生產實績數據。與基礎自動化系統之間通訊，數據交換內容為生產過程數據。
2、生產計劃管理。此功能模塊為鋼包爐精煉生產工序起始端。主要顯示3級系統下發的精煉計劃，由操作工選擇該計劃進入合適的工位進行生產，并監視當前工位的生產狀態。
3、生產原料管理。此功能模塊管理鋼包爐生產中用到的物料種類及各種屬性信息。
4、檢化驗數據管理。此功能模塊可以根據爐次號或者精煉生產順序號查詢該爐次的檢化驗實績以及自動匹配該爐次計劃鋼種中的成分上下限數據與檢測數據進行對比來指導生產。
5、生產過程監控。此功能模塊主要顯示工位當前的實時數據信息。數據包括：生產事件信息、測溫信息、加料信息、通電信息、化驗數據等，并提供鋼種標準查看、手動投料、投料值管理等功能。
6、生產實績管理。此功能模塊主要根據不同的查詢條件如時間、班次、班別、爐次號、計劃號、制造命令號等查詢爐次生產實績數據，并提供報表打印功能。
8、模型優化管理。模型優化管理包括二個模型應用：合金加料模型、溫度預測模型。該優化工具可以作為一個獨立的子系統運行，但屬于二級機系統的一部分，計算所需的部分關鍵數據以及計算的結果由二級機系統統一調配。
1）合金加料模型。合金優化配料模型的功能為：根據當前鋼水中元素實際含量，當前可用的合金料，考慮一定約束條件，采用單純形法解決線性優化問題，計算出達到鋼水目標要求的化學元素含量所要加入的合金料重量。計算結果滿足鋼液成分要求和成本控制。
2）溫度預測模型。溫度預測模型采用使用神經元網絡模型預報鋼水溫度，步驟：1.建立神經元網絡模型；2.收集樣本數據；3.離線學習；4.在線應用。該模型的優點是具有自學習功能，因而能夠在不同程度上反應出一些不能被檢測的因素對輸出的影響、使用比較方便。
結論：該系統對鋼包爐精煉實現了信息化的管理，便于三級系統對生產進行系統化的管理與調配，保證數據的準確性；對生產過程進行實時監控與跟蹤，方便生產人員對生產進行管理與監控；對生產過程數據進行系統化的采集與分析，以便對生產過程進行優化；采用了數學模型來計算調節鋼水成分所需要添加的合金重量和預報鋼水溫度曲線，不僅降低了生產成本，而且提高了生產效率和產品質量，從而提高了產品在國際市場中的競爭力。
摘要：所謂過程控制系統是指對生產過程實現自動控制的系統。如緒論中所述，在石油、化工生產過程中，一般包括自動檢測、自動保護、自動操縱和自動調節等方面的內容。自動檢測系統只能完成“了解”生產情況的任務；信號聯鎖保護系統只能在工藝條件下進入某種極限狀態時，采取安全措施，以免發生生產事故，自動操縱系統也只能按照預先規定好的程序進行某種周期性或規律性的操作，只有自動調節系統才能自動地排除各種干擾因素對工藝參數的影響，使它們始終保持在預先規定的數值上，以保證生產維持在正常或最佳的工藝操作狀態。
1 自動調節系統的組成
自動調節系統是在人工調節的基礎上產生和發展起來的，自動調節系統的組成包含三部分：
1.1 測量變送器 測量實際液位高度并將其轉換成統一的標準信號。
1.2 調節器 接收變送器送來的液位信號，與事先設定好的工藝希望的液位值即給定值進行比較得出偏差，然后根據一定的運算規律進行運算，然后將運算得出的調節器命令用統一標準信號發送出去。
1.3 執行器 通常指調節閥，它和普通閥的功能一樣，只不過它能自動地根據調節器送來的調節命令改變閥門的開度。
2 自動調節系統的分類
2.1 定值調節系統 所謂定值調節系統就是給定值是恒定的調節系統。在工藝生產中，如果要求調節系統的被調參數保持在一個生產指標上不變，或者說要求工藝參數的給定值不變，那么就要采用定值調節系統。在定值調節系統中，引起被調參數波動的原因是各種干擾，對于這類調節系統，設計分的重點是在存在干擾的情況下如何將被調參數控制在所希望的給定值上。石油、化工生產中大多數調節系統屬于這種類型。
2.2 隨動調節系統（或稱自動跟蹤系統） 隨動調節系統即給定值不是固定的，是隨時間不斷變化的，而且這種變化不是預先規定好的，即給定值是隨機變化的。隨動調節系統時目的就是使所控制的工藝參數準確而快速地跟隨給定值的變化而變化。比如各種變送器均可看作是一個隨動調節系統，它的輸出應嚴格、及時地隨輸入而變化，再比如后面將要介紹的比值調節系統、串級調節系統中的副回路都是隨動調節系統的一些例子。
2.3 程序控制系統 這類系統的給定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數，即生產指標需按一定的時間程序變化。近年來，隨著微機的廣泛應用，為程序調節系統提供了良好的技術工具與有利條件。
3 自動調節系統的過渡過程
當調節系統受到外界干擾信號或給定值變化信號時，被調參數都會被迫離開原來的平衡狀態而開始變化，只有當調節作用重新找到一個合適的新數值來平衡外界干擾或給定值的變化時，此系統才可處于新的平衡狀態。因此，調節系統的過渡過程實際上是：當調節系統在外界干擾或給定干擾作用下，從一個平衡狀態過渡到另一個新的平衡狀態的過程，它是一個調節系統的調節作用不斷克服干擾影響的過程。
自動調節系統的過渡過程直接表示了調節系統質量的好壞，與生產中的安全及產品產量、質量有著密切的聯系，因此研究過渡過程具有相當重要的意義。
4 自動調節系統的靜態與動態
自動調節系統的過渡過程包括了靜態與動態。把被調參數不隨時間變化的平衡狀態稱為系統的靜態，而把被調參數隨時間變化的不平衡狀態稱為系統的動態。
當一個自動調節系統的給定和外界干擾恒定不變時，整個系統就處于一個相對的平衡狀態，系統的各個組成環節如調節器、調節閥、變送器等都暫不動作，它們的輸出信號都處于相對靜止狀態，這種狀態就是上述的靜態。注意這里所指的靜態與習慣中所講的靜態不同。習慣中所說的靜態都指靜止不動，而在自動化領域中的靜態是指各參數（或信號）的變化率為零。如果一個系統原來處于相對平衡狀態即靜態，由于干擾的作用，破壞了這種平衡。被調參數就會變化，從而使調節器等自動化裝置也就會改變調節作用以克服干擾的影響，并力求使系統恢復平衡狀態。從干擾的發生，經過調節，直到系統重新建立平衡，在這一段時間中整個系統的各個環節和參數都處于變動狀態之中，這種狀態就稱之為動態。
在研究調節系統的過渡過程時，雖然研究其靜態是重要的，但研究其動態更為重要。因為在干擾引起系統變動后，需要知道系統的動態情況，即被調參數是如何運動的，并搞清系統究竟能否建立新的平衡和怎樣去建立平衡，干擾作用總是會不斷產生，調節作用也就不斷地去克服干擾作用的影響，所以自動調節系統總是處在運動狀態之中，而靜態或平衡是暫時的，因此，研究自動調節系統，重點要研究過渡過程的動態。
5 分析自動調節系統常用的干擾形式――階躍干擾
在生產中，出現的干擾是沒有固定形式的，多半屬于隨機性質。在分析和設計自動調節系統時，為了安全和方便，常選擇一些定型的干擾形式，其中最常用的是階躍干擾。
所謂階躍干擾就是在某一瞬間t0，干擾突然的階躍式地加到系統上，并繼續保持在這個幅度上。采用階躍干擾是因為考慮到這種形式的干擾比較突然、比較危險，它對被調參數的影響也最大。如果一個調節系統能夠有效地克服階躍干擾，那么對于其它比較緩和的干擾一定也能很好地克服；同時，這種干擾的形式簡單，容易實現，便于分析、實驗和計算。
摘 要：在選礦廠的磨礦分級過程中，其主要特點就是非線性、時帶性和時變性，同時還具有極為明顯的不確定性等特點，由其特點可以看出此過程是極為復雜的。選礦中磨礦分級過程的控制能力是影響其礦廠中發展收益和資源利用率的主要因素，因此磨礦分級過程也愈來愈受我國學者的關注和研究。本文通過對我國選礦廠磨礦分級過程控制系統進行探討，并對其工作原理進行深入剖析，同時給出了一定解決在選礦廠磨礦分級過程中出現問題的方法，為今后選礦工作人員在運用自動化信息技術進行運行提供有力借鑒。
關鍵詞：選礦廠；磨礦分級過程；控制系統；工作原理
中圖分類號：TP309
選礦廠磨礦分級的問題一直備受各類工程學家的關注和研究，磨礦這一環節是選礦廠在生產過程中的首要任務。由于磨礦所用的設備磨礦機具有容量極大、總體構造極為簡單、生產率高、破損率高、有極好的穩定性等特點。因此被作為選礦廠磨礦分級的首選設備，并同時被廣泛應用于水泥、采礦及陶瓷等各類行業中。
1 磨礦分級過程的現狀及發展趨勢
磨礦分級過程的發展大體上可以分為初級、穩定生產以及最優化生產三個階段。
1.1 初級階段
其初期階段是處于20世紀50年代之前，此階段中選礦廠生產的過程主要依賴于人工操作而非磨礦設備的生產，因此導致了所生產的礦物數量以及礦物質量極為不穩定，況且在不斷發展的過程中礦物的機體性質以及物理特征也不斷變化，這就給磨礦工作人員的手工操作造成了一定的困難，使磨礦分級過程中的難以保證生產指標的按時完成。同時磨礦工作人員的個人工作強度也不斷增加，工作條件也較為惡劣，更在心理和生理上給工作人員造成一定的生產壓力，使得生產量難以趨于穩定狀態。但是隨著社會的不斷發展和信息化技術的逐漸普及，磨礦分級過程中也開始在一些采用相關的儀表以及信息化設備檢測對一些項目進行較測，譬如在磨礦設備的回路中添加了皮帶秤等。這樣一來不但使磨礦的過程逐漸趨于簡單化而且也在一定程度上減少了工作人員的勞動力，使工作人員的工作條件更加優化，同時也很大程度上提高了磨礦分級過程的穩定性以及生產效率。
1.2 穩定生產階段
于穩定生產階段而言，此階段已處于20世紀60年代，這時較多的自動檢測儀表如礦漿PH計、金屬探測儀以及礦漿濃度計等都開始應用于磨礦分級過程中，使該過程實現了自動化生產的目標。在60年代后的幾十年間發展更是迅速，使磨礦分級過程幾乎可以通過對相關一起的數據進行調控來完成，大大提高了生產數量、質量以及生產的穩定性。后來計算機行業隨之出現并被應用于采礦過程中來，磨礦分級過程中所遇到的難以解決的生產問題都交予現代控制技術去處理，這些技術的出先和發展都給磨礦分級過程帶來了發展優勢，使該過程處于極為穩定的控制狀態。目前大多數國家的磨礦分級過程都處于該發展階段。
1.3 最優化生產階段
對于最優化生產階段來說，這一階段出現于10世紀90年代至21世紀初期，磨礦分級過程也隨著控制理論的迅猛發展而實現了最優控制的目標。因為影響采礦的因素較為繁雜，而且所磨礦物的物理及化學性質差異較大，所以各個工作的車間及機組都通過計算機對其性質特點進行記錄然后傳送于統一的管理計算機中，從而完成對該磨礦分級過程的最優制，在南非的一些國家的磨礦分級過程已處于該階段中。對于現今的計算機控制磨礦設備大多為球磨和棒磨，此類設備在我國已經被研究和試用多年，其主要是采用現代控制理論中的自適應控制控以及多變量控制等對球磨和棒磨進行控制，但是由于自磨機的工作原理及機制極為復雜而使專家們難以得到合理的解釋及研究結果，而且進入自磨機的礦石的特征的多樣化也會使自磨機的運作機理隨之變化，這樣一來就使工作人員難以掌握自磨機的作業原理及機制，因此我國的自磨磨礦還處于人工操作的階段。
2 選礦廠在生產過程中存在的問題及其影響因素
2.1 選礦廠在生產過程中易存在的問題
由于在選礦廠磨礦分級的過程中需要人力對磨礦設備進行手動操作，因此磨礦量的多少不但取決于磨礦機的運作，更多的是由操作人員的個人專業水平及工作經驗決定，所以在磨礦過程中如若有存在工作人員責任心不強或者個人操作不熟練等情況，就會使磨礦數量受到一定影響。
與此同時，在磨礦機磨礦的過場中需要水源的供應，但給水量的多少也需要工作人員進行手動調節。由于給水的過程中會受到礦量變化以及供水壓力等因素的影響，從而導致磨礦機中磨球的濃度難以控制在平穩狀態，這時亦會影響到磨礦量的多少，且在給水過程中如若水量失衡較為嚴重的話，還會引起磨礦設備有一定的故障發生。
2.2 影響磨礦分級的因素
磨礦作業會直接對磨礦產品的質量及其過程中的礦物處理能力造成影響，從而影響到生產的整體速率和該礦場的綜合經濟能力以及知名度，因此在磨礦過程中把握好對磨礦機的使用方法及力度是極為關鍵的。在磨礦分級過程中所產生的一系列參數的準確性是直接決定整個礦場的生產質量以及生產效率的主要因素，但是由于在磨礦分級的過程中會存在譬如生產過程較為緩慢、滯后時間過長、磨礦機工作機理太過復雜等問題，且磨礦系統的整體還具有時變性及非線性的特點，所以在選礦廠磨礦分級過程中會產生或多或少的干擾使此過程難度增加。與此同時，在磨礦分級過程中磨礦設備所發出的噪音一般高達100dB，會使工作人員的工作環境過于嘈雜而對工作人員在心理和生理上都造成一定的影響，從而使工作效率有所降低、生產量過少等情況發生。
綜上看來，影響磨礦分級的因素可以分為多個方面。主要影響因素為所磨礦物的自身因素以及磨礦機的自身因素，對于所磨礦物而言，其自身的給料粒度、礦石的耐磨性、礦石粒的大小等都會對磨礦分級過程造成影響；對于磨礦機而言，其自身的規格、大小、襯板形狀、型號等都會對磨礦分級過程造成影響。與此同時，在磨礦工作人員的操作過程中出現的例如磨礦物的形狀以及其填充率、介質的尺寸以及相互之間的配合、介質的材料合成、加棒球的制度、磨礦設備的轉速、所磨礦物的濃度以及料球比等問題也會使磨礦分級過程受到影響。
3 結束語
綜上看來，雖然我國的磨礦分級過程正處于不斷發展不斷進步的局面，但是其間還存在較多的問題及漏洞，而且在相關技術上還需要更進一步的發展和提高，這就需要我國相關的工程家及工作人員不斷研討和創新的磨礦機器及設備，使我國磨礦分級過程更加優化。
作者簡介：李琦（1973.01-），男，內蒙古包頭人，導師，副教授，碩士，研究方向：工業遠程控制；斯琴（1986.06-），女，蒙古族，內蒙古包頭人，本科，研究方向：控制工程。
作者單位：內蒙古科技大學，內蒙古包頭 014010
摘要：“過程控制”是當前工科院校自動化專業開設的一門專業必修課。結合應用型技術本科院校特點，本文分析了我校開設該課程過程中所存在的問題，并對該課程的教學改革的方法和取得的一些成果進行闡述，有利于指導進一步的教學。
關鍵詞：過程控制；教學改革；教學
一、引言
《過程控制系統》是工科院校自動化專業的一門優秀專業課程，課程知識點涵蓋了自動控制理論、自動化儀器儀表、工藝技術、計算機和網絡技術等，是一門具有很強應用性和實踐性的優秀專業課。國內大多數理工科高校的自動化專業都開設了《過程控制系統》這門課程。我校作為技術應用型本科院校，也將“過程控制系統”課程作為我校自動化專業的一門重要專業課，本課程的教學要求學生能夠掌握過程控制系統的基本特點、控制系統組成與基本控制原理；掌握控制系統數學模型及建立方法，掌握計算機集成控制系統、計算機網絡控制系統結構與應用。開設本門課程之前學生已經學過“自動控制原理”、“計算機控制系統”等課程，目前，我們學校自動化專業獲得了上海市試點專業資助建設，為我校自動化專業的特色專業課程建設提供了契機。
二、改進化教學方法
我校一直致力于培養具有扎實理論技術基礎，具有較強技術創新和實踐能力，能在一線生產現場從事工業技術應用、管理與技術服務的高等技術應用型人才，這使得我校的課程教學跟985研究型大學不能完全一樣，需要緊跟辦學仿真改革教學方法。
目前存在的問題：當代大學生多是獨身子女，學習態度一般，特別專業性強的專業課，如果純粹填鴨式理論教育，學生的收獲不多。
針對以上所指問題，《過程控制系統》這門課的教學改革以如何激發并提升學生的學習興趣、提高學生自主學習和創新能力為最終目的。教學改革的方法重點包括改進教學（包括實踐環節）方法、授課方式等，將枯燥的理論與實際工業現場盡量聯系起來，增加實踐設計，包括實驗設置的二次開發，或者購買新的實驗設備，培養學生自主設計控制系統，對所學理論知識的應用能力。
（一）講好緒論課，提高學習興趣
如何在課程之初就吸引學生，提高學生的學習熱情是課程組教研的重點內容之一。在緒論課上，老師首先向學生強調本課程的性質、任務及地位等，同時強調和其他已學課程的關聯性，以及會和哪些后續環節相關聯。同時講述過程控制的歷史發展和研究現狀，重點給學生展示大量的實際工程應用案例以及學生利用課程設計與畢業設計開發的成品和教師在過程控制方面的科研成果。讓學生對這門課充滿期待，找到學習方向，以此來提高學生的學習興趣。
（二）注重實際案例分析，培養學生的工程思維
在每個重要的控制系統講授完成之后，都要講授一個實際機組實例，實例中不但包含模擬量控制，還有相應的信號測量部分和手自動跟蹤部分，同時結合控制邏輯進行講解。同時基于安全考慮，介紹一些報警和連鎖保護知識，這樣，學生除了對知識有了系統認知，也培養了學生的安全意識。
（三）增加知識講座，了解行業發展現狀
希望學院每年都能請一些有工作經驗的校友講一些過程控制現場情況，以及企業對人才需求的方向，使學生更好地了解行業現狀，畢業前應該進行哪些方面的知識儲備。同時也希望請一些過程控制領域內的專家學者進行學術報告，讓學生有機會了解過程控制的前沿研究，關注過程控制的未來發展。
三、改進教學手段
（一）高質量多媒體課件的研發與應用
過程控制課程是一門和實際結合緊密的學科，內容既有控制理論知識，又和工廠運行實際相結合。為了增加直觀性，本課程已采用多媒體授課很多年，但是多以PPT課件為主，板書為輔，形式過于單一。將來希望課題組教師對本門課程的課件進行大力度的研發，多增加一些動畫演示，與多媒體教學結合起來，使得知識點直接明了，授課方式更加生動，學生掌握起來更容易，同時也提高了學生的聽課興致和提升了學生的學習效率。
（二）網上教學平臺的開發和應用
建立網絡交流平臺，可以使師生之間的協作不受時間和空間的限制。老師可以將教學的相關資料上傳到網站上，并在網站上布置作業、網上答疑、討論，學生能及時方便地得到老師和其他同學的解答。
（三）輔助教學軟件的應用
過程控制課程的教學重點是給學生一個“系統”的概念，實際應用的過程控制系統，大多數都是閉環反饋控制系統，主要包括檢測傳感器、控制器，執行器和被控對象等組成。過程控制系統主要是根據控制指標的要求，進行系統建模和控制器設計計算，并對各部件進行選型并整定。在講解過程中，應用Matlab軟件里面的SIMULINK軟件，根據過程對象的數學模型，搭建系統模型，并進行仿真驗算，通過調整控制器參數，觀察系統仿真輸出曲線，直到達到系統要求的目標為止。尤其在控制器動態特性和各種復雜控制系統以及控制系統的整定等知識的講解中，MATLAB仿真實例便于學生比較各種控制方法的優缺點，增強了直觀性，同時也能讓學生學到一種解決問題的方法和手段。
四、強化實踐應用能力
實踐環節包括實驗環節、課程設計和后續的仿真培訓等。
（一）實驗設計
實驗教學是過程控制系統課程教學的重要環節，實驗環節是培養學生獨立設計控制系統能力的重要實訓手段。實驗教學主要以突出學生獨立自主完成系統設計能力的培養，學生為主，授課老師為輔。我校過程控制實驗室設備是浙江天煌教儀研發的，學生可以在實驗臺上進行一些驗證性和自主設計實驗，包括單容液位定值控制系統、液位與進水流量串液級控制系統、鍋爐內膽水溫前饋――反饋控制系統等。另外，新建的PLC和DCS實驗室也可以滿足學生的一些自主設計實驗的需求。
（二）課程設計改革
【摘要】 隨著計算機網絡技術的不斷進步，過程控制系統在加熱爐過程控制系統中的應用日漸廣泛，本系統解決了人為憑經驗控制鋼坯溫度，帶來的加熱質量問題，實現了透明加熱爐。
【關鍵詞】 溫度場模型 加熱爐 開發與應用
一、背景
對于鋼鐵企業來說，如何控制好鋼坯在加熱爐內加熱過程中的表面溫度和芯部溫度是非常重要的，直接影響到后續的加工質量，如軋制工序等。加熱質量是所有質量的源頭，加熱質量不好，如加熱未燒透、加熱不均勻、過燒等，不光會帶來能耗的浪費，過多的燒損，更會直接導致后續軋制時軋制力過大，厚度不穩定，軋制泄壓，麻面等等各種問題。因此，對于鋼鐵企業來說，將溫度場模型融入日常生產管理中是很有必要的。以往生產中，由于各種因素，未采用溫度場指導生產，對鋼坯溫度的監控主要是以L1的爐溫值結合人的現場觀測經驗為主，存在不直觀、工作量大、且效率過低的問題。人的經驗起著決定性作用，有的班加熱質量好，有的班加熱質量不理想，總體加熱質量不穩定。通過溫度場模型的有效引入生產，很好的指導了生產的操作，穩定了加熱質量，從源頭上把控了生產的整體質量。
二、溫度場模型的建立
2.1建立傳熱模型微分方程
導入微元體的總熱流量 + 微元體內熱源的生成熱 = 導出微元體的總熱流量 + 微元體熱力學能（即內能）的增量
三、溫度場模型的應用
1、系統體系結構。加熱爐在線過程控制系統采用C/S體系結構，即控制軟件系統分為前臺和后臺兩個子系統，前臺系統為客戶端系統。后臺系統為服務器端系統，由多個進程組成。前后臺系統之間，后臺系統的不同進程之間，通過數據庫系統進行信息交互。
2、服務器端系統組成。服務器端系統有5個獨立進程組成，鋼坯加熱流程跟蹤系統（簡稱流程跟蹤系統）、鋼坯溫度狀態跟蹤系統（簡稱鋼溫跟蹤系統）、加熱爐爐溫優化設定系統（優化設定系統）、與三級系統通信系統（簡稱三級通信系統）、與軋鋼系統通信系統（簡稱軋鋼通信系統）。1）流程跟蹤系統的基本任務。承擔著加熱爐生產過程工藝流程的跟蹤任務，是過程控制系統的基礎。該系統承上啟下，收集過程信息，組織鋼坯記錄，發送生產指令，為其它子系統提供所需的各類過程服務。2）鋼溫跟蹤系統的基本任務。在其它子系統的支持下，“鋼溫跟蹤系統”使用溫度場模型，跟蹤鋼坯溫度狀態的變化過程。3）優化設定系統的基本任務。在其它子系統的支持下，使用鋼坯速度跟蹤模型和溫度場模型，預判鋼坯燒透時間。同時，通過計算鋼坯預期爐溫的方式，確定當前最佳爐段溫度。4）軋鋼通信系統的基本任務。承擔著整個加熱爐過程控制系統與軋鋼過程控制系統的信息交互任務。該任務由兩部分組成：向軋鋼控制系統發送鋼坯出爐溫度、從軋鋼控制系統讀取鋼坯開軋溫度。5）三級通信系統的基本任務。承擔著整個系統與三級控制系統（又稱MES）的信息交互任務。該任務由兩部分組成：從MES獲取鋼坯計劃信息、向MES發送MES需要的鋼坯加熱過程信息。
3、服務器端子系統設計。在后臺系統中，屬于應用系統范疇的子系統共有5個，分別是：鋼坯加熱流程跟蹤系統、鋼坯溫度狀態跟蹤系統、軋鋼通信系統、三級通信系統。由于每個子系統相對獨立，彼此之間的信息交互均通過數據庫系統實現，因此在設計上，每個子系統作為獨立系統考慮。
四、實現效果
本系統自上線以來，穩定、高效、直觀。提供了很好的人機界面，直觀反映了爐內的鋼坯實時狀況。利用加熱模型、速度模型、結合黑匣子數據及加熱代碼信息將鋼坯所在位置的爐溫轉換為鋼坯實時溫度，計算目標出爐溫度，指導爐溫設定，控制加熱節奏，同時將鋼坯21層出爐溫度發送給軋機二級，幫助軋機二級優化軋機模型。加熱爐過程控制系統的投用，實現了加熱爐的透明，直觀反映了爐況，扭轉了由于鋼坯溫度不可預知而造成的鋼坯“燒不透”，“燒不勻”，“燒過頭”的現象，指導了生產，從源頭保證了鋼板的質量。
摘 要：本文主要介紹京唐1580熱軋生產線的二級過程控制系統，從非控即平臺、數學模型兩方面進行概述。介紹了HDP平臺的運行機制及環境，數學模型方面以模型的架構和相應的數學模型介紹為主。
關鍵詞：熱軋；非控平臺HDP；二級過程控制；數學模型；粗軋
1580熱軋工程是國內自主集成的熱連軋系統，其自動控制系統集成了北科麥斯科（一級總承包）、北京金自天正（二級總承包）、澳大利亞IAS、ABB（傳動）等國內外熱軋領域的優秀單位，經過一年的安裝、調試、冷試、熱試、試生產、生產達產，設備逐漸進入穩定運行期，通過各方人員共同不斷的摸索和優化，產品質量及新品種開發也有顯著的提高，逐步成為京唐熱軋的品種鋼基地。
本文將以介紹該生產線的粗軋自動控制系統的二級過程控制為主，包括粗軋數學模型和軟件平臺的闡述。
1 運行平臺簡介
京唐1580熱軋生產線的粗軋二級過程控制的軟件運行平臺是北京金字天正開發設計的HDP （Happy Develop Platform）平臺，是支持過程控制系統開發的計算機系統開發平臺。
HDP包含一個系統框架hFRAME和一批功能模板hTemplets。系統框架是過程控制系統的基礎框架，它實現了進程與線程管理、共享區管理、報警與公共服務、系統監控維護和模擬測試等過程控制系統的基礎功能，同時為集成系統的其它功能模塊提供了簡明規范的接口。功能模板可以生成與系統框架相適應的功能模塊，利用它們能夠迅速搭建你所需要的系統。
系統框架的程序模塊已經固化，開發新系統時，所有基礎功能均使用系統配置的辦法實現，不需要編制任何程序。系統框架采用統一規范的接口與其它功能模塊進行連接，因而采用HDP平臺開發的過程控制系統的可靠性是有充分保證的。
1.1 系統的運行環境與開發環境 過程控制系統運行在安裝有Windows2000 Server操作系統的PC服務器上，數據中心還需要Oracle數據庫管理系統的支持。HDP的開發環境是VC++、Office以及Oracle Developer。
1.2 HDP系統框架 HDP系統框架hFRAME本質上是一個封裝好的軟件包，其范圍幾乎含蓋整個過程控制系統，只有hPCS中的應用線程模塊appThreads不在其中。系統框架的工具箱只包含系統監控程序Monitor這個基本的工具。
2 粗軋數學模型
概述 粗軋模型軟件通過C++程序語言來實現模型具體功能的編程過程，以及模型程序同平臺應用程序之間的數據交換和結構關系。
2.1 軟件架構 粗軋模型系統以一個獨立進程的方式存在于整個系統平臺中，粗軋模型系統進程同其他應用進程之間的數據交換通過訪問系統統一的共享區來實現，模型進程下創建有預設定線程、設定線程、自學習線程。模型進程的起停由HDP系統平臺統一管理，模型進程下的應用線程同樣由系統平臺的事件來管理。粗軋模型系統的模型參數表，保存在由系統統一創建的模型共享區中。
2.2 模型控制系統 粗軋模型控制系統實現粗軋過程計算機的優秀功能，它的任務是實時計算出粗軋軋制過程所需的各種基準值，和根據軋制中實測的數據自動學習、優化模型參數，并將計算出的基準值保存到數據通訊進程所需要的共享區。
粗軋模型控制系統的主要內容有：操作方式管理；模型預設定；模型重計算；模型自學習。
操作方式管理功能主要是負責處理操作工通過HMI畫面選定的設備功能投用和參數修改，主要有：軋機甩架；除鱗方式改變；側導板控制；軋制策略改變。
模型預設定主要是根據HDP控制邏輯進程觸發時所發送的板坯號信息和PDI對應的板坯參數進行粗軋模型設定，主要有：加熱爐入爐設定；加熱爐出爐設定；加熱爐即將出爐設定；HMI畫面請求的模型再計算。
模型重計算是根據當前軋制道次所采集到的實際生產數據，修正計算剩余道次的軋制規程，除粗軋整個軋制道次的最后道次不進行重計算外，其余道次均根據實測數據進行重計算。
模型自學習是根據所采集到的實際軋制數據和模型設定的基礎數據進行比較，通過自學習的方法對模型參數進行自動修正，主要有：軋制力、溫度等的自學習（此功能在模型重計算中實現）；粗軋寬度自學習；對精軋出口寬度自學習。
操作方式管理：操作方式管理功能，主要是接收處理HMI畫面上操作工所選定的設定功能，將HMI所選定的功能進行處理后傳入模型設定模塊，讓模型按照HMI畫面設定的要求進行功能設定，同時將HMI畫面上所請求的參數輸出到HMI畫面上去。
①甩架功能設定，在HMI畫面上操作工通過模型設定畫面上的機架投用畫面可以點擊設備投用或設備甩架，甩架原則是：平輥甩架必須和立輥聯合一起甩，立輥可以單獨甩架。模型接收到甩架信息將所甩機架置上甩架的標志，模型計算時根據甩架的標志獲取相應的模型參數。如果是立輥、水平輥聯合甩架模型還將根據所甩設備的位置確定新的軋制策略。
a單甩立輥方式：模型依然按照粗軋兩機架的方式進行軋制策略設定和水平輥的規程設定，只是在進行立輥模型設定時，如果該機架立輥道次有甩架標志，立輥道次的輥縫按沒有立輥控制的輥縫進行設定。
b立輥、水平輥聯合甩架：模型根據所甩機架的標志，重新分配粗軋的軋制策略，水平輥和立輥的規程都通過一個機架來設定。
②除鱗方式設定，當除鱗設定的HMI畫面上選擇是二級自動方式時，粗軋的所有除鱗方式按照模型表中默認的除鱗方式進行；當除鱗方式選擇到二級手動時，模型根據HMI設定的除鱗方式進行模型設定。操作工設定除鱗方式時可以手動在模型現有設定方式基礎上進行修改設定，也可以根據模型提供的不同除鱗策略自動選擇設定。如果當操作工將某除鱗設備的工作狀態選擇成關閉，模型計算時遇到此除鱗設備時直接選擇棄用除鱗的方式。
3 結語
粗軋區域的平臺采用金自天正傳統的HDP平臺，其數學模型程序作為該平臺的一個子進程運行。該控制模式在1580熱軋線的應用很成功，模型設定精度很高，模型參數調整工具靈活、適用，二級維護人員可通過參考模型設定數據采集系統的日志文件和實時的數據PDA圖形系統檢查模型調整的效果。京唐1580粗軋模型通過精確的設定和完善的自學習系統及維護人員的及時調整，現在運行穩定、控制精確，有效地保證了該熱軋線的寬度控制質量。
[摘 要]現階段，是信息化飛速發展的階段，因此對于過程控制系統而言，需要不斷地對其進行優化設計。本文主要探討了PLC的組成部分和特點，以及PLC的過程控制系統的具體設計方案。
[關鍵詞]PLC；過程控制系統；設計
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）33-0101-01
PLC控制方式，是目前自動化領域內的一種主要的控制方式。這個控制方式，和以往的方式相比，具有成本低、控制靈活、維護簡單的優勢，因此值得在自動化領域進行廣泛的推廣。
1.基于PLC的過程控制系統概述
PLC，即為一種可編程控制器，它主要是借助控制功能軟件來實現系統的編程功能的，因此可以適用于較為惡劣的工業環境，它具有較強的抗干擾能力。PLC主要由以下幾個特點：一、性價比較高；二、較為突出的可靠性；三、可編程強；四、在線編程較為簡便。PLC的實質，是用于工業控制的計算機，其硬件結構類似于微型計算機。它的主要結構包括以下幾個方便，具體如圖1所示：
其工作原理為：它的工作過程主要包括三個方面，即為輸入采樣和用戶程序執行，以及輸出刷新。進過這三個階段的流程，即可完成一個掃描周期。目前，該控制系統多用于工業制造之中。
過程控制系統屬于一個封閉的控制系統。它主要包括四個組成部分，即為計算機、被控對象、測量變送、執行裝置。其中，過程控制系統的控制機，就是這四個組成部分中的計算機。它依賴于現代的控制理論，以及經典的控制理論，來實現工作運行的。基于計算機的控制器，它的技術基礎就是：計算機技術和自動控制化理論這兩個方面。
德國西門子PLC公司生產的可編程程序控制器，在我國主要應用在冶金、化工、食品等領域內。西門子生產的可編程程序控制器，其產品主要包括LOGO、S7-200、S7-300等，這些產品具有以下幾個特點：體積較小、速度較快，同時其網絡通信能力較強，具有更加可靠的性能，因此可以在冶金、化工、食品等領域內進行更為廣泛的推廣。
2.基于PLC的過程控制系統設計
基于PLC的過程控制系統設計主要包括以下幾個流程：
2.1 做好前提準備工作
用PLC做控制優秀，要充分考慮在工業生產中的獨特性，因為生產過程涉及多個流程，而生產機械也不盡相同。所以在底層以PLC來作為生產的基本控制時一定要多方監控和操作，做到數據合理統計分析。只有將細化了的工業生產流程和機械的特點和特性全面把握，才能在控制過程中提高運作質量水平。總的來說，在進行具體受控對象操作時，一定要從邏輯、時序和模擬上充分了解受控體機、電之間的具體聯系和區別，從而在PLC控制程序設計上精確其參數，優化結構，滿足要求。
2.2 過程控制具體方案流程
1）對生產工藝步驟的了解
這篇文章主要研究的是在PLC控制下裂化催化劑成膠工藝流程的具體控制方案。（此次研究過程有兩個反應器）下面是裂化催化劑成膠的具體工藝控制步驟：第一點要在反應器Ⅰ中加入兩種物料，分別記做物料A和物料B，在物料全部加入完畢時啟動攪拌機，將攪拌工作時長控制在10min；第二點，在第一次加入物料A和B攪拌完成停止后再將物料C加到反應器Ⅰ中，將攪拌工作時長調整到15min接著攪拌，然后以同樣的工作流程加入物料D進行10min攪拌，將物料E最后放入反應器Ⅰ中進行最后15min的攪拌，當加入物料E攪拌完成后，停止攪拌機。除了進行反應器Ⅰ的工作，同時還要進行反應器Ⅱ的工作，反應器Ⅱ的工作內容和流程和反應器Ⅰ相同，但是它們是相互獨立和分離的，之間無任何干擾項。只是反應器Ⅰ和Ⅱ之間要進行每25min的交替運行工作，從而組成一個整體化的生產步驟流程。
2）確定控制要求
在生產設備處于初始工作狀態的情況下時，其進口閥門關閉，循環閥門打開，而計量罐則保持空閑；當過程控制系統開啟時，整個系統開始運轉，這時情況發生反轉，進口閥門會變為打開狀態，而循環閥門則會轉為關閉狀態，而計量罐則會開始容納所需物料；當物料加滿時，進口閥門再次關閉，循環閥門再次打開，這就完成了一次完整的物料添加過程。根據反應器的需要，上述動作會呈現出循環重復的狀態。
3）確定控制方案
由于在整個過程控制系統控制過程中，開關量扮演著輸出和輸入信號的角色，所以，在設定任務時，就將其設定為一套單機邏輯控制系統。具體流程如圖2所示：
2.3 PLC輸出與輸入設備的選擇
嚴格遵照過程控制系統的控制要求和設計方案是選擇PLC設備的先決條件。輸出設備由信號指示燈/執行設備和電磁閥組成；而輸入設備由電磁閥/傳感器和位置開關組成。
2.4 PLC設備的類型選擇
不同的廠家生產的不同型號的PLC設備的結構、性能、容量和成本也都不同，在進行選擇時，要從PLC設備的機型、容量等方面進行綜合的考量。首先是機型方面，不但要保證功能可靠、維護方便，還要在性價比上占據優勢，只有符合這些要求才能納入考量范圍。
2.5 設計控制軟件與調試
根據該系統的具體要求，所需要的編程軟件主要包括STEP7 V5.5和WinCCSP4。STEP7 V5.5主要完成邏輯控制部分程序；WinCCSP4主要實現人機界面程序設計。設計步驟完成之后，需要對其進行測試和調試。主要包括兩個方面，其一是實驗室的模擬，科研人員需要在實驗室內對該設計進行測試，根據測試的各項數據來設計現場的調試的方案。基于PLC的過程控制系統的設計與實現，需要經過這兩個步驟的測試，最終才能投入實際的生產使用之中。
3.結束語
在基于PLC的過程控制系統的設計，可以有效的節省這個系統所需的研制費用，節省了其單機手動，以及半自動控制的按鈕數量，也可以最大程度的節省PLC的占用輸入點數。這些運行程序方面的節省，最大程度的減少了這個系統所需的安裝工作量，以及接線工作的任務量，也在最大程度上為操作這個系統的工作人員帶來了很大的便利。因此基于PLC的過程控制系統設計與實現對于工業生產而言，具有十分重要的意義，因此值得對其進行廣泛的推廣。本文選取的設計方案，可以在惡劣的工作環境中進行有效的運行，它可以承受住現場施工的考驗，其較高的通信速率、較低的出錯率、較好的運行效果，均體現了其廣闊的市場應用前景[1]。
[摘 要]本文以日立UCM串列式6輥冷軋機組過程控制系統軋制力自適應模型為實例，介紹了軋制力自適應模型的功能、計算過程，并著重描述了日立冷連軋過程控制系統軋制力自適應模型計算過程。
[關鍵詞]冷軋機組 過程控制系統 自適應 模型
緒論
日立過程控制系統軋制力計算模型是用數學公式來描述軋鋼過程軋制力的內在規律。由于現場條件的差異，軋制力計算數學模型不可能100%的準確表述軋制過程中的實際情況。在此背景下，軋制力自適應功能應運而生，自適應的根本宗旨就是要提高軋制力計算模型的計算精度，從而提高產品的質量。軋制力自適應模型功能的最終目的是計算出軋制力計算數學公式的自適應系數。
1.軋制力自適應系數計算概述
日立過程控制系統軋制力計算數學模型在計算軋制力的時候考慮了變形抗力、張力、摩擦力、接觸長度、軋制力自適應系數等因素。自適應模型通過實際值反計算軋制力時自適應系數等于1。通過現場反饋的實際值計算理論軋制力時，首先計算實際的摩擦力系數，然后計算實際的動態變形抗力。自適應模型軋制力自適應系數計算流程如圖1所示
3.結束語
軋制力自適應系數極大地提高了軋制力計算模型的計算精度。模型計算的精度提高后使一級基礎自動化控制更加優化，從而大大提高了成品的質量。
【摘要】 為解決企業管理信息系統與過程控制系統之間互不聯通，形成信息孤島，需要建設兩類系統之間的數據接口。介紹了數據采集接口的架構及各模塊的功能和要求，通過接口的建設，實現面向整個企業各生產、管理層面所有業務活動的數據服務與支持，建成合理的企業數據管理模式。
【關鍵字】 過程控制系統 數據采集 接口 建設
現今信息應用已發展到生產運行指揮、綜合分析、輔助決策等高級階段，對信息數據的獲取要求更全面、更及時、更方便。企業在開展生產業務的同時，也建設了包括生產調度指揮系統、模擬仿真、診斷分析在內的其他大量企業管理系統。通常各系統之間互不通聯，數據整合復雜度高、實施周期長、且系統運維難度和工作量大，導致了運維成本高和運維效率低下。數據采集接口的規范建設將改善企業數據管理模式，實現整個生產過程的優化管理，切實提高企業的數據利用效率，提升信息服務的價值。
一、數據采集接口架構
數據采集接口是企業信息管理系統采集過程控制系統數據的接口，是對不同廠商、不同型號的過程控制系統，如DCS、PLC、SCADA等進行統一的數據采集、規范化的處理。數據采集接口主要實現采集、存儲、三種功能，通過數據采集網關設備采集過程控制系統數據，采集數據存儲于實時歷史數據庫中，同時把實時歷史數據庫中的數據進行，為企業管理系統提供及時有效的數據支持。
采集接口通常包括數據采集、數據管理、數據服務等組件，還應包括專用網絡、網絡安全組件，以及數據采集接口運行管理組件。
數據采集接口通常由數據采集網關、應用數據庫、數據接口（數據訪問接口和數據應用接口）、安全防護設備（隔離網閘和防火墻）四部分構成，采集生產網過程控制系統數據，通過數據采集網將其存儲于應用數據庫中，以便于企業信息網中企業管理信息系統獲取過程控制系統數據。系統架構如圖1所示：
二、 接口功能
過程控制系統通過數據訪問接口傳輸給數據采集網關，且對外僅支持數據采集網關的數據采集要求；數據訪問接口根據設置和設定的安全策略校核數據及服務請求，允許合法用戶的訪問，禁止非法用戶的請求，是單向傳輸的。通常有多種從過程控制系統獲取數據的方式，如從控制系統服務器獲取、從控制總線獲取、從操作站/工程師站獲取，或采用共享文件方式獲取等。具體采用哪種方式，應考慮控制系統安全、目標需要、數據采集復雜度等因素后作出選擇。為了對過程控制系統進行統一的數據采集、規范化的處理，數據訪問接口宜將過程控制系統的專有通信協議轉換為標準協議，提供過程控制系統的數據訪問功能。對新建的控制系統，應在其設計階段就考慮數據采集網關，對于現有的控制系統，經綜合分析、論證，必要時需對現有系統進行升級改造。
數據采集網關的主要功能是采集過程控制系統數據，并轉發到應用數據庫。它通過數據采集網關內置或二次應用開發的通信協議與過程控制系統的通信協議進行轉換通信，實現過程控制系統的數據采集。數據采集方式主要是考慮現場環境與管理需求，用戶可進行同步/異步、自動通知、訂閱/等方式進行設置。數據采集網管是數據采集接口的主要設備之一，應支持常用的通信協議如：Modbus、OPC等，支持輪詢、逢變則報等數據采集規則和一定的數據緩存及補傳能力。
應用數據庫主要功能包括存儲、歸檔、采集網關轉發的過程控制系統數據，包括實時數據庫、歷史數據庫。數據存儲應該具備數據緩存、壓縮、歸檔、備份、點數擴容等基本要求，數據吞吐量應滿足理論數據吞吐量的2倍。
應用數據庫與數據采集網關數據交互通常采用Modbus和OPC協議， 與企業管理信息系統數據交互可采用OPC、ODBC或OLE DB、WebService等數據訪問服務或服務器自身應用程序編程接口方式的數據訪問服務等。
數據應用接口主要功能是為企業管理信息系統過程控制系統數據，并提供過程控制系統數據的訪問功能，企業管理信息系統需要向數據應用接口進行注冊申請，獲取訪問權限后才允許向數據應用接口進行單向訪問，且應該只通過數據應用接口訪問過程控制系統數據，不宜直接對過程控制系統進行數據連接訪問。
三、網絡架構及防護系統
過程控制系統數據采集接口的網絡架構包括三層網絡：生產網、數據采集網、企業信息網。 生產網內典型的控制系統由基本過程控制系統（BPCS）、安全儀表系統（SIS）及火災報警和氣體檢測系統（F&G）三部分組成[1]，每個系統提供數據訪問接口用于該系統的數據輸出。數據訪問接口搭建在各個系統的集成服務器端，而不需要直接連接到現場的控制器上。數據采集網包括數據采集網關、應用數據庫、數據接口、安全防護設備四部分。其中應用數據庫是由實時數據庫與歷史數據庫組成。企業信息網由一系列的企業管理信息系統組成，這些系統需要訪問過程控制系統數據時，需要向數據采集接口中的數據應用接口進行訪問申請，一般不允許通過其他途徑對過程控制系統的數據進行訪問。
安全防護系統主要是為了保證過程控制系統數據采集接口的數據采集過程不影響生產網的正常運行、不破壞生產網的安全性，同時隔離與企業信息網的連接預防受到網絡攻擊，由連接生產網與數據采集接口的隔離網閘與連接數據采集接口與企業信息網的防火墻兩部分組成。
安全隔離網閘通常布置在兩個安全級別不同的兩個網絡之間，管理員可以從信任網絡一方對安全隔離網閘進行管理。網閘基本原理是切斷網絡間的通用協議連接，將數據包分解重組為靜態數據，對數據進行安全審查，包括網絡協議檢查和代碼掃描，確認后的數據安全流入內部單元，內部用戶通過嚴格的身份認證機制獲取數據[2]。本系統架構中隔離網閘主要隔離生產網與數據采集網，部署于這兩個網絡之間，實現數據采集網與生產網之間安全適度的應用數據交換，只允許數據由生產網向數據采集接口單向無反饋傳輸，由于隔離網閘系統在外網與內網中間設有隔離交換單元，內外網與隔離交換單元通道不可能同時連通，保證了生產網的絕對隔離，從而保證了企業生產網的安全。
防火墻部署于數據采集接口與企業信息網之間，隔離數據采集網與企業信息網。它依照管理要求設定的規則，允許或是限制傳輸的數據通過。未經授權和安全認證，不允許其他任何設備、網絡或系統接入數據采集網。保護數據采集網免受非法用戶的侵入。
四、結束語
過程控制系統數據采集接口的統一規范化建設為滿足企業信息網對生產網的訪問要求、企業管理信息系統對過程控制系統數據的訪問要求奠定了基礎，為深化生產信息數據的業務應用、為管理層掌握一線生產的實時情況提供了條件，實現了數據資源的共享，推動了企業信息化的建設。
對于智能操縱算法在實際操作中有一些麻煩，比如硬件成本高、軟件編程實現困難等等，引入MATLAB設計智能操作算法，利用MCGS監控算法及控制過程，將MATLAB的多種算法與MCGS良好的人機接口進行融合，有力的改善了智能操縱算法操作難的問題，提高了系統的監控質量。大量實際操作研究顯示，該算法操作便捷，操作性能穩固，降低了成本，減少了開發所需要的時間，在進行操縱過程中方便實行，具備較好的實用價值。
【關鍵詞】MATLAB MCGS 仿真 動態數據交換
本篇文章使用MCGS組態監控軟件系統來操控薄膜厚度，實時收集數據信息，設置硬件的接入點，使人們和機器能直接對話，并且用可動畫面的形式來表現操控系統的實時情況。這個時候，把MATLAB作為在后臺運轉的平臺，達到以Back Propagation多層前饋網絡為基礎整定比例-積分-微分控制器（PID）以及進行彎曲線路創作的功效。使用者使用DDE軟件進行雙方的信息交換，感受不同角度、不同層次、不同范圍觀看仿真流程的可觀看的人員和機器的交流過程。
1 薄膜厚度操作體系的組成部分
1.1 MATLAB中的PID控制器設計
薄膜厚度控制系統是由現場設備和上位機這兩個設備組成的：現場設備中的可編程邏輯控制器對薄膜厚度施行收集，并且對控制數量進行輸出，同時對加熱控紐的功率進行改變來實現對薄膜厚度的掌控，再將厚度檢測儀器檢測到的薄膜厚度反饋到上位機器操控體系；上位機器的操控體系是以MCGS為基礎進行設計的，有著強大的功能，例如對硬件接入點進行設計，對信息進行動態搜集，實機人員和機器的交流，對信息數據進行登記等，能夠模仿操控體系實時的運行狀態，把所有變化數據的信息實時地展現出來。為了達到以Back Propagation多層前饋網絡為基礎整定比例-積分-微分控制器（PID）以及曲線制作的功效，在后臺運轉的信息操作模塊以MATLAB為開發平臺。使用Dynamic data exchange通信協議，把MCGS里需要進行測算的信息轉送至MATLAB中，由MATLAB對這些數據進行處置，然后將最后的處置結果發送回MCGS，這樣，可以提升MCGS操控PLC的本領。
1.2 MCGS組態軟件的設計
MCGS軟件研究出搜集相關數據信息，對這些數據信息進行處置并且對這個過程進行操控的相關計劃和工具，通過這些工具，能夠為使用者提供相關動畫展示和報表等內容，使用者通過使用這些工具可以完成相關的工程操作。
在MCGS組態軟件操控的窗口中，依據使用需要對“系統管理”、主要用戶界面、“系統設置”等功能進行了處理，點擊不同的菜單就能夠進入到對應的操控頁面。MCGS系統窗口能夠維系及驅動外部裝置，同時，可以在這里面加入外部硬件工具和模擬工具如PLC。在對通道進行策劃時，可以把A /D、D /A通道和動態信息庫中的信息對象對應結合起來。在使用者窗口模式中，設置了主要頁面、厚度自行調整頁面、體系配置頁面等操控頁面。
以上的頁面，都是在MCGS的使用者小窗中使用相關的測繪模具對監控平臺體系進行設計。MCGS可觀看圖像的功能能夠便捷地構造要策劃的所有頁面，再將動畫相關聯，就是構造頁面畫面對象和動態信息庫的信息變量之間的聯系。在這個窗口中需要設置一些數值可變的量，主要用于信息搜集、操作、輸出操控、動畫連合和裝備驅動，這些可變的信息量是組成動態信息庫的主要組成部分。
1.3 MATLAB和MCGS的DDE連接
MCGS提供了一個和另外一個應用程序實施信息互換的方式，這就是動態數據交換（Dynamic data exchange），所以，MATLAB也接受動態數據交換（Dynamic data exchange）通信協議。薄膜厚度仿真操控體系當中，把MCGS當作SERVER程序，把MATLAB當作CLIENT程序，經由動態數據交換協議把MCGS里設置的薄
膜厚度設計數值輸送到MATLAB，由以Back Propagation多層前饋網絡為基礎的比例-積分-微分控制器運算得出最佳比例-積分-微分控制器參數，然后把參數發送給MCGS，從而實現比例-積分-微分控制器參數能夠自行整定。
1.4 如何在MCGS中設置DDE
在MCGS和MATLAB中構造一個動態數據交換（Dynamic data exchange），必須在MCGS的“動態信息庫”的小窗里構造可改變的量，然后點組態平臺里的“工具”按紐，再選擇動態數據交換（Dynamic data exchange）連接管理，打開后，將里面的通信的厚度設置數據改成動態數據交換（Dynamic data exchange）輸出就可以了。
2 仿真控制效果
為了將以Back Propagation多層前饋網絡為基礎的比例-積分-微分控制器和原來的比例-積分-微分控制器的功能進行比較，使用這兩個系統來實行仿真操控，并且在第三百個采集樣本時間加入外加干擾d（k）=2，用來計算抵抗干擾的水平。PID相關參數的數值設定為不變的：kp=0.4，ki=0.03，kd=0.2。以Back Propagation多層前饋網絡為基礎的PID操控器選擇Back Propagation多層前饋網絡構造是4-5-3，學習效率以及慣性數值設置為：Z=0.002，T=0.0008。在MCGS的薄膜厚度自行設置頁面里把薄膜厚度設置為二十二μm，按下“測算PID參數”這一項，MATLAB經由動態數據交換（Dynamic data exchange）系統在MCGS里選中薄膜厚度信息，在運行系統中用以上兩個控制系統實行仿真操控，原來的比例-積分-微分控制器數據量為百分之四十，回應時間是一百五十秒，并且受到的干擾比較大。使用以Back Propagation多層前饋網絡為基礎整定比例-積分-微分控制器（PID）基本沒有超調，采用基于BP神經網絡的PID控制器幾乎沒有超調，回應時間是一百秒，受到的干擾比較小。運算結束后，MATLAB將以Back Propagation多層前饋網絡為基礎整定比例-積分-微分控制器（PID）整定得到的PID參數發送給MCGS。通過這樣的仿真實驗顯示，以Back Propagation多層前饋網絡為基礎的比例-積分-微分控制器的優點為超調數量比較小、回應時間短、適應性比較強等等，把其使用在MCGS組態系統中能夠增強雙向拉縮薄膜厚度操控系統的性能。
3 結語
筆者引入MATLAB設計智能操作算法，利用MCGS監控算法及控制過程，系統無需增加硬件，算法實現簡單，是智能控制算法工程實現的有益嘗試，具有較大的應用價值。
作者單位
鹽城工學院機械工程學院 江蘇省鹽城市 224051
摘 要
隨著社會經濟不斷發展，對自動化過程系統的要求也不斷增加。自動化過程控制系統在工業領域被廣泛應用，為工業領域發展起到了很好的作用。自動化過程控制系統不僅提高了工業產品的生產效果，還降低了生產勞動成本，減少了財務損失。本研究通過對自動化過程控制系統在工業中的應用進行探討分析，具體分析報告如下：
【關鍵詞】系動化過程控制 工業應用
自動控制是指在沒有人力參與的條件下，利用外加的設施設備，使機器按照一定程序運行工作。自動化過程控制系統，是根據科學理論、計算機科技以及其他的一些信息技術設備，對企業或工廠進行檢測、優化、調度。隨著經濟不斷發展，自動化過程控制系統被廣泛應用于多個領域，且在多個領域都起著很重要的作用[1]。自動化過程控制系統的好壞是評定一個國家科技水平的標志。工業是我國一大重要產業，自動化過程系統在工業領域中的應用滿足了我國經濟發展的需求，同時也符合人們對工業產品質量的要求。
1 自動化過程控制系統在工業領域應用的含義以及組成部分
在現代工業應用的基礎設施中，自動化控制系統（Autom ation Control System ）被廣泛應用到工業領域。工業生產過程中，自動化過程控制系統是將溫度、流量、液位以及材料成分等工藝參數設定為被控制系統的自變量。比如自動化控制系統在工業應用中，恒溫室的溫度調節過程就是自動化過程控制系統，由于溫度是一個不斷變化的物理量，通過檢測儀器可以檢測出具體的數據。如果想要設定一個溫度恒等不變的環境，首先需要進行溫度測量，當測量結果顯示低于恒溫數值時，采取加熱方式升高環境內溫度；當測量結果顯示高于恒溫數值時，停止加熱。整個過程中，溫度屬于一個控制變量，對溫度進行檢測，采取加熱措施讓溫度保持在一定的標準，這就是一個自動化控制過程。自動化過程控制設備中可編程邏輯控制器（PLC）是最常見的一種過程控制設備，它的原理是根據所輸入的數字信號，提前進行設定，從而輸出數字信號，輸出的信號經過功率放大模板的作用后，會產生模擬信號，最后再通過相應的執行元件，得出過程控制。自動化過程控制系統的組成元素主要有：
（1）檢測元件，主要用于檢測被控制元件的物理量。
（2）控制器，其主要作用是比較設定值和測量信號的數據，計算出兩者之間的偏差，再按照設定好的控制規律進行計算數值，最后將得出的最終結果作為控制信號傳送到執行裝置。
（3）執行器，其作用是接受控制器傳送的控制信號，并推動控制信號，改變被控制變量。
2 工業自動化過程控制系統的特點
過程控制主要是對生產過程中的程序控制，控制設備不同，其特性也不同。
（1）連續性。在工業自動化過程控制中，其整個控制過程是不間斷的、經常性的運行著，很多運行原理都是循環進行的，中間不能停，要求過程控制在自動條件下不間斷的完成。
（2）方案多樣性。不同產品其自動化過程控制方案也有所不同。
（3）自動化過程控制系統的實時性。在一定條件下，被控制變量隨著外界因素的影響，不斷變化。
（4）復雜性。自動化過程控制系統所控制的范圍比較廣，其被控制變量也比較復雜，控制程序要求比較多且復雜，這些因素都影響過程控制系統的復雜性。
3 工業自動化過程控制系統的安全問題
工業設施設備包含電力、水利以及石油天然氣等行業，這些行業是我國經濟發展的重要紐帶，自行花過程控制系統在工業中的應用還存在很多安全問題，具體過程控制系統應用出現故障，可能造成的安全問題有：
（1）危害工作人員的生命安全，甚至造成工業內員工群死、群傷的不良事件發生。
（2）造成工業企業經濟上的巨大損失，還會波及到我國整體經濟發展和經濟建設成果。
（3）危害當地人群的生活以及國家安全，甚至還會引起一些不法恐怖分子襲擊事件發生。
（4）影響我國環境，造成環境災難，甚至會給后代子孫發展帶來嚴重后果。
4 自動化過程控制系統在工業中的應用
過程控制的自動檢測系統。運用一些適當的檢測儀器表對工藝參數進行檢測，并記錄數據以便后期計算使用。過程控制中的自動保護系統。對溫度、流量、液位以及材料成分等工藝參數進行檢測，檢測結果不能滿足要求范圍，自動發散相應信號，與此同時將安全閥門打開或是切斷某一通路，保證自動化過程系統受到外界破壞。過程控制中的多沖量控制系統。是指在自動化過程控制系統中，變量信號比較多，通過相應計算后，最后共同控制一個執行元件，從而保證被控制工藝變量的整體質量。在鍋爐給水系統中常采用多沖量控制系統。
分程控制系統的主要應用。分程控制系統主要是將輸出信號傳送到其他兩個或兩個以上的控制閥設備中，且每一個控制閥的工作范圍都是在信號之內。分程控制系統主要用于控制不同介質流量，以達到工藝生產的整體效果，還用于工業成產中的安全防護，另一方面還用于擴大控制閥門的調整范圍，以達到改善和控制產品質量的效果。
工業生產中的軟條件保護措施。軟保護措施就是當短時期生產時，通過設定特定自動選擇性控制系統，從而達到自動保護生產的目的，同時還可以有效減少由于停車造成的經濟損失。
自動控制系統。利用自動控制系統裝備對關鍵性工藝參數的控制，使這些關鍵性參數免受外界影響，從而保持穩定狀態。
自動操作和開車停車系統。根據設備中預先規定的操作順序，對需要操作的設備進行周期性的運行。自動開車停車系統，同樣也是預先規定好操作順序，按照系動化過程控制程序運行。
5 自動化過程控制系統的各項指標和要求
自動化過程系統在中常見的幾種信號有：斜坡信號、階躍信號、正弦信號以及加速信號等。這些信號的特點就是容易產生，且對過程系統信號輸出影響比較大，方便計算和分析數據。在階躍信號的作用下，被控制變量會隨著時間不同呈現不同的形式：發散震蕩過程、衰減震蕩過程以及非震蕩過程。其各項性能指標應該滿足的三種特性：
（1）穩定。過程系統必須是穩定的，可以正確運行各項功能，并能按照程序的規定控制整個生產過程。其性能指標還會出現衰減率、超調量。
（2）準確。過程控制計算結果必須是正確的，盡量控制好偏差。
（3）及時響應。盡可能縮短系統偏差時間，其評定指標包括：恢復時間、震蕩時間和頻率以及上升時間。
6 總結
綜上所述，自動化過程控制系統已經在工業領域中廣泛應用，自動化過程控制系統的技術也已經發展成熟，但是隨著我國經濟不斷發展，人們對產品的質量要求不斷升高。工業自動化過程控制系統也需要不斷改善，才能保證我國工業基礎設備的安全，才能保證生產產品的質量。所以對自動化過程控制系統的研究和探索也成為當前的重要任務。要不斷探索研究自動化過程控制系統，隨著社會的需求不斷改善，同時還要經濟發展需求。自動化過程控制系統在工業中的應用，不僅節省了很多人力、物力、財力，同時也提高了產品的質量。
作者單位
中海油山東化學工程有限責任公司 山東省濟南市 250000
摘 要： 本文首先介紹過程控制系統的組成、特點、控制質量指標、過程建模方法及分系統設計方法和步驟。然后 分析壓力過程控制的工作流程、控制系統的設計方案、系統建模及調節器的參數整定。實現壓力過程系統的PID控制。
關鍵詞：過程控制 PID控制器 參數整定
一、過程控制系簡介
1.過程控制的任務
過程控制的任務就是在了解、掌握工藝流程和生產過程的靜態和動態特性的基礎上，根據工業生產對過程控制安全性、經濟性和穩定性的要求，應用理論對控制系統進行分析和綜合，最后采用適宜的技術手段加以實現。
2.過程控制系統的組成
過程控制系統是指工業生產過程中自動控制系統的被控量是溫度、壓力、流量、液位、成分等這樣一些過程變量時的系統。
3.過程控制的特點
（1）系統由過程檢測控制儀表組成。（2）被控過程的多樣性。（3）控制方案的多樣性。（4）過程控制的控制過程多屬慢過程，而且多半屬參量控制。（5）定值控制是過程控制的一種主要控制形式。
4.控制系統的控制質量指標
一個控制性能良好的過程控制系統，再受到外來擾動作用或給定值發生變化后，應平穩迅速準確地恢復到給定值上。
二、壓力過程控制系統設計
壓力的測量和控制在生產過程自動化中具有特殊的地位。保持實際生產過程的壓力為一個穩定值，對生產過程有著至關重要的作用。考慮到經濟成本等問題，本系統采用單回路控制。下面對整個系統作詳細介紹：
1.工作流程
1.1工藝簡況
在工業生產過程中，氣體測量罐設備應用十分普遍，為了保證生產的正常進行，空氣進出量需均衡，以保證過程的物料平衡。因此，工藝要求空氣罐內的氣體壓力需維持在某給定值上下，或在某一小范圍內變化，并保證空氣罐壓力不致過大。本系統要求超調量小于5%。
1.2工作流程
本系統使用的介質為空氣。空氣從空氣壓縮機進入系統空氣入口，經過節流閥的調節后，進入過濾器過濾，過濾后的空氣進入減壓閥1，減壓閥1的出口壓力一般保持在1kg/cm^調節后的空氣進入減壓閥2，減壓閥2的出口壓力一般保持在0.55kg/cm^這時空氣的流向有兩種方式，當擾動電磁閥打開時，空氣一部分經過節流閥、擾動電磁閥流向外界；一部分進入控制閥。當擾動電磁閥沒有打開時，空氣全部進入控制閥，經過控制閥的空氣最后流進測量罐中。
2.壓力過程控系統建模
用測試法建立被控對象的數學摸型，.首要的問題就是選定模型的結構。
自衡單容過程對象的對象特性的一般形式為 ，為建立其數學模型，可通過測量其
階躍響應的方法求得對象特性參數K、T、τ。
3.壓力過程控系統的設計方案
3.1被控參數選擇
被控參數的選擇對于穩定生產、提高產品的產量和質量、改善勞動條件、保護環境衛生等具有重要意義。若被控參數選擇不當，則無論組成什么樣的控制系統，選用多么先進的過程檢測控制儀表，均不能達到預期的控制效果。由于本系統是模擬實際生產過程的一套實驗過程控制系統，被控參數壓力在系統設計之前已決定。
3.2控制參數選擇
擾動作用是由擾動通道對過程的被控參數產生影響，力圖使被控參數偏離給定值；控制作用是由控制通道對過程的被控參數起主導影響，以使被控參數盡力維持在給定值。在分析與設計控制回路時，要深入研究過程的特性，認真分析各種擾動，正確選擇控制參數。
在本系統中，被控參數是壓力，模擬的生產過程是測量罐，測量罐的容積和濕度在某一實驗中幾乎是不變的，因而測量罐中的壓力只能由氣體的物質的量決定，控制參數也就唯一確定了，即：氣體的物質的量。
3.3執行器
調節閥的選擇：執行器由執行機構和調節閥組成。在過程控制中他接受調節器輸出的控制信號并轉換成角位移或直線位移，來改變調節閥的流通截面積，以控制流入或流出被控過程的物料或能量，從而實現對過程參數的自動控制。
調節閥的尺寸選擇根據對象的慣性特征選管徑。在生產過程中，調節閥氣開、氣關形式的選擇，主要是從工藝生產的安全角度來考慮，當氣源一旦中斷時，閥門處于全開還是全關狀態，在生產上要能保證設備和人身的安全。所謂氣開式，即當信號壓力P>0.02Mpa時，閥開始打開，也就是說“有氣”時閥開，氣關式則相反。
因為調節閥的特性對整個過程控制系統的品質有很大的影響。理想流量特性就是在調節閥前后壓差一定的情況下得到的流量特性。它取決于閥芯的形狀。閥芯的形狀有快開、直線、拋物線和等百分比等4種，其相應的流量特性有直線流量特性、對數（或稱等百分比）流量特性、拋物線流量特性、快開流量特性。
綜上考慮，本系統根據選用氣開式氣動調節閥V-5110，其流量特性為直線流量特性。動力源由空氣壓縮機提供的。
3.4測量變送
測量和變送是解決一個信息獲得和傳遞問題。信息的測量和邊送必需迅速可靠地反映被控參數的實際變化情況，為系統設計提供準確的控制依據。本系統選用差壓式壓力傳感器作為檢測和反饋元件，將測量罐的壓力值轉化為電信號，被測壓力值為大氣壓力值加壓差。
3.5調節器
本系統選用東芝EC-311型調節器
通常，選擇調節器動作規律時應根據對象特性、負荷變化、主要擾動和系統控制要求等具體情況，同時還應考慮系統的經濟性以及系統投入方便等。
廣義對象控制通道時間常數較大或容積遲延較大時，應引入微分動作。如工藝容許有殘差，可選用比例微分動作；如工藝要求無殘差時，則選用比例積分微分動作。
當廣義對象控制通道時間常數較小，負荷變化也不大，而工藝要求無殘差時，可選用比例積分動作。當廣義對象控制通道時間常數較小，負荷變化較小，而工藝要求不高時，可選用比例動作。當廣義對象控制通道時間常數較大或容積遲延較大，負荷變化也大時，簡單控制系統以不能滿足要求，應設計復雜控制系統。
根據本系統的過程特性與工藝要求，所以選用PI或PID控制規律。根據成系統負反饋的原則，確定調節器的正、反作用。由于選用調節閥為氣開式，即反作用調節閥，Kv為正；由于測量罐進氣時，即測量罐內氣體的物質的量增加時，測量罐內的壓力也增加，所以K0為正；一般測量變送器Km為正。為使系統各環節的靜態放大系數極性乘積為正，也就是為了構成負反饋，選擇調節器Kc取正，即選用反作用調節器。
摘 要：隨著我國鋁加工行業的轉型升級，更加關注于鋁加工產品的厚度控制精度和板形控制能力，在鋁板帶箔軋機控制領域引進了SIEMENS、ABB板形控制系統。本文針對SIEMENS板形控制系統在動態過程控制中出現的一此問題進行了較為深入的研究和總結，希望對我們以后在使用和調試鋁板帶箔軋機板形控制系統時有所幫忙。
關鍵詞：鋁板帶箔軋機、動態過程、板形控制
一、鋁板帶箔軋機箔材動態軋制過程板形控制異常狀態現象描述：
某鋁加工廠鋁板帶箔軋機引進了SIEMENS板形檢測控制系統，采用的SIEMENS板形輥共26個壓力檢測環，某規格產品箔材覆蓋SIEMENS板形輥第4#-23#環，在箔材動態軋制過程SIEMENS板型輥第15個壓力環檢測值明顯偏大（I.U值偏大），SIEMENS板型輥第24#-26#壓力檢測環在軋制過程中檢測壓力明顯異常（注：由于板型輥第24#-26#環輥面上沒有受到鋁板帶箔壓力的作用，正常狀態時RAW值應3300左右）。如圖1所示：
二、鋁板帶箔軋機箔材動態軋制過程板形控制異常狀態處理過程：
1、驗證L1級AFC控制系統的有效性，按照AFC控制系統控制原理，當SIEMENS板形輥壓力環檢測壓力大于設定目標值時，AFC控制系統應控制減小對應板形輥環域的冷卻噴射量以使工作輥相應的環域熱膨脹，對應環域的鋁板箔材會有微量變薄的趨勢，從而使鋁板箔材板形I_Unit接近于目標值。但這次板型輥第15個環壓力環檢測值明顯偏大，板形已嚴重超出控制目標 I_Unit值，冷卻噴射量已調整到極限為零，不能再進行調控，這種現象說明AFC控制系統的控制是正確的，只是當冷卻噴射量調控到極限值后還是不能改善鋁板帶箔處于板形輥第15環的板形。如圖2所示
2、驗證板形控制系統冷卻噴射控制的有效性，通過強制手動控制第1-26組冷卻噴射閥，一一驗證了1-26組冷卻噴射閥控制的有效性。而且在軋制過程中強制開啟板形輥第15個壓力檢測環對應的冷卻噴淋閥，可以明顯看到板型輥第15個壓力環檢測的壓力越來越大，驗證了處于異常狀態時板形輥第15個壓力檢測環對應的冷卻噴淋閥處于關閉狀態，AFC控制和冷卻噴淋控制是正常的。
3、驗證板形輥壓力環檢測的準確性，用同樣的4種砝碼對板型輥1#-26#壓力檢測環一一進行標定，板形輥每個壓力檢測環的線性值均大于0.9999，只要達到0.9998就合格，板形輥的檢測精度和線性處于非常良好的狀態，驗證了Siemens板形輥壓力環檢測的準確性。如圖3、圖4所示。
4、驗證冷卻噴淋噴嘴角度與板形輥環域對應性，由于在箔材動態軋制過程SIEMENS板型輥第15個壓力環檢測值明顯偏大（I.U值偏大）時，強制將與板形輥第14個或16個壓力檢測環對應的冷卻噴淋關閉，雖然這期間板形輥第14個或16個壓力檢測環的檢測壓力會減少而偏離目標值，但板形輥第15個壓力檢測環的檢測壓力會漸漸接近于目標值，說明15#環域受14#或16#環域噴淋控制的影響，因此懷疑冷卻噴淋與板形輥各壓力環對應性不好，或者冷卻噴淋噴嘴角度不對。用紅外標線器進行對中測試，板形輥各壓力環與各冷卻噴淋噴嘴一一對應。冷卻噴淋噴嘴角度的一個固定的斜角，以確保噴射的覆蓋面能與板型輥的幅寬一致，而且檢查冷卻噴淋噴嘴也沒有堵塞和異常噴射現象。并且將板形輥第24#-26#壓力檢測環與14#-16#壓力檢測環對應的冷卻噴淋噴嘴進行對調，以驗證冷卻噴淋有效性。
5、驗證工作輥磨削精度的可靠性，如果工作輥在15#環域磨削精度不夠也可能造成上述異常現象，因此不僅對工作輥磨削精度進行了檢測，并連續更換了2副工作輥以驗證工作輥磨削精度的可靠性。
6、驗證鋁板帶箔來料板形的可靠性，用掃描式凸度儀檢測鋁板帶箔來料板形良好，并將同一批次的鋁板帶箔在其它軋機上軋制同規格的箔材產品均未出現這種板形控制異常狀態，有效排除了箔材來料板形對板形控制異常的影響。
7、測量SIEMENS板形輥每個壓力環的電壓值，在不受外力作用下1-26#壓力檢測環電壓值均為1.2V左右，RAW均為3300左右，將氣源關閉后，RAW均為1900左右。檢測結論正常。如圖5所示。
8、測試鋁板帶箔軋機機前機后輥系水平度，由于SIEMENS板形輥第24#-26#壓力檢測環在進行標定時檢測正常，但在軋制過程中檢測壓力明顯異常，由于板形輥第24#-26#環輥面上沒有受到鋁板帶箔壓力的作用，出現這種現象可能是板型輥與鋁板帶箔不是垂直力，因而使24#-26#壓力檢測環受到4-23#環的擠壓，而造成壓力檢測異常。因此對機后、機前輥系的水平度均進行了靜態檢測，檢測結論是正常合格。
通過采用以上驗證措施后，鋁板帶箔軋機SIEMENS板型輥第15個壓力環檢測I.U值和第24#-26#個壓力環檢測I.U值和仍然得不到很好的控制，可能是SIEMENS板形輥裝配不好，環與環之間的間隙不一致，使SIEMENS板型輥第15個壓力環第24#-26#個壓力環受其它外力的作用，因此對SIEMENS板形輥拆開進行再次裝配并調整環與環間隙，可在軋制過程中仍然出現上述箔材板形控制不好現象。
三、鋁板帶箔軋機箔材動態軋制過程板形控制異常狀態處理結果：
對鋁板帶箔軋機箔材動態軋制過程中SIEMENS板形輥轉動狀態進行試驗，按照SIEMENS板形輥工作原理，在鋁板帶箔軋機軋制過程中SIEMENS VAI 板形輥第24-26#個壓力檢測環由于不與鋁板帶箔接觸，檢測環在不受外力的作用下用手指輕壓就可以讓其停止轉動，但此時需要一個較大的力才能讓其停止轉動，因此可以推測板形輥與其它輥系的平行度和水平度還不是太好。由于動態軋制過程中包角輥處于工作狀態位置，前期在進行包角輥的水平度檢測與校準時是以非軋制狀態包角輥處于抬起位置為基準，此時以包角輥處于軋制工作狀態位置進行水平度檢測，發現包角輥在軋制工作狀態位置水平度操作側明顯高于傳動側0.289mm，因此以包角輥軋制工作狀態位置做為基準對包角輥水平度進行了校準。如圖6所示。
對鋁板帶箔軋機輥系工作狀態位置的水平度進行校準后開始進行軋制，軋制過程中鋁板箔材板形控制良好，板形控制系統控制狀態良好，SIEMENS板型輥1-3#壓力檢測環、24-26#壓力檢測環由于不受外力的作用，RAW值均為3250左右，處于正常狀態，板形輥第15#環板形檢測I.U值正常。如圖7所示。
【摘要】維修工作是保障系統及設備持續有效運轉的重要保障，在過程控制系統及儀表技術水平不斷提高同時，過程控制系統及儀表的維修理念也需要不斷更新，重視預防性維修和維修方法設計，實現面向系統及儀表維修向面向服務對象轉變、設備更新改造與維修結合，全面提升過程控制系統及儀表的維修水平。
【關鍵詞】過程控制系統；儀表設備；維修理念
0.引言
控制系統及儀表是工業連續生產的重要保障，控制系統及儀表的性能及穩定性對工業連續生產的影響也越來越重。尤其在過程控制系統及儀器儀表應用信息技術和自動化技術的程度越來越高的情況下，控制系統及儀表的自動化水平逐漸提升，控制系統及儀表在保證工業連續生產中發揮了不可或缺的作用[1]。基于過程控制系統就儀表的技術水平越來越高，重要性也來越大，從事自動化系統和儀表維修人員的素質要求也越來越高。維修人員維修過程控制系統及儀表的觀念及方法都需要根據過程控制系統及儀表的改變而更新。
1.重視預防性維修管理
傳統控制系統及儀表維修方法為被動式維修，既過程控制系統及儀表出現問題后，維修人員根據生產現場工作人員的反應情況前往現場觀察控制系統及儀表出現的問題，查找系統及儀表出現故障的原因，再排除和解決系統及故障的方法。然而，隨著控制系統及儀表技術水平的提高、系統及儀表應用程度提高，控制系統及儀表在工業生產過程中出現的故障和問題也從少到多、從簡單到復雜。傳統被動式的維修方法無法滿足及時快速解決系統及儀表故障的要求，而過程控制系統級設備是保證持續生產的關鍵，無法及時快速解決故障讓系統及儀表恢復正常狀態，將給企業造成巨大的損失[2]。因此，過程控制系統及儀表維修要求維修人員提前做好準備工作，預防故障。
重視預防性維修管理也是一種符合生產質量管理規范的維修理念。隨著社會對工業生產質量管理規范要求的提高，工業生產軟件設備和硬件設備都應做好預防性維修。基于預防性維修理念，維修人員需要為過程控制系統及儀表建立維修管理文件，總結歸納系統及儀表維修項目及周期，使零散的設備維修工作得到規范化管理，讓系統及儀表維修工作“有章可循”、“有文件可依”，使系統及儀表維修工作實現被動維修向主動預防維修轉變。預防性維修對維修人員也提出更高的要求，它要求維修人員需要提高對過程控制系統及儀表服務對象的認識，樹立其結。維修人員還需要不斷強化服務意識，提高維修基本功訓練，提高維修水平。只有這樣，維修人員的素質才能滿足提供主動預防性維修管理的要求。
2.面向系統及儀表維修向服務對象轉變
傳統工業生產中應用過程控制系統較少，儀表應用較多，因而日常維修工作以為此儀表維修工作為主。儀表維修的最大特點在于維修工作只需根據儀表的特點開展一些簡單的日常維護手段。然而，由于控制工程成果在工業生產設備和系統中應用越來越多，儀表技術也得到質的飛躍，現代儀表維修和傳統儀表維修有很大的區別。而且受生產的影響，不同生產對過程控制系統及儀表的選型要求不同，過程控制系統及儀表維修更要求結合多方面因素。
基于工業生產中過程控制系統及儀表的變化，過程控制系統及儀表維修也需要從面向系統及儀表維修向服務對象轉變，既根據控制儀表選型及系統應用開發服務的對象確定維修方法。面向服務對象的維修是指維修人員不僅要了解過程控制系統及儀表的特點，還應計劃對它們服務對象的屬性的研究結果[4]。結合工業生產實際情況，在連續的生產過程中，過程控制系統及儀表可能會出現異常現象，異常現象可能有儀表及系統自身的很定失效或偶然失效引起，也可能又生產工藝過程的偶然變化或環境影響引起。在此情況下，維修人員應該對過程控制系統及儀表服務的對象有更多的了解，才能在維修中占據主動權。因此，維修人員需從面向系統及儀表維修向面向服務對象轉變，掌握生產工藝及生產設備的特點。
3.重視維修方法設計
過程控制系統是一個復雜的大系統，實際應用中的復雜性更高。而儀表本身也屬于高科技產品，儀表集成信息處理、電子電路、機械結構等多個學科的技術和知識，也是一個小系統，過程控制系統及儀表應用在實際過程中也需要考慮合理性。因而從宏觀角度來看，控制系統系統是一個巨系統，各類儀表則是巨系統中的小系統。這要求在過程控制系統及儀表發生故障后，維修人員在實施維修操作前需要對故障或失效問題從整個系統角度進行診斷。如若過程控制系統及儀表自身具備故障診斷功能，維修人員則可直接利用故障診斷功能進行診斷，如不具備該功能，維修人員則需要利用自己的知識及經驗設計故障診斷方法，確定故障診斷步驟[]。在眾多的過程控制系統及儀表維修經驗中，許多維修人員由于缺乏系統性觀念，不懂得在采取維修操作前設計維修方法，導致錯誤維修系統及儀表，造成小問題愈發嚴重。因此，維修人員需要依據規程程序設計維修方法，再實施維修操作。
4.設備更新改造與維修結合
工業生產規模越來越大，生產設備也在不斷增加，過程控制系統及儀表使用逐漸增多。許多企業已經將過程控制系統及儀表用于生產，過程控制系統系統的儀表已經進入故障頻發時期，或者在未來一段時間內儀表將因使用年時間過長進入故障頻發時期，過程控制系統及儀表潛在的隱患將對生產線持續生產形成巨大的威脅。而過程控制系統的儀表產生的問題已經無法通過簡單的維修方式即可解決問題。因此，過程控制系統及儀表維修需要將設備更新改造與維修結合。
維修人員需要對現有過程控制系統及儀表的結構及性能進行分析，結合過程控制系統及儀表服務的對象，對現有過程控制系統及儀表的結構進行全面的改造，才能提高過程控制系統的使用性能和使用率。例如筆者曾對控制系統及信息顯示系統進行分析，確認控制系統及信息顯示系統存在問題后，對控制系統及儀表的特性進行摸底分析后，制定了系統預防更新改造方案。通過更新改造控制系統后，原有控制顯示系統與更新改造后的控制顯示系統完美兼容，極大地提升了控制系統及儀表的軟件性能和硬件性，及時的解決了過程系統及儀表出現的故障，保證了系統及儀表的性能，還提高了維修效率，有效保障了生產持續進行。
5.結語
隨著設備管理制的不斷完善，過程控制系統及儀表制造企業紛紛推出資產管理系統或設備管理系統，設備管理制度及流程規范程度越來越高。尤其是信息技術和計算機技術的引入使過程控制系統級儀表維修管理也趨向于信息化管理模式。而且大量實踐也證明信息化管理下的控制系統及儀表維修具有極高的效率。因而維修人員更需具備與時俱進的理念，結合不斷發展的科技，才能實現過程控制系統及儀表維修理念的更新，形成更加完善的過程控制機儀表維修方法。
【摘 要】本設計通過PLC、變頻器、A/D、D/A模塊等設備完成對液位、流量等參數的控制，利用PID進行調節校正，實時生成各個參數的趨勢曲線圖，達到對流量的穩定控制的目的。結構簡單，安裝方便，操作簡單直觀，可以長期連續穩定在無人監控下穩定工作。
【關鍵詞】PLC;PID控制;過程控制
0 概述
在工業生產中有時必須對生產過程的某些參數進行控制，使其保持定值或按規律變化，確保生產正常進行，因此精確的參數控制顯得尤為重要。本設計基于三菱PLC FX3u可編程控制器，以兩個水箱作為控制對象，實現對水箱系統的過程控制。
總體設計方案：通過人機界面對水箱系統的壓力、液位、流量給出設定值，通過PLC控制系統運行，使得水箱系統能夠按照要求進行工作，人機界面可以實時監控各項數據，并隨時對相關參數進行更改。通過溫控調節器調節溫度。
現場水箱的數據采集后經過A/D轉換給PLC進行PID處理，PLC處理的結果再經過D/A轉換給變頻器控制電機的轉速，實現對參數的穩定控制。
1 方案設計
1.1 系統模塊選型
本系統主要包括PLC控制模塊，數模轉換單元模塊、人機界面監控模塊等。
1.1.1 PLC選型
本系統設計采用三菱FX3U系列PLC為優秀控制器。該PLC為三菱推出的新型PLC，有豐富的擴展性和新型的功能，具有結構簡單，使用靈活且易于維護等特點。
1.1.2 A/D、D/A轉化模塊選型
本系統A/D，D/A轉化模塊選用三菱FX2N-4A/D和FX2N-4D/A。
數模轉換模塊FX2N-4A/D為四輸入通道，模擬量輸入范圍有-10～10V，-20～20mA，4～20mA，CPU只能以二進制處理模擬量值，模擬量輸入模塊可以將過程模擬信號轉換為數字信號。
模數轉換模塊FX2N-4D/A為四輸出通道，模擬量輸出范圍有-10～10V，-20～20mA和4～20mA。模擬量輸出模板可以將數字量輸出值轉換為一個模擬信號。
1.2 系統結構設計
基于PLC的過程控制裝置由上下兩個水箱組成，包括流量、液位、壓力傳感器，可以根據所需不同的要求可構成不同的回路，如圖2所示該控制系統主要實現流量、壓力、液位、溫度的自動控制。
1.3 系統軟件設計
系統設計中用到的軟件主要有：GX Works 用于FX3U程序編輯;GT Designer3用于GOT人機界面編輯。
1.3.1 監控系統功能
完成壓力液位數據，變化量變化趨勢、PID參數調節以及報警記錄的實時顯示。
1.3.2 水箱自動調節系統功能
水箱自動調節系統可以將功能分為數據采集和智能調控兩個方面：系統時刻采集者流量、溫度、壓力、液位參數，并根據需要進行自動調整;而且，當液位過低時，它會自動停止加熱，避免干燒而產生的危險。
1.4 PID控制器調節
（1）PID控制原理是根據設定值與實際值之間的偏差，將偏差按比例積分微分通過不同的組合構成控制器，對被控對象進行調整控制。
（2）PID具體指令
1）PID指令必須通過A/D將模擬量測定值轉換成數字量PLC，因此，對A/D模塊的初始化及其采樣程序是不可缺少的一部分。
2）PID的指令設定值SV及 PID控制參數群參數必須在指令執行之前送入相關的存儲器。所以PID指令的初始化程序必須在執行PID指令前完成。
3）用PID指令對設定值SV和測定值PV的差值進行PID運算，并將運算結果送入到MV寄存器。
4）如果是模擬量輸出，則還要經過D/A模塊將數字量轉換成模擬量送到執行器，因此D/A模塊的初始化和其讀取程序也是必不可少的一部分。
（3）PID調節過程
1）設定I、D基礎值為0，改變P值，分別為1、2、3、4、5、6、9、15;
2）設定流量目標值為100 cm/s，觀察流量當前值隨時間的變化;
3）當P值很小時，流量達到設定值的時間較長，當P值很大時，就會出現震蕩，流量會在設定值左右變化，誤差會較大，此時P值為2;
4）此時P值為2，D為0，改變I值，分別為0、1、2、3、4、5、6、15，觀察曲線的變化;
5）當I值過大時，積分作用不明顯，I值過小時，系統會出現震蕩，使系統穩定性能降低，此時確定I值為5;
6）設定P值為2，I值為5，改變D值，觀察當前值變化;
7）D值越小，微分作用就越弱，D值過大，系統會出現震蕩，甚至發散，確定D值為1。
1.5 控制系統流程
1）控制系統流程開始后會進行初始化，包括硬件的復位和軟件內部寄存器的清零。
2）打開觸摸屏進行所需參數的設定，不然電機無法運行;電機運行后實時數據將顯示在觸摸屏上，在一定時間內如果未達到理想的要求值時可以重新設定參數來進行調整，直到它達到自己的要求。
3）達到要求值之后可以調整其他參數或者停止設備。
1.6 程序設計與人機界面
采用三菱FX3U系列PLC，進行程序編輯，完成相關控制要求：液位、流量、溫度等相關采集量的處理以及反饋。通過人機界面可以對PLC的控制效果實時監控。
2 結束語
基于PLC的過程控制系統的設計，人機界面軟件（GT Designer 3）的強大數據處理、圖形表現能力和交互能力。PLC實用性廣、抗干擾能力強、適用于工業現場的特點，融合了先進的自動化技術、計算機技術，具有可靠性高、維護容易等特點。系統實現了對流量、壓力、液位等對象的測量、自動控制和實時監控，具有人機交互功能，監控軟件界面美觀，操作起來簡單明了，程序使用方便靈活，可移植性較高，實現了操控要求。
