時間：2022-10-08 14:17:55
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12篇過程控制系統，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。
1 前言
德國FESTO公司研制的“PCS” 即“過程控制系統”，是一套集目前工業控制中較為典型的控制系統（液位控制、流量控制、壓力控制、溫度控制）于一體的實驗裝置（見圖1.1）。實驗裝置由四個操作站和一個中間調度站組成，分別實現四種典型環節（液位、流量、壓力、溫度）的檢測與控制。每站由相應的檢測傳感器、控制器和電動執行器構成。控制器由中央處理單元、信號處理單元和驅動電路等組成，可以實現開環、閉環 PID算法控制開度閥（比例閥）動作和直流電動機的調速。各站之間通過管道及開關閥（電磁閥）連接，由中間站的PLC控制開關閥導通，可形成耦合系統。
2 液位系統簡介
本文中的液位系統如圖1所示。
圖1液位系統
液位控制系統是FESTO四個獨立站中的一站，包括一高一低兩個容器（通過中間連接管道上手動閥的開閉控制其通斷）、超聲波液傳感器、直流電機、直流電機調速器；以及四個系統都包含的向中間調度站PLC傳送開關量的電容接近傳感器，和PLC控制的電磁開度閥。
3 相關測量原理
液位測量是料位測量的一類。許多生產過程都要求監視工藝流程中各種容器內的物料貯量和控制容器進出料量的平衡。免費論文。為此目的所需要的信號當前主要通過測量容器中的物料表面位置得到。[1]
料位包括液位和固體顆粒的料位，本文采用的料位測量方法是超聲波式，利用超聲波在一定狀態介質中的傳播具有一定速度這一特性，當聲源與料位的距離變化時，回聲的時間（從發射到接收超聲波的時間間隔）也要改變，這是非接觸式測量，可用于液位和固體顆粒料位測量。
4測量設備
超聲波液位傳感器
它是基于聲波的產生和在物體上的反射探測原理。正常情況下，大氣作為了超聲波的載體。聲發生器在短時間內啟動，發射出超聲脈沖，人耳無法聽到。隨著超聲脈沖的發射，超聲波被固定的物體所反射，并返回給接收器。超聲脈沖的持續時間可用電子方法評估。在一個固定的范圍內，在超聲脈沖信號持續時間，輸出信號是成比例的。
電機/泵：
不帶調速，只起攪和作用；
離心泵適合于冷水或加熱水的再循環；泵不能干燥的使用，也不能用海水或受污染的液體。
（3）電容接近傳感器：
電容接近傳感器的工作原理是基于RC諧振電路中電容器的電容變化來估算的。當有物體接近傳感器時，電容增加。這導致了RC電路振蕩作用的變化。LED的黃色發光二極管指示切換狀態。電容的變化很大程度上依靠距離，和各自材質的尺寸以及介電常數【3】。
（4）電機調速器：
通過改變輸入電壓來改變泵的轉速，輸入-10V――+10V，輸出-24V――+24V 【4】。
5 控制方式
過程控制系統按照控制方式的不同分為開環控制、閉環控制，單回路控制、串級控制、比值控制等多種方式【2】。免費論文。本液位控制系統采用閉環單回路控制方式，如圖2所示。
【關鍵詞】中厚板軋機；計算機過程控制；數據通訊；模型計算；過程跟蹤
0 引言
將計算機應用到軋制過程，并以其為核心，由它按預定的程序來處理和加工與過程有關的信息，對過程進行有效的監督、控制和管理，所有這些就叫做計算機軋制過程控制。為了使軋制過程穩定，并生產出厚度在公差范圍內且有良好的板形和表面質量的產品，必須根據具體的軋制條件正確的調整輥縫和速度，以及對過程進行實時的調節。產品的質量、產量等直接與控制系統的穩定性和計算的準確性有著密切的關系，因此采用計算機進行工藝的過程控制一直是人們關心的重要研究課題。
八鋼中厚板生產線采用分布式控制系統，按功能層次可以分一下四個等級，如圖1所示。
1 硬件配置
L2過程機系統由一臺軋線計算機（惠普服務器）、精整線計算機（惠普服務器），每臺計算機都有備用計算機。系統采用冷備方案，備用機兼做開發機。
2 系統軟件分層說明
最底層：WINDOWS 2003 Server操作系統，構成系統軟件的基礎。
第二層：ORACLE數據庫，專門用于過程數據的存儲；SOCKET通訊：采用了當今比較流行的雙緊湊的、面向連接協議的Client/Server方案。
第三層：為寶信中間軟件iPlature以及XCOM-PCS，iPlature主要功能有畫面、報表、通訊、ALARM管理系統等組成，為應用軟件提供強有力的支撐。XCOM-PCS 目前主要完成了采用Tcp/ip通信的電文的處理。
第四層：公用子程序及應用軟件。直接進行iPlature調用。
3 L2在整個系統中的位置
L2系統不但接收生產管理系統MES下發的計劃（即圖中的原始數據PDI）同時也向生產管理系統MES發送各環節的生產實績。
L2負責與L1通訊，L2調整所有的設定值并發送給L1，L1將必要的測量值，跟蹤信息等實時信息直接發送給L2。L2除了和L1通訊外，還包括了L2和標志機等一體品設備的系統的通訊。
所有系統之間都是通過TCP/IP協議通訊。
4 功能描述
4.1 道次計劃計算
道次計劃計算是整個軋線L2系統的核心任務，該功能是L2存在的根本原因。道次計劃計算通過相應的模型公式計算道次壓下分配規程，在軋機的作用下實現將板坯變成鋼板的任務，并且保證最終產品達到尺寸、性能、板形等要求。
道次計劃計算包括預計算和再計算、后計算以及自適應。板坯抽出時，根據板坯原始尺寸、出爐溫度以及成品尺寸和終軋溫度就可以計算一個完整的道次計劃規程，軋機根據此規程基本可以將板坯軋制成為符合要求的鋼板。為了得到高質量的產品，道次計劃會根據軋制過程的實績反饋，修正計算后續道次，并再設定給軋機執行，此為再計算。
4.2 溫度計算與監控
板坯的溫度計算對于軋制過程的力能參數計算極為重要，溫度是計算軋制力、待溫時間、冷卻時間等的基礎。
在道次計劃計算時，根據給定的初始溫度，以及相關參數，溫度計算可以預測板坯進入軋機前以及各個道次的溫度。
待溫軋制是中厚板軋制的特點，因此溫度監控的目的就是為了周期性計算處于軋線上待溫階段的板坯的溫度，通過周期計算板坯的溫度，可以提示操作人員板坯的待溫情況。并可以激勵板坯道次再計算，對后續道次規程進行修正。
4.3 軋線材料跟蹤
材料跟蹤是跟蹤材料，根據材料的位置來協調調度過程控制的所有程序，材料軋線材料范圍是從加熱爐爐內開始到矯直機入口，在這段過程中材料跟蹤對材料處理進行跟蹤。材料跟蹤在這個區域中的任務可以劃分以下幾個部分：
按照輥道分區，記錄生產線的材料映象，任何時候都能得到所有材料的物理位置。
當材料到達或離開軋機某個位置時，材料跟蹤必須準備好相關的材料數據（包含PDI數據，加熱爐數據和其他相關數據），同時激勵其他相關軟件。當吊銷材料時刪去相關材料數據。
當跟蹤映像和實物映像不一致，或跟蹤異常時，操作工可以進行跟蹤修正，確保跟蹤映像與實物位置的一致性。
4.4 軋制計劃管理
軋制計劃管理接收部分加熱爐系統已經存在的PDI數據，接收的數據按板號存儲于數據庫中，有畫面對完整的軋制計劃數據進行生成和調整等管理。人工可以通過該畫面進行計劃的輸入，刪除，修改等功能。
每個原始數據都包含板坯，軋制的板，母板和合同板的數據，此外還有板號，板坯號，板坯尺寸，產品尺寸數據，軋制指示（控溫軋制，多塊軋制，轉鋼），化學成份，合金補償系數，最終溫度，ACC入口溫度，ACC冷卻速率，出口溫度等。
當該材料生產結束，計劃數據將要記錄保存。
4.5 設定功能
基于精確的材料跟蹤，當材料到達指定的位置時，過程計算機給L1和特殊儀表進行設定，對軋機的設定工藝參數來源于道次計劃計算，在設定時要對設定的參數進行最后的校驗，防止出現引起設備超過極限能力的情況出現。
在跟蹤不正確的情況下，操作人員可以從操作畫面上對跟蹤進行修正，在修正后把正確的設定數據發送給L1。操作人員可以對設定的數據進行修正。
4.6 實績值收集處理
過程機接收來自PLC和特殊儀表的數據，由于來自于傳感器的裸數據不能直接用于反饋控制，測量值必須要進行過濾和統計處理。測量值處理數據同時能夠為工藝和自動化技術人員提供軋制生產信息以及用于產品質量分析。
L2的數據采集軋機的實際數據有水平輥的軋制壓力，力矩，輥縫，速度，溫度和計算的厚度，軋制信號等。
4.7 數據通信
利用寶信軟件產品XCOM-PCS，實現與其他計算機系統的通信，具體電文格式參見基本設計規格書通信接口篇。軋線計算機加熱爐計算機，精整線計算機，軋線L1，ACC計算機和儀表通信。其中軋線計算機與精整計算機之間運用了iPlature的相關功能，主機之間無需采用電文方式通信。
4.8 報表
報表程序負責工程記錄的報表打印。這些報表反映了材料在生產過程中的相關數據，有如下的報表：
工程報表：包括的數據是軋制設定計算所涉及的數據，這些數據包括了材料相關的數據、來自軋制策略的數據、道次計劃計算值、材料和軋機操作相關的重要數據。
班報：記錄當班生產的產量，質量和停機情況。關于報表，具體格式可與用戶商量討論后確定。
5 結束語
中厚板計算機過程控制系統作為實現八鋼信息化目標中的重要環節，其采用先進的工藝模型和控制技術，使厚板質量得到極大進步、生產治理更方便，增強了八鋼產品的競爭力，其重要性也會在以后的生產當中越發的凸顯。
【參考文獻】
[1]丁修.軋制過程自動化[M].北京：冶金工業出版社，2005.
關鍵詞 順序過程；狀態；編程實現
中圖分類號TP39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）99-0217-02
1 控制對象特點
順序控制系統拓撲結構：在順序控制系統中，其設備隊列的基本形式在通常情況下可以分為五種；有些隊列是共同使用同一個設備。拓撲結構對系統流程有決定性作用，同時決定其起或停兩種方式；隊列的開頭和結尾兩部分的設備通常會根據系統流程或起停方式的改變而發生變化。
控制系統的設計要求：設備的運行方式可以分為兩種，一種是集中聯鎖控制，另外一種是就地單機控制，切換由中控室來完成；在檢修和調試時主要應用就地單機控制，在這種運行方式下，設備的開停主要由控制箱上的按鈕來控制；正常生產的時候主要應用集控聯鎖的方式，控制時利用中控室的控制臺來進行。設備不同，起停的延時時間也會不同，原則上是堆煤不能在運行時進行，停車后也不能存煤。
控制臺的設計：現在的控制臺一般都是軟件的，在屏幕窗口由工控組態軟件生成控制臺畫面，要想命令或者是對系統進行操縱，只需要點擊鼠標即可。JST兩位開關切換系統的就地與集控方式，對設備的硬件控制電路直接作用；集控起車流程由FLOW三位開關來進行選擇；A路集控起車與否由ASA兩位開關來決定；B路集控起車由BSA兩位開關來決定；象JST、JSTP等常開按鈕，要想使其閉合，只需要按下即可，要想使其斷開，只需要放手即可。
2 單臺設備的狀態分析
單臺設備的硬件控制回路：每臺設備的工作方式可以分為兩種，一種是手動，一種是自動；在切換的時候主要利用的是控制臺上的系統運行方式開關控制中間繼電路JKA。在自控方式下，閉合JKA-1節點，打開JKA-2節點，那么設備中間繼電器KMA線圈的通電和斷電就由PLC輸出節點PLC-OUT來進行控制，從而對設備供電接觸器的通斷和設備的開停進行控制。在就地手動方式下，打開JKA-1節點，閉合JKA-2節點，在控制時利用的就是就地控制箱上的常開按鈕和常閉按鈕。
單臺設備的軟件控制回路：隊列中的一員就是自控方式下的設備，隊列排序是依據煤流方向來進行的，起車依據的是逆煤流順序，停車是依據順煤流順序，在單臺設備方面，要想起車，必須要等到后繼設備起動，并且穩定運行之后方可。停車也需要等到前驅設備徹底停穩之后才能進行。對于PLC程序控制設備的開始或停止，通常將設備控制梯形圖程序分成三個級別：起車脈沖主要是通過前兩級產生的，設備如果在這么一段脈寬時間中，無法啟動，那么就說明啟車失敗；第三級是對設備進行實質性的控制，即針對設備的軟件控制回路，以及硬件控制回路之間的相互作用，對其進行自控而有效的轉換設備的起車停車以及各種狀態。
3 順序控制系統的狀態分析
自控方式下系統的狀態圖如下所示：
停車待命狀態：已經設置好控制臺的控制開關，所有的設備可以正常接受系統發出的起車指令。
起車預告狀態：集控起車的命令由控制臺發出，沒有異常的話，就將進入起車預告狀態。
逆煤流順序延時的起車狀態：即發出起車指令，在預定的時間范圍內，未收到禁止啟動要求的情況。具體即隊列末端設備最先啟動，接著沿著逆煤流的方向，逐臺自動進行延時起車，直至起動隊列的首端設備為止，若稍延時，系統即轉成正常運行狀態。
正常運行狀態：在這個狀態中，所有的設備都可以穩定的運行，說明系統所處的狀態可以正常運行。在此過程中，若隊列中任意一臺設備出現停車的情況，則系統即會進入相應的故障狀態中。
順煤流順序延時的停車狀態：不管是在正常運行的系統中，還是在有故障出現在了運轉的部分設備上，將集控停車按鈕按下，都會進入順煤流順序延時停車狀態。
故障狀態：不管在哪種狀態下，系統只要出了問題，就會進入故障狀態。
4 實現系統狀態轉換的梯形圖控制程序
起車的硬件條件并不麻煩，即將控制臺的開關進行相應設置，則系統的狀態就是停車待命；將集控起車按鈕JST按下之后，系統的狀態就變為了起車預告；如果在30秒之內沒有收到禁止啟動的命令，則系統狀態即轉成逆煤流順序起車；而一旦隊列起始設備啟動，那么就結束了起車過程；如果在起車的過程中有故障發生，或者將急停按鈕按下，那么系統就會從起車狀態退出來。如果穩定運行隊列起始設備，在延遲40秒之后，系統就會結束起車狀態，進入正常運行狀態。
5 結論
隨著時代的發展和科學技術的進步，PLC控制系統的應用范圍越來越廣。本文以某選煤廠的原煤系統為例，首先簡要介紹了控制對象的特點，然后進行了了單臺設備的狀態分析和順序控制系統的狀態分析，通過實踐研究證明，有著較好的效果；但是還存在著一些問題，需要進行解決。
參考文獻
[1]葉樹華.PLC順序過程控制系統的狀態分析與編程實現[J].計算機應用與軟件，2003，2（5）：123-125.
關鍵詞：過程控制系統；綜合性教學；DCS
作者簡介：楊光祥（1973-），男，重慶人，重慶工商大學計算機科學與信息工程學院，副教授；曹曉莉（1970-），女，重慶人，重慶工商大學計算機科學與信息工程學院，教授。（重慶400067）
基金項目：本文系重慶市工商大學教改項目（項目編號：11325）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）13-0067-01
一、“過程控制課程”概述
“過程控制”是一門與工業生產過程聯系十分密切的課程，是大多數自動化及其相關專業的專業主干課，其專業性和實踐性較強，在自動化專業的課程體系中占有重要的地位。隨著科學技術的飛速前進，“過程控制”也在日新月異地發展。這門課程的教學，使學生能運用自動控制理論，結合實際工業生產過程和過程工業生產過程的分析、設計、運行與開發研究工作。[1]
工業自動化在整個社會生產中起著非常重要的作用，“過程控制”覆蓋范圍廣，基本設計了國民生產中包括諸如石油、化工、電力、冶金、輕工、紡織等領域。[2]因而，“過程控制”在國民經濟中占有極其重要的地位。隨著生產規模的不斷擴大，“過程控制系統”經歷了基地式氣動信號控制系統、電動模擬信號控制系統、計算機集中控制系統和集散控制系統等幾個階段。[3]“過程控制”是控制理論、工藝知識、計算機技術和儀器儀表等知識相結合而構成的一門應用科學。
本課程需要加深學生對過程控制內容的理解，培養學生的實踐能力，使學生在過程控制系統的設計和分析過程中將所學的理論知識融會貫通。因此，“過程控制系統課程”的實驗非常重要，對提高學生學習興趣、拓寬其知識面、加深對理論課程的認識等都具有非常重要的意義。
但是，在教學過程中發現，原有實驗設備落后，已經嚴重老化，實驗體系存在不合理的情況，而且實驗設備所采用的技術是基于8位單片機的孤島式自動控制儀表，已經遠遠落后目前的電子信息技術發展，嚴重制約著本課程實驗的順利進行。因此，筆者對該課程進行了探索性地教學改革，主要針對教學方法、實驗環節方面提出改進的教學方法和措施，加強理論研究與實踐教學相結合，合理增加先進性控制理論及設計驗證實驗，著重對傳統實驗設備替換和補充，開發出新型的實驗教學設備，強調對學生創新思維和能力的培養。
二、教學方法改革思路
針對上述問題，結合目前國內外的技術發展趨勢，課程組在教學過程中多次組織教師進行探討和研究，提出了課程改革的措施。
1.理論教學改革
理論教學主要針對提高學生學習興趣、增加其知識面、增強課后作業練習三個方面進行。其改革結構如圖1所示。
在理論課程內容中，PID控制理論部分主要是講述傳遞函數、微分方程及其動態特性等理論知識，學生學習起來感到枯燥乏味。因此在多媒體課件中增加了大量的圖形及生產過程示意圖，并且增加了部分課題組科研工作中的實際項目例子，這樣極大地提高了學生的學習興趣。比如，在講述串級控制系統的章節就增加了生產紙漿的網前箱溫度-溫度系統，如圖2所示。
PID控制理論部分相對學時比較多，實際的控制儀表應用則偏少，而對控制器的介紹相對比較少。因此在理論課程中增加對實際儀表部分的介紹，增加了智能儀表、網絡儀表等，主要講述其在工業生產過程中的實際應用。這樣學生在學習完成后對工業生產所使用的基本儀器儀表也有了初步的認識，對以后工作打了比較好的基礎。
學生作業一直是學生被動接受的內容。考慮到實際情況，在講授過程中，采用大型作業和小型作業相結合的原則，要求學生對某一生產過程系統的壓力、溫度、流量等參數的PID控制系統進行自行設計。比如采用串級控制系統、均勻控制系統等不同的結構，并且對所使用的執行器和變送器種類進行歸納和總結，并在課堂上選定幾個學生進行講解和討論。這樣學生可選擇的范圍較大，避免了抄襲或應付式完成作業，又對現場應用的執行器有了一定了解，避免了空洞的講解，學生收獲很大。
2.實踐教學改革
本課程設計有8學時的實驗學時。由于原有THJ-2實驗設備已經嚴重老化，部分控制系統已經不能夠使用，因此本著節約成本的原則，本課題組成員自行進行了實驗設備控制系統的改造。在改造之前分析了當前能夠跟上技術先進性的過程控制系統及裝置。由于DCS控制器是當今工業過程控制的發展方向和主流，[4]國外著名的DCS生產廠商及其產品均已進入中國，如日本橫河電器公司的CENTUM-XL、美國HONEY -WELL公司的TDC-3000和瑞士ABB公司的Industrial IT等，用于冶金、石油、化工、電力等行業中。因此本課題小組采用分布式控制系統（DCS）替代原有的獨立式單片機控制系統，其自行開發的實驗設備與陳舊部分可用的實驗儀器結合，重復利用現有資源，避免了教育經費的浪費，其結構如圖3所示。其中深色部分是自行開發的設備，而淺色框代表可重復利用的舊設備。
在自行開發的實驗設備中，課題組也自行開發出多個實驗模塊，從技術上進行全面升級，從實驗范圍上拓寬傳統的PID控制，從理論上加強學生對傳統PID的認識并拓寬知識面，使其接受與企業實際生產緊密結合的前沿技術產品。經過實驗設備改造和實驗環節改革，學生接觸的實驗設備與現場實際相吻合，學生親自動手校驗、調節設備，提高了學生的動手能力，加強了他們的學習興趣，而且加深了他們對設備原理的理解，把理論認識和感性認識結合起來。
三、改造實驗設備及功能
對實驗環節的控制系統進行自行改造升級，主要采用分布式控制系統替代原有舊系統，這樣可以靈活開發出多種結構的控制模塊及其他輔助模塊，幫助學生更加充分進行實驗環節。開發的DCS擴展功能庫主要包括如下部分：RS485通信模塊、模糊控制模塊、預測控制模塊、自適應控制模塊、傳感器類型庫、LCD庫、人機接口庫、USB庫和二次開發庫。
學生在實驗過程中可以靈活地配置和使用以上模塊庫，極大地提高了他們的學習興趣和對計算機、嵌入式系統、控制儀表等原理的理解與實際動手能力。
四、結論
對過程控制系統與裝置課程進行理論和實驗的綜合的教學改革，使得本專業學生在學習本課程上提高了興趣，變被動為主動，增強了其動手能力，大大拓寬了他們的就業范圍，也提高了其在工作中的適應能力，使教學質量和學生的綜合素質都得到較好的提升。
參考文獻：
[1]方康玲.過程控制系統[M].武漢:武漢理工大學出版社,2007.
[2]唐玉玲.過程控制課程教學改革及實踐[J].科技信息,2011,(19):10-11.
關鍵詞：網絡控制，視頻監控，穩壓供水，WinCC，變頻器。
Water Supply Process Control System
Based on Network Monitor
Lu Weijian
Abstract: Envisaging the demand of the current water plant process control systems, we design the experiments about process control systems.And make the three process control facilities to work together with the network. Many tanks are set in each experiment to measure the water level,pressure and flow. A variety of integrated control experiments can be taken here,And embedded video monitoring, water quality monitoring and equipment safety, etc. Besides importing Labview signal processing module can provide effective conditions with the debugging and signal analysis.This paper also discussed the feasibility of remote monitoring by introduction of Internet .
Key words: Network control ,Video monitor，Constant pressure water supply，WinCC ，Frequency inverter
1 前言
本供水系統從能源的最佳配置及安全角度出發，針對水廠多臺中等距離水泵聯網供水系統，綜合現代網絡控制技術，設計一個以工業現場實際生產控制的綜合性、多功能網絡供水控制系統，這個系統具有遠程web監控、復雜的關聯控制、生動的組態監控界面、對輸入輸出信號采集分析等功能。通過對工業供水、流體控制、城市供水、虛擬儀器應用、SCADA軟件應用的研究和綜合，結合實際資源和條件本文提出了這個網絡供水模型控制系統。并探討了遠程web監控的可行性。該系統采用采用WinCC監控組態軟件作為上位機，下位機西門子S7-300PLC進行控制，現場采用MPI總線網絡，對水面以攝像頭進行視頻監控，遠程以因特網連接，利用虛擬儀器軟件優化控制參數，使控制達到最優。從而可實現對復雜的供水網絡進行聯網調度控制。
2 系統功能
控制系統分別由A、B、C三套獨立中距離的設備組成，由一臺PC機作為上位機進行監控和數據處理，并與Internet連接。下位機具有多種監測和控制功能，系統具有以下特點：
（1）流量、壓力、液位等過程量的檢測，從而實現精確的流量、壓力、液位控制；方便的數據記錄和管理；（2）通過視頻對危險或緊急事件進行監控報警；（3）利用虛擬儀器軟件和相應硬件采集處理系統的輸入輸出信號，使控制得到最優化；（4）現場總線網絡實現遠程設備間的關聯控制，實現對分散設備的集中操作和管理；能基于因特網或者局域網實現基于Internet的操作和監視。
系統模型如圖1，現場中單個系統的各個傳感器采集到信號后通過信號處理模塊處理（AD轉換）后把數字信號傳到 PLC（CPU），然后CPU根據此信號進行相應的動作；適配器是連接PLC與PC機的橋梁。水質監控的模擬中采用的總線類型是目前較熱門的USB，當然用戶也可根據所提供的硬件選擇不同的總線類型，只需解決相應的通信協議問題就行了。各個系統之間的PLC通信可通過與CPU配套的外接口進行MPI通信，而各PC機之間則通過Internet進行相互的連接。
3 控制系統硬件設計
硬件結構是系統功能實現的載體，有上下位機組成。上位機采用可靠性較高的西門子工控機，通過MPI網絡與現場控制的下位機PLC連接。下位機控制系統需要對輸入輸出模塊、傳感器、執行器、控制器及其等關鍵硬件進行選型。本系統選用模塊化的西門子中型300系列的S7-312C的CPU；遠程壓力傳感器的模擬信號通過多通道輸入模塊，轉換成數字信號送到控制處理器；利用控制處理器中的數據處理和控制程序進行數據處理和判斷；輸出模塊332控制信號控制電動閥、變頻器等執行器來控制流量、水位和供水壓力等；安裝有6個壓力傳感器，可對管道的多個監測點和池子的壓力進行，還裝有兩個流量傳感器，這可分別測量管道多點的水流量大小。本系統的執行器是一臺有變頻器控制調速的電機水泵及一臺恒速水泵，可以方便根據需要進行調節。采用性能優良的攝像頭和視頻采集卡與工控機相連接，可得到水池和需要監測的生產現場的視頻信號，然后用OLE技術可以把視頻界面嵌入到工控機的人機界面，還可以進一步對該視頻信號進行處理，以實現特定的事件處理，如自動的環境安全監視、設備運行狀態的自動監測等等。
4系統軟件設計
系統的軟件設計包括PLC、WinCC等軟件的設計，及相互之間的通訊。上位機軟件是創建變量、界面數據輸入與實時顯示、數據采集管理、故障診斷、上下位機通信及視頻處理等，其過程大致這樣：建立與PLC的連接和創建變量，建立通信連接后便可以設置用于通信對話的變量。利用圖形編輯器，進行組態、參數輸入界面。如圖2所示體現整個控制系統的大概控制流程：啟動程序后進行初始化，清除寄存器里殘留的數據信息，同時傳感器采集到的信號傳經AD模塊后傳到CPU，處理程序再根據這些信號相應的處理；其間可進行手動和自動操作。每個控制函數都獨立分配一個數據塊，這樣方便數據信息的管理和防止數據出錯。針對每個系統，單獨建立參數輸入界面。選擇手動/自動、控制壓力或流量對象、設定值與PID參數、函數控制、關聯控制對象、標量轉換參數輸入等。在對各個部分的信號進行及時的最優化分析處理上，本系統引入LabVIEW，然后把這個信號及時反饋給控制程序，從而提高控制信號的精度。
對流量或者壓力控制時，可以直接采用完全PID算法，能夠直觀輸入和調整各PID參數，實際運算時則采用增量算法更加方便，計算工作量較少，運算速度較快，其增量式算法如下：
（1）
（2）
其中Δu（k）為k次控制的增量，A、B、C等分別為合并計算的常數。實現PID的控制程序由STEP7自帶函數庫的SFB 41函數實現，既可設定PID參數，還可設定上下限位及調用時間等多種參數。
5 網絡化及視頻監控
三套設備間不僅進行聯網數據監測，并進行聯網控制，對水網供水調度。工業上的供水是一個牽涉到多方面領域的問題，這就需要解決多方面的協調性與能耗等問題。這里主要討論Web方式實行遠程監控的可行性和實現方法，如圖3所示。
供水系統的網絡大而復雜，這里研究一種新的方法，可以解決目前由于傳感器的限制而難以實現的監控系統。由于本系統融入了豐富的控制、監控、虛擬儀器等現代先進的測控技術，可用于控制系統的深入研究和用于綜合性的實驗教學。而視頻嵌入牽扯到多方面的知識，如視頻信息的采集、采用什么算法進行處理，視頻調用的過程步驟等等都需要考慮。視頻調用的步驟如下：（1）用C++編號一個exe的文件，并把此文件放在所建的Wincc項目文件夾里，相應的圖像分析處理在這里可以進行功能擴展。（2）在WinCC 面板中調出個button ；（3）右擊button 彈出一列菜單，選擇“屬性”，（4）選擇屬性里的“事件”，再接著是事件里的“鼠標”，“C動作”；（5）鼠標放在編程框圖里需添加動作的位置處；接著點擊編輯動作窗口的左樹，把他們展開，然后調用windows中的program Execute)，并把program_name改為調用的路徑名即可。（6）調用的路徑里把所有的“\”改為“/”。
6 結論
該網絡過程控制系統通過一臺主機監控，實現現場總線的網絡檢測與控制。可以分為三組，每套有自己獨立的操作界面，可以單獨進行實驗，實時采集數據；實驗時可以大范圍改變參數，并且在屏幕上可以直接觀測到輸出量與檢測量的對應曲線。每套系統嵌入視頻監控和圖像處理，將水廠的過程控制可以與視頻監控完美結合；三臺設備的聯網性實驗可以很好的模擬現實生活中的復雜供水網絡，而且本系統具有試驗切換容易，操作簡便，穩定性好等優點。控制軟件和監控界面的運作在實驗裝置上調試通過，并達到預期的效果。本系統的關聯控制是通過建立數據塊的映射實現的，所以只要把數據塊循環刷新便可實現關聯控制，而不依賴于通訊網絡的結構。視頻監控模塊可以方便地嵌入過程控制實驗系統中，這也是結合了當前工廠實際技術發展的需求方向。
參 考 文 獻
1 張多.自校正控制在液位過程控制綜合實驗系統中的實現[J].實驗技術與管理,2008,25(2):75-77.
2 劉一臻，于靜.SIEMENS WINCC軟件在轉爐供水控制系統中的應用[J].遼寧科技學院學報,2010,12(3):
34-35.
3朱斌,羅益民,錢凌峰.基于PLC和WinCC 的循環冷卻水處理智能監控系統.工業儀表與自動化裝置,2007,(6):37-40.
4 龍迎春 .利用PLC的通信功能實現供水泵站的遠程監控[J]. 控制系統,2006,22(2-1):98-100.
5 K.Preuβ,M.-V.Le Lann,M. Cabassud and G. Anne-Archard .Implementation procedure of an advanced supervisory and control strategy in the pharmaceutical industry[J].Control Engineering Practice, 2003, 11(12):1449-1458.
【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。
參 考 文 獻
研究了國內許多軋鋼廠加熱爐控制系統計算機二級不能正常使用的問題，針對這些問題，研制了一種軋鋼加熱爐過程控制系統，建立了一套新的完整的系統解決方案，并應用在軋鋼加熱爐過程控制中，保證鋼坯加熱過程滿足加熱工藝的要求，同時又節省煤氣和降低了燒耗。該系統是通過建立透明的軋鋼加熱爐，支持加熱爐生產過程操作決策及過程自動控制等措施來實現的。該系統在中板和厚板軋鋼加熱爐控制系統中得到了有效的應用，即提高了產品質量，又節能降耗。
關鍵詞：
加熱爐；過程控制；節能降耗
加熱爐過程控制系統（計算機二級系統，簡稱二級）是軋鋼生產過程脫離“粗放型”管理模式，實現“精細化”管理的必備手段，只有依靠科學有效的過程控制技術，才能從根本上解決操作人員“憑經驗燒鋼”所帶來的各種質量和成本問題。深圳市庫馬克新技術股份有限公司研發了“庫馬克軋鋼加熱爐過程優化控制系統”，應用到鋼鐵企業對軋鋼加熱爐進行有效的過程控制，解決了這個問題，并應用到某中板廠和厚板廠，對于該廠的精細化管理及節能降耗做出了貢獻，取得了良好的效果。
1加熱爐過程控制系統的主要作用
1.1在實現工藝目標中的作用加熱爐過程控制系統的主要任務是保證加熱爐的出爐鋼坯能夠滿足工藝目標要求。鋼坯溫度滿足工藝目標要求，主要分為兩類：一是“鋼坯目標溫度和均勻度”；二是“鋼坯表面脫碳強度”。對于第1類工藝目標，可以通過監控“鋼坯當前溫度”、“鋼坯芯表溫差”和“鋼坯均溫時間”來實現。對于第2類工藝目標，由于難以在線（直接或間接）檢測，從控制的角度考慮，只能是最大限度地降低鋼坯脫碳機會，即盡量減少高溫鋼坯的在爐時間，尤其是高溫鋼坯置于“氧化氣氛”爐氣中的持續時間。歸根結底，上述工藝目標的實現均離不開計算機二級加熱爐過程控制系統的支持，使用加熱爐過程控制系統，可以有效地提升鋼坯加熱的“工藝目標命中率”，從而間接影響成品材的“指標命中率”，其經濟效益在業內已經獲得共識，具體數量，取決于當前生產管理水平。
1.2在降低加熱生產消耗中的作用加熱爐過程控制系統的另一個重要作用是降低鋼坯加熱的生產消耗。降低生產消耗的前提條件是首先要保證鋼坯出爐溫度滿足工藝目標約束。在加熱爐產能無法完全滿足軋鋼系統要求時，使用加熱爐過程控制系統的首要任務是保證產量需要，煤氣使用量并不一定會比沒有加熱爐過程優化控制系統時減少。但如果加熱爐的產能滿足軋機最大產能需求，則減少鋼坯加熱過程中的“過燒時間”將能夠間接地大量減少鋼坯加熱所用的煤氣。至于“過燒時間”的減少量，則取決于現有的管理水平。在沒有加熱爐過程控制系統的狀態下，操作人員無法準確掌握鋼坯的溫度狀態，因此也無法真正知道鋼坯實際過燒時間。有了加熱爐過程優化控制系統，操作人員則至少可以直接監視鋼坯的溫度變化過程，這為減少鋼坯不必要的過燒時間創造了可能性。顯而易見，加熱爐過程控制系統能夠有效地幫助用戶“最大限度地”通過減少“過燒時間”來降低鋼坯加熱過程中的煤氣用量。降低生產消耗的最大空間在于減少鋼坯加熱過程中的“鋼坯燒損量”。控制鋼坯燒損的唯一手段是減少鋼坯在“氧化氣氛”爐氣中過燒，在沒有加熱爐過程控制系統情況下，僅憑操作人員的“經驗”和“責任心”，根本無法真正解決鋼坯過燒導致的鋼坯燒損過大問題。對于每個用戶而言，加熱爐爐況存在差異，鋼坯燒損也各有不同。但正確地使用加熱爐過程控制系統，都能夠幫助用戶將現有加熱爐的鋼坯燒損降到最低。根據生產實踐和各種文獻統計，加熱爐過程控制系統至少可以幫助用戶降低0.5%的燒損。對于一個年產量100萬t的加熱爐，減少0.1%的燒損量，1a將可以為用戶降低數百萬元的生產消耗。
2加熱爐過程控制實施中存在的問題與解決方案
在國內，很多鋼廠的加熱爐過程控制系統在使用過程中，存在各式各樣的問題，甚至很多鋼廠的加熱爐就沒有過程控制系統。即使有些用戶建立了加熱爐過程控制系統，也只是運行著部分功能。造成這種局面的原因是多方面的。針對加熱爐過程控制實現中存在的諸多問題進行了分析，并提出了自己的解決方案。
2.1應用中存在的問題由于國內加熱爐過程控制系統（二級）的設計方法主要源自于對“引進系統”的消化和移植。由于發達國家的生產環境狀態明顯優于我國的工業現狀，因此不可避免地存在一些“水土不服”的狀態。所謂“水土不服”，主要表現為加熱爐過程控制系統（二級）不能正常運行，或正常運行一段時間后就表現失常。加熱爐過程控制系統（二級）使用不好的另一個客觀原因是我國鋼鐵企業長時間“粗放型”管理模式所致。由于鋼材市場一直很好，軋鋼生產過程的主要精力多放在增加產量方面，對鋼坯加熱質量缺乏足夠的重視。甚至認為人工操作已經很好了，能夠滿足生產要求，加熱爐過程控制系統（二級）能工作更好，不能工作也無所謂，并不做深究，只是放棄使用罷了。實際上，導致過程控制系統應用效果不佳的主要原因是當前過程控制系統（二級）設計中存在的缺陷或不足。當前很多加熱爐過程控制系統開發團隊仍然堅持著國外引進系統的設計思路，追求最大限度的全自動過程控制系統。然而，受到國內生產環境的各種條件的制約，在很多情況下，快速實現加熱爐過程控制全自動化不太現實，這就使過程控制系統（二級）的作用大打折扣，最終，由于預期差異，客戶和開發團隊之間產生矛盾，形成相互推諉的不利局面。形成加熱爐過程控制系統（二級）在應用過程中存在問題的另一個原因是一、二級控制系統“開發節奏不同步”，基礎控制系統（一級）通常優先投入使用，而加熱爐過程控制系統（二級）投入較晚，基礎控制系統中對加熱爐過程控制系統（二級）性能產生影響的問題（所謂“遺留問題”）不能充分暴露出來。當基礎控制系統（一級）開發團隊撤出現場后，加熱爐已投入生產運行，為了不影響正常生產，用戶多選擇放棄“遺留問題”的解決，從而造成加熱爐過程控制系統（二級）“不正常”，只能“湊合著”運行，這種現象也是影響加熱爐過程控制系統（二級）聲譽的一個重要原因。
2.2解決方案和實施措施首先，在加熱爐過程控制系統設計上提出了“直面現實”、“分級體驗”的設計理念。所謂“直面現實”，就是承認我國當前鋼鐵行業的現實狀況，不再追求“一步到位的高度自動化”目標，即在現有條件下，以“讓操作人員獲益最大化”為設計目標，盡可能讓過程控制系統（二級）表現出其在精細化生產中不可替代的作用。而“分級體驗”則是在系統實現上，強調多層次性能體現。首先，為操作人員提供一個能幫助其生產決策的“透明加熱爐”，就是將操作人員在操作過程中需要的“有價值決策輔助信息”集中抽出，并合理地組織在同一操作畫面上，以便協助操作人員輕松地進行“鋼坯裝爐”、“鋼坯出爐”、“爐溫調整”等決策操作，以此降低加熱爐過程控制系統（二級）使用的技術門檻，使操作人員在工作中很快獲益。其次，利用計算機計算、存儲和統計分析能力，為操作人員提供各種“追溯”、“預判”和“規劃”功能，幫助操作人員提升“決策效率”和“決策精準度”。最終，系統將為操作人員實現高度自動化提供一個可操作環境。當操作人員對過程控制系統充分信任后，可以通過人機交互形式直接參與加熱爐的過程控制，直至最后實現令其滿意的加熱爐過程控制自動化。在實現上述設計理念的同時，也針對前文提到的“遺留問題”確定了解決方案，并取得了預期的效果。實際上，很多“遺留問題”之所以難以解決，不僅僅是開發團隊不負責任，而是有些問題單靠基礎控制系統（一級）很難發現，需要做長時間數據收集、存儲、分析等工作。為此，我們提出了一個“一二級融合”的解決方案，即利用過程控制系統（二級的工程師站）找到問題，在不影響生產的前提下修改基礎控制系統（一級），消除“遺留問題”，從而將基礎控制系統（一級）和過程控制系統（二級）融為一個整體。加熱爐過程控制系統（二級）是一個“生產過程精細化管理平臺”，主要作用是“讓操作人員睜開眼睛工作”，即在“全面感知現場環境”的狀態下進行加熱爐生產過程的精細化管理，從而獲得產品質量、生產效益雙贏的局面。
3加熱爐過程控制系統目標的實現
庫馬克軋鋼加熱爐過程優化控制系統，采取下列措施，確保軋鋼生產工藝的要求。
3.1建立“透明加熱爐”
3.1.1實時跟蹤和提示爐內鋼坯的位置狀態優化控制系統為操作人員展示加熱爐內鋼坯當前所處的位置，從而實現鋼坯在爐內的分布狀態“透明化”。
3.1.2實時跟蹤和提示爐內鋼坯的加熱環境優化控制系統為操作人員展示加熱爐當前的爐溫控制規則和實際爐溫狀態，從而實現加熱爐內鋼坯加熱環境“透明化”。圖1展示了一個雙排步進式板坯加熱爐內鋼坯加熱爐環境，如爐氣溫度狀態和相關設定信息等。
3.1.3實時跟蹤和提示爐內鋼坯的溫度狀態優化控制系統為操作人員展示加熱爐內鋼坯的表面溫度和芯部溫度等，從而實現加熱爐內鋼坯溫度（場）“透明化”。圖2展示了1個雙排步進式板坯加熱爐內所有鋼坯的（芯部）溫度狀態，以及選定鋼坯的目標溫度和水印區溫度。
3.2支持加熱爐生產操作決策
3.2.1當前加熱爐是否具備裝爐條件優化控制系統實時提示操作人員鋼坯是否能夠接收新的鋼坯入爐，入爐的可用空間是多少，從而協助操作人員進行“鋼坯裝爐操作”決策。圖3展示了1個雙排步進式板坯加熱爐有關鋼坯裝爐決策支持的提示信息。
3.2.2提示當前加熱爐是否具備出鋼條件優化控制系統實時提示操作人員是否存在滿足工藝要求的待出爐鋼坯，如果不存在，還需要等待多長時間，從而協助操作人員進行“鋼坯出爐操作”決策。為了提升操作人員決策的精確性，優化控制系統還實時提示操作人員每個加熱爐最新出爐鋼坯的出爐溫度（計算值）、除磷后表面檢測溫度、開軋表面檢測溫度等。
3.2.3提示當前加熱爐內鋼坯的加熱狀態優化控制系統實時提示操作人員加熱爐內有多少鋼坯已經滿足工藝要求，如果沒有鋼坯滿足工藝要求，加熱爐段內的鋼坯距離達到要求還有多長時間等，從而協助操作人員進行“爐溫調整操作”決策。圖4展示了1個雙排步進式板坯加熱爐有關鋼坯爐內加熱狀態信息，用于提示操作人員從鋼坯加熱狀態角度判定是否需要調整爐溫。
3.2.4提示當前加熱爐的各爐段最佳參考溫度優化控制系統實時提示操作人員加熱爐當前的最佳爐溫參考，以及實際爐溫偏差，從而進行“爐溫調整量”決策。圖5展示了1個雙排步進式板坯加熱爐各類爐溫設定信息，用于提示操作人員判定是否需要調整爐溫，以及爐溫調整量。
4實現鋼坯加熱過程自動控制
4.1實時跟蹤鋼坯爐內運行速度針對加熱爐的每個爐道，建立爐道內鋼坯運行軌跡跟蹤，并在此基礎上計算鋼坯爐內運行速度，以此作為鋼坯溫度預測模型的邊界條件信息。
4.2實時判定鋼坯預期爐段溫度針對爐段內的每個鋼坯，依據鋼坯運行速度和當前加熱環境，在當前鋼坯溫度的基礎上，計算鋼坯達到爐段出口時的離段溫度（鋼坯離開當前所在路段時所達到的溫度），如果離段溫度不滿足工藝目標要求，則根據離段溫度偏差（目標離段溫度-計算離段溫度）試探調整“虛擬爐段溫度”，直至離段溫度偏差滿足要求。此時“虛擬爐段溫度”即為鋼坯預期爐溫。
4.3實時計算加熱爐各爐段最佳爐溫參考根據每個爐段內鋼坯的預期爐溫，參考“鋼坯鋼種加熱優先級”（根據鋼坯特殊質量要求而定）和“鋼坯位置優先級”（根據鋼坯距離爐段出口的距離而定），確定爐段當前的最佳爐溫參考；如果在基礎控制系統中存在爐溫控制回路，允許操作人員以交互方式干預最佳爐溫參考，形成當前爐溫設定信息，并下發到基礎控制系統中，用于自動爐溫調節。圖6展示了1個雙排步進式板坯加熱爐計算最佳設定爐溫提示。
4.4實時計算加熱爐加熱煤氣最佳流量參考如果在基礎控制系統中沒有“爐溫控制回路”，優化控制系統將根據當前實際爐溫、最佳爐溫參考，以及爐段內鋼坯溫度和數量等，計算“最佳煤氣流量參考”。允許操作人員以交互方式干預“最佳煤氣流量參考”，形成當前煤氣流量控制回路的設定信息，并下發到基礎控制系統中，用于自動調節燃氣流量，以期達到自動控制加熱爐溫度的目的。由于本系統所有信息都存入數據庫，所以本系統支持操作人員針對爐內任意鋼坯加熱過程查詢，支持生產管理人員對任意鋼坯的加熱過程追溯。
5結論
《過程控制基礎》是將自動控制理論，工藝知識，計算機技術和儀器儀表等理論和技術相結合而構成的一門應用科學，是自動化專業一門重要的專業核心課程。國內大多數理工院校的自動化專業都開設了該門課程，通過本課程的學習，應使學生掌握生產過程控制的基礎知識和基本應用技術，掌握根據系統的工藝原理和系統流程圖去分析系統的組成，培養學生掌握過程控制系統的分析和設計方法，培養學生具有一定的工程實踐能力。
隨著計算機技術，控制理論和技術，測控技術等相關技術的高速發展，過程控制基礎這一門自動控制技術的重要分支也在飛速發展，在電力、冶金、航空航天等行業得到越來越廣泛的應用。因此，為了適應科技發展，尤其是為了適應我校自動化專業教育特色，《過程控制基礎》課程的教學改革和探索成為了一項迫在眉睫的工作，為了打破常規的教學模式，本文從教學內容，教學方法、教學手段、實踐教學以及考核方式等方面進行改革和探索，并付諸日常的實際教學環節當中，真正實現實踐型和創新型人才的培養。
1 《過程控制基礎》教學現狀
目前的《過程控制基礎》課程總共32個學時，其中包括4個學時的課內實驗。教材為《過程控制與自動化儀表》第二版，潘永湘等編著。全書總共為十章，因為教學課時有限，只講授其中的五章，分別為：第一章，緒論；第五章，簡單控制系統設計；第六章，常用高性能過程控制系統；第七章，實現特殊工藝要求的過程控制；第十章，典型生產過程控制與工程設計。課內實驗四個學時，其中包括兩個實驗內容，分別為：實驗一，簡單控制系統的設計和參數整定；實驗二，串級控制系統的設計和參數整定。
目前的理論教學過程以傳統的多媒體授課為主，板書為輔，講完相應內容都會布置相應的課后作業，課后作業在習題課進行講解，教師和學生課上或者課下都很少互動，基本是填鴨式教育，加之課程內容有一定的理論性和抽象性，部分內容枯燥難懂，難以調動學生的學習積極性，課堂氛圍較差，曠課情況嚴重，總的教學質量一般。
課內實驗由專門的實驗老師負責，實驗內容多年不變，缺少靈活性和自主性，任課教師很少參與實驗，無法獲悉實驗內容的完成情況，很難把實驗環節如實的體現到最后課程成績的總評中去。
教學改革的幾點探索和做法：
1.1教學內容的改革
《過程控制基礎》的實質是基于控制理論實現流程工業的控制系統，其教學內容應包括：過程控制系統各組成部分的關鍵技術，如檢測儀表、控制儀表、執行器、被控過程的數學模型、簡單控制系統的設計、常用高性能過程控制系統的設計、實現特殊工藝要求的過程控制、復雜過程控制系統以及計算機控制系統等。
在教學內容的組織上，為了解決學生對過程控制缺少全局性認識的現狀，在課程的概述部分適當引用了一些案例，一般是日常生活當中可以接觸到或者是經常聽說的案例，這樣學生在該課程的初始階段就可以對該學科有一個深刻的感性認識，了解過程控制系統的分析和設計過程。
考慮到過程控制技術的飛速發展，使學生學完該課程能夠更好的理論聯系實際，在日常的教學工作當中，教學內容應密切跟蹤科技前沿，為此，適當剔除了一些老舊內容，在講授復雜過程控制系統時，重點介紹了推理控制、神經網絡控制等控制方式。
1.2 教學方法的改革
改變傳統的老師在上面講，學生在下面聽的教學模式，代之為以解決問題為目的的驅動式教學。教學不是簡單的知識灌輸，而是要通過調動學生的學習積極性，變被動學習為主動學習，讓學生自己真正參與到課堂教學過程中來。任何學生都有一定的求知欲和好奇心，在講授新內容之前，事先布置了一些問題，讓學生帶著問題去聽課，每次授課結束前，采取以提問所布置問題的形式來考察學生對課堂內容的理解程度。此外，通過學生的回答問題情況，也可以獲悉學生對課堂內容的掌握情況，對于普遍理解不清的知識點，可以進一步加以強調。此外，把MATLAB中的SIMULINK軟件工具引入到了教學過程當中來，通過借助這一軟件工具使得某些內容抽象、枯燥、理解困難的知識點變得更為生動，易于理解。例如在講解過程特性對控制系統的影響時，利用SIMULINK軟件對一個自衡非振蕩過程進行仿真，通過把過程的三個參數[K、T、τ]由小到大做調整，觀察系統在階躍信號下的輸出，通過觀察輸出，使學生更加生動的了解三個參數對控制系統的影響情況。
1.3 教學手段的改革
采用“四位一體”式教學手段，“四位”指服務課程教學的四種方式：多媒體教學、問題驅動教學、專家或優秀教師進課堂教學和學生下實驗室實驗教學；“一體”是指本門課程的整個教學過程。
對于多媒體教學，課前認真制作課件，適當設置了一些聲音和動畫，以增加課件的視覺和聽覺效果；對于問題驅動教學，所提出的問題一般是緊扣本講重點內容，做到了問題盡量全面，避免了大而偏；在課程的整個教學過程當中，邀請了相關的專家和具有優秀教學經驗的教師來給跟學生座談，以提高課程教學的靈活性；
由于課程內容較多，授課學時又有限，對于一些簡單但又重要的內容課下以作業的形式布置給學生，讓學生利用課外時間去學習理解，例如第八章中的預測控制系統和模糊控制。最后，通過讓學生寫讀書報告或者讀書心得的形式進行考察，了解了其知識掌握情況。
此外，學生在學習過程當中經常會遇到諸多問題，而任課老師又不可能隨時當面解答，因此，一個好的任課教師必須又是一個頭腦靈活的老師，通過引導學生利用網絡交流工具，利用網絡論壇、聊天室、QQ群等交流工具，實現任課教師和學生之間的互動，且互動的結果所有同學可見，從而解決了問題具有普遍性而當面答疑難的問題。
1.4 實踐教學的改革
過程控制實驗是該課程教學過程當中不可缺少的重要組成環節，旨在通過實驗過程加深學生對理論知識的基本概念的理解和掌握，培養工程實踐能力，激發創造力。但目前的實驗的主導作用僅僅表現為介紹實驗內容、示范操作、強調注意事項和糾正錯誤等，其存在問題主要有以下幾點：第一，學生接觸儀器設備的機會和時間少，對新儀器、新設備和新技術缺乏必要的訓練和反復使用的機會。第二，學生做實驗的主動性不夠。從實驗方法、內容、步驟到考核，基本上都是由教師事先確定，學生沒有太多選擇和發揮的機會，無法調動學生的主動性和積極性，更不可能激發學生的創新能力。即使隨著教學改革的深入，這種狀態有所改變，但仍跟不上整體的教育形勢的發展和需要。第三，實驗課堂容量小，實驗時間過于集中，實驗室利用率低，實驗安排比較刻板，學生沒有補做、重做或者選作的機會，學生在實驗課外很少有接觸實驗設備的機會。由于上述原因，大部分學生被動模仿或濫竽充數，這樣的實驗教學模式使得學生缺乏獨立思考的機會，學生沒有真正成為實驗教學的主體，所以影響了學生的探索欲和創新欲的潛能釋放。
目前的實驗教學環節總共是四個學時，總共兩個實驗，分別為分別為：實驗一，簡單控制系統的設計和參數整定；實驗二，串級控制系統的設計和參數整定。 實驗一和實驗二為傳統實驗項目，當然是必須要做的實驗，因為兩個實驗在該課程當中起到基礎作用，具有一定的代表性。
其實，與課程理論內容相關其他實驗還有許多，例如，在簡單控制系統設計中還可以有的實驗有：一、利用SIMULINK對PID控制器參數自整定；二、單回路液位控制系統實驗等。對于高性能過程控制系統，還可以有的實驗有：一、前-反饋控制系統的實驗；二、比值控制系統的實驗等，對于其他章節，也有不少的相關實驗內容。為此，為了提高學生的實踐和創新能力，建議敞開實驗室，實現空間和時間上的開放，也就是延長實驗室開放時間，逐漸實現全天候開放，將封閉的實驗室轉型為開放的實驗室，提高實驗室利用效率。根據實驗室設備情況，建立相關的實驗名錄，學生在完成必修實驗內容外，鼓勵學生利用課余時間完成實驗名錄內的實驗項目。
1.5 考核方式的改革
對于考察課來說，考核方式更為靈活，可以作為促進學習的手段，也可以通過考核來檢驗學生對課程知識的掌握程度。
在考核方式上，改變傳統的單純開卷考試形式，采取課堂測試、大作業、開卷考試、課內實驗相結合的形式，各部分內容以及所占比重同以往的考核方式相比，有了較大變化，課程成績由以下四部分構成：
平時成績：包括上課出勤、完成作業情況、回答問題情況、課堂測試情況等，占總成績的30%。
大作業：在課程教學中期布置，階段性考察了學生對課程知識的掌握情況，占總成績的10%。
開卷考試：考試內容重點放在了第五、六、七章，例如第五章的簡單控制系統的設計，第六章的串級控制調節閥氣開、氣關形式的選擇，主副調節器正反作用方式的選擇以及第七章的比值控制系統和自動選擇性控制系統等相關內容都作為了重點考察內容，占總成績的40%。
實驗環節：考察了學生完成課內實驗質量，包括實驗過程檢驗和實驗報告完成情況，占總成績的20%。為了鼓勵學生重視實驗實踐環節，對于平時成績低的學生，通過選作實驗名錄里的其他實驗，來獲得適當加分，但最高分不能超過實驗和平時成績相加到一起的總分50分。
【關鍵詞】過程控制；儀表技術；分析
1 引言
面向21世紀的過程控制技術開始向了多目的過程控制、仿真、智能應用和遠程監控等方向發展。因此研究過程工作技術對我國的科技進步具有重大的意義。在實際應用中，過程控制就是對一些過程進行監控和調整物質和能量相互作用。它與其它的控制模式有較大的差別，它是一種閉環的控制模式。過程控制的特征以下幾個方面：（1）被調控的過程控制變量變化較慢，在工作人員員進行控制后，在一段時間內它不會產生較為明顯的反應；（2）在過程控制的過程中，所進行的調控經常是離散的過程；（3）一些的相關變量組成了被控過程。在實際生產過程中，過程控制就是對生產工藝流程進行監控。
過程儀表控制技術的發展水平與控制理論、傳感器、數據采集和控制算法有關。儀表過程控制技術廣泛的應用于石油工業、輕工行業、化工行業、電力工業、紡織工業、核能工業等中。過程控制儀表技術就是指把進行控制的軟件和過程控制的數字電路封裝在一塊，通過儀器控制面板讓用戶進行觀察和控制，這樣就為用戶提供了很好的測控功能。
2 過程控制儀表技術研究現狀
由于信息技術和微加工技術的快速發展，使的過程控制儀表技術取得了較大發展，特別是采用虛擬儀器技術進行過程儀表控制的技術。
2.1 國外過程控制儀表技術發展現狀
在西方發達國家，過程控制儀表技術的發展得到空前發展，特別是采用虛擬儀器進行過程控制儀表的發展，它的強大功能隨著廣泛應用于測控領域，得到了人們的認可。一些西方著名的大公司開始應用過程控制儀表技術。例如美國的Gsytems公司，通過采用虛擬儀器技術來進行控制信號，通過獲得空氣中的壓力數據輸出以及改變風向的信號。利用微處理器進行運算處理過程控制儀表所獲得的數據。利用虛擬儀器技術進行過程控制儀表在工業控制系統具有非常大的應用潛能。通過利用虛擬儀器技術，過程控制儀表技術將會發展到一個新的階段，同時也使得過程控制儀表技術具有很好的發展前途。
2.2 國內過程控制儀表技術發展現狀
我國對過程控制儀表技術的研究有很大的進展，也取得了不少成果，在虛擬儀器技術方面，由于虛擬儀器具有較強的運算能力，可以很好的出來來自監控系統的大量信息，實現傳統儀器過程控制的升級換代，保證過程控制儀表技術的準確性和高效性。例如我國研制的采用虛擬儀器技術進行溫度測試和控制的例子，它要實現的功能是進行周圍環境溫度的采集和控制。它包含有電路和數據采集卡及配套的軟件組成。在它實際工作的過程中，首先將模擬信號（溫度信號）通過傳感器轉變為數字信號（電壓信號），然后將數字信號進行放大和調理后送入數據采集卡進而進入上位機，在上位機上運行的軟件對獲得的數據進行處理，通過顯示器顯示出來。然后上位機將指令經數據采集卡送入給溫度控制電路，進而控制溫度的控制，實現預期想要的溫度值。
3 過程控制儀表技術發展研究
過程控制系統是指生產過程的參數作為被控制量使之接近給定值或保持在給定范圍內的自動控制系統。過程控制的主要參數有溫度、壓力、濃度等。通過對過程參數的控制，可使生產過程中產品的質量提高和能耗減少。一般的過程儀表控制系統通常采用反饋控制的形式，在20世紀50年代，過程儀表控制技術主要功能保證生產過程中的一些參數不變。在70年代，過程儀表控制技術出現了最優化控制和自動化調度的計算機控制系統。在90年代，過程儀表控制技術與信息技術相結合，產生更多的功能。
隨著現代科學技術的不斷發展，過程控制儀表技術應用于我國的各行各業中。自改革開放以來，過程儀表控制技術得到了快速的發展。隨著現代工業生產形式的快速發展，以及大規模集成電路的研制成功和微處理器的進一步發展，工業控制機的可靠性能和性價比都得到了較大提高。由于工控機采用更加先進的冗余技術和診斷技術等措施，使工控機滿足了現代工業控制的新要求。隨著計算機技術的發展和應用，在工業生產控制的過程中，過程儀表控制技術的發展來到了一個新的發展階段。
4 過程控制儀表技術發展趨勢
近年來，過程儀表控制技術向數字化和智能化發展，而且采用模塊化設計的思想使得它的精度更高、質量更輕和較低的成本，在這個過程中發展形成了分散型控制系統、總線式工控機、可編程控制器和智能儀表控制技術。其中，智能化控制是過程儀表控制技術發展的新方向，現場總線技術的出現時信號傳遞的一次劃時代的變革，實現過程控制儀表信號傳遞由模擬信號轉變為數字信號傳遞。
4.1 過程儀表控制的智能化
微電子技術的發展，使得微處理器體積更小、功能更強以及速度更快，而自控裝置的智能化，通過采用微處理器研發制造各種形式的智能儀表和功能模塊和其它裝置。微處理器研發的成功，使得過程控制設備更加智能化，極大地提高了設備的性能和可靠性，實現過程控制設備質的飛躍。過程儀表智能控制具有高精度測量、自動校準能力、自動修正能力和自動自檢能力，能夠實現高級控制和復雜系統控制。因此，過程儀表智能控制已成為當前過程儀表技術新的發展趨勢，過程儀表智能控制儀表將取代傳統儀表。
4.2 基于現場總線的過程儀表控制技術
現場總線是近年來迅速發展起來的一種數據總線，它主要用于過程儀表智能控制的信息傳遞。過程儀表智能控制利用現場總線技術進行數字信息傳遞，使傳遞的信號傳遞更加安全和可靠，各個裝置的連接變得非常方便和靈活，采用現場總線技術構成的過程儀表控制，技術可靠性將大大提高。
關鍵詞:生產過程自動化 發展概況 質量與性能
一、生產過程自動化及其作用
(一)生產過程自動化
生產過程自動化就是通過采用計算機技術和軟件工程采集的數據和程序的運算,輸出到執行器起執行以達到生產工藝過程的控制目的。更高效、更安全地運營,重要就是學習儀表.控制系統,通訊。
(二)生產過程自動化的作用
在生產過程自動化技術出現之前,工廠操作員必須人工監測設備性能指標和產品質量,以確定生產設備處于最佳運行狀態,而且必須在停機時才能實施各種維護,這降低了工廠運營效率,且無法保障操作安全。
生產過程自動化技術可以簡化這一過程。通過在工廠各個區域安裝數千個傳感器,過程自動化系統可以收集溫度、壓力和流速等數據,然后利用計算機對這些信息進行儲存和分析,再用簡潔明了的形式把處理后的數據顯示到控制室的大屏幕上。操作人員只要觀察大屏幕就可以監控整個工廠的每項設備。
生產過程自動化系統除了能夠采集和處理信息,還能自動調節各種設備,優化生產。在必要時,工廠操作員可以中止過程自動化系統,進行手動操作。二、生產過程自動化控制及其效能
生產過程自動化控制指自動控制系統的被控量是溫度、壓力、流量、液位成分、粘度、濕度以及PH值(氫離子濃度)等這樣一些過程變量時的系統。
生產過程自動化控制具有增效節能的功能。工廠所有者希望他們的設備能以最低的成本生產最多的產品,而在石油、天然氣和石化等多個行業,能源成本占總生產成本的30-50%。因此,通過過程自動化技術增效節能是降低生產成本的有效途徑。對于生產過程自動化技術而言,計算機程序不僅能夠監測和顯示工廠的運行狀況,還能模擬不同的運行模式,找到最佳策略以提高能效。這些程序的獨特優勢是能夠“學習”和預測趨勢,提高了對外界條件變化的響應速度。生產過程自動化系統中的軟件和控制裝置能夠對設備進行調節,使其在最佳速度下運行,從而大大降低能耗。它們還能夠確保質量的一致性,降低次品率,減少浪費。生產過程自動化系統還能預測何時需要對生產設備進行維護,從而減少了對設備進行常規檢查的次數。常規檢查次數的降低可以減少停止和重新啟動機器所花費的時間和能源。
進入90年代以來自動化技術發展很快,是重要的高科技技術。生產過程控制是自動化技術的重要組成部分。在現代工業生產過程自動化電過程控制技術正在為實現各種最優的技術經濟指標、提高經濟效益和勞動生產率、節約能源、改善勞動條件、保護環境衛生等方面起著越來越大的作用。
三、生產過程自動化控制的發展概況
19世紀40年代前后(手工階段):手工操作狀態,憑經驗人工控制生產過程,勞動生產率很低。
19世紀50年代前后(儀表化與局部自動化階段):生產過程自動化控制發展的第一個階段,一些工廠企業實現了儀表化和局部自動化。主要特點:檢測和控制儀表――采用基地式儀表和部分單元組合儀表(多數是氣動儀表);過程控制系統結構――單輸入、單輸出系統;被控參數――溫度、壓力、流量和液位參數;控制目的――保持這些參數的穩定,消除或者減少對生產過程的主要擾動;理論――頻率法和根軌跡法的經典控制理論,解決單輸入單輸出的定值控制系統的分析和綜合問題。
19世紀60年代(綜合自動化階段):生產過程自動化控制發展的第二個階段,工廠企業實現車間或大型裝置的集中控制。主要特點:檢測和控制儀表――采用單元組合儀表(氣動、電動)和組裝儀表,計算機控制系統的應用,實現直接數字控制(DDC)和設定值控制(SPC);過程控制系統結構――多變量系統,各種復雜控制系統,如串級、比值、均勻控制、前饋、選擇性控制系統;控制目的――提高控制質量或實現特殊要求;理論――除經典控制理論,現代控制理論開始應用。
19世紀70年代以來(全盤自動化階段):發展到現代過程控制的新階段,這是過程控制發展的第三個階段。主要特點:檢測和控制儀表――新型儀表、智能化儀表、微型計算機;過程控制系統結構――由單――多變量系統,由PID控制規律――特殊控制規律,由定值控制――最優控制、自適應控制,由儀表控制系統――智能化計算機分布式控制系統;理論――現代控制理論――過程控制領域,如狀態空間分析,系統辨識與狀態估計,最優濾波與預報。
四、生產過程自動化控制系統組成及分類
(一)生產過程自動化控制系統組成及分類
生產過程自動化控制系統由測量元件、變送器、調節器、調節閥、被控過程等環節構成。一個簡單的過程控制系統=被控過程+過程檢測控制儀表(測量元件、變送器、調節器和調節閥)。
第一種,定值控制系統。系統被控量(溫度、壓力、流量、液位、成分等)的給定值保持在某一定值(或在某一很小范圍內不變)中。例如前述的例子就是定值控制系統。系統的輸入信號是擾動信號。
第二種,隨動控制系統。隨動控制系統-----被控量的給定值隨時間任意地變化的控制系統。作用:克服一切擾動,使被控量及時跟蹤給定值變化。例如在加熱爐燃燒過程控制,控制系統就要使空氣量跟隨燃料雖的變化自動控制空氣量的大小從而保證達到最佳燃燒。
第三種,程序控制系統。被控量的給定值是按預定的時間程序而變化的。控制的目的:使被控量按規定的程序自動變化。例如機械工業中的退火爐的溫度控制系統。
(二)生產過程自動化控制系統特點
系統由過程檢測控制儀表組成;被控過程的多樣性;生產規模不同、工藝要求各異、產品品種多樣。
第一,控制方案的多樣性。通常有單變量控制系統、多變量控制系統、常規儀表控制系統、計算機集散控制系統、提高控制品質的控制系統、實現特定要求的控制系統。本書將要介紹單回路、串級、前饋、比值、均勻、分程、選擇性、大時延、多變量系統,還要介紹高級新型系統(自適應控制、預測控制)以及極可能成為系統主流的集散控制系統(DCS)。
第二,過程控制的控制過程多屬慢過程,而又多半屬參量控制。被控過程具有大慣性、大時延(滯后)等特點。對表征其生產過程的溫度、壓力、流量、液位(物位)、成分、PH等過程參量進行自動檢測和自動控制。
第三,定值控制是過程控制的一種主要控制形式。如何減小或消除外界擾動對被控量的影響,使被控量能控制在給定值上,使生產穩定。
五、生產過程自動化控制系統的質量與性能標準
控制性能良好:在受到外來干擾作用或給定值發生變化后,應平穩、迅速、準確地回復(或趨近)到給定值上。評價控制性能好壞的質量指標。根據工業生產過程對控制的實際要求來確定。通常采用的兩種質量指標:
1.系統過渡過程的質量指標
第一種,余差(靜態偏差)c:系統過渡過程終了時給定值與被控參數穩定值之差。它是一個準確性的重要指標,是一個靜態指標。一般要求余差不超過預定值或為零。
σ都是衡量系統質量的一個重要指標。若A、σ愈大則表示被控量偏離生產規定的狀態越遠。規定允許最大偏差。
第四,過渡過程時間ts。過渡過程時間ts:表示系統過渡過程曲線進入新的穩態值的±5%或± 2%范圍內所需的時間。ts愈小表示過渡過程進行得愈快。它是反映系統過渡過程快慢的指標。
第五,峰值時間tp。峰值時間tp:是指系統過渡過程曲線達到第一個峰值所需要的時間。其大小反映系統響應的靈敏程度。
2.誤差(偏移)性能指標
單項指標來表示控制系統的質量以外,還可以用綜合指標來對系統過渡過程進行綜合評價。一個過程控制系統的質量主要看偏差的變化情況。
可采用偏差與時間的某種積分關系作為衡量系統質量的準則,這就是積分指標。常用有:
平方誤差積分指標(ISE);
參考文獻:
【1】高志宏主編,《過程控制與自動化儀表》,浙江大學出版社, 2006 年
關鍵詞：PLC；水泵測試；控制系統；設計
目前，國內那些采用專用測量儀器與儀表的水泵微機測試系統的水泵生產企業，它們做水泵型式試驗和出廠試驗時，無論精度還是效率方面都有了較大的提高，但是這類測試系統仍有一些不足之處，例如在現場測試的抗干擾性和測試過程控制的實時性方面相對較為薄弱。為此，在原有設計系統的基礎上，作者提出了一套改進方案，將工業控制領域中運用相對普遍的PLC引進了水泵試驗測試控制系統，既充分利用了PLC自身處理速度快、可靠性高和抗干擾能力強的優點，又利用了工控機良好的數據分析和處理能力。
1、水泵測試控制系統的設計方案
通過控制變頻器電動機的轉速，調節電動閥門等以達到滿足用戶需求的自動調整水泵電動機的運行狀態并自動修正不同流量下水泵各類測試，從而使誤差降到最低。為了保證整個測試過程的精度和讀數分辨力，可以根據測量統計修正模型并進行有效的補償，從而達到對信號進行較復雜的計算和處理，對自動處理水泵測試過程中出現的各種故障進行檢測和排除。監測量可以是開關量，也可以是模擬量，自動實時監測水泵電動機及相關輔助設備的運行參數和運行狀態；將事先設定的限定值實時與監測量的監測結果進行比較，一旦被測量超過限定值時，相應的聲光報警信號將會啟動，這樣用戶就可以適時調整相關信號。安全系統主要是適時地產生一些保護性動作。比如由于某些異常或是人為因素而引起的電動機反轉現象，致使水泵出現倒吸的針對水泵在測試運行過程中發生的嚴重漏電現象，從而能夠避免整個測試系統的崩潰。
2、水泵測試控制系統硬件設計
2.1測量控制單元設計
測量控制單元屬于過程控制級，直接與水泵電機及各類測量傳感器、變頻器、各種空氣開關和中間繼電器相連，來完成整個測試過程的控制與監測。機組的測量控制單元包括模擬量輸入/輸出、開關量輸入/輸出、鍵盤輸入和聲光報警等。電機的信號為電壓、電流、電阻、功率、頻率、轉速以及電機繞組溫度。電網的信號為電壓、電網總有功功率、電網頻率及各空氣開關線圈的開關狀態。壓力傳感器信號為進口壓力和出口壓力。PLC測控單元的控制信號為電機的啟動、停機及電動調節閥的調整等。
2.2測試控制電路設計
水泵測試過程控制系統的主要電路包括主控電路、測量電路、電動閥控制電路和水泵電機控制電路。綜合考慮系統的整體性能和可靠性。作為整個水泵測試過程控制系統的主控電路，其性能直接影響整個系統運行的穩定性。測量電路是水泵測試系統關鍵部分，其功能是負責測量水泵與電機的各種信號，通過各種測量儀器和傳感器采集水泵與電機運行的各種關鍵信號量。因此，其性能的好壞直接影響信號測量的精度和可靠性。
3、水泵測試控制系統軟件設計
3.1模塊設備
在水泵測試控制系統的軟件設計過程中，整個系統大致可以分為4個模塊，即通訊模塊、數據處理及過程控制模塊、監控模塊、數據采集模塊。通訊模塊的基本功能是要保證試驗過程中試驗數據傳輸的實時性和準確性，這樣才能既發揮PLC控制精度高和抗干擾能力強的特點，又能充分利用工控機良好的數據分析和處理能力；系統采用了RS232通訊模塊來保證數據傳輸通道的正常運行。數據處理及過程控制模塊是整個測控系統的核心。本系統通過對來自數據采集模塊數據的計算、分析和處理，由D/A或者I/O模塊向系統中的各個控制器件和電控開關發出控制信號，實時調整系統的狀態和參數，使系統嚴格按照要求自動完成試驗項目的操作。數據采集模塊的主要功能是對測控系統中各個傳感器的信號進行采集，為試驗的分析和處理提供數據來源。本系統的數據采集分為兩部分：模擬量信號采集和數字量信號采集。模擬量的采集使用12位的A/D卡，數字量的采集使用C/T卡。監控模塊就是對系統各個部分的狀態進行監控。當系統發生異常或出錯時，及時報警并采取相應的應急措施。在水泵試驗中，試驗回路正確與否對試驗能否正常和順利地完成起著決定性的作用。因此，監控模塊的主要功能就是對試驗回路進行監控，方便用戶在系統出現異常時及時做出反應。
3.2 PLC控制程序設計
針對水泵測試系統的控制特點，PLC控制程序主要由過程控制、繼電器動作和數據上傳3部分組成。過程控制部分主要將PC上位機上所設定的參數讀入，檢查設備是否處于初始狀態，控制每個試驗的邏輯過程，與上位機設定通信接口位；繼電器動作部分主要將過程控制中的各個邏輯狀態進行組合，根據其組合的結果控制繼電器、電動調節閥及電機的開閉，從而完成整個系統所要實現的各種電氣、電動功能；數據上傳部分主要是將傳感器測量的模擬量信號和數字信號處理后上傳給上位機進行顯示，根據控制要求畫出程序流程圖，并根據流程圖進行梯形圖編程。
結束語：
本系統采用以西門子S7-200PLC為控制核心與工控機聯合控制的模式，利用程序設計語言編制了界面和通信程序，構建了水泵測試過程控制系統，該系統充分發揮了PLC和工控機自身的優勢。系統測控軟件的設計是基于模塊化思想進行設計的，整個軟件由通訊模塊、數據采集模塊、監控模塊、數據處理及過程控制模塊4個部分組成。模塊的引入大大簡化了程序，使程序具有良好的可讀性及可擴展性，為以后系統功能的增加奠定了良好的基礎。經過現場的調試表明，系統穩定可靠，滿足生產實際需要，使用方便，有效地提高了水泵測試過程的可靠性和安全性。
參考文獻：
關鍵詞：解耦控制；MCGS組態環境；上水箱液位；出水口水溫
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A
1 引言
在現代化生產過程當中，隨著對生產過程的要求越來越高，控制技術和控制方法也要相應的改進，多變量過程控制系統是一種復雜的控制系統，解耦問題是多變量過程控制系統的一個非常突出的問題，解耦控制也是一個有濃厚應用背景的課題，無論是在國內還是在國外，解耦控制系統都是一個非常熱門的話題，成為自動化領域中的一個相當熱門的研究方向。
2 傳統解耦方式
傳統的解耦方式包括對角矩陣法、狀態變量法、相對增益方法、對角優勢法，其中對角矩陣法因為能較為方便的實現多變量解耦的設計，所以在實際中得到了廣泛的應用。盡管現在關于狀態變量法的研究非常多，但其應用并不廣泛。相對增益法已經成功的用在了精餾塔的控制中，這使得它更具吸引力。對角優勢法非常復雜，需要借助圖像顯示和計算機進行輔助設計，但隨著計算機技術的發展這已不是問題。
3 水箱液位與出水口溫度的解耦控制
由圖1可知，系統實現完全解耦的條件為：
m1GD21（s）G22（s）+m1G21（s）=0
（1）
m2GD12（s）G11（s）+m2G12（s）=0
（2）
即
GD21（s）= （3）
GD12（s）= （4）
由圖2和圖3可以看出，當給出水口溫度加入一個階躍干擾后，上水箱液位曲線沒有變化，還穩定在原來的狀態，當溫度再次達到穩定狀態后，液位也還穩定與原來的狀態，可以說，解耦裝置讓系統達到了較好的解耦效果。
通過實驗可以看出上水箱液位與出水口溫度解耦控制實驗中，在不加入解耦裝置的情況下，一個量的變化會引起另外一個量的變化；當加入解耦裝置以后，系統達到穩定狀態后在一個量上加入干擾，幾乎不會影響另外一個量的變化。在解耦效果很好也即達到完全解耦的情況下，一個量的變化就不會影響到另外一個量，也就是說，在變量與變量相關的控制系統中加入解耦裝置，如果解耦裝置設計得當以及調試得好的話，那么就可以使得有耦合關系系統在得到解耦之后等價于幾個相互獨立的系統。
結語
在研究了前面的解耦控制理論與一些常用的解耦方法的基礎上，利用相對比較簡單的前饋補償解耦法對上水箱液位與出水口溫度進行解耦控制，是利用MCGS組態軟件在THJ-3高級過程控制系統以及智能儀表的控制下進行的實驗過程，并且取得了比較好的解耦效果。
參考文獻
[1]金以慧，方崇智.過程控制[M].北京：清華大學出版社，2002（03）：1-7，171-178.
