時(shí)間：2022-10-08 14:17:55
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)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(tǒng)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：過程控制系統(tǒng)，液位，測量原理，控制方式，測量設(shè)備
1 前言
德國FESTO公司研制的“PCS” 即“過程控制系統(tǒng)”，是一套集目前工業(yè)控制中較為典型的控制系統(tǒng)（液位控制、流量控制、壓力控制、溫度控制）于一體的實(shí)驗(yàn)裝置（見圖1.1）。實(shí)驗(yàn)裝置由四個(gè)操作站和一個(gè)中間調(diào)度站組成，分別實(shí)現(xiàn)四種典型環(huán)節(jié)（液位、流量、壓力、溫度）的檢測與控制。每站由相應(yīng)的檢測傳感器、控制器和電動(dòng)執(zhí)行器構(gòu)成。控制器由中央處理單元、信號處理單元和驅(qū)動(dòng)電路等組成，可以實(shí)現(xiàn)開環(huán)、閉環(huán) PID算法控制開度閥（比例閥）動(dòng)作和直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。各站之間通過管道及開關(guān)閥（電磁閥）連接，由中間站的PLC控制開關(guān)閥導(dǎo)通，可形成耦合系統(tǒng)。
2 液位系統(tǒng)簡介
本文中的液位系統(tǒng)如圖1所示。
圖1液位系統(tǒng)
液位控制系統(tǒng)是FESTO四個(gè)獨(dú)立站中的一站，包括一高一低兩個(gè)容器（通過中間連接管道上手動(dòng)閥的開閉控制其通斷）、超聲波液傳感器、直流電機(jī)、直流電機(jī)調(diào)速器；以及四個(gè)系統(tǒng)都包含的向中間調(diào)度站PLC傳送開關(guān)量的電容接近傳感器，和PLC控制的電磁開度閥。
3 相關(guān)測量原理
液位測量是料位測量的一類。許多生產(chǎn)過程都要求監(jiān)視工藝流程中各種容器內(nèi)的物料貯量和控制容器進(jìn)出料量的平衡。免費(fèi)論文。為此目的所需要的信號當(dāng)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(tài)介質(zhì)中的傳播具有一定速度這一特性，當(dāng)聲源與料位的距離變化時(shí)，回聲的時(shí)間（從發(fā)射到接收超聲波的時(shí)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(shè)備
超聲波液位傳感器
它是基于聲波的產(chǎn)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(fā)生器在短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)，發(fā)射出超聲脈沖，人耳無法聽到。隨著超聲脈沖的發(fā)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(xù)時(shí)間可用電子方法評估。在一個(gè)固定的范圍內(nèi)，在超聲脈沖信號持續(xù)時(shí)間，輸出信號是成比例的。
電機(jī)/泵：
不帶調(diào)速，只起攪和作用；
離心泵適合于冷水或加熱水的再循環(huán)；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(dāng)有物體接近傳感器時(shí)，電容增加。這導(dǎo)致了RC電路振蕩作用的變化。LED的黃色發(fā)光二極管指示切換狀態(tài)。電容的變化很大程度上依靠距離，和各自材質(zhì)的尺寸以及介電常數(shù)【3】。
（4）電機(jī)調(diào)速器：
通過改變輸入電壓來改變泵的轉(zhuǎn)速，輸入-10V――+10V，輸出-24V――+24V 【4】。
5 控制方式
過程控制系統(tǒng)按照控制方式的不同分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制，單回路控制、串級控制、比值控制等多種方式【2】。免費(fèi)論文。本液位控制系統(tǒng)采用閉環(huán)單回路控制方式，如圖2所示。
【關(guān)鍵詞】中厚板軋機(jī)；計(jì)算機(jī)過程控制；數(shù)據(jù)通訊；模型計(jì)算；過程跟蹤
0 引言
將計(jì)算機(jī)應(yīng)用到軋制過程，并以其為核心，由它按預(yù)定的程序來處理和加工與過程有關(guān)的信息，對過程進(jìn)行有效的監(jiān)督、控制和管理，所有這些就叫做計(jì)算機(jī)軋制過程控制。為了使軋制過程穩(wěn)定，并生產(chǎn)出厚度在公差范圍內(nèi)且有良好的板形和表面質(zhì)量的產(chǎn)品，必須根據(jù)具體的軋制條件正確的調(diào)整輥縫和速度，以及對過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)。產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量等直接與控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和計(jì)算的準(zhǔn)確性有著密切的關(guān)系，因此采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工藝的過程控制一直是人們關(guān)心的重要研究課題。
八鋼中厚板生產(chǎn)線采用分布式控制系統(tǒng)，按功能層次可以分一下四個(gè)等級，如圖1所示。
1 硬件配置
L2過程機(jī)系統(tǒng)由一臺(tái)軋線計(jì)算機(jī)（惠普服務(wù)器）、精整線計(jì)算機(jī)（惠普服務(wù)器），每臺(tái)計(jì)算機(jī)都有備用計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)采用冷備方案，備用機(jī)兼做開發(fā)機(jī)。
2 系統(tǒng)軟件分層說明
最底層：WINDOWS 2003 Server操作系統(tǒng)，構(gòu)成系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)。
第二層：ORACLE數(shù)據(jù)庫，專門用于過程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；SOCKET通訊：采用了當(dāng)今比較流行的雙緊湊的、面向連接協(xié)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(bào)表、通訊、ALARM管理系統(tǒng)等組成，為應(yīng)用軟件提供強(qiáng)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(yīng)用軟件。直接進(jìn)行iPlature調(diào)用。
3 L2在整個(gè)系統(tǒng)中的位置
L2系統(tǒng)不但接收生產(chǎn)管理系統(tǒng)MES下發(fā)的計(jì)劃（即圖中的原始數(shù)據(jù)PDI）同時(shí)也向生產(chǎn)管理系統(tǒng)MES發(fā)送各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)實(shí)績。
L2負(fù)責(zé)與L1通訊，L2調(diào)整所有的設(shè)定值并發(fā)送給L1，L1將必要的測量值，跟蹤信息等實(shí)時(shí)信息直接發(fā)送給L2。L2除了和L1通訊外，還包括了L2和標(biāo)志機(jī)等一體品設(shè)備的系統(tǒng)的通訊。
所有系統(tǒng)之間都是通過TCP/IP協(xié)議通訊。
4 功能描述
4.1 道次計(jì)劃計(jì)算
道次計(jì)劃計(jì)算是整個(gè)軋線L2系統(tǒng)的核心任務(wù)，該功能是L2存在的根本原因。道次計(jì)劃計(jì)算通過相應(yīng)的模型公式計(jì)算道次壓下分配規(guī)程，在軋機(jī)的作用下實(shí)現(xiàn)將板坯變成鋼板的任務(wù)，并且保證最終產(chǎn)品達(dá)到尺寸、性能、板形等要求。
道次計(jì)劃計(jì)算包括預(yù)計(jì)算和再計(jì)算、后計(jì)算以及自適應(yīng)。板坯抽出時(shí)，根據(jù)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(jì)算一個(gè)完整的道次計(jì)劃規(guī)程，軋機(jī)根據(jù)此規(guī)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(zhì)量的產(chǎn)品，道次計(jì)劃會(huì)根據(jù)軋制過程的實(shí)績反饋，修正計(jì)算后續(xù)道次，并再設(shè)定給軋機(jī)執(zhí)行，此為再計(jì)算。
4.2 溫度計(jì)算與監(jiān)控
板坯的溫度計(jì)算對于軋制過程的力能參數(shù)計(jì)算極為重要，溫度是計(jì)算軋制力、待溫時(shí)間、冷卻時(shí)間等的基礎(chǔ)。
在道次計(jì)劃計(jì)算時(shí)，根據(jù)給定的初始溫度，以及相關(guān)參數(shù)，溫度計(jì)算可以預(yù)測板坯進(jìn)入軋機(jī)前以及各個(gè)道次的溫度。
待溫軋制是中厚板軋制的特點(diǎn)，因此溫度監(jiān)控的目的就是為了周期性計(jì)算處于軋線上待溫階段的板坯的溫度，通過周期計(jì)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(lì)板坯道次再計(jì)算，對后續(xù)道次規(guī)程進(jìn)行修正。
4.3 軋線材料跟蹤
材料跟蹤是跟蹤材料，根據(jù)材料的位置來協(xié)調(diào)調(diào)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(nèi)開始到矯直機(jī)入口，在這段過程中材料跟蹤對材料處理進(jìn)行跟蹤。材料跟蹤在這個(gè)區(qū)域中的任務(wù)可以劃分以下幾個(gè)部分：
按照輥道分區(qū)，記錄生產(chǎn)線的材料映象，任何時(shí)候都能得到所有材料的物理位置。
當(dāng)材料到達(dá)或離開軋機(jī)某個(gè)位置時(shí)，材料跟蹤必須準(zhǔn)備好相關(guān)的材料數(shù)據(jù)（包含PDI數(shù)據(jù)，加熱爐數(shù)據(jù)和其他相關(guān)數(shù)據(jù)），同時(shí)激勵(lì)其他相關(guān)軟件。當(dāng)?shù)蹁N材料時(shí)刪去相關(guān)材料數(shù)據(jù)。
當(dāng)跟蹤映像和實(shí)物映像不一致，或跟蹤異常時(shí)，操作工可以進(jìn)行跟蹤修正，確保跟蹤映像與實(shí)物位置的一致性。
4.4 軋制計(jì)劃管理
軋制計(jì)劃管理接收部分加熱爐系統(tǒng)已經(jīng)存在的PDI數(shù)據(jù)，接收的數(shù)據(jù)按板號存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中，有畫面對完整的軋制計(jì)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行生成和調(diào)整等管理。人工可以通過該畫面進(jìn)行計(jì)劃的輸入，刪除，修改等功能。
每個(gè)原始數(shù)據(jù)都包含板坯，軋制的板，母板和合同板的數(shù)據(jù)，此外還有板號，板坯號，板坯尺寸，產(chǎn)品尺寸數(shù)據(jù)，軋制指示（控溫軋制，多塊軋制，轉(zhuǎn)鋼），化學(xué)成份，合金補(bǔ)償系數(shù)，最終溫度，ACC入口溫度，ACC冷卻速率，出口溫度等。
當(dāng)該材料生產(chǎn)結(jié)束，計(jì)劃數(shù)據(jù)將要記錄保存。
4.5 設(shè)定功能
基于精確的材料跟蹤，當(dāng)材料到達(dá)指定的位置時(shí)，過程計(jì)算機(jī)給L1和特殊儀表進(jìn)行設(shè)定，對軋機(jī)的設(shè)定工藝參數(shù)來源于道次計(jì)劃計(jì)算，在設(shè)定時(shí)要對設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行最后的校驗(yàn)，防止出現(xiàn)引起設(shè)備超過極限能力的情況出現(xiàn)。
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(jìn)行修正，在修正后把正確的設(shè)定數(shù)據(jù)發(fā)送給L1。操作人員可以對設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。
4.6 實(shí)績值收集處理
過程機(jī)接收來自PLC和特殊儀表的數(shù)據(jù)，由于來自于傳感器的裸數(shù)據(jù)不能直接用于反饋控制，測量值必須要進(jìn)行過濾和統(tǒng)計(jì)處理。測量值處理數(shù)據(jù)同時(shí)能夠?yàn)楣に嚭妥詣?dòng)化技術(shù)人員提供軋制生產(chǎn)信息以及用于產(chǎn)品質(zhì)量分析。
L2的數(shù)據(jù)采集軋機(jī)的實(shí)際數(shù)據(jù)有水平輥的軋制壓力，力矩，輥縫，速度，溫度和計(jì)算的厚度，軋制信號等。
4.7 數(shù)據(jù)通信
利用寶信軟件產(chǎn)品XCOM-PCS，實(shí)現(xiàn)與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通信，具體電文格式參見基本設(shè)計(jì)規(guī)格書通信接口篇。軋線計(jì)算機(jī)加熱爐計(jì)算機(jī)，精整線計(jì)算機(jī)，軋線L1，ACC計(jì)算機(jī)和儀表通信。其中軋線計(jì)算機(jī)與精整計(jì)算機(jī)之間運(yùn)用了iPlature的相關(guān)功能，主機(jī)之間無需采用電文方式通信。
4.8 報(bào)表
報(bào)表程序負(fù)責(zé)工程記錄的報(bào)表打印。這些報(bào)表反映了材料在生產(chǎn)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，有如下的報(bào)表：
工程報(bào)表：包括的數(shù)據(jù)是軋制設(shè)定計(jì)算所涉及的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括了材料相關(guān)的數(shù)據(jù)、來自軋制策略的數(shù)據(jù)、道次計(jì)劃計(jì)算值、材料和軋機(jī)操作相關(guān)的重要數(shù)據(jù)。
班報(bào)：記錄當(dāng)班生產(chǎn)的產(chǎn)量，質(zhì)量和停機(jī)情況。關(guān)于報(bào)表，具體格式可與用戶商量討論后確定。
5 結(jié)束語
中厚板計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)八鋼信息化目標(biāo)中的重要環(huán)節(jié)，其采用先進(jìn)的工藝模型和控制技術(shù)，使厚板質(zhì)量得到極大進(jìn)步、生產(chǎn)治理更方便，增強(qiáng)了八鋼產(chǎn)品的競爭力，其重要性也會(huì)在以后的生產(chǎn)當(dāng)中越發(fā)的凸顯。
【參考文獻(xiàn)】
[1]丁修.軋制過程自動(dòng)化[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.
關(guān)鍵詞 順序過程；狀態(tài)；編程實(shí)現(xiàn)
中圖分類號TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號 1674-6708（2013）99-0217-02
1 控制對象特點(diǎn)
順序控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：在順序控制系統(tǒng)中，其設(shè)備隊(duì)列的基本形式在通常情況下可以分為五種；有些隊(duì)列是共同使用同一個(gè)設(shè)備。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對系統(tǒng)流程有決定性作用，同時(shí)決定其起或停兩種方式；隊(duì)列的開頭和結(jié)尾兩部分的設(shè)備通常會(huì)根據(jù)系統(tǒng)流程或起停方式的改變而發(fā)生變化。
控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求：設(shè)備的運(yùn)行方式可以分為兩種，一種是集中聯(lián)鎖控制，另外一種是就地單機(jī)控制，切換由中控室來完成；在檢修和調(diào)試時(shí)主要應(yīng)用就地單機(jī)控制，在這種運(yùn)行方式下，設(shè)備的開停主要由控制箱上的按鈕來控制；正常生產(chǎn)的時(shí)候主要應(yīng)用集控聯(lián)鎖的方式，控制時(shí)利用中控室的控制臺(tái)來進(jìn)行。設(shè)備不同，起停的延時(shí)時(shí)間也會(huì)不同，原則上是堆煤不能在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行，停車后也不能存煤。
控制臺(tái)的設(shè)計(jì)：現(xiàn)在的控制臺(tái)一般都是軟件的，在屏幕窗口由工控組態(tài)軟件生成控制臺(tái)畫面，要想命令或者是對系統(tǒng)進(jìn)行操縱，只需要點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可。JST兩位開關(guān)切換系統(tǒng)的就地與集控方式，對設(shè)備的硬件控制電路直接作用；集控起車流程由FLOW三位開關(guān)來進(jìn)行選擇；A路集控起車與否由ASA兩位開關(guān)來決定；B路集控起車由BSA兩位開關(guān)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(tái)設(shè)備的狀態(tài)分析
單臺(tái)設(shè)備的硬件控制回路：每臺(tái)設(shè)備的工作方式可以分為兩種，一種是手動(dòng)，一種是自動(dòng)；在切換的時(shí)候主要利用的是控制臺(tái)上的系統(tǒng)運(yùn)行方式開關(guān)控制中間繼電路JKA。在自控方式下，閉合JKA-1節(jié)點(diǎn)，打開JKA-2節(jié)點(diǎn)，那么設(shè)備中間繼電器KMA線圈的通電和斷電就由PLC輸出節(jié)點(diǎn)PLC-OUT來進(jìn)行控制，從而對設(shè)備供電接觸器的通斷和設(shè)備的開停進(jìn)行控制。在就地手動(dòng)方式下，打開JKA-1節(jié)點(diǎn)，閉合JKA-2節(jié)點(diǎn)，在控制時(shí)利用的就是就地控制箱上的常開按鈕和常閉按鈕。
單臺(tái)設(shè)備的軟件控制回路：隊(duì)列中的一員就是自控方式下的設(shè)備，隊(duì)列排序是依據(jù)煤流方向來進(jìn)行的，起車依據(jù)的是逆煤流順序，停車是依據(jù)順煤流順序，在單臺(tái)設(shè)備方面，要想起車，必須要等到后繼設(shè)備起動(dòng)，并且穩(wěn)定運(yùn)行之后方可。停車也需要等到前驅(qū)設(shè)備徹底停穩(wěn)之后才能進(jìn)行。對于PLC程序控制設(shè)備的開始或停止，通常將設(shè)備控制梯形圖程序分成三個(gè)級別：起車脈沖主要是通過前兩級產(chǎn)生的，設(shè)備如果在這么一段脈寬時(shí)間中，無法啟動(dòng)，那么就說明啟車失敗；第三級是對設(shè)備進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的控制，即針對設(shè)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(jìn)行自控而有效的轉(zhuǎn)換設(shè)備的起車停車以及各種狀態(tài)。
3 順序控制系統(tǒng)的狀態(tài)分析
自控方式下系統(tǒng)的狀態(tài)圖如下所示：
停車待命狀態(tài)：已經(jīng)設(shè)置好控制臺(tái)的控制開關(guān)，所有的設(shè)備可以正常接受系統(tǒng)發(fā)出的起車指令。
起車預(yù)告狀態(tài)：集控起車的命令由控制臺(tái)發(fā)出，沒有異常的話，就將進(jìn)入起車預(yù)告狀態(tài)。
逆煤流順序延時(shí)的起車狀態(tài)：即發(fā)出起車指令，在預(yù)定的時(shí)間范圍內(nèi)，未收到禁止啟動(dòng)要求的情況。具體即隊(duì)列末端設(shè)備最先啟動(dòng)，接著沿著逆煤流的方向，逐臺(tái)自動(dòng)進(jìn)行延時(shí)起車，直至起動(dòng)隊(duì)列的首端設(shè)備為止，若稍延時(shí)，系統(tǒng)即轉(zhuǎn)成正常運(yùn)行狀態(tài)。
正常運(yùn)行狀態(tài)：在這個(gè)狀態(tài)中，所有的設(shè)備都可以穩(wěn)定的運(yùn)行，說明系統(tǒng)所處的狀態(tài)可以正常運(yùn)行。在此過程中，若隊(duì)列中任意一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)停車的情況，則系統(tǒng)即會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的故障狀態(tài)中。
順煤流順序延時(shí)的停車狀態(tài)：不管是在正常運(yùn)行的系統(tǒng)中，還是在有故障出現(xiàn)在了運(yùn)轉(zhuǎn)的部分設(shè)備上，將集控停車按鈕按下，都會(huì)進(jìn)入順煤流順序延時(shí)停車狀態(tài)。
故障狀態(tài)：不管在哪種狀態(tài)下，系統(tǒng)只要出了問題，就會(huì)進(jìn)入故障狀態(tài)。
4 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)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(tái)的開關(guān)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，則系統(tǒng)的狀態(tài)就是停車待命；將集控起車按鈕JST按下之后，系統(tǒng)的狀態(tài)就變?yōu)榱似疖囶A(yù)告；如果在30秒之內(nèi)沒有收到禁止啟動(dòng)的命令，則系統(tǒng)狀態(tài)即轉(zhuǎn)成逆煤流順序起車；而一旦隊(duì)列起始設(shè)備啟動(dòng)，那么就結(jié)束了起車過程；如果在起車的過程中有故障發(fā)生，或者將急停按鈕按下，那么系統(tǒng)就會(huì)從起車狀態(tài)退出來。如果穩(wěn)定運(yùn)行隊(duì)列起始設(shè)備，在延遲40秒之后，系統(tǒng)就會(huì)結(jié)束起車狀態(tài)，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。
5 結(jié)論
隨著時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來越廣。本文以某選煤廠的原煤系統(tǒng)為例，首先簡要介紹了控制對象的特點(diǎn)，然后進(jìn)行了了單臺(tái)設(shè)備的狀態(tài)分析和順序控制系統(tǒng)的狀態(tài)分析，通過實(shí)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(jìn)行解決。
參考文獻(xiàn)
[1]葉樹華.PLC順序過程控制系統(tǒng)的狀態(tài)分析與編程實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2003，2（5）：123-125.
關(guān)鍵詞：過程控制系統(tǒng)；綜合性教學(xué)；DCS
作者簡介：楊光祥（1973-），男，重慶人，重慶工商大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院，副教授；曹曉莉（1970-），女，重慶人，重慶工商大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院，教授。（重慶400067）
基金項(xiàng)目：本文系重慶市工商大學(xué)教改項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：11325）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(yè)生產(chǎn)過程聯(lián)系十分密切的課程，是大多數(shù)自動(dòng)化及其相關(guān)專業(yè)的專業(yè)主干課，其專業(yè)性和實(shí)踐性較強(qiáng)，在自動(dòng)化專業(yè)的課程體系中占有重要的地位。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速前進(jìn)，“過程控制”也在日新月異地發(fā)展。這門課程的教學(xué)，使學(xué)生能運(yùn)用自動(dòng)控制理論，結(jié)合實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程和過程工業(yè)生產(chǎn)過程的分析、設(shè)計(jì)、運(yùn)行與開發(fā)研究工作。[1]
工業(yè)自動(dòng)化在整個(gè)社會(huì)生產(chǎn)中起著非常重要的作用，“過程控制”覆蓋范圍廣，基本設(shè)計(jì)了國民生產(chǎn)中包括諸如石油、化工、電力、冶金、輕工、紡織等領(lǐng)域。[2]因而，“過程控制”在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，“過程控制系統(tǒng)”經(jīng)歷了基地式氣動(dòng)信號控制系統(tǒng)、電動(dòng)模擬信號控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)和集散控制系統(tǒng)等幾個(gè)階段。[3]“過程控制”是控制理論、工藝知識(shí)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器儀表等知識(shí)相結(jié)合而構(gòu)成的一門應(yīng)用科學(xué)。
本課程需要加深學(xué)生對過程控制內(nèi)容的理解，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，使學(xué)生在過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析過程中將所學(xué)的理論知識(shí)融會(huì)貫通。因此，“過程控制系統(tǒng)課程”的實(shí)驗(yàn)非常重要，對提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、拓寬其知識(shí)面、加深對理論課程的認(rèn)識(shí)等都具有非常重要的意義。
但是，在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，原有實(shí)驗(yàn)設(shè)備落后，已經(jīng)嚴(yán)重老化，實(shí)驗(yàn)體系存在不合理的情況，而且實(shí)驗(yàn)設(shè)備所采用的技術(shù)是基于8位單片機(jī)的孤島式自動(dòng)控制儀表，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后目前的電子信息技術(shù)發(fā)展，嚴(yán)重制約著本課程實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。因此，筆者對該課程進(jìn)行了探索性地教學(xué)改革，主要針對教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)方面提出改進(jìn)的教學(xué)方法和措施，加強(qiáng)理論研究與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，合理增加先進(jìn)性控制理論及設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，著重對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備替換和補(bǔ)充，開發(fā)出新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，強(qiáng)調(diào)對學(xué)生創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)。
二、教學(xué)方法改革思路
針對上述問題，結(jié)合目前國內(nèi)外的技術(shù)發(fā)展趨勢，課程組在教學(xué)過程中多次組織教師進(jìn)行探討和研究，提出了課程改革的措施。
1.理論教學(xué)改革
理論教學(xué)主要針對提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增加其知識(shí)面、增強(qiáng)課后作業(yè)練習(xí)三個(gè)方面進(jìn)行。其改革結(jié)構(gòu)如圖1所示。
在理論課程內(nèi)容中，PID控制理論部分主要是講述傳遞函數(shù)、微分方程及其動(dòng)態(tài)特性等理論知識(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)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(chǎn)過程示意圖，并且增加了部分課題組科研工作中的實(shí)際項(xiàng)目例子，這樣極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如，在講述串級控制系統(tǒng)的章節(jié)就增加了生產(chǎn)紙漿的網(wǎng)前箱溫度-溫度系統(tǒng)，如圖2所示。
PID控制理論部分相對學(xué)時(shí)比較多，實(shí)際的控制儀表應(yīng)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(shí)際儀表部分的介紹，增加了智能儀表、網(wǎng)絡(luò)儀表等，主要講述其在工業(yè)生產(chǎn)過程中的實(shí)際應(yīng)用。這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)完成后對工業(yè)生產(chǎn)所使用的基本儀器儀表也有了初步的認(rèn)識(shí)，對以后工作打了比較好的基礎(chǔ)。
學(xué)生作業(yè)一直是學(xué)生被動(dòng)接受的內(nèi)容。考慮到實(shí)際情況，在講授過程中，采用大型作業(yè)和小型作業(yè)相結(jié)合的原則，要求學(xué)生對某一生產(chǎn)過程系統(tǒng)的壓力、溫度、流量等參數(shù)的PID控制系統(tǒng)進(jìn)行自行設(shè)計(jì)。比如采用串級控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)等不同的結(jié)構(gòu)，并且對所使用的執(zhí)行器和變送器種類進(jìn)行歸納和總結(jié)，并在課堂上選定幾個(gè)學(xué)生進(jìn)行講解和討論。這樣學(xué)生可選擇的范圍較大，避免了抄襲或應(yīng)付式完成作業(yè)，又對現(xiàn)場應(yīng)用的執(zhí)行器有了一定了解，避免了空洞的講解，學(xué)生收獲很大。
2.實(shí)踐教學(xué)改革
本課程設(shè)計(jì)有8學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。由于原有THJ-2實(shí)驗(yàn)設(shè)備已經(jīng)嚴(yán)重老化，部分控制系統(tǒng)已經(jīng)不能夠使用，因此本著節(jié)約成本的原則，本課題組成員自行進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)設(shè)備控制系統(tǒng)的改造。在改造之前分析了當(dāng)前能夠跟上技術(shù)先進(jìn)性的過程控制系統(tǒng)及裝置。由于DCS控制器是當(dāng)今工業(yè)過程控制的發(fā)展方向和主流，[4]國外著名的DCS生產(chǎn)廠商及其產(chǎn)品均已進(jìn)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(yè)中。因此本課題小組采用分布式控制系統(tǒng)（DCS）替代原有的獨(dú)立式單片機(jī)控制系統(tǒng)，其自行開發(fā)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與陳舊部分可用的實(shí)驗(yàn)儀器結(jié)合，重復(fù)利用現(xiàn)有資源，避免了教育經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中深色部分是自行開發(fā)的設(shè)備，而淺色框代表可重復(fù)利用的舊設(shè)備。
在自行開發(fā)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備中，課題組也自行開發(fā)出多個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，從技術(shù)上進(jìn)行全面升級，從實(shí)驗(yàn)范圍上拓寬傳統(tǒng)的PID控制，從理論上加強(qiáng)學(xué)生對傳統(tǒng)PID的認(rèn)識(shí)并拓寬知識(shí)面，使其接受與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)緊密結(jié)合的前沿技術(shù)產(chǎn)品。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)設(shè)備改造和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)改革，學(xué)生接觸的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與現(xiàn)場實(shí)際相吻合，學(xué)生親自動(dòng)手校驗(yàn)、調(diào)節(jié)設(shè)備，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，加強(qiáng)了他們的學(xué)習(xí)興趣，而且加深了他們對設(shè)備原理的理解，把理論認(rèn)識(shí)和感性認(rèn)識(shí)結(jié)合起來。
三、改造實(shí)驗(yàn)設(shè)備及功能
對實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)進(jìn)行自行改造升級，主要采用分布式控制系統(tǒng)替代原有舊系統(tǒng)，這樣可以靈活開發(fā)出多種結(jié)構(gòu)的控制模塊及其他輔助模塊，幫助學(xué)生更加充分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。開發(fā)的DCS擴(kuò)展功能庫主要包括如下部分：RS485通信模塊、模糊控制模塊、預(yù)測控制模塊、自適應(yīng)控制模塊、傳感器類型庫、LCD庫、人機(jī)接口庫、USB庫和二次開發(fā)庫。
學(xué)生在實(shí)驗(yàn)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(xué)習(xí)興趣和對計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)、控制儀表等原理的理解與實(shí)際動(dòng)手能力。
四、結(jié)論
對過程控制系統(tǒng)與裝置課程進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)的綜合的教學(xué)改革，使得本專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程上提高了興趣，變被動(dòng)為主動(dòng)，增強(qiáng)了其動(dòng)手能力，大大拓寬了他們的就業(yè)范圍，也提高了其在工作中的適應(yīng)能力，使教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合素質(zhì)都得到較好的提升。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)控制，視頻監(jiān)控，穩(wěn)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 ，F(xiàn)requency inverter
1 前言
本供水系統(tǒng)從能源的最佳配置及安全角度出發(fā)，針對水廠多臺(tái)中等距離水泵聯(lián)網(wǎng)供水系統(tǒng)，綜合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)以工業(yè)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)控制的綜合性、多功能網(wǎng)絡(luò)供水控制系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程web監(jiān)控、復(fù)雜的關(guān)聯(lián)控制、生動(dòng)的組態(tài)監(jiān)控界面、對輸入輸出信號采集分析等功能。通過對工業(yè)供水、流體控制、城市供水、虛擬儀器應(yīng)用、SCADA軟件應(yīng)用的研究和綜合，結(jié)合實(shí)際資源和條件本文提出了這個(gè)網(wǎng)絡(luò)供水模型控制系統(tǒng)。并探討了遠(yuǎn)程web監(jiān)控的可行性。該系統(tǒng)采用采用WinCC監(jiān)控組態(tài)軟件作為上位機(jī)，下位機(jī)西門子S7-300PLC進(jìn)行控制，現(xiàn)場采用MPI總線網(wǎng)絡(luò)，對水面以攝像頭進(jìn)行視頻監(jiān)控，遠(yuǎn)程以因特網(wǎng)連接，利用虛擬儀器軟件優(yōu)化控制參數(shù)，使控制達(dá)到最優(yōu)。從而可實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜的供水網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)調(diào)度控制。
2 系統(tǒng)功能
控制系統(tǒng)分別由A、B、C三套獨(dú)立中距離的設(shè)備組成，由一臺(tái)PC機(jī)作為上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理，并與Internet連接。下位機(jī)具有多種監(jiān)測和控制功能，系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
（1）流量、壓力、液位等過程量的檢測，從而實(shí)現(xiàn)精確的流量、壓力、液位控制；方便的數(shù)據(jù)記錄和管理；（2）通過視頻對危險(xiǎn)或緊急事件進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警；（3）利用虛擬儀器軟件和相應(yīng)硬件采集處理系統(tǒng)的輸入輸出信號，使控制得到最優(yōu)化；（4）現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備間的關(guān)聯(lián)控制，實(shí)現(xiàn)對分散設(shè)備的集中操作和管理；能基于因特網(wǎng)或者局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)基于Internet的操作和監(jiān)視。
系統(tǒng)模型如圖1，現(xiàn)場中單個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)傳感器采集到信號后通過信號處理模塊處理（AD轉(zhuǎn)換）后把數(shù)字信號傳到 PLC（CPU），然后CPU根據(jù)此信號進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作；適配器是連接PLC與PC機(jī)的橋梁。水質(zhì)監(jiān)控的模擬中采用的總線類型是目前較熱門的USB，當(dāng)然用戶也可根據(jù)所提供的硬件選擇不同的總線類型，只需解決相應(yīng)的通信協(xié)議問題就行了。各個(gè)系統(tǒng)之間的PLC通信可通過與CPU配套的外接口進(jìn)行MPI通信，而各PC機(jī)之間則通過Internet進(jìn)行相互的連接。
3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
硬件結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的載體，有上下位機(jī)組成。上位機(jī)采用可靠性較高的西門子工控機(jī)，通過MPI網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場控制的下位機(jī)PLC連接。下位機(jī)控制系統(tǒng)需要對輸入輸出模塊、傳感器、執(zhí)行器、控制器及其等關(guān)鍵硬件進(jìn)行選型。本系統(tǒng)選用模塊化的西門子中型300系列的S7-312C的CPU；遠(yuǎn)程壓力傳感器的模擬信號通過多通道輸入模塊，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到控制處理器；利用控制處理器中的數(shù)據(jù)處理和控制程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和判斷；輸出模塊332控制信號控制電動(dòng)閥、變頻器等執(zhí)行器來控制流量、水位和供水壓力等；安裝有6個(gè)壓力傳感器，可對管道的多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)和池子的壓力進(jìn)行，還裝有兩個(gè)流量傳感器，這可分別測量管道多點(diǎn)的水流量大小。本系統(tǒng)的執(zhí)行器是一臺(tái)有變頻器控制調(diào)速的電機(jī)水泵及一臺(tái)恒速水泵，可以方便根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用性能優(yōu)良的攝像頭和視頻采集卡與工控機(jī)相連接，可得到水池和需要監(jiān)測的生產(chǎn)現(xiàn)場的視頻信號，然后用OLE技術(shù)可以把視頻界面嵌入到工控機(jī)的人機(jī)界面，還可以進(jìn)一步對該視頻信號進(jìn)行處理，以實(shí)現(xiàn)特定的事件處理，如自動(dòng)的環(huán)境安全監(jiān)視、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)測等等。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括PLC、WinCC等軟件的設(shè)計(jì)，及相互之間的通訊。上位機(jī)軟件是創(chuàng)建變量、界面數(shù)據(jù)輸入與實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)采集管理、故障診斷、上下位機(jī)通信及視頻處理等，其過程大致這樣：建立與PLC的連接和創(chuàng)建變量，建立通信連接后便可以設(shè)置用于通信對話的變量。利用圖形編輯器，進(jìn)行組態(tài)、參數(shù)輸入界面。如圖2所示體現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)的大概控制流程：啟動(dòng)程序后進(jìn)行初始化，清除寄存器里殘留的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)傳感器采集到的信號傳經(jīng)AD模塊后傳到CPU，處理程序再根據(jù)這些信號相應(yīng)的處理；其間可進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)操作。每個(gè)控制函數(shù)都獨(dú)立分配一個(gè)數(shù)據(jù)塊，這樣方便數(shù)據(jù)信息的管理和防止數(shù)據(jù)出錯(cuò)。針對每個(gè)系統(tǒng)，單獨(dú)建立參數(shù)輸入界面。選擇手動(dòng)/自動(dòng)、控制壓力或流量對象、設(shè)定值與PID參數(shù)、函數(shù)控制、關(guān)聯(lián)控制對象、標(biāo)量轉(zhuǎn)換參數(shù)輸入等。在對各個(gè)部分的信號進(jìn)行及時(shí)的最優(yōu)化分析處理上，本系統(tǒng)引入LabVIEW，然后把這個(gè)信號及時(shí)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(shí)，可以直接采用完全PID算法，能夠直觀輸入和調(diào)整各PID參數(shù)，實(shí)際運(yùn)算時(shí)則采用增量算法更加方便，計(jì)算工作量較少，運(yùn)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(jì)算的常數(shù)。實(shí)現(xiàn)PID的控制程序由STEP7自帶函數(shù)庫的SFB 41函數(shù)實(shí)現(xiàn)，既可設(shè)定PID參數(shù)，還可設(shè)定上下限位及調(diào)用時(shí)間等多種參數(shù)。
5 網(wǎng)絡(luò)化及視頻監(jiān)控
三套設(shè)備間不僅進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測，并進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制，對水網(wǎng)供水調(diào)度。工業(yè)上的供水是一個(gè)牽涉到多方面領(lǐng)域的問題，這就需要解決多方面的協(xié)調(diào)性與能耗等問題。這里主要討論Web方式實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的可行性和實(shí)現(xiàn)方法，如圖3所示。
供水系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)大而復(fù)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(shí)現(xiàn)的監(jiān)控系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)融入了豐富的控制、監(jiān)控、虛擬儀器等現(xiàn)代先進(jìn)的測控技術(shù)，可用于控制系統(tǒng)的深入研究和用于綜合性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。而視頻嵌入牽扯到多方面的知識(shí)，如視頻信息的采集、采用什么算法進(jìn)行處理，視頻調(diào)用的過程步驟等等都需要考慮。視頻調(diào)用的步驟如下：（1）用C++編號一個(gè)exe的文件，并把此文件放在所建的Wincc項(xiàng)目文件夾里，相應(yīng)的圖像分析處理在這里可以進(jìn)行功能擴(kuò)展。（2）在WinCC 面板中調(diào)出個(gè)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(biāo)”，“C動(dòng)作”；（5）鼠標(biāo)放在編程框圖里需添加動(dòng)作的位置處；接著點(diǎn)擊編輯動(dòng)作窗口的左樹，把他們展開，然后調(diào)用windows中的program Execute)，并把program_name改為調(diào)用的路徑名即可。（6）調(diào)用的路徑里把所有的“\”改為“/”。
6 結(jié)論
該網(wǎng)絡(luò)過程控制系統(tǒng)通過一臺(tái)主機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)檢測與控制。可以分為三組，每套有自己獨(dú)立的操作界面，可以單獨(dú)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)；實(shí)驗(yàn)時(shí)可以大范圍改變參數(shù)，并且在屏幕上可以直接觀測到輸出量與檢測量的對應(yīng)曲線。每套系統(tǒng)嵌入視頻監(jiān)控和圖像處理，將水廠的過程控制可以與視頻監(jiān)控完美結(jié)合；三臺(tái)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)性實(shí)驗(yàn)可以很好的模擬現(xiàn)實(shí)生活中的復(fù)雜供水網(wǎng)絡(luò)，而且本系統(tǒng)具有試驗(yàn)切換容易，操作簡便，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。控制軟件和監(jiān)控界面的運(yùn)作在實(shí)驗(yàn)裝置上調(diào)試通過，并達(dá)到預(yù)期的效果。本系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)控制是通過建立數(shù)據(jù)塊的映射實(shí)現(xiàn)的，所以只要把數(shù)據(jù)塊循環(huán)刷新便可實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)控制，而不依賴于通訊網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。視頻監(jiān)控模塊可以方便地嵌入過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，這也是結(jié)合了當(dāng)前工廠實(shí)際技術(shù)發(fā)展的需求方向。
參 考 文 獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】 過程控制 鋼包爐精煉
一、引言
鋼包爐精煉（LF）是優(yōu)化煉鋼生產(chǎn)的一項(xiàng)重要工藝技術(shù)，它不僅僅能夠調(diào)控產(chǎn)品質(zhì)量，還可以優(yōu)化工藝和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、開發(fā)高附加值產(chǎn)品、節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、增加效益，調(diào)節(jié)生產(chǎn)節(jié)奏，保證生產(chǎn)穩(wěn)定進(jìn)行。通過鋼包爐精煉過程控制系統(tǒng)包括生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)過程監(jiān)控、模型計(jì)算、生產(chǎn)信息收集等人C界面（HMI）、外部通訊管理。
二、過程控制系統(tǒng)的軟件架構(gòu)
本軟件系統(tǒng)使用.NET4.0框架。開發(fā)工具選用Visual Studio 2012，后臺(tái)程序和前臺(tái)畫面都采用Microsoft Visual C#.NET高級語言開發(fā)，數(shù)據(jù)庫可以通過配置可以支持目前市場上流行的通用大型數(shù)據(jù)庫，如 ORACEL 和SQL SERVER等。 系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，分為表現(xiàn)層、邏輯處理層、數(shù)據(jù)訪問層。表現(xiàn)層（人機(jī)界面系統(tǒng)）：系統(tǒng)的操作界面采WPF技術(shù)，并應(yīng)用了MVVM設(shè)計(jì)模式，把程序的業(yè)務(wù)與展現(xiàn)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(fā)以及設(shè)計(jì)問題，能夠程序能更容易的測試，維護(hù)與升級。邏輯處理層（系統(tǒng)邏輯處理系統(tǒng)）：系統(tǒng)根據(jù)過程控制的不同功能，分為多個(gè)功能模塊比如數(shù)據(jù)通訊模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、物料跟蹤模塊、模型計(jì)算模塊等，降低不同模塊間的耦合性，使得系統(tǒng)功能的擴(kuò)展、開發(fā)和調(diào)試等到大大提高，提高了系統(tǒng)的靈活性。數(shù)據(jù)訪問層（數(shù)據(jù)處理訪問系統(tǒng)）：數(shù)據(jù)訪問層框架采用ORM框架中的NHibernate，Nhibernate從數(shù)據(jù)庫底層來持久化.Net對象到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，大量減少開發(fā)時(shí)人工使用SQL對處理數(shù)據(jù)的時(shí)間。
三、過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能
鋼包爐精煉過程控制系統(tǒng)應(yīng)包括以下功能：
1、與外部計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通訊。過程控制系統(tǒng)與下列系統(tǒng)之間網(wǎng)絡(luò)連接介質(zhì)用工業(yè)以太網(wǎng)，通訊協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議Socket方式交換數(shù)據(jù)。與上級生產(chǎn)管理系統(tǒng)（3級）計(jì)算機(jī)之間通訊數(shù)據(jù)內(nèi)容包括：生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)、原料數(shù)據(jù)、檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)狀態(tài)信息、生產(chǎn)實(shí)績數(shù)據(jù)。與基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)之間通訊，數(shù)據(jù)交換內(nèi)容為生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)。
2、生產(chǎn)計(jì)劃管理。此功能模塊為鋼包爐精煉生產(chǎn)工序起始端。主要顯示3級系統(tǒng)下發(fā)的精煉計(jì)劃，由操作工選擇該計(jì)劃進(jìn)入合適的工位進(jìn)行生產(chǎn)，并監(jiān)視當(dāng)前工位的生產(chǎn)狀態(tài)。
3、生產(chǎn)原料管理。此功能模塊管理鋼包爐生產(chǎn)中用到的物料種類及各種屬性信息。
4、檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)管理。此功能模塊可以根據(jù)爐次號或者精煉生產(chǎn)順序號查詢該爐次的檢化驗(yàn)實(shí)績以及自動(dòng)匹配該爐次計(jì)劃鋼種中的成分上下限數(shù)據(jù)與檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比來指導(dǎo)生產(chǎn)。
5、生產(chǎn)過程監(jiān)控。此功能模塊主要顯示工位當(dāng)前的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)包括：生產(chǎn)事件信息、測溫信息、加料信息、通電信息、化驗(yàn)數(shù)據(jù)等，并提供鋼種標(biāo)準(zhǔn)查看、手動(dòng)投料、投料值管理等功能。
6、生產(chǎn)實(shí)績管理。此功能模塊主要根據(jù)不同的查詢條件如時(shí)間、班次、班別、爐次號、計(jì)劃號、制造命令號等查詢爐次生產(chǎn)實(shí)績數(shù)據(jù)，并提供報(bào)表打印功能。
8、模型優(yōu)化管理。模型優(yōu)化管理包括二個(gè)模型應(yīng)用：合金加料模型、溫度預(yù)測模型。該優(yōu)化工具可以作為一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)運(yùn)行，但屬于二級機(jī)系統(tǒng)的一部分，計(jì)算所需的部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)以及計(jì)算的結(jié)果由二級機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)配。
1）合金加料模型。合金優(yōu)化配料模型的功能為：根據(jù)當(dāng)前鋼水中元素實(shí)際含量，當(dāng)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(yōu)化問題，計(jì)算出達(dá)到鋼水目標(biāo)要求的化學(xué)元素含量所要加入的合金料重量。計(jì)算結(jié)果滿足鋼液成分要求和成本控制。
2）溫度預(yù)測模型。溫度預(yù)測模型采用使用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)報(bào)鋼水溫度，步驟：1.建立神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型；2.收集樣本數(shù)據(jù)；3.離線學(xué)習(xí)；4.在線應(yīng)用。該模型的優(yōu)點(diǎn)是具有自學(xué)習(xí)功能，因而能夠在不同程度上反應(yīng)出一些不能被檢測的因素對輸出的影響、使用比較方便。
結(jié)論：該系統(tǒng)對鋼包爐精煉實(shí)現(xiàn)了信息化的管理，便于三級系統(tǒng)對生產(chǎn)進(jìn)行系統(tǒng)化的管理與調(diào)配，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與跟蹤，方便生產(chǎn)人員對生產(chǎn)進(jìn)行管理與監(jiān)控；對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化的采集與分析，以便對生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化；采用了數(shù)學(xué)模型來計(jì)算調(diào)節(jié)鋼水成分所需要添加的合金重量和預(yù)報(bào)鋼水溫度曲線，不僅降低了生產(chǎn)成本，而且提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高了產(chǎn)品在國際市場中的競爭力。
參 考 文 獻(xiàn)
研究了國內(nèi)許多軋鋼廠加熱爐控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)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(tǒng)，建立了一套新的完整的系統(tǒng)解決方案，并應(yīng)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(shí)又節(jié)省煤氣和降低了燒耗。該系統(tǒng)是通過建立透明的軋鋼加熱爐，支持加熱爐生產(chǎn)過程操作決策及過程自動(dòng)控制等措施來實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)在中板和厚板軋鋼加熱爐控制系統(tǒng)中得到了有效的應(yīng)用，即提高了產(chǎn)品質(zhì)量，又節(jié)能降耗。
關(guān)鍵詞：
加熱爐；過程控制；節(jié)能降耗
加熱爐過程控制系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)二級系統(tǒng)，簡稱二級）是軋鋼生產(chǎn)過程脫離“粗放型”管理模式，實(shí)現(xiàn)“精細(xì)化”管理的必備手段，只有依靠科學(xué)有效的過程控制技術(shù)，才能從根本上解決操作人員“憑經(jīng)驗(yàn)燒鋼”所帶來的各種質(zhì)量和成本問題。深圳市庫馬克新技術(shù)股份有限公司研發(fā)了“庫馬克軋鋼加熱爐過程優(yōu)化控制系統(tǒng)”，應(yīng)用到鋼鐵企業(yè)對軋鋼加熱爐進(jìn)行有效的過程控制，解決了這個(gè)問題，并應(yīng)用到某中板廠和厚板廠，對于該廠的精細(xì)化管理及節(jié)能降耗做出了貢獻(xiàn)，取得了良好的效果。
1加熱爐過程控制系統(tǒng)的主要作用
1.1在實(shí)現(xiàn)工藝目標(biāo)中的作用加熱爐過程控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證加熱爐的出爐鋼坯能夠滿足工藝目標(biāo)要求。鋼坯溫度滿足工藝目標(biāo)要求，主要分為兩類：一是“鋼坯目標(biāo)溫度和均勻度”；二是“鋼坯表面脫碳強(qiáng)度”。對于第1類工藝目標(biāo)，可以通過監(jiān)控“鋼坯當(dāng)前溫度”、“鋼坯芯表溫差”和“鋼坯均溫時(shí)間”來實(shí)現(xiàn)。對于第2類工藝目標(biāo)，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(jī)會(huì)，即盡量減少高溫鋼坯的在爐時(shí)間，尤其是高溫鋼坯置于“氧化氣氛”爐氣中的持續(xù)時(shí)間。歸根結(jié)底，上述工藝目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)均離不開計(jì)算機(jī)二級加熱爐過程控制系統(tǒng)的支持，使用加熱爐過程控制系統(tǒng)，可以有效地提升鋼坯加熱的“工藝目標(biāo)命中率”，從而間接影響成品材的“指標(biāo)命中率”，其經(jīng)濟(jì)效益在業(yè)內(nèi)已經(jīng)獲得共識(shí)，具體數(shù)量，取決于當(dāng)前生產(chǎn)管理水平。
1.2在降低加熱生產(chǎn)消耗中的作用加熱爐過程控制系統(tǒng)的另一個(gè)重要作用是降低鋼坯加熱的生產(chǎn)消耗。降低生產(chǎn)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(biāo)約束。在加熱爐產(chǎn)能無法完全滿足軋鋼系統(tǒng)要求時(shí)，使用加熱爐過程控制系統(tǒng)的首要任務(wù)是保證產(chǎn)量需要，煤氣使用量并不一定會(huì)比沒有加熱爐過程優(yōu)化控制系統(tǒng)時(shí)減少。但如果加熱爐的產(chǎn)能滿足軋機(jī)最大產(chǎn)能需求，則減少鋼坯加熱過程中的“過燒時(shí)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(shí)間”的減少量，則取決于現(xiàn)有的管理水平。在沒有加熱爐過程控制系統(tǒng)的狀態(tài)下，操作人員無法準(zhǔn)確掌握鋼坯的溫度狀態(tài)，因此也無法真正知道鋼坯實(shí)際過燒時(shí)間。有了加熱爐過程優(yōu)化控制系統(tǒng)，操作人員則至少可以直接監(jiān)視鋼坯的溫度變化過程，這為減少鋼坯不必要的過燒時(shí)間創(chuàng)造了可能性。顯而易見，加熱爐過程控制系統(tǒng)能夠有效地幫助用戶“最大限度地”通過減少“過燒時(shí)間”來降低鋼坯加熱過程中的煤氣用量。降低生產(chǎn)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(tǒng)情況下，僅憑操作人員的“經(jīng)驗(yàn)”和“責(zé)任心”，根本無法真正解決鋼坯過燒導(dǎo)致的鋼坯燒損過大問題。對于每個(gè)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(tǒng)，都能夠幫助用戶將現(xiàn)有加熱爐的鋼坯燒損降到最低。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐和各種文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，加熱爐過程控制系統(tǒng)至少可以幫助用戶降低0.5%的燒損。對于一個(gè)年產(chǎn)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(shù)百萬元的生產(chǎn)消耗。
2加熱爐過程控制實(shí)施中存在的問題與解決方案
在國內(nèi)，很多鋼廠的加熱爐過程控制系統(tǒng)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(tǒng)。即使有些用戶建立了加熱爐過程控制系統(tǒng)，也只是運(yùn)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(shí)現(xiàn)中存在的諸多問題進(jìn)行了分析，并提出了自己的解決方案。
2.1應(yīng)用中存在的問題由于國內(nèi)加熱爐過程控制系統(tǒng)（二級）的設(shè)計(jì)方法主要源自于對“引進(jìn)系統(tǒng)”的消化和移植。由于發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)環(huán)境狀態(tài)明顯優(yōu)于我國的工業(yè)現(xiàn)狀，因此不可避免地存在一些“水土不服”的狀態(tài)。所謂“水土不服”，主要表現(xiàn)為加熱爐過程控制系統(tǒng)（二級）不能正常運(yùn)行，或正常運(yùn)行一段時(shí)間后就表現(xiàn)失常。加熱爐過程控制系統(tǒng)（二級）使用不好的另一個(gè)客觀原因是我國鋼鐵企業(yè)長時(shí)間“粗放型”管理模式所致。由于鋼材市場一直很好，軋鋼生產(chǎn)過程的主要精力多放在增加產(chǎn)量方面，對鋼坯加熱質(zhì)量缺乏足夠的重視。甚至認(rèn)為人工操作已經(jīng)很好了，能夠滿足生產(chǎn)要求，加熱爐過程控制系統(tǒng)（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(shí)際上，導(dǎo)致過程控制系統(tǒng)應(yīng)用效果不佳的主要原因是當(dāng)前過程控制系統(tǒng)（二級）設(shè)計(jì)中存在的缺陷或不足。當(dāng)前很多加熱爐過程控制系統(tǒng)開發(fā)團(tuán)隊(duì)仍然堅(jiān)持著國外引進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，追求最大限度的全自動(dòng)過程控制系統(tǒng)。然而，受到國內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境的各種條件的制約，在很多情況下，快速實(shí)現(xiàn)加熱爐過程控制全自動(dòng)化不太現(xiàn)實(shí)，這就使過程控制系統(tǒng)（二級）的作用大打折扣，最終，由于預(yù)期差異，客戶和開發(fā)團(tuán)隊(duì)之間產(chǎn)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(tǒng)（二級）在應(yīng)用過程中存在問題的另一個(gè)原因是一、二級控制系統(tǒng)“開發(fā)節(jié)奏不同步”，基礎(chǔ)控制系統(tǒng)（一級）通常優(yōu)先投入使用，而加熱爐過程控制系統(tǒng)（二級）投入較晚，基礎(chǔ)控制系統(tǒng)中對加熱爐過程控制系統(tǒng)（二級）性能產(chǎn)生影響的問題（所謂“遺留問題”）不能充分暴露出來。當(dāng)基礎(chǔ)控制系統(tǒng)（一級）開發(fā)團(tuán)隊(duì)撤出現(xiàn)場后，加熱爐已投入生產(chǎn)運(yùn)行，為了不影響正常生產(chǎn)，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(tǒng)（二級）“不正常”，只能“湊合著”運(yùn)行，這種現(xiàn)象也是影響加熱爐過程控制系統(tǒng)（二級）聲譽(yù)的一個(gè)重要原因。
2.2解決方案和實(shí)施措施首先，在加熱爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上提出了“直面現(xiàn)實(shí)”、“分級體驗(yàn)”的設(shè)計(jì)理念。所謂“直面現(xiàn)實(shí)”，就是承認(rèn)我國當(dāng)前鋼鐵行業(yè)的現(xiàn)實(shí)狀況，不再追求“一步到位的高度自動(dòng)化”目標(biāo)，即在現(xiàn)有條件下，以“讓操作人員獲益最大化”為設(shè)計(jì)目標(biāo)，盡可能讓過程控制系統(tǒng)（二級）表現(xiàn)出其在精細(xì)化生產(chǎn)中不可替代的作用。而“分級體驗(yàn)”則是在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上，強(qiáng)調(diào)多層次性能體現(xiàn)。首先，為操作人員提供一個(gè)能幫助其生產(chǎn)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(jià)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(xié)助操作人員輕松地進(jìn)行“鋼坯裝爐”、“鋼坯出爐”、“爐溫調(diào)整”等決策操作，以此降低加熱爐過程控制系統(tǒng)（二級）使用的技術(shù)門檻，使操作人員在工作中很快獲益。其次，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算、存儲(chǔ)和統(tǒng)計(jì)分析能力，為操作人員提供各種“追溯”、“預(yù)判”和“規(guī)劃”功能，幫助操作人員提升“決策效率”和“決策精準(zhǔn)度”。最終，系統(tǒng)將為操作人員實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化提供一個(gè)可操作環(huán)境。當(dāng)操作人員對過程控制系統(tǒng)充分信任后，可以通過人機(jī)交互形式直接參與加熱爐的過程控制，直至最后實(shí)現(xiàn)令其滿意的加熱爐過程控制自動(dòng)化。在實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)理念的同時(shí)，也針對前文提到的“遺留問題”確定了解決方案，并取得了預(yù)期的效果。實(shí)際上，很多“遺留問題”之所以難以解決，不僅僅是開發(fā)團(tuán)隊(duì)不負(fù)責(zé)任，而是有些問題單靠基礎(chǔ)控制系統(tǒng)（一級）很難發(fā)現(xiàn)，需要做長時(shí)間數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)、分析等工作。為此，我們提出了一個(gè)“一二級融合”的解決方案，即利用過程控制系統(tǒng)（二級的工程師站）找到問題，在不影響生產(chǎn)的前提下修改基礎(chǔ)控制系統(tǒng)（一級），消除“遺留問題”，從而將基礎(chǔ)控制系統(tǒng)（一級）和過程控制系統(tǒng)（二級）融為一個(gè)整體。加熱爐過程控制系統(tǒng)（二級）是一個(gè)“生產(chǎn)過程精細(xì)化管理平臺(tái)”，主要作用是“讓操作人員睜開眼睛工作”，即在“全面感知現(xiàn)場環(huán)境”的狀態(tài)下進(jìn)行加熱爐生產(chǎn)過程的精細(xì)化管理，從而獲得產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效益雙贏的局面。
3加熱爐過程控制系統(tǒng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)
庫馬克軋鋼加熱爐過程優(yōu)化控制系統(tǒng)，采取下列措施，確保軋鋼生產(chǎn)工藝的要求。
3.1建立“透明加熱爐”
3.1.1實(shí)時(shí)跟蹤和提示爐內(nèi)鋼坯的位置狀態(tài)優(yōu)化控制系統(tǒng)為操作人員展示加熱爐內(nèi)鋼坯當(dāng)前所處的位置，從而實(shí)現(xiàn)鋼坯在爐內(nèi)的分布狀態(tài)“透明化”。
3.1.2實(shí)時(shí)跟蹤和提示爐內(nèi)鋼坯的加熱環(huán)境優(yōu)化控制系統(tǒng)為操作人員展示加熱爐當(dāng)前的爐溫控制規(guī)則和實(shí)際爐溫狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)加熱爐內(nèi)鋼坯加熱環(huán)境“透明化”。圖1展示了一個(gè)雙排步進(jìn)式板坯加熱爐內(nèi)鋼坯加熱爐環(huán)境，如爐氣溫度狀態(tài)和相關(guān)設(shè)定信息等。
3.1.3實(shí)時(shí)跟蹤和提示爐內(nèi)鋼坯的溫度狀態(tài)優(yōu)化控制系統(tǒng)為操作人員展示加熱爐內(nèi)鋼坯的表面溫度和芯部溫度等，從而實(shí)現(xiàn)加熱爐內(nèi)鋼坯溫度（場）“透明化”。圖2展示了1個(gè)雙排步進(jìn)式板坯加熱爐內(nèi)所有鋼坯的（芯部）溫度狀態(tài)，以及選定鋼坯的目標(biāo)溫度和水印區(qū)溫度。
3.2支持加熱爐生產(chǎn)操作決策
3.2.1當(dāng)前加熱爐是否具備裝爐條件優(yōu)化控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(xié)助操作人員進(jìn)行“鋼坯裝爐操作”決策。圖3展示了1個(gè)雙排步進(jìn)式板坯加熱爐有關(guān)鋼坯裝爐決策支持的提示信息。
3.2.2提示當(dāng)前加熱爐是否具備出鋼條件優(yōu)化控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(shí)間，從而協(xié)助操作人員進(jìn)行“鋼坯出爐操作”決策。為了提升操作人員決策的精確性，優(yōu)化控制系統(tǒng)還實(shí)時(shí)提示操作人員每個(gè)加熱爐最新出爐鋼坯的出爐溫度（計(jì)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(dāng)前加熱爐內(nèi)鋼坯的加熱狀態(tài)優(yōu)化控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)提示操作人員加熱爐內(nèi)有多少鋼坯已經(jīng)滿足工藝要求，如果沒有鋼坯滿足工藝要求，加熱爐段內(nèi)的鋼坯距離達(dá)到要求還有多長時(shí)間等，從而協(xié)助操作人員進(jìn)行“爐溫調(diào)整操作”決策。圖4展示了1個(gè)雙排步進(jìn)式板坯加熱爐有關(guān)鋼坯爐內(nèi)加熱狀態(tài)信息，用于提示操作人員從鋼坯加熱狀態(tài)角度判定是否需要調(diào)整爐溫。
3.2.4提示當(dāng)前加熱爐的各爐段最佳參考溫度優(yōu)化控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)提示操作人員加熱爐當(dāng)前的最佳爐溫參考，以及實(shí)際爐溫偏差，從而進(jìn)行“爐溫調(diào)整量”決策。圖5展示了1個(gè)雙排步進(jìn)式板坯加熱爐各類爐溫設(shè)定信息，用于提示操作人員判定是否需要調(diào)整爐溫，以及爐溫調(diào)整量。
4實(shí)現(xiàn)鋼坯加熱過程自動(dòng)控制
4.1實(shí)時(shí)跟蹤鋼坯爐內(nèi)運(yùn)行速度針對加熱爐的每個(gè)爐道，建立爐道內(nèi)鋼坯運(yùn)行軌跡跟蹤，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算鋼坯爐內(nèi)運(yùn)行速度，以此作為鋼坯溫度預(yù)測模型的邊界條件信息。
4.2實(shí)時(shí)判定鋼坯預(yù)期爐段溫度針對爐段內(nèi)的每個(gè)鋼坯，依據(jù)鋼坯運(yùn)行速度和當(dāng)前加熱環(huán)境，在當(dāng)前鋼坯溫度的基礎(chǔ)上，計(jì)算鋼坯達(dá)到爐段出口時(shí)的離段溫度（鋼坯離開當(dāng)前所在路段時(shí)所達(dá)到的溫度），如果離段溫度不滿足工藝目標(biāo)要求，則根據(jù)離段溫度偏差（目標(biāo)離段溫度-計(jì)算離段溫度）試探調(diào)整“虛擬爐段溫度”，直至離段溫度偏差滿足要求。此時(shí)“虛擬爐段溫度”即為鋼坯預(yù)期爐溫。
4.3實(shí)時(shí)計(jì)算加熱爐各爐段最佳爐溫參考根據(jù)每個(gè)爐段內(nèi)鋼坯的預(yù)期爐溫，參考“鋼坯鋼種加熱優(yōu)先級”（根據(jù)鋼坯特殊質(zhì)量要求而定）和“鋼坯位置優(yōu)先級”（根據(jù)鋼坯距離爐段出口的距離而定），確定爐段當(dāng)前的最佳爐溫參考；如果在基礎(chǔ)控制系統(tǒng)中存在爐溫控制回路，允許操作人員以交互方式干預(yù)最佳爐溫參考，形成當(dāng)前爐溫設(shè)定信息，并下發(fā)到基礎(chǔ)控制系統(tǒng)中，用于自動(dòng)爐溫調(diào)節(jié)。圖6展示了1個(gè)雙排步進(jìn)式板坯加熱爐計(jì)算最佳設(shè)定爐溫提示。
4.4實(shí)時(shí)計(jì)算加熱爐加熱煤氣最佳流量參考如果在基礎(chǔ)控制系統(tǒng)中沒有“爐溫控制回路”，優(yōu)化控制系統(tǒng)將根據(jù)當(dāng)前實(shí)際爐溫、最佳爐溫參考，以及爐段內(nèi)鋼坯溫度和數(shù)量等，計(jì)算“最佳煤氣流量參考”。允許操作人員以交互方式干預(yù)“最佳煤氣流量參考”，形成當(dāng)前煤氣流量控制回路的設(shè)定信息，并下發(fā)到基礎(chǔ)控制系統(tǒng)中，用于自動(dòng)調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁浚云谶_(dá)到自動(dòng)控制加熱爐溫度的目的。由于本系統(tǒng)所有信息都存入數(shù)據(jù)庫，所以本系統(tǒng)支持操作人員針對爐內(nèi)任意鋼坯加熱過程查詢，支持生產(chǎn)管理人員對任意鋼坯的加熱過程追溯。
5結(jié)論
《過程控制基礎(chǔ)》是將自動(dòng)控制理論，工藝知識(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器儀表等理論和技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的一門應(yīng)用科學(xué)，是自動(dòng)化專業(yè)一門重要的專業(yè)核心課程。國內(nèi)大多數(shù)理工院校的自動(dòng)化專業(yè)都開設(shè)了該門課程，通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生掌握生產(chǎn)過程控制的基礎(chǔ)知識(shí)和基本應(yīng)用技術(shù)，掌握根據(jù)系統(tǒng)的工藝原理和系統(tǒng)流程圖去分析系統(tǒng)的組成，培養(yǎng)學(xué)生掌握過程控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)學(xué)生具有一定的工程實(shí)踐能力。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，控制理論和技術(shù)，測控技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的高速發(fā)展，過程控制基礎(chǔ)這一門自動(dòng)控制技術(shù)的重要分支也在飛速發(fā)展，在電力、冶金、航空航天等行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。因此，為了適應(yīng)科技發(fā)展，尤其是為了適應(yīng)我校自動(dòng)化專業(yè)教育特色，《過程控制基礎(chǔ)》課程的教學(xué)改革和探索成為了一項(xiàng)迫在眉睫的工作，為了打破常規(guī)的教學(xué)模式，本文從教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法、教學(xué)手段、實(shí)踐教學(xué)以及考核方式等方面進(jìn)行改革和探索，并付諸日常的實(shí)際教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)踐型和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。
1 《過程控制基礎(chǔ)》教學(xué)現(xiàn)狀
目前的《過程控制基礎(chǔ)》課程總共32個(gè)學(xué)時(shí)，其中包括4個(gè)學(xué)時(shí)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。教材為《過程控制與自動(dòng)化儀表》第二版，潘永湘等編著。全書總共為十章，因?yàn)榻虒W(xué)課時(shí)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(tǒng)設(shè)計(jì)；第六章，常用高性能過程控制系統(tǒng)；第七章，實(shí)現(xiàn)特殊工藝要求的過程控制；第十章，典型生產(chǎn)過程控制與工程設(shè)計(jì)。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)四個(gè)學(xué)時(shí)，其中包括兩個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，分別為：實(shí)驗(yàn)一，簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和參數(shù)整定；實(shí)驗(yàn)二，串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和參數(shù)整定。
目前的理論教學(xué)過程以傳統(tǒng)的多媒體授課為主，板書為輔，講完相應(yīng)內(nèi)容都會(huì)布置相應(yīng)的課后作業(yè)，課后作業(yè)在習(xí)題課進(jìn)行講解，教師和學(xué)生課上或者課下都很少互動(dòng)，基本是填鴨式教育，加之課程內(nèi)容有一定的理論性和抽象性，部分內(nèi)容枯燥難懂，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，課堂氛圍較差，曠課情況嚴(yán)重，總的教學(xué)質(zhì)量一般。
課內(nèi)實(shí)驗(yàn)由專門的實(shí)驗(yàn)老師負(fù)責(zé)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多年不變，缺少靈活性和自主性，任課教師很少參與實(shí)驗(yàn)，無法獲悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的完成情況，很難把實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)如實(shí)的體現(xiàn)到最后課程成績的總評中去。
教學(xué)改革的幾點(diǎn)探索和做法：
1.1教學(xué)內(nèi)容的改革
《過程控制基礎(chǔ)》的實(shí)質(zhì)是基于控制理論實(shí)現(xiàn)流程工業(yè)的控制系統(tǒng)，其教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包括：過程控制系統(tǒng)各組成部分的關(guān)鍵技術(shù)，如檢測儀表、控制儀表、執(zhí)行器、被控過程的數(shù)學(xué)模型、簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、常用高性能過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)特殊工藝要求的過程控制、復(fù)雜過程控制系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。
在教學(xué)內(nèi)容的組織上，為了解決學(xué)生對過程控制缺少全局性認(rèn)識(shí)的現(xiàn)狀，在課程的概述部分適當(dāng)引用了一些案例，一般是日常生活當(dāng)中可以接觸到或者是經(jīng)常聽說的案例，這樣學(xué)生在該課程的初始階段就可以對該學(xué)科有一個(gè)深刻的感性認(rèn)識(shí)，了解過程控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)過程。
考慮到過程控制技術(shù)的飛速發(fā)展，使學(xué)生學(xué)完該課程能夠更好的理論聯(lián)系實(shí)際，在日常的教學(xué)工作當(dāng)中，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)密切跟蹤科技前沿，為此，適當(dāng)剔除了一些老舊內(nèi)容，在講授復(fù)雜過程控制系統(tǒng)時(shí)，重點(diǎn)介紹了推理控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等控制方式。
1.2 教學(xué)方法的改革
改變傳統(tǒng)的老師在上面講，學(xué)生在下面聽的教學(xué)模式，代之為以解決問題為目的的驅(qū)動(dòng)式教學(xué)。教學(xué)不是簡單的知識(shí)灌輸，而是要通過調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生自己真正參與到課堂教學(xué)過程中來。任何學(xué)生都有一定的求知欲和好奇心，在講授新內(nèi)容之前，事先布置了一些問題，讓學(xué)生帶著問題去聽課，每次授課結(jié)束前，采取以提問所布置問題的形式來考察學(xué)生對課堂內(nèi)容的理解程度。此外，通過學(xué)生的回答問題情況，也可以獲悉學(xué)生對課堂內(nèi)容的掌握情況，對于普遍理解不清的知識(shí)點(diǎn)，可以進(jìn)一步加以強(qiáng)調(diào)。此外，把MATLAB中的SIMULINK軟件工具引入到了教學(xué)過程當(dāng)中來，通過借助這一軟件工具使得某些內(nèi)容抽象、枯燥、理解困難的知識(shí)點(diǎn)變得更為生動(dòng)，易于理解。例如在講解過程特性對控制系統(tǒng)的影響時(shí)，利用SIMULINK軟件對一個(gè)自衡非振蕩過程進(jìn)行仿真，通過把過程的三個(gè)參數(shù)[K、T、τ]由小到大做調(diào)整，觀察系統(tǒng)在階躍信號下的輸出，通過觀察輸出，使學(xué)生更加生動(dòng)的了解三個(gè)參數(shù)對控制系統(tǒng)的影響情況。
1.3 教學(xué)手段的改革
采用“四位一體”式教學(xué)手段，“四位”指服務(wù)課程教學(xué)的四種方式：多媒體教學(xué)、問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)、專家或優(yōu)秀教師進(jìn)課堂教學(xué)和學(xué)生下實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)教學(xué)；“一體”是指本門課程的整個(gè)教學(xué)過程。
對于多媒體教學(xué)，課前認(rèn)真制作課件，適當(dāng)設(shè)置了一些聲音和動(dòng)畫，以增加課件的視覺和聽覺效果；對于問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)，所提出的問題一般是緊扣本講重點(diǎn)內(nèi)容，做到了問題盡量全面，避免了大而偏；在課程的整個(gè)教學(xué)過程當(dāng)中，邀請了相關(guān)的專家和具有優(yōu)秀教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師來給跟學(xué)生座談，以提高課程教學(xué)的靈活性；
由于課程內(nèi)容較多，授課學(xué)時(shí)又有限，對于一些簡單但又重要的內(nèi)容課下以作業(yè)的形式布置給學(xué)生，讓學(xué)生利用課外時(shí)間去學(xué)習(xí)理解，例如第八章中的預(yù)測控制系統(tǒng)和模糊控制。最后，通過讓學(xué)生寫讀書報(bào)告或者讀書心得的形式進(jìn)行考察，了解了其知識(shí)掌握情況。
此外，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程當(dāng)中經(jīng)常會(huì)遇到諸多問題，而任課老師又不可能隨時(shí)當(dāng)面解答，因此，一個(gè)好的任課教師必須又是一個(gè)頭腦靈活的老師，通過引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)交流工具，利用網(wǎng)絡(luò)論壇、聊天室、QQ群等交流工具，實(shí)現(xiàn)任課教師和學(xué)生之間的互動(dòng)，且互動(dòng)的結(jié)果所有同學(xué)可見，從而解決了問題具有普遍性而當(dāng)面答疑難的問題。
1.4 實(shí)踐教學(xué)的改革
過程控制實(shí)驗(yàn)是該課程教學(xué)過程當(dāng)中不可缺少的重要組成環(huán)節(jié)，旨在通過實(shí)驗(yàn)過程加深學(xué)生對理論知識(shí)的基本概念的理解和掌握，培養(yǎng)工程實(shí)踐能力，激發(fā)創(chuàng)造力。但目前的實(shí)驗(yàn)的主導(dǎo)作用僅僅表現(xiàn)為介紹實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、示范操作、強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)和糾正錯(cuò)誤等，其存在問題主要有以下幾點(diǎn)：第一，學(xué)生接觸儀器設(shè)備的機(jī)會(huì)和時(shí)間少，對新儀器、新設(shè)備和新技術(shù)缺乏必要的訓(xùn)練和反復(fù)使用的機(jī)會(huì)。第二，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性不夠。從實(shí)驗(yàn)方法、內(nèi)容、步驟到考核，基本上都是由教師事先確定，學(xué)生沒有太多選擇和發(fā)揮的機(jī)會(huì)，無法調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，更不可能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。即使隨著教學(xué)改革的深入，這種狀態(tài)有所改變，但仍跟不上整體的教育形勢的發(fā)展和需要。第三，實(shí)驗(yàn)課堂容量小，實(shí)驗(yàn)時(shí)間過于集中，實(shí)驗(yàn)室利用率低，實(shí)驗(yàn)安排比較刻板，學(xué)生沒有補(bǔ)做、重做或者選作的機(jī)會(huì)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課外很少有接觸實(shí)驗(yàn)設(shè)備的機(jī)會(huì)。由于上述原因，大部分學(xué)生被動(dòng)模仿或?yàn)E竽充數(shù)，這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式使得學(xué)生缺乏獨(dú)立思考的機(jī)會(huì)，學(xué)生沒有真正成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體，所以影響了學(xué)生的探索欲和創(chuàng)新欲的潛能釋放。
目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)總共是四個(gè)學(xué)時(shí)，總共兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別為分別為：實(shí)驗(yàn)一，簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和參數(shù)整定；實(shí)驗(yàn)二，串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和參數(shù)整定。 實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，當(dāng)然是必須要做的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)閮蓚€(gè)實(shí)驗(yàn)在該課程當(dāng)中起到基礎(chǔ)作用，具有一定的代表性。
其實(shí)，與課程理論內(nèi)容相關(guān)其他實(shí)驗(yàn)還有許多，例如，在簡單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還可以有的實(shí)驗(yàn)有：一、利用SIMULINK對PID控制器參數(shù)自整定；二、單回路液位控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)等。對于高性能過程控制系統(tǒng)，還可以有的實(shí)驗(yàn)有：一、前-反饋控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)；二、比值控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)等，對于其他章節(jié)，也有不少的相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。為此，為了提高學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，建議敞開實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)空間和時(shí)間上的開放，也就是延長實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間，逐漸實(shí)現(xiàn)全天候開放，將封閉的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)型為開放的實(shí)驗(yàn)室，提高實(shí)驗(yàn)室利用效率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備情況，建立相關(guān)的實(shí)驗(yàn)名錄，學(xué)生在完成必修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容外，鼓勵(lì)學(xué)生利用課余時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)名錄內(nèi)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(jìn)學(xué)習(xí)的手段，也可以通過考核來檢驗(yàn)學(xué)生對課程知識(shí)的掌握程度。
在考核方式上，改變傳統(tǒng)的單純開卷考試形式，采取課堂測試、大作業(yè)、開卷考試、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的形式，各部分內(nèi)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(gòu)成：
平時(shí)成績：包括上課出勤、完成作業(yè)情況、回答問題情況、課堂測試情況等，占總成績的30%。
大作業(yè)：在課程教學(xué)中期布置，階段性考察了學(xué)生對課程知識(shí)的掌握情況，占總成績的10%。
開卷考試：考試內(nèi)容重點(diǎn)放在了第五、六、七章，例如第五章的簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，第六章的串級控制調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)形式的選擇，主副調(diào)節(jié)器正反作用方式的選擇以及第七章的比值控制系統(tǒng)和自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)等相關(guān)內(nèi)容都作為了重點(diǎn)考察內(nèi)容，占總成績的40%。
實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：考察了學(xué)生完成課內(nèi)實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，包括實(shí)驗(yàn)過程檢驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況，占總成績的20%。為了鼓勵(lì)學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，對于平時(shí)成績低的學(xué)生，通過選作實(shí)驗(yàn)名錄里的其他實(shí)驗(yàn)，來獲得適當(dāng)加分，但最高分不能超過實(shí)驗(yàn)和平時(shí)成績相加到一起的總分50分。
【關(guān)鍵詞】過程控制；儀表技術(shù)；分析
1 引言
面向21世紀(jì)的過程控制技術(shù)開始向了多目的過程控制、仿真、智能應(yīng)用和遠(yuǎn)程監(jiān)控等方向發(fā)展。因此研究過程工作技術(shù)對我國的科技進(jìn)步具有重大的意義。在實(shí)際應(yīng)用中，過程控制就是對一些過程進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)整物質(zhì)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(huán)的控制模式。過程控制的特征以下幾個(gè)方面：（1）被調(diào)控的過程控制變量變化較慢，在工作人員員進(jìn)行控制后，在一段時(shí)間內(nèi)它不會(huì)產(chǎn)生較為明顯的反應(yīng)；（2）在過程控制的過程中，所進(jìn)行的調(diào)控經(jīng)常是離散的過程；（3）一些的相關(guān)變量組成了被控過程。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，過程控制就是對生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行監(jiān)控。
過程儀表控制技術(shù)的發(fā)展水平與控制理論、傳感器、數(shù)據(jù)采集和控制算法有關(guān)。儀表過程控制技術(shù)廣泛的應(yīng)用于石油工業(yè)、輕工行業(yè)、化工行業(yè)、電力工業(yè)、紡織工業(yè)、核能工業(yè)等中。過程控制儀表技術(shù)就是指把進(jìn)行控制的軟件和過程控制的數(shù)字電路封裝在一塊，通過儀器控制面板讓用戶進(jìn)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(shù)研究現(xiàn)狀
由于信息技術(shù)和微加工技術(shù)的快速發(fā)展，使的過程控制儀表技術(shù)取得了較大發(fā)展，特別是采用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行過程儀表控制的技術(shù)。
2.1 國外過程控制儀表技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
在西方發(fā)達(dá)國家，過程控制儀表技術(shù)的發(fā)展得到空前發(fā)展，特別是采用虛擬儀器進(jìn)行過程控制儀表的發(fā)展，它的強(qiáng)大功能隨著廣泛應(yīng)用于測控領(lǐng)域，得到了人們的認(rèn)可。一些西方著名的大公司開始應(yīng)用過程控制儀表技術(shù)。例如美國的Gsytems公司，通過采用虛擬儀器技術(shù)來進(jìn)行控制信號，通過獲得空氣中的壓力數(shù)據(jù)輸出以及改變風(fēng)向的信號。利用微處理器進(jìn)行運(yùn)算處理過程控制儀表所獲得的數(shù)據(jù)。利用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行過程控制儀表在工業(yè)控制系統(tǒng)具有非常大的應(yīng)用潛能。通過利用虛擬儀器技術(shù)，過程控制儀表技術(shù)將會(huì)發(fā)展到一個(gè)新的階段，同時(shí)也使得過程控制儀表技術(shù)具有很好的發(fā)展前途。
2.2 國內(nèi)過程控制儀表技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
我國對過程控制儀表技術(shù)的研究有很大的進(jìn)展，也取得了不少成果，在虛擬儀器技術(shù)方面，由于虛擬儀器具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力，可以很好的出來來自監(jiān)控系統(tǒng)的大量信息，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器過程控制的升級換代，保證過程控制儀表技術(shù)的準(zhǔn)確性和高效性。例如我國研制的采用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行溫度測試和控制的例子，它要實(shí)現(xiàn)的功能是進(jìn)行周圍環(huán)境溫度的采集和控制。它包含有電路和數(shù)據(jù)采集卡及配套的軟件組成。在它實(shí)際工作的過程中，首先將模擬信號（溫度信號）通過傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號（電壓信號），然后將數(shù)字信號進(jìn)行放大和調(diào)理后送入數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)而進(jìn)入上位機(jī)，在上位機(jī)上運(yùn)行的軟件對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過顯示器顯示出來。然后上位機(jī)將指令經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡送入給溫度控制電路，進(jìn)而控制溫度的控制，實(shí)現(xiàn)預(yù)期想要的溫度值。
3 過程控制儀表技術(shù)發(fā)展研究
過程控制系統(tǒng)是指生產(chǎn)過程的參數(shù)作為被控制量使之接近給定值或保持在給定范圍內(nèi)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。過程控制的主要參數(shù)有溫度、壓力、濃度等。通過對過程參數(shù)的控制，可使生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的質(zhì)量提高和能耗減少。一般的過程儀表控制系統(tǒng)通常采用反饋控制的形式，在20世紀(jì)50年代，過程儀表控制技術(shù)主要功能保證生產(chǎn)過程中的一些參數(shù)不變。在70年代，過程儀表控制技術(shù)出現(xiàn)了最優(yōu)化控制和自動(dòng)化調(diào)度的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。在90年代，過程儀表控制技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生更多的功能。
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，過程控制儀表技術(shù)應(yīng)用于我國的各行各業(yè)中。自改革開放以來，過程儀表控制技術(shù)得到了快速的發(fā)展。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)形式的快速發(fā)展，以及大規(guī)模集成電路的研制成功和微處理器的進(jìn)一步發(fā)展，工業(yè)控制機(jī)的可靠性能和性價(jià)比都得到了較大提高。由于工控機(jī)采用更加先進(jìn)的冗余技術(shù)和診斷技術(shù)等措施，使工控機(jī)滿足了現(xiàn)代工業(yè)控制的新要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在工業(yè)生產(chǎn)控制的過程中，過程儀表控制技術(shù)的發(fā)展來到了一個(gè)新的發(fā)展階段。
4 過程控制儀表技術(shù)發(fā)展趨勢
近年來，過程儀表控制技術(shù)向數(shù)字化和智能化發(fā)展，而且采用模塊化設(shè)計(jì)的思想使得它的精度更高、質(zhì)量更輕和較低的成本，在這個(gè)過程中發(fā)展形成了分散型控制系統(tǒng)、總線式工控機(jī)、可編程控制器和智能儀表控制技術(shù)。其中，智能化控制是過程儀表控制技術(shù)發(fā)展的新方向，現(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)時(shí)信號傳遞的一次劃時(shí)代的變革，實(shí)現(xiàn)過程控制儀表信號傳遞由模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號傳遞。
4.1 過程儀表控制的智能化
微電子技術(shù)的發(fā)展，使得微處理器體積更小、功能更強(qiáng)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(fā)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(fā)的成功，使得過程控制設(shè)備更加智能化，極大地提高了設(shè)備的性能和可靠性，實(shí)現(xiàn)過程控制設(shè)備質(zhì)的飛躍。過程儀表智能控制具有高精度測量、自動(dòng)校準(zhǔn)能力、自動(dòng)修正能力和自動(dòng)自檢能力，能夠?qū)崿F(xiàn)高級控制和復(fù)雜系統(tǒng)控制。因此，過程儀表智能控制已成為當(dāng)前過程儀表技術(shù)新的發(fā)展趨勢，過程儀表智能控制儀表將取代傳統(tǒng)儀表。
4.2 基于現(xiàn)場總線的過程儀表控制技術(shù)
現(xiàn)場總線是近年來迅速發(fā)展起來的一種數(shù)據(jù)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(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行數(shù)字信息傳遞，使傳遞的信號傳遞更加安全和可靠，各個(gè)裝置的連接變得非常方便和靈活，采用現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)成的過程儀表控制，技術(shù)可靠性將大大提高。
關(guān)鍵詞:生產(chǎn)過程自動(dòng)化 發(fā)展概況 質(zhì)量與性能
一、生產(chǎn)過程自動(dòng)化及其作用
(一)生產(chǎn)過程自動(dòng)化
生產(chǎn)過程自動(dòng)化就是通過采用計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件工程采集的數(shù)據(jù)和程序的運(yùn)算,輸出到執(zhí)行器起執(zhí)行以達(dá)到生產(chǎn)工藝過程的控制目的。更高效、更安全地運(yùn)營,重要就是學(xué)習(xí)儀表.控制系統(tǒng),通訊。
(二)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的作用
在生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù)出現(xiàn)之前,工廠操作員必須人工監(jiān)測設(shè)備性能指標(biāo)和產(chǎn)品質(zhì)量,以確定生產(chǎn)設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài),而且必須在停機(jī)時(shí)才能實(shí)施各種維護(hù),這降低了工廠運(yùn)營效率,且無法保障操作安全。
生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù)可以簡化這一過程。通過在工廠各個(gè)區(qū)域安裝數(shù)千個(gè)傳感器,過程自動(dòng)化系統(tǒng)可以收集溫度、壓力和流速等數(shù)據(jù),然后利用計(jì)算機(jī)對這些信息進(jìn)行儲(chǔ)存和分析,再用簡潔明了的形式把處理后的數(shù)據(jù)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(jiān)控整個(gè)工廠的每項(xiàng)設(shè)備。
生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)除了能夠采集和處理信息,還能自動(dòng)調(diào)節(jié)各種設(shè)備,優(yōu)化生產(chǎn)。在必要時(shí),工廠操作員可以中止過程自動(dòng)化系統(tǒng),進(jìn)行手動(dòng)操作。二、生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制及其效能
生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制指自動(dòng)控制系統(tǒng)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(shí)的系統(tǒng)。
生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制具有增效節(jié)能的功能。工廠所有者希望他們的設(shè)備能以最低的成本生產(chǎn)最多的產(chǎn)品,而在石油、天然氣和石化等多個(gè)行業(yè),能源成本占總生產(chǎn)成本的30-50%。因此,通過過程自動(dòng)化技術(shù)增效節(jié)能是降低生產(chǎn)成本的有效途徑。對于生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù)而言,計(jì)算機(jī)程序不僅能夠監(jiān)測和顯示工廠的運(yùn)行狀況,還能模擬不同的運(yùn)行模式,找到最佳策略以提高能效。這些程序的獨(dú)特優(yōu)勢是能夠“學(xué)習(xí)”和預(yù)測趨勢,提高了對外界條件變化的響應(yīng)速度。生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)中的軟件和控制裝置能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié),使其在最佳速度下運(yùn)行,從而大大降低能耗。它們還能夠確保質(zhì)量的一致性,降低次品率,減少浪費(fèi)。生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)還能預(yù)測何時(shí)需要對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行維護(hù),從而減少了對設(shè)備進(jìn)行常規(guī)檢查的次數(shù)。常規(guī)檢查次數(shù)的降低可以減少停止和重新啟動(dòng)機(jī)器所花費(fèi)的時(shí)間和能源。
進(jìn)入90年代以來自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展很快,是重要的高科技技術(shù)。生產(chǎn)過程控制是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化電過程控制技術(shù)正在為實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約能源、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生等方面起著越來越大的作用。
三、生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制的發(fā)展概況
19世紀(jì)40年代前后(手工階段):手工操作狀態(tài),憑經(jīng)驗(yàn)人工控制生產(chǎn)過程,勞動(dòng)生產(chǎn)率很低。
19世紀(jì)50年代前后(儀表化與局部自動(dòng)化階段):生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制發(fā)展的第一個(gè)階段,一些工廠企業(yè)實(shí)現(xiàn)了儀表化和局部自動(dòng)化。主要特點(diǎn):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(shù)是氣動(dòng)儀表);過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)――單輸入、單輸出系統(tǒng);被控參數(shù)――溫度、壓力、流量和液位參數(shù);控制目的――保持這些參數(shù)的穩(wěn)定,消除或者減少對生產(chǎn)過程的主要擾動(dòng);理論――頻率法和根軌跡法的經(jīng)典控制理論,解決單輸入單輸出的定值控制系統(tǒng)的分析和綜合問題。
19世紀(jì)60年代(綜合自動(dòng)化階段):生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制發(fā)展的第二個(gè)階段,工廠企業(yè)實(shí)現(xiàn)車間或大型裝置的集中控制。主要特點(diǎn):檢測和控制儀表――采用單元組合儀表(氣動(dòng)、電動(dòng))和組裝儀表,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制(DDC)和設(shè)定值控制(SPC);過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)――多變量系統(tǒng),各種復(fù)雜控制系統(tǒng),如串級、比值、均勻控制、前饋、選擇性控制系統(tǒng);控制目的――提高控制質(zhì)量或?qū)崿F(xiàn)特殊要求;理論――除經(jīng)典控制理論,現(xiàn)代控制理論開始應(yīng)用。
19世紀(jì)70年代以來(全盤自動(dòng)化階段):發(fā)展到現(xiàn)代過程控制的新階段,這是過程控制發(fā)展的第三個(gè)階段。主要特點(diǎn):檢測和控制儀表――新型儀表、智能化儀表、微型計(jì)算機(jī);過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)――由單――多變量系統(tǒng),由PID控制規(guī)律――特殊控制規(guī)律,由定值控制――最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制,由儀表控制系統(tǒng)――智能化計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng);理論――現(xiàn)代控制理論――過程控制領(lǐng)域,如狀態(tài)空間分析,系統(tǒng)辨識(shí)與狀態(tài)估計(jì),最優(yōu)濾波與預(yù)報(bào)。
四、生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成及分類
(一)生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成及分類
生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)由測量元件、變送器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、被控過程等環(huán)節(jié)構(gòu)成。一個(gè)簡單的過程控制系統(tǒng)=被控過程+過程檢測控制儀表(測量元件、變送器、調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥)。
第一種,定值控制系統(tǒng)。系統(tǒng)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(nèi)不變)中。例如前述的例子就是定值控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的輸入信號是擾動(dòng)信號。
第二種,隨動(dòng)控制系統(tǒng)。隨動(dòng)控制系統(tǒng)-----被控量的給定值隨時(shí)間任意地變化的控制系統(tǒng)。作用:克服一切擾動(dòng),使被控量及時(shí)跟蹤給定值變化。例如在加熱爐燃燒過程控制,控制系統(tǒng)就要使空氣量跟隨燃料雖的變化自動(dòng)控制空氣量的大小從而保證達(dá)到最佳燃燒。
第三種,程序控制系統(tǒng)。被控量的給定值是按預(yù)定的時(shí)間程序而變化的。控制的目的:使被控量按規(guī)定的程序自動(dòng)變化。例如機(jī)械工業(yè)中的退火爐的溫度控制系統(tǒng)。
(二)生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)特點(diǎn)
系統(tǒng)由過程檢測控制儀表組成;被控過程的多樣性;生產(chǎn)規(guī)模不同、工藝要求各異、產(chǎn)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(tǒng)、多變量控制系統(tǒng)、常規(guī)儀表控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)、提高控制品質(zhì)的控制系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)特定要求的控制系統(tǒng)。本書將要介紹單回路、串級、前饋、比值、均勻、分程、選擇性、大時(shí)延、多變量系統(tǒng),還要介紹高級新型系統(tǒng)(自適應(yīng)控制、預(yù)測控制)以及極可能成為系統(tǒng)主流的集散控制系統(tǒng)(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(shí)延(滯后)等特點(diǎn)。對表征其生產(chǎn)過程的溫度、壓力、流量、液位(物位)、成分、PH等過程參量進(jìn)行自動(dòng)檢測和自動(dòng)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(dòng)對被控量的影響,使被控量能控制在給定值上,使生產(chǎn)穩(wěn)定。
五、生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的質(zhì)量與性能標(biāo)準(zhǔn)
控制性能良好:在受到外來干擾作用或給定值發(fā)生變化后,應(yīng)平穩(wěn)、迅速、準(zhǔn)確地回復(fù)(或趨近)到給定值上。評價(jià)控制性能好壞的質(zhì)量指標(biāo)。根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程對控制的實(shí)際要求來確定。通常采用的兩種質(zhì)量指標(biāo):
1.系統(tǒng)過渡過程的質(zhì)量指標(biāo)
第一種,余差(靜態(tài)偏差)c:系統(tǒng)過渡過程終了時(shí)給定值與被控參數(shù)穩(wěn)定值之差。它是一個(gè)準(zhǔn)確性的重要指標(biāo),是一個(gè)靜態(tài)指標(biāo)。一般要求余差不超過預(yù)定值或?yàn)榱恪?/p>
σ都是衡量系統(tǒng)質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。若A、σ愈大則表示被控量偏離生產(chǎn)規(guī)定的狀態(tài)越遠(yuǎn)。規(guī)定允許最大偏差。
第四,過渡過程時(shí)間ts。過渡過程時(shí)間ts:表示系統(tǒng)過渡過程曲線進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)值的±5%或± 2%范圍內(nèi)所需的時(shí)間。ts愈小表示過渡過程進(jìn)行得愈快。它是反映系統(tǒng)過渡過程快慢的指標(biāo)。
第五,峰值時(shí)間tp。峰值時(shí)間tp:是指系統(tǒng)過渡過程曲線達(dá)到第一個(gè)峰值所需要的時(shí)間。其大小反映系統(tǒng)響應(yīng)的靈敏程度。
2.誤差(偏移)性能指標(biāo)
單項(xiàng)指標(biāo)來表示控制系統(tǒng)的質(zhì)量以外,還可以用綜合指標(biāo)來對系統(tǒng)過渡過程進(jìn)行綜合評價(jià)。一個(gè)過程控制系統(tǒng)的質(zhì)量主要看偏差的變化情況。
可采用偏差與時(shí)間的某種積分關(guān)系作為衡量系統(tǒng)質(zhì)量的準(zhǔn)則,這就是積分指標(biāo)。常用有:
平方誤差積分指標(biāo)(ISE);
參考文獻(xiàn):
【1】高志宏主編,《過程控制與自動(dòng)化儀表》,浙江大學(xué)出版社, 2006 年
關(guān)鍵詞：PLC；水泵測試；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)
目前，國內(nèi)那些采用專用測量儀器與儀表的水泵微機(jī)測試系統(tǒng)的水泵生產(chǎn)企業(yè)，它們做水泵型式試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)時(shí)，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(tǒng)仍有一些不足之處，例如在現(xiàn)場測試的抗干擾性和測試過程控制的實(shí)時(shí)性方面相對較為薄弱。為此，在原有設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，作者提出了一套改進(jìn)方案，將工業(yè)控制領(lǐng)域中運(yùn)用相對普遍的PLC引進(jìn)了水泵試驗(yàn)測試控制系統(tǒng)，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(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又利用了工控機(jī)良好的數(shù)據(jù)分析和處理能力。
1、水泵測試控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案
通過控制變頻器電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)電動(dòng)閥門等以達(dá)到滿足用戶需求的自動(dòng)調(diào)整水泵電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并自動(dòng)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(gè)測試過程的精度和讀數(shù)分辨力，可以根據(jù)測量統(tǒng)計(jì)修正模型并進(jìn)行有效的補(bǔ)償，從而達(dá)到對信號進(jìn)行較復(fù)雜的計(jì)算和處理，對自動(dòng)處理水泵測試過程中出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行檢測和排除。監(jiān)測量可以是開關(guān)量，也可以是模擬量，自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測水泵電動(dòng)機(jī)及相關(guān)輔助設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)；將事先設(shè)定的限定值實(shí)時(shí)與監(jiān)測量的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行比較，一旦被測量超過限定值時(shí)，相應(yīng)的聲光報(bào)警信號將會(huì)啟動(dòng)，這樣用戶就可以適時(shí)調(diào)整相關(guān)信號。安全系統(tǒng)主要是適時(shí)地產(chǎn)生一些保護(hù)性動(dòng)作。比如由于某些異常或是人為因素而引起的電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，致使水泵出現(xiàn)倒吸的針對水泵在測試運(yùn)行過程中發(fā)生的嚴(yán)重漏電現(xiàn)象，從而能夠避免整個(gè)測試系統(tǒng)的崩潰。
2、水泵測試控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1測量控制單元設(shè)計(jì)
測量控制單元屬于過程控制級，直接與水泵電機(jī)及各類測量傳感器、變頻器、各種空氣開關(guān)和中間繼電器相連，來完成整個(gè)測試過程的控制與監(jiān)測。機(jī)組的測量控制單元包括模擬量輸入/輸出、開關(guān)量輸入/輸出、鍵盤輸入和聲光報(bào)警等。電機(jī)的信號為電壓、電流、電阻、功率、頻率、轉(zhuǎn)速以及電機(jī)繞組溫度。電網(wǎng)的信號為電壓、電網(wǎng)總有功功率、電網(wǎng)頻率及各空氣開關(guān)線圈的開關(guān)狀態(tài)。壓力傳感器信號為進(jìn)口壓力和出口壓力。PLC測控單元的控制信號為電機(jī)的啟動(dòng)、停機(jī)及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)整等。
2.2測試控制電路設(shè)計(jì)
水泵測試過程控制系統(tǒng)的主要電路包括主控電路、測量電路、電動(dòng)閥控制電路和水泵電機(jī)控制電路。綜合考慮系統(tǒng)的整體性能和可靠性。作為整個(gè)水泵測試過程控制系統(tǒng)的主控電路，其性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。測量電路是水泵測試系統(tǒng)關(guān)鍵部分，其功能是負(fù)責(zé)測量水泵與電機(jī)的各種信號，通過各種測量儀器和傳感器采集水泵與電機(jī)運(yùn)行的各種關(guān)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(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1模塊設(shè)備
在水泵測試控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)過程中，整個(gè)系統(tǒng)大致可以分為4個(gè)模塊，即通訊模塊、數(shù)據(jù)處理及過程控制模塊、監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊。通訊模塊的基本功能是要保證試驗(yàn)過程中試驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，這樣才能既發(fā)揮PLC控制精度高和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，又能充分利用工控機(jī)良好的數(shù)據(jù)分析和處理能力；系統(tǒng)采用了RS232通訊模塊來保證數(shù)據(jù)傳輸通道的正常運(yùn)行。數(shù)據(jù)處理及過程控制模塊是整個(gè)測控系統(tǒng)的核心。本系統(tǒng)通過對來自數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析和處理，由D/A或者I/O模塊向系統(tǒng)中的各個(gè)控制器件和電控開關(guān)發(fā)出控制信號，實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)的狀態(tài)和參數(shù)，使系統(tǒng)嚴(yán)格按照要求自動(dòng)完成試驗(yàn)項(xiàng)目的操作。數(shù)據(jù)采集模塊的主要功能是對測控系統(tǒng)中各個(gè)傳感器的信號進(jìn)行采集，為試驗(yàn)的分析和處理提供數(shù)據(jù)來源。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分為兩部分：模擬量信號采集和數(shù)字量信號采集。模擬量的采集使用12位的A/D卡，數(shù)字量的采集使用C/T卡。監(jiān)控模塊就是對系統(tǒng)各個(gè)部分的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常或出錯(cuò)時(shí)，及時(shí)報(bào)警并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。在水泵試驗(yàn)中，試驗(yàn)回路正確與否對試驗(yàn)?zāi)芊裾：晚樌赝瓿善鹬鴽Q定性的作用。因此，監(jiān)控模塊的主要功能就是對試驗(yàn)回路進(jìn)行監(jiān)控，方便用戶在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)做出反應(yīng)。
3.2 PLC控制程序設(shè)計(jì)
針對水泵測試系統(tǒng)的控制特點(diǎn)，PLC控制程序主要由過程控制、繼電器動(dòng)作和數(shù)據(jù)上傳3部分組成。過程控制部分主要將PC上位機(jī)上所設(shè)定的參數(shù)讀入，檢查設(shè)備是否處于初始狀態(tài)，控制每個(gè)試驗(yàn)的邏輯過程，與上位機(jī)設(shè)定通信接口位；繼電器動(dòng)作部分主要將過程控制中的各個(gè)邏輯狀態(tài)進(jìn)行組合，根據(jù)其組合的結(jié)果控制繼電器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及電機(jī)的開閉，從而完成整個(gè)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的各種電氣、電動(dòng)功能；數(shù)據(jù)上傳部分主要是將傳感器測量的模擬量信號和數(shù)字信號處理后上傳給上位機(jī)進(jìn)行顯示，根據(jù)控制要求畫出程序流程圖，并根據(jù)流程圖進(jìn)行梯形圖編程。
結(jié)束語：
本系統(tǒng)采用以西門子S7-200PLC為控制核心與工控機(jī)聯(lián)合控制的模式，利用程序設(shè)計(jì)語言編制了界面和通信程序，構(gòu)建了水泵測試過程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分發(fā)揮了PLC和工控機(jī)自身的優(yōu)勢。系統(tǒng)測控軟件的設(shè)計(jì)是基于模塊化思想進(jìn)行設(shè)計(jì)的，整個(gè)軟件由通訊模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)處理及過程控制模塊4個(gè)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(kuò)展性，為以后系統(tǒng)功能的增加奠定了良好的基礎(chǔ)。經(jīng)過現(xiàn)場的調(diào)試表明，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，滿足生產(chǎn)實(shí)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(xiàn)：
關(guān)鍵詞：解耦控制；MCGS組態(tài)環(huán)境；上水箱液位；出水口水溫
中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1 引言
在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程當(dāng)中，隨著對生產(chǎn)過程的要求越來越高，控制技術(shù)和控制方法也要相應(yīng)的改進(jìn)，多變量過程控制系統(tǒng)是一種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，解耦問題是多變量過程控制系統(tǒng)的一個(gè)非常突出的問題，解耦控制也是一個(gè)有濃厚應(yīng)用背景的課題，無論是在國內(nèi)還是在國外，解耦控制系統(tǒng)都是一個(gè)非常熱門的話題，成為自動(dòng)化領(lǐng)域中的一個(gè)相當(dāng)熱門的研究方向。
2 傳統(tǒng)解耦方式
傳統(tǒng)的解耦方式包括對角矩陣法、狀態(tài)變量法、相對增益方法、對角優(yōu)勢法，其中對角矩陣法因?yàn)槟茌^為方便的實(shí)現(xiàn)多變量解耦的設(shè)計(jì)，所以在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。盡管現(xiàn)在關(guān)于狀態(tài)變量法的研究非常多，但其應(yīng)用并不廣泛。相對增益法已經(jīng)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(yōu)勢法非常復(fù)雜，需要借助圖像顯示和計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)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(dāng)給出水口溫度加入一個(gè)階躍干擾后，上水箱液位曲線沒有變化，還穩(wěn)定在原來的狀態(tài)，當(dāng)溫度再次達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，液位也還穩(wěn)定與原來的狀態(tài)，可以說，解耦裝置讓系統(tǒng)達(dá)到了較好的解耦效果。
通過實(shí)驗(yàn)可以看出上水箱液位與出水口溫度解耦控制實(shí)驗(yàn)中，在不加入解耦裝置的情況下，一個(gè)量的變化會(huì)引起另外一個(gè)量的變化；當(dāng)加入解耦裝置以后，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后在一個(gè)量上加入干擾，幾乎不會(huì)影響另外一個(gè)量的變化。在解耦效果很好也即達(dá)到完全解耦的情況下，一個(gè)量的變化就不會(huì)影響到另外一個(gè)量，也就是說，在變量與變量相關(guān)的控制系統(tǒng)中加入解耦裝置，如果解耦裝置設(shè)計(jì)得當(dāng)以及調(diào)試得好的話，那么就可以使得有耦合關(guān)系系統(tǒng)在得到解耦之后等價(jià)于幾個(gè)相互獨(dú)立的系統(tǒng)。
結(jié)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(chǔ)上，利用相對比較簡單的前饋補(bǔ)償解耦法對上水箱液位與出水口溫度進(jìn)行解耦控制，是利用MCGS組態(tài)軟件在THJ-3高級過程控制系統(tǒng)以及智能儀表的控制下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程，并且取得了比較好的解耦效果。
參考文獻(xiàn)
[1]金以慧，方崇智.過程控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002（03）：1-7，171-178.
