时间：2022-10-08 14:17:55
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇过程控制系统，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
1 前言
德国FESTO公司研制的“PCS” 即“过程控制系统”，是一套集目前工业控制中较为典型的控制系统（液位控制、流量控制、压力控制、温度控制）于一体的实验装置（见图1.1）。实验装置由四个操作站和一个中间调度站组成，分别实现四种典型环节（液位、流量、压力、温度）的检测与控制。每站由相应的检测传感器、控制器和电动执行器构成。控制器由中央处理单元、信号处理单元和驱动电路等组成，可以实现开环、闭环 PID算法控制开度阀（比例阀）动作和直流电动机的调速。各站之间通过管道及开关阀（电磁阀）连接，由中间站的PLC控制开关阀导通，可形成耦合系统。
2 液位系统简介
本文中的液位系统如图1所示。
图1液位系统
液位控制系统是FESTO四个独立站中的一站，包括一高一低两个容器（通过中间连接管道上手动阀的开闭控制其通断）、超声波液传感器、直流电机、直流电机调速器；以及四个系统都包含的向中间调度站PLC传送开关量的电容接近传感器，和PLC控制的电磁开度阀。
3 相关测量原理
液位测量是料位测量的一类。许多生产过程都要求监视工艺流程中各种容器内的物料贮量和控制容器进出料量的平衡。免费论文。为此目的所需要的信号当前主要通过测量容器中的物料表面位置得到。[1]
料位包括液位和固体颗粒的料位，本文采用的料位测量方法是超声波式，利用超声波在一定状态介质中的传播具有一定速度这一特性，当声源与料位的距离变化时，回声的时间（从发射到接收超声波的时间间隔）也要改变，这是非接触式测量，可用于液位和固体颗粒料位测量。
4测量设备
超声波液位传感器
它是基于声波的产生和在物体上的反射探测原理。正常情况下，大气作为了超声波的载体。声发生器在短时间内启动，发射出超声脉冲，人耳无法听到。随着超声脉冲的发射，超声波被固定的物体所反射，并返回给接收器。超声脉冲的持续时间可用电子方法评估。在一个固定的范围内，在超声脉冲信号持续时间，输出信号是成比例的。
电机/泵：
不带调速，只起搅和作用；
离心泵适合于冷水或加热水的再循环；泵不能干燥的使用，也不能用海水或受污染的液体。
（3）电容接近传感器：
电容接近传感器的工作原理是基于RC谐振电路中电容器的电容变化来估算的。当有物体接近传感器时，电容增加。这导致了RC电路振荡作用的变化。LED的黄色发光二极管指示切换状态。电容的变化很大程度上依靠距离，和各自材质的尺寸以及介电常数【3】。
（4）电机调速器：
通过改变输入电压来改变泵的转速，输入-10V――+10V，输出-24V――+24V 【4】。
5 控制方式
过程控制系统按照控制方式的不同分为开环控制、闭环控制，单回路控制、串级控制、比值控制等多种方式【2】。免费论文。本液位控制系统采用闭环单回路控制方式，如图2所示。
【关键词】中厚板轧机；计算机过程控制；数据通讯；模型计算；过程跟踪
0 引言
将计算机应用到轧制过程，并以其为核心，由它按预定的程序来处理和加工与过程有关的信息，对过程进行有效的监督、控制和管理，所有这些就叫做计算机轧制过程控制。为了使轧制过程稳定，并生产出厚度在公差范围内且有良好的板形和表面质量的产品，必须根据具体的轧制条件正确的调整辊缝和速度，以及对过程进行实时的调节。产品的质量、产量等直接与控制系统的稳定性和计算的准确性有着密切的关系，因此采用计算机进行工艺的过程控制一直是人们关心的重要研究课题。
八钢中厚板生产线采用分布式控制系统，按功能层次可以分一下四个等级，如图1所示。
1 硬件配置
L2过程机系统由一台轧线计算机（惠普服务器）、精整线计算机（惠普服务器），每台计算机都有备用计算机。系统采用冷备方案，备用机兼做开发机。
2 系统软件分层说明
最底层：WINDOWS 2003 Server操作系统，构成系统软件的基础。
第二层：ORACLE数据库，专门用于过程数据的存储；SOCKET通讯：采用了当今比较流行的双紧凑的、面向连接协议的Client/Server方案。
第三层：为宝信中间软件iPlature以及XCOM-PCS，iPlature主要功能有画面、报表、通讯、ALARM管理系统等组成，为应用软件提供强有力的支撑。XCOM-PCS 目前主要完成了采用Tcp/ip通信的电文的处理。
第四层：公用子程序及应用软件。直接进行iPlature调用。
3 L2在整个系统中的位置
L2系统不但接收生产管理系统MES下发的计划（即图中的原始数据PDI）同时也向生产管理系统MES发送各环节的生产实绩。
L2负责与L1通讯，L2调整所有的设定值并发送给L1，L1将必要的测量值，跟踪信息等实时信息直接发送给L2。L2除了和L1通讯外，还包括了L2和标志机等一体品设备的系统的通讯。
所有系统之间都是通过TCP/IP协议通讯。
4 功能描述
4.1 道次计划计算
道次计划计算是整个轧线L2系统的核心任务，该功能是L2存在的根本原因。道次计划计算通过相应的模型公式计算道次压下分配规程，在轧机的作用下实现将板坯变成钢板的任务，并且保证最终产品达到尺寸、性能、板形等要求。
道次计划计算包括预计算和再计算、后计算以及自适应。板坯抽出时，根据板坯原始尺寸、出炉温度以及成品尺寸和终轧温度就可以计算一个完整的道次计划规程，轧机根据此规程基本可以将板坯轧制成为符合要求的钢板。为了得到高质量的产品，道次计划会根据轧制过程的实绩反馈，修正计算后续道次，并再设定给轧机执行，此为再计算。
4.2 温度计算与监控
板坯的温度计算对于轧制过程的力能参数计算极为重要，温度是计算轧制力、待温时间、冷却时间等的基础。
在道次计划计算时，根据给定的初始温度，以及相关参数，温度计算可以预测板坯进入轧机前以及各个道次的温度。
待温轧制是中厚板轧制的特点，因此温度监控的目的就是为了周期性计算处于轧线上待温阶段的板坯的温度，通过周期计算板坯的温度，可以提示操作人员板坯的待温情况。并可以激励板坯道次再计算，对后续道次规程进行修正。
4.3 轧线材料跟踪
材料跟踪是跟踪材料，根据材料的位置来协调调度过程控制的所有程序，材料轧线材料范围是从加热炉炉内开始到矫直机入口，在这段过程中材料跟踪对材料处理进行跟踪。材料跟踪在这个区域中的任务可以划分以下几个部分：
按照辊道分区，记录生产线的材料映象，任何时候都能得到所有材料的物理位置。
当材料到达或离开轧机某个位置时，材料跟踪必须准备好相关的材料数据（包含PDI数据，加热炉数据和其他相关数据），同时激励其他相关软件。当吊销材料时删去相关材料数据。
当跟踪映像和实物映像不一致，或跟踪异常时，操作工可以进行跟踪修正，确保跟踪映像与实物位置的一致性。
4.4 轧制计划管理
轧制计划管理接收部分加热炉系统已经存在的PDI数据，接收的数据按板号存储于数据库中，有画面对完整的轧制计划数据进行生成和调整等管理。人工可以通过该画面进行计划的输入，删除，修改等功能。
每个原始数据都包含板坯，轧制的板，母板和合同板的数据，此外还有板号，板坯号，板坯尺寸，产品尺寸数据，轧制指示（控温轧制，多块轧制，转钢），化学成份，合金补偿系数，最终温度，ACC入口温度，ACC冷却速率，出口温度等。
当该材料生产结束，计划数据将要记录保存。
4.5 设定功能
基于精确的材料跟踪，当材料到达指定的位置时，过程计算机给L1和特殊仪表进行设定，对轧机的设定工艺参数来源于道次计划计算，在设定时要对设定的参数进行最后的校验，防止出现引起设备超过极限能力的情况出现。
在跟踪不正确的情况下，操作人员可以从操作画面上对跟踪进行修正，在修正后把正确的设定数据发送给L1。操作人员可以对设定的数据进行修正。
4.6 实绩值收集处理
过程机接收来自PLC和特殊仪表的数据，由于来自于传感器的裸数据不能直接用于反馈控制，测量值必须要进行过滤和统计处理。测量值处理数据同时能够为工艺和自动化技术人员提供轧制生产信息以及用于产品质量分析。
L2的数据采集轧机的实际数据有水平辊的轧制压力，力矩，辊缝，速度，温度和计算的厚度，轧制信号等。
4.7 数据通信
利用宝信软件产品XCOM-PCS，实现与其他计算机系统的通信，具体电文格式参见基本设计规格书通信接口篇。轧线计算机加热炉计算机，精整线计算机，轧线L1，ACC计算机和仪表通信。其中轧线计算机与精整计算机之间运用了iPlature的相关功能，主机之间无需采用电文方式通信。
4.8 报表
报表程序负责工程记录的报表打印。这些报表反映了材料在生产过程中的相关数据，有如下的报表：
工程报表：包括的数据是轧制设定计算所涉及的数据，这些数据包括了材料相关的数据、来自轧制策略的数据、道次计划计算值、材料和轧机操作相关的重要数据。
班报：记录当班生产的产量，质量和停机情况。关于报表，具体格式可与用户商量讨论后确定。
5 结束语
中厚板计算机过程控制系统作为实现八钢信息化目标中的重要环节，其采用先进的工艺模型和控制技术，使厚板质量得到极大进步、生产治理更方便，增强了八钢产品的竞争力，其重要性也会在以后的生产当中越发的凸显。
【参考文献】
[1]丁修.轧制过程自动化[M].北京：冶金工业出版社，2005.
关键词 顺序过程；状态；编程实现
中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）99-0217-02
1 控制对象特点
顺序控制系统拓扑结构：在顺序控制系统中，其设备队列的基本形式在通常情况下可以分为五种；有些队列是共同使用同一个设备。拓扑结构对系统流程有决定性作用，同时决定其起或停两种方式；队列的开头和结尾两部分的设备通常会根据系统流程或起停方式的改变而发生变化。
控制系统的设计要求：设备的运行方式可以分为两种，一种是集中联锁控制，另外一种是就地单机控制，切换由中控室来完成；在检修和调试时主要应用就地单机控制，在这种运行方式下，设备的开停主要由控制箱上的按钮来控制；正常生产的时候主要应用集控联锁的方式，控制时利用中控室的控制台来进行。设备不同，起停的延时时间也会不同，原则上是堆煤不能在运行时进行，停车后也不能存煤。
控制台的设计：现在的控制台一般都是软件的，在屏幕窗口由工控组态软件生成控制台画面，要想命令或者是对系统进行操纵，只需要点击鼠标即可。JST两位开关切换系统的就地与集控方式，对设备的硬件控制电路直接作用；集控起车流程由FLOW三位开关来进行选择；A路集控起车与否由ASA两位开关来决定；B路集控起车由BSA两位开关来决定；象JST、JSTP等常开按钮，要想使其闭合，只需要按下即可，要想使其断开，只需要放手即可。
2 单台设备的状态分析
单台设备的硬件控制回路：每台设备的工作方式可以分为两种，一种是手动，一种是自动；在切换的时候主要利用的是控制台上的系统运行方式开关控制中间继电路JKA。在自控方式下，闭合JKA-1节点，打开JKA-2节点，那么设备中间继电器KMA线圈的通电和断电就由PLC输出节点PLC-OUT来进行控制，从而对设备供电接触器的通断和设备的开停进行控制。在就地手动方式下，打开JKA-1节点，闭合JKA-2节点，在控制时利用的就是就地控制箱上的常开按钮和常闭按钮。
单台设备的软件控制回路：队列中的一员就是自控方式下的设备，队列排序是依据煤流方向来进行的，起车依据的是逆煤流顺序，停车是依据顺煤流顺序，在单台设备方面，要想起车，必须要等到后继设备起动，并且稳定运行之后方可。停车也需要等到前驱设备彻底停稳之后才能进行。对于PLC程序控制设备的开始或停止，通常将设备控制梯形图程序分成三个级别：起车脉冲主要是通过前两级产生的，设备如果在这么一段脉宽时间中，无法启动，那么就说明启车失败；第三级是对设备进行实质性的控制，即针对设备的软件控制回路，以及硬件控制回路之间的相互作用，对其进行自控而有效的转换设备的起车停车以及各种状态。
3 顺序控制系统的状态分析
自控方式下系统的状态图如下所示：
停车待命状态：已经设置好控制台的控制开关，所有的设备可以正常接受系统发出的起车指令。
起车预告状态：集控起车的命令由控制台发出，没有异常的话，就将进入起车预告状态。
逆煤流顺序延时的起车状态：即发出起车指令，在预定的时间范围内，未收到禁止启动要求的情况。具体即队列末端设备最先启动，接着沿着逆煤流的方向，逐台自动进行延时起车，直至起动队列的首端设备为止，若稍延时，系统即转成正常运行状态。
正常运行状态：在这个状态中，所有的设备都可以稳定的运行，说明系统所处的状态可以正常运行。在此过程中，若队列中任意一台设备出现停车的情况，则系统即会进入相应的故障状态中。
顺煤流顺序延时的停车状态：不管是在正常运行的系统中，还是在有故障出现在了运转的部分设备上，将集控停车按钮按下，都会进入顺煤流顺序延时停车状态。
故障状态：不管在哪种状态下，系统只要出了问题，就会进入故障状态。
4 实现系统状态转换的梯形图控制程序
起车的硬件条件并不麻烦，即将控制台的开关进行相应设置，则系统的状态就是停车待命；将集控起车按钮JST按下之后，系统的状态就变为了起车预告；如果在30秒之内没有收到禁止启动的命令，则系统状态即转成逆煤流顺序起车；而一旦队列起始设备启动，那么就结束了起车过程；如果在起车的过程中有故障发生，或者将急停按钮按下，那么系统就会从起车状态退出来。如果稳定运行队列起始设备，在延迟40秒之后，系统就会结束起车状态，进入正常运行状态。
5 结论
随着时代的发展和科学技术的进步，PLC控制系统的应用范围越来越广。本文以某选煤厂的原煤系统为例，首先简要介绍了控制对象的特点，然后进行了了单台设备的状态分析和顺序控制系统的状态分析，通过实践研究证明，有着较好的效果；但是还存在着一些问题，需要进行解决。
参考文献
[1]叶树华.PLC顺序过程控制系统的状态分析与编程实现[J].计算机应用与软件，2003，2（5）：123-125.
关键词：过程控制系统；综合性教学；DCS
作者简介：杨光祥（1973-），男，重庆人，重庆工商大学计算机科学与信息工程学院，副教授；曹晓莉（1970-），女，重庆人，重庆工商大学计算机科学与信息工程学院，教授。（重庆400067）
基金项目：本文系重庆市工商大学教改项目（项目编号：11325）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）13-0067-01
一、“过程控制课程”概述
“过程控制”是一门与工业生产过程联系十分密切的课程，是大多数自动化及其相关专业的专业主干课，其专业性和实践性较强，在自动化专业的课程体系中占有重要的地位。随着科学技术的飞速前进，“过程控制”也在日新月异地发展。这门课程的教学，使学生能运用自动控制理论，结合实际工业生产过程和过程工业生产过程的分析、设计、运行与开发研究工作。[1]
工业自动化在整个社会生产中起着非常重要的作用，“过程控制”覆盖范围广，基本设计了国民生产中包括诸如石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织等领域。[2]因而，“过程控制”在国民经济中占有极其重要的地位。随着生产规模的不断扩大，“过程控制系统”经历了基地式气动信号控制系统、电动模拟信号控制系统、计算机集中控制系统和集散控制系统等几个阶段。[3]“过程控制”是控制理论、工艺知识、计算机技术和仪器仪表等知识相结合而构成的一门应用科学。
本课程需要加深学生对过程控制内容的理解，培养学生的实践能力，使学生在过程控制系统的设计和分析过程中将所学的理论知识融会贯通。因此，“过程控制系统课程”的实验非常重要，对提高学生学习兴趣、拓宽其知识面、加深对理论课程的认识等都具有非常重要的意义。
但是，在教学过程中发现，原有实验设备落后，已经严重老化，实验体系存在不合理的情况，而且实验设备所采用的技术是基于8位单片机的孤岛式自动控制仪表，已经远远落后目前的电子信息技术发展，严重制约着本课程实验的顺利进行。因此，笔者对该课程进行了探索性地教学改革，主要针对教学方法、实验环节方面提出改进的教学方法和措施，加强理论研究与实践教学相结合，合理增加先进性控制理论及设计验证实验，着重对传统实验设备替换和补充，开发出新型的实验教学设备，强调对学生创新思维和能力的培养。
二、教学方法改革思路
针对上述问题，结合目前国内外的技术发展趋势，课程组在教学过程中多次组织教师进行探讨和研究，提出了课程改革的措施。
1.理论教学改革
理论教学主要针对提高学生学习兴趣、增加其知识面、增强课后作业练习三个方面进行。其改革结构如图1所示。
在理论课程内容中，PID控制理论部分主要是讲述传递函数、微分方程及其动态特性等理论知识，学生学习起来感到枯燥乏味。因此在多媒体课件中增加了大量的图形及生产过程示意图，并且增加了部分课题组科研工作中的实际项目例子，这样极大地提高了学生的学习兴趣。比如，在讲述串级控制系统的章节就增加了生产纸浆的网前箱温度-温度系统，如图2所示。
PID控制理论部分相对学时比较多，实际的控制仪表应用则偏少，而对控制器的介绍相对比较少。因此在理论课程中增加对实际仪表部分的介绍，增加了智能仪表、网络仪表等，主要讲述其在工业生产过程中的实际应用。这样学生在学习完成后对工业生产所使用的基本仪器仪表也有了初步的认识，对以后工作打了比较好的基础。
学生作业一直是学生被动接受的内容。考虑到实际情况，在讲授过程中，采用大型作业和小型作业相结合的原则，要求学生对某一生产过程系统的压力、温度、流量等参数的PID控制系统进行自行设计。比如采用串级控制系统、均匀控制系统等不同的结构，并且对所使用的执行器和变送器种类进行归纳和总结，并在课堂上选定几个学生进行讲解和讨论。这样学生可选择的范围较大，避免了抄袭或应付式完成作业，又对现场应用的执行器有了一定了解，避免了空洞的讲解，学生收获很大。
2.实践教学改革
本课程设计有8学时的实验学时。由于原有THJ-2实验设备已经严重老化，部分控制系统已经不能够使用，因此本着节约成本的原则，本课题组成员自行进行了实验设备控制系统的改造。在改造之前分析了当前能够跟上技术先进性的过程控制系统及装置。由于DCS控制器是当今工业过程控制的发展方向和主流，[4]国外著名的DCS生产厂商及其产品均已进入中国，如日本横河电器公司的CENTUM-XL、美国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、电力等行业中。因此本课题小组采用分布式控制系统（DCS）替代原有的独立式单片机控制系统，其自行开发的实验设备与陈旧部分可用的实验仪器结合，重复利用现有资源，避免了教育经费的浪费，其结构如图3所示。其中深色部分是自行开发的设备，而浅色框代表可重复利用的旧设备。
在自行开发的实验设备中，课题组也自行开发出多个实验模块，从技术上进行全面升级，从实验范围上拓宽传统的PID控制，从理论上加强学生对传统PID的认识并拓宽知识面，使其接受与企业实际生产紧密结合的前沿技术产品。经过实验设备改造和实验环节改革，学生接触的实验设备与现场实际相吻合，学生亲自动手校验、调节设备，提高了学生的动手能力，加强了他们的学习兴趣，而且加深了他们对设备原理的理解，把理论认识和感性认识结合起来。
三、改造实验设备及功能
对实验环节的控制系统进行自行改造升级，主要采用分布式控制系统替代原有旧系统，这样可以灵活开发出多种结构的控制模块及其他辅助模块，帮助学生更加充分进行实验环节。开发的DCS扩展功能库主要包括如下部分：RS485通信模块、模糊控制模块、预测控制模块、自适应控制模块、传感器类型库、LCD库、人机接口库、USB库和二次开发库。
学生在实验过程中可以灵活地配置和使用以上模块库，极大地提高了他们的学习兴趣和对计算机、嵌入式系统、控制仪表等原理的理解与实际动手能力。
四、结论
对过程控制系统与装置课程进行理论和实验的综合的教学改革，使得本专业学生在学习本课程上提高了兴趣，变被动为主动，增强了其动手能力，大大拓宽了他们的就业范围，也提高了其在工作中的适应能力，使教学质量和学生的综合素质都得到较好的提升。
参考文献：
[1]方康玲.过程控制系统[M].武汉:武汉理工大学出版社,2007.
[2]唐玉玲.过程控制课程教学改革及实践[J].科技信息,2011,(19):10-11.
关键词：网络控制，视频监控，稳压供水，WinCC，变频器。
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
本供水系统从能源的最佳配置及安全角度出发，针对水厂多台中等距离水泵联网供水系统，综合现代网络控制技术，设计一个以工业现场实际生产控制的综合性、多功能网络供水控制系统，这个系统具有远程web监控、复杂的关联控制、生动的组态监控界面、对输入输出信号采集分析等功能。通过对工业供水、流体控制、城市供水、虚拟仪器应用、SCADA软件应用的研究和综合，结合实际资源和条件本文提出了这个网络供水模型控制系统。并探讨了远程web监控的可行性。该系统采用采用WinCC监控组态软件作为上位机，下位机西门子S7-300PLC进行控制，现场采用MPI总线网络，对水面以摄像头进行视频监控，远程以因特网连接，利用虚拟仪器软件优化控制参数，使控制达到最优。从而可实现对复杂的供水网络进行联网调度控制。
2 系统功能
控制系统分别由A、B、C三套独立中距离的设备组成，由一台PC机作为上位机进行监控和数据处理，并与Internet连接。下位机具有多种监测和控制功能，系统具有以下特点：
（1）流量、压力、液位等过程量的检测，从而实现精确的流量、压力、液位控制；方便的数据记录和管理；（2）通过视频对危险或紧急事件进行监控报警；（3）利用虚拟仪器软件和相应硬件采集处理系统的输入输出信号，使控制得到最优化；（4）现场总线网络实现远程设备间的关联控制，实现对分散设备的集中操作和管理；能基于因特网或者局域网实现基于Internet的操作和监视。
系统模型如图1，现场中单个系统的各个传感器采集到信号后通过信号处理模块处理（AD转换）后把数字信号传到 PLC（CPU），然后CPU根据此信号进行相应的动作；适配器是连接PLC与PC机的桥梁。水质监控的模拟中采用的总线类型是目前较热门的USB，当然用户也可根据所提供的硬件选择不同的总线类型，只需解决相应的通信协议问题就行了。各个系统之间的PLC通信可通过与CPU配套的外接口进行MPI通信，而各PC机之间则通过Internet进行相互的连接。
3 控制系统硬件设计
硬件结构是系统功能实现的载体，有上下位机组成。上位机采用可靠性较高的西门子工控机，通过MPI网络与现场控制的下位机PLC连接。下位机控制系统需要对输入输出模块、传感器、执行器、控制器及其等关键硬件进行选型。本系统选用模块化的西门子中型300系列的S7-312C的CPU；远程压力传感器的模拟信号通过多通道输入模块，转换成数字信号送到控制处理器；利用控制处理器中的数据处理和控制程序进行数据处理和判断；输出模块332控制信号控制电动阀、变频器等执行器来控制流量、水位和供水压力等；安装有6个压力传感器，可对管道的多个监测点和池子的压力进行，还装有两个流量传感器，这可分别测量管道多点的水流量大小。本系统的执行器是一台有变频器控制调速的电机水泵及一台恒速水泵，可以方便根据需要进行调节。采用性能优良的摄像头和视频采集卡与工控机相连接，可得到水池和需要监测的生产现场的视频信号，然后用OLE技术可以把视频界面嵌入到工控机的人机界面，还可以进一步对该视频信号进行处理，以实现特定的事件处理，如自动的环境安全监视、设备运行状态的自动监测等等。
4系统软件设计
系统的软件设计包括PLC、WinCC等软件的设计，及相互之间的通讯。上位机软件是创建变量、界面数据输入与实时显示、数据采集管理、故障诊断、上下位机通信及视频处理等，其过程大致这样：建立与PLC的连接和创建变量，建立通信连接后便可以设置用于通信对话的变量。利用图形编辑器，进行组态、参数输入界面。如图2所示体现整个控制系统的大概控制流程：启动程序后进行初始化，清除寄存器里残留的数据信息，同时传感器采集到的信号传经AD模块后传到CPU，处理程序再根据这些信号相应的处理；其间可进行手动和自动操作。每个控制函数都独立分配一个数据块，这样方便数据信息的管理和防止数据出错。针对每个系统，单独建立参数输入界面。选择手动/自动、控制压力或流量对象、设定值与PID参数、函数控制、关联控制对象、标量转换参数输入等。在对各个部分的信号进行及时的最优化分析处理上，本系统引入LabVIEW，然后把这个信号及时反馈给控制程序，从而提高控制信号的精度。
对流量或者压力控制时，可以直接采用完全PID算法，能够直观输入和调整各PID参数，实际运算时则采用增量算法更加方便，计算工作量较少，运算速度较快，其增量式算法如下：
（1）
（2）
其中Δu（k）为k次控制的增量，A、B、C等分别为合并计算的常数。实现PID的控制程序由STEP7自带函数库的SFB 41函数实现，既可设定PID参数，还可设定上下限位及调用时间等多种参数。
5 网络化及视频监控
三套设备间不仅进行联网数据监测，并进行联网控制，对水网供水调度。工业上的供水是一个牵涉到多方面领域的问题，这就需要解决多方面的协调性与能耗等问题。这里主要讨论Web方式实行远程监控的可行性和实现方法，如图3所示。
供水系统的网络大而复杂，这里研究一种新的方法，可以解决目前由于传感器的限制而难以实现的监控系统。由于本系统融入了丰富的控制、监控、虚拟仪器等现代先进的测控技术，可用于控制系统的深入研究和用于综合性的实验教学。而视频嵌入牵扯到多方面的知识，如视频信息的采集、采用什么算法进行处理，视频调用的过程步骤等等都需要考虑。视频调用的步骤如下：（1）用C++编号一个exe的文件，并把此文件放在所建的Wincc项目文件夹里，相应的图像分析处理在这里可以进行功能扩展。（2）在WinCC 面板中调出个button ；（3）右击button 弹出一列菜单，选择“属性”，（4）选择属性里的“事件”，再接着是事件里的“鼠标”，“C动作”；（5）鼠标放在编程框图里需添加动作的位置处；接着点击编辑动作窗口的左树，把他们展开，然后调用windows中的program Execute)，并把program_name改为调用的路径名即可。（6）调用的路径里把所有的“\”改为“/”。
6 结论
该网络过程控制系统通过一台主机监控，实现现场总线的网络检测与控制。可以分为三组，每套有自己独立的操作界面，可以单独进行实验，实时采集数据；实验时可以大范围改变参数，并且在屏幕上可以直接观测到输出量与检测量的对应曲线。每套系统嵌入视频监控和图像处理，将水厂的过程控制可以与视频监控完美结合；三台设备的联网性实验可以很好的模拟现实生活中的复杂供水网络，而且本系统具有试验切换容易，操作简便，稳定性好等优点。控制软件和监控界面的运作在实验装置上调试通过，并达到预期的效果。本系统的关联控制是通过建立数据块的映射实现的，所以只要把数据块循环刷新便可实现关联控制，而不依赖于通讯网络的结构。视频监控模块可以方便地嵌入过程控制实验系统中，这也是结合了当前工厂实际技术发展的需求方向。
参 考 文 献
1 张多.自校正控制在液位过程控制综合实验系统中的实现[J].实验技术与管理,2008,25(2):75-77.
2 刘一臻，于静.SIEMENS WINCC软件在转炉供水控制系统中的应用[J].辽宁科技学院学报,2010,12(3):
34-35.
3朱斌,罗益民,钱凌峰.基于PLC和WinCC 的循环冷却水处理智能监控系统.工业仪表与自动化装置,2007,(6):37-40.
4 龙迎春 .利用PLC的通信功能实现供水泵站的远程监控[J]. 控制系统,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.
【关键词】 过程控制 钢包炉精炼
一、引言
钢包炉精炼（LF）是优化炼钢生产的一项重要工艺技术，它不仅仅能够调控产品质量，还可以优化工艺和产品结构、开发高附加值产品、节能降耗、降低生产成本、增加效益，调节生产节奏，保证生产稳定进行。通过钢包炉精炼过程控制系统包括生产标准数据管理、生产过程监控、模型计算、生产信息收集等人C界面（HMI）、外部通讯管理。
二、过程控制系统的软件架构
本软件系统使用.NET4.0框架。开发工具选用Visual Studio 2012，后台程序和前台画面都采用Microsoft Visual C#.NET高级语言开发，数据库可以通过配置可以支持目前市场上流行的通用大型数据库，如 ORACEL 和SQL SERVER等。 系统采用C/S架构，分为表现层、逻辑处理层、数据访问层。表现层（人机界面系统）：系统的操作界面采WPF技术，并应用了MVVM设计模式，把程序的业务与展现逻辑从用户界面干净地分离开，保持程序逻辑与界面分离能够帮助解决很多开发以及设计问题，能够程序能更容易的测试，维护与升级。逻辑处理层（系统逻辑处理系统）：系统根据过程控制的不同功能，分为多个功能模块比如数据通讯模块、数据采集模块、物料跟踪模块、模型计算模块等，降低不同模块间的耦合性，使得系统功能的扩展、开发和调试等到大大提高，提高了系统的灵活性。数据访问层（数据处理访问系统）：数据访问层框架采用ORM框架中的NHibernate，Nhibernate从数据库底层来持久化.Net对象到关系型数据库，大量减少开发时人工使用SQL对处理数据的时间。
三、过程控制系统实现的功能
钢包炉精炼过程控制系统应包括以下功能：
1、与外部计算机系统的通讯。过程控制系统与下列系统之间网络连接介质用工业以太网，通讯协议采用TCP/IP协议Socket方式交换数据。与上级生产管理系统（3级）计算机之间通讯数据内容包括：生产计划数据、原料数据、检化验数据、生产状态信息、生产实绩数据。与基础自动化系统之间通讯，数据交换内容为生产过程数据。
2、生产计划管理。此功能模块为钢包炉精炼生产工序起始端。主要显示3级系统下发的精炼计划，由操作工选择该计划进入合适的工位进行生产，并监视当前工位的生产状态。
3、生产原料管理。此功能模块管理钢包炉生产中用到的物料种类及各种属性信息。
4、检化验数据管理。此功能模块可以根据炉次号或者精炼生产顺序号查询该炉次的检化验实绩以及自动匹配该炉次计划钢种中的成分上下限数据与检测数据进行对比来指导生产。
5、生产过程监控。此功能模块主要显示工位当前的实时数据信息。数据包括：生产事件信息、测温信息、加料信息、通电信息、化验数据等，并提供钢种标准查看、手动投料、投料值管理等功能。
6、生产实绩管理。此功能模块主要根据不同的查询条件如时间、班次、班别、炉次号、计划号、制造命令号等查询炉次生产实绩数据，并提供报表打印功能。
8、模型优化管理。模型优化管理包括二个模型应用：合金加料模型、温度预测模型。该优化工具可以作为一个独立的子系统运行，但属于二级机系统的一部分，计算所需的部分关键数据以及计算的结果由二级机系统统一调配。
1）合金加料模型。合金优化配料模型的功能为：根据当前钢水中元素实际含量，当前可用的合金料，考虑一定约束条件，采用单纯形法解决线性优化问题，计算出达到钢水目标要求的化学元素含量所要加入的合金料重量。计算结果满足钢液成分要求和成本控制。
2）温度预测模型。温度预测模型采用使用神经元网络模型预报钢水温度，步骤：1.建立神经元网络模型；2.收集样本数据；3.离线学习；4.在线应用。该模型的优点是具有自学习功能，因而能够在不同程度上反应出一些不能被检测的因素对输出的影响、使用比较方便。
结论：该系统对钢包炉精炼实现了信息化的管理，便于三级系统对生产进行系统化的管理与调配，保证数据的准确性；对生产过程进行实时监控与跟踪，方便生产人员对生产进行管理与监控；对生产过程数据进行系统化的采集与分析，以便对生产过程进行优化；采用了数学模型来计算调节钢水成分所需要添加的合金重量和预报钢水温度曲线，不仅降低了生产成本，而且提高了生产效率和产品质量，从而提高了产品在国际市场中的竞争力。
参 考 文 献
研究了国内许多轧钢厂加热炉控制系统计算机二级不能正常使用的问题，针对这些问题，研制了一种轧钢加热炉过程控制系统，建立了一套新的完整的系统解决方案，并应用在轧钢加热炉过程控制中，保证钢坯加热过程满足加热工艺的要求，同时又节省煤气和降低了烧耗。该系统是通过建立透明的轧钢加热炉，支持加热炉生产过程操作决策及过程自动控制等措施来实现的。该系统在中板和厚板轧钢加热炉控制系统中得到了有效的应用，即提高了产品质量，又节能降耗。
关键词：
加热炉；过程控制；节能降耗
加热炉过程控制系统（计算机二级系统，简称二级）是轧钢生产过程脱离“粗放型”管理模式，实现“精细化”管理的必备手段，只有依靠科学有效的过程控制技术，才能从根本上解决操作人员“凭经验烧钢”所带来的各种质量和成本问题。深圳市库马克新技术股份有限公司研发了“库马克轧钢加热炉过程优化控制系统”，应用到钢铁企业对轧钢加热炉进行有效的过程控制，解决了这个问题，并应用到某中板厂和厚板厂，对于该厂的精细化管理及节能降耗做出了贡献，取得了良好的效果。
1加热炉过程控制系统的主要作用
1.1在实现工艺目标中的作用加热炉过程控制系统的主要任务是保证加热炉的出炉钢坯能够满足工艺目标要求。钢坯温度满足工艺目标要求，主要分为两类：一是“钢坯目标温度和均匀度”；二是“钢坯表面脱碳强度”。对于第1类工艺目标，可以通过监控“钢坯当前温度”、“钢坯芯表温差”和“钢坯均温时间”来实现。对于第2类工艺目标，由于难以在线（直接或间接）检测，从控制的角度考虑，只能是最大限度地降低钢坯脱碳机会，即尽量减少高温钢坯的在炉时间，尤其是高温钢坯置于“氧化气氛”炉气中的持续时间。归根结底，上述工艺目标的实现均离不开计算机二级加热炉过程控制系统的支持，使用加热炉过程控制系统，可以有效地提升钢坯加热的“工艺目标命中率”，从而间接影响成品材的“指标命中率”，其经济效益在业内已经获得共识，具体数量，取决于当前生产管理水平。
1.2在降低加热生产消耗中的作用加热炉过程控制系统的另一个重要作用是降低钢坯加热的生产消耗。降低生产消耗的前提条件是首先要保证钢坯出炉温度满足工艺目标约束。在加热炉产能无法完全满足轧钢系统要求时，使用加热炉过程控制系统的首要任务是保证产量需要，煤气使用量并不一定会比没有加热炉过程优化控制系统时减少。但如果加热炉的产能满足轧机最大产能需求，则减少钢坯加热过程中的“过烧时间”将能够间接地大量减少钢坯加热所用的煤气。至于“过烧时间”的减少量，则取决于现有的管理水平。在没有加热炉过程控制系统的状态下，操作人员无法准确掌握钢坯的温度状态，因此也无法真正知道钢坯实际过烧时间。有了加热炉过程优化控制系统，操作人员则至少可以直接监视钢坯的温度变化过程，这为减少钢坯不必要的过烧时间创造了可能性。显而易见，加热炉过程控制系统能够有效地帮助用户“最大限度地”通过减少“过烧时间”来降低钢坯加热过程中的煤气用量。降低生产消耗的最大空间在于减少钢坯加热过程中的“钢坯烧损量”。控制钢坯烧损的唯一手段是减少钢坯在“氧化气氛”炉气中过烧，在没有加热炉过程控制系统情况下，仅凭操作人员的“经验”和“责任心”，根本无法真正解决钢坯过烧导致的钢坯烧损过大问题。对于每个用户而言，加热炉炉况存在差异，钢坯烧损也各有不同。但正确地使用加热炉过程控制系统，都能够帮助用户将现有加热炉的钢坯烧损降到最低。根据生产实践和各种文献统计，加热炉过程控制系统至少可以帮助用户降低0.5%的烧损。对于一个年产量100万t的加热炉，减少0.1%的烧损量，1a将可以为用户降低数百万元的生产消耗。
2加热炉过程控制实施中存在的问题与解决方案
在国内，很多钢厂的加热炉过程控制系统在使用过程中，存在各式各样的问题，甚至很多钢厂的加热炉就没有过程控制系统。即使有些用户建立了加热炉过程控制系统，也只是运行着部分功能。造成这种局面的原因是多方面的。针对加热炉过程控制实现中存在的诸多问题进行了分析，并提出了自己的解决方案。
2.1应用中存在的问题由于国内加热炉过程控制系统（二级）的设计方法主要源自于对“引进系统”的消化和移植。由于发达国家的生产环境状态明显优于我国的工业现状，因此不可避免地存在一些“水土不服”的状态。所谓“水土不服”，主要表现为加热炉过程控制系统（二级）不能正常运行，或正常运行一段时间后就表现失常。加热炉过程控制系统（二级）使用不好的另一个客观原因是我国钢铁企业长时间“粗放型”管理模式所致。由于钢材市场一直很好，轧钢生产过程的主要精力多放在增加产量方面，对钢坯加热质量缺乏足够的重视。甚至认为人工操作已经很好了，能够满足生产要求，加热炉过程控制系统（二级）能工作更好，不能工作也无所谓，并不做深究，只是放弃使用罢了。实际上，导致过程控制系统应用效果不佳的主要原因是当前过程控制系统（二级）设计中存在的缺陷或不足。当前很多加热炉过程控制系统开发团队仍然坚持着国外引进系统的设计思路，追求最大限度的全自动过程控制系统。然而，受到国内生产环境的各种条件的制约，在很多情况下，快速实现加热炉过程控制全自动化不太现实，这就使过程控制系统（二级）的作用大打折扣，最终，由于预期差异，客户和开发团队之间产生矛盾，形成相互推诿的不利局面。形成加热炉过程控制系统（二级）在应用过程中存在问题的另一个原因是一、二级控制系统“开发节奏不同步”，基础控制系统（一级）通常优先投入使用，而加热炉过程控制系统（二级）投入较晚，基础控制系统中对加热炉过程控制系统（二级）性能产生影响的问题（所谓“遗留问题”）不能充分暴露出来。当基础控制系统（一级）开发团队撤出现场后，加热炉已投入生产运行，为了不影响正常生产，用户多选择放弃“遗留问题”的解决，从而造成加热炉过程控制系统（二级）“不正常”，只能“凑合着”运行，这种现象也是影响加热炉过程控制系统（二级）声誉的一个重要原因。
2.2解决方案和实施措施首先，在加热炉过程控制系统设计上提出了“直面现实”、“分级体验”的设计理念。所谓“直面现实”，就是承认我国当前钢铁行业的现实状况，不再追求“一步到位的高度自动化”目标，即在现有条件下，以“让操作人员获益最大化”为设计目标，尽可能让过程控制系统（二级）表现出其在精细化生产中不可替代的作用。而“分级体验”则是在系统实现上，强调多层次性能体现。首先，为操作人员提供一个能帮助其生产决策的“透明加热炉”，就是将操作人员在操作过程中需要的“有价值决策辅助信息”集中抽出，并合理地组织在同一操作画面上，以便协助操作人员轻松地进行“钢坯装炉”、“钢坯出炉”、“炉温调整”等决策操作，以此降低加热炉过程控制系统（二级）使用的技术门槛，使操作人员在工作中很快获益。其次，利用计算机计算、存储和统计分析能力，为操作人员提供各种“追溯”、“预判”和“规划”功能，帮助操作人员提升“决策效率”和“决策精准度”。最终，系统将为操作人员实现高度自动化提供一个可操作环境。当操作人员对过程控制系统充分信任后，可以通过人机交互形式直接参与加热炉的过程控制，直至最后实现令其满意的加热炉过程控制自动化。在实现上述设计理念的同时，也针对前文提到的“遗留问题”确定了解决方案，并取得了预期的效果。实际上，很多“遗留问题”之所以难以解决，不仅仅是开发团队不负责任，而是有些问题单靠基础控制系统（一级）很难发现，需要做长时间数据收集、存储、分析等工作。为此，我们提出了一个“一二级融合”的解决方案，即利用过程控制系统（二级的工程师站）找到问题，在不影响生产的前提下修改基础控制系统（一级），消除“遗留问题”，从而将基础控制系统（一级）和过程控制系统（二级）融为一个整体。加热炉过程控制系统（二级）是一个“生产过程精细化管理平台”，主要作用是“让操作人员睁开眼睛工作”，即在“全面感知现场环境”的状态下进行加热炉生产过程的精细化管理，从而获得产品质量、生产效益双赢的局面。
3加热炉过程控制系统目标的实现
库马克轧钢加热炉过程优化控制系统，采取下列措施，确保轧钢生产工艺的要求。
3.1建立“透明加热炉”
3.1.1实时跟踪和提示炉内钢坯的位置状态优化控制系统为操作人员展示加热炉内钢坯当前所处的位置，从而实现钢坯在炉内的分布状态“透明化”。
3.1.2实时跟踪和提示炉内钢坯的加热环境优化控制系统为操作人员展示加热炉当前的炉温控制规则和实际炉温状态，从而实现加热炉内钢坯加热环境“透明化”。图1展示了一个双排步进式板坯加热炉内钢坯加热炉环境，如炉气温度状态和相关设定信息等。
3.1.3实时跟踪和提示炉内钢坯的温度状态优化控制系统为操作人员展示加热炉内钢坯的表面温度和芯部温度等，从而实现加热炉内钢坯温度（场）“透明化”。图2展示了1个双排步进式板坯加热炉内所有钢坯的（芯部）温度状态，以及选定钢坯的目标温度和水印区温度。
3.2支持加热炉生产操作决策
3.2.1当前加热炉是否具备装炉条件优化控制系统实时提示操作人员钢坯是否能够接收新的钢坯入炉，入炉的可用空间是多少，从而协助操作人员进行“钢坯装炉操作”决策。图3展示了1个双排步进式板坯加热炉有关钢坯装炉决策支持的提示信息。
3.2.2提示当前加热炉是否具备出钢条件优化控制系统实时提示操作人员是否存在满足工艺要求的待出炉钢坯，如果不存在，还需要等待多长时间，从而协助操作人员进行“钢坯出炉操作”决策。为了提升操作人员决策的精确性，优化控制系统还实时提示操作人员每个加热炉最新出炉钢坯的出炉温度（计算值）、除磷后表面检测温度、开轧表面检测温度等。
3.2.3提示当前加热炉内钢坯的加热状态优化控制系统实时提示操作人员加热炉内有多少钢坯已经满足工艺要求，如果没有钢坯满足工艺要求，加热炉段内的钢坯距离达到要求还有多长时间等，从而协助操作人员进行“炉温调整操作”决策。图4展示了1个双排步进式板坯加热炉有关钢坯炉内加热状态信息，用于提示操作人员从钢坯加热状态角度判定是否需要调整炉温。
3.2.4提示当前加热炉的各炉段最佳参考温度优化控制系统实时提示操作人员加热炉当前的最佳炉温参考，以及实际炉温偏差，从而进行“炉温调整量”决策。图5展示了1个双排步进式板坯加热炉各类炉温设定信息，用于提示操作人员判定是否需要调整炉温，以及炉温调整量。
4实现钢坯加热过程自动控制
4.1实时跟踪钢坯炉内运行速度针对加热炉的每个炉道，建立炉道内钢坯运行轨迹跟踪，并在此基础上计算钢坯炉内运行速度，以此作为钢坯温度预测模型的边界条件信息。
4.2实时判定钢坯预期炉段温度针对炉段内的每个钢坯，依据钢坯运行速度和当前加热环境，在当前钢坯温度的基础上，计算钢坯达到炉段出口时的离段温度（钢坯离开当前所在路段时所达到的温度），如果离段温度不满足工艺目标要求，则根据离段温度偏差（目标离段温度-计算离段温度）试探调整“虚拟炉段温度”，直至离段温度偏差满足要求。此时“虚拟炉段温度”即为钢坯预期炉温。
4.3实时计算加热炉各炉段最佳炉温参考根据每个炉段内钢坯的预期炉温，参考“钢坯钢种加热优先级”（根据钢坯特殊质量要求而定）和“钢坯位置优先级”（根据钢坯距离炉段出口的距离而定），确定炉段当前的最佳炉温参考；如果在基础控制系统中存在炉温控制回路，允许操作人员以交互方式干预最佳炉温参考，形成当前炉温设定信息，并下发到基础控制系统中，用于自动炉温调节。图6展示了1个双排步进式板坯加热炉计算最佳设定炉温提示。
4.4实时计算加热炉加热煤气最佳流量参考如果在基础控制系统中没有“炉温控制回路”，优化控制系统将根据当前实际炉温、最佳炉温参考，以及炉段内钢坯温度和数量等，计算“最佳煤气流量参考”。允许操作人员以交互方式干预“最佳煤气流量参考”，形成当前煤气流量控制回路的设定信息，并下发到基础控制系统中，用于自动调节燃气流量，以期达到自动控制加热炉温度的目的。由于本系统所有信息都存入数据库，所以本系统支持操作人员针对炉内任意钢坯加热过程查询，支持生产管理人员对任意钢坯的加热过程追溯。
5结论
《过程控制基础》是将自动控制理论，工艺知识，计算机技术和仪器仪表等理论和技术相结合而构成的一门应用科学，是自动化专业一门重要的专业核心课程。国内大多数理工院校的自动化专业都开设了该门课程，通过本课程的学习，应使学生掌握生产过程控制的基础知识和基本应用技术，掌握根据系统的工艺原理和系统流程图去分析系统的组成，培养学生掌握过程控制系统的分析和设计方法，培养学生具有一定的工程实践能力。
随着计算机技术，控制理论和技术，测控技术等相关技术的高速发展，过程控制基础这一门自动控制技术的重要分支也在飞速发展，在电力、冶金、航空航天等行业得到越来越广泛的应用。因此，为了适应科技发展，尤其是为了适应我校自动化专业教育特色，《过程控制基础》课程的教学改革和探索成为了一项迫在眉睫的工作，为了打破常规的教学模式，本文从教学内容，教学方法、教学手段、实践教学以及考核方式等方面进行改革和探索，并付诸日常的实际教学环节当中，真正实现实践型和创新型人才的培养。
1 《过程控制基础》教学现状
目前的《过程控制基础》课程总共32个学时，其中包括4个学时的课内实验。教材为《过程控制与自动化仪表》第二版，潘永湘等编著。全书总共为十章，因为教学课时有限，只讲授其中的五章，分别为：第一章，绪论；第五章，简单控制系统设计；第六章，常用高性能过程控制系统；第七章，实现特殊工艺要求的过程控制；第十章，典型生产过程控制与工程设计。课内实验四个学时，其中包括两个实验内容，分别为：实验一，简单控制系统的设计和参数整定；实验二，串级控制系统的设计和参数整定。
目前的理论教学过程以传统的多媒体授课为主，板书为辅，讲完相应内容都会布置相应的课后作业，课后作业在习题课进行讲解，教师和学生课上或者课下都很少互动，基本是填鸭式教育，加之课程内容有一定的理论性和抽象性，部分内容枯燥难懂，难以调动学生的学习积极性，课堂氛围较差，旷课情况严重，总的教学质量一般。
课内实验由专门的实验老师负责，实验内容多年不变，缺少灵活性和自主性，任课教师很少参与实验，无法获悉实验内容的完成情况，很难把实验环节如实的体现到最后课程成绩的总评中去。
教学改革的几点探索和做法：
1.1教学内容的改革
《过程控制基础》的实质是基于控制理论实现流程工业的控制系统，其教学内容应包括：过程控制系统各组成部分的关键技术，如检测仪表、控制仪表、执行器、被控过程的数学模型、简单控制系统的设计、常用高性能过程控制系统的设计、实现特殊工艺要求的过程控制、复杂过程控制系统以及计算机控制系统等。
在教学内容的组织上，为了解决学生对过程控制缺少全局性认识的现状，在课程的概述部分适当引用了一些案例，一般是日常生活当中可以接触到或者是经常听说的案例，这样学生在该课程的初始阶段就可以对该学科有一个深刻的感性认识，了解过程控制系统的分析和设计过程。
考虑到过程控制技术的飞速发展，使学生学完该课程能够更好的理论联系实际，在日常的教学工作当中，教学内容应密切跟踪科技前沿，为此，适当剔除了一些老旧内容，在讲授复杂过程控制系统时，重点介绍了推理控制、神经网络控制等控制方式。
1.2 教学方法的改革
改变传统的老师在上面讲，学生在下面听的教学模式，代之为以解决问题为目的的驱动式教学。教学不是简单的知识灌输，而是要通过调动学生的学习积极性，变被动学习为主动学习，让学生自己真正参与到课堂教学过程中来。任何学生都有一定的求知欲和好奇心，在讲授新内容之前，事先布置了一些问题，让学生带着问题去听课，每次授课结束前，采取以提问所布置问题的形式来考察学生对课堂内容的理解程度。此外，通过学生的回答问题情况，也可以获悉学生对课堂内容的掌握情况，对于普遍理解不清的知识点，可以进一步加以强调。此外，把MATLAB中的SIMULINK软件工具引入到了教学过程当中来，通过借助这一软件工具使得某些内容抽象、枯燥、理解困难的知识点变得更为生动，易于理解。例如在讲解过程特性对控制系统的影响时，利用SIMULINK软件对一个自衡非振荡过程进行仿真，通过把过程的三个参数[K、T、τ]由小到大做调整，观察系统在阶跃信号下的输出，通过观察输出，使学生更加生动的了解三个参数对控制系统的影响情况。
1.3 教学手段的改革
采用“四位一体”式教学手段，“四位”指服务课程教学的四种方式：多媒体教学、问题驱动教学、专家或优秀教师进课堂教学和学生下实验室实验教学；“一体”是指本门课程的整个教学过程。
对于多媒体教学，课前认真制作课件，适当设置了一些声音和动画，以增加课件的视觉和听觉效果；对于问题驱动教学，所提出的问题一般是紧扣本讲重点内容，做到了问题尽量全面，避免了大而偏；在课程的整个教学过程当中，邀请了相关的专家和具有优秀教学经验的教师来给跟学生座谈，以提高课程教学的灵活性；
由于课程内容较多，授课学时又有限，对于一些简单但又重要的内容课下以作业的形式布置给学生，让学生利用课外时间去学习理解，例如第八章中的预测控制系统和模糊控制。最后，通过让学生写读书报告或者读书心得的形式进行考察，了解了其知识掌握情况。
此外，学生在学习过程当中经常会遇到诸多问题，而任课老师又不可能随时当面解答，因此，一个好的任课教师必须又是一个头脑灵活的老师，通过引导学生利用网络交流工具，利用网络论坛、聊天室、QQ群等交流工具，实现任课教师和学生之间的互动，且互动的结果所有同学可见，从而解决了问题具有普遍性而当面答疑难的问题。
1.4 实践教学的改革
过程控制实验是该课程教学过程当中不可缺少的重要组成环节，旨在通过实验过程加深学生对理论知识的基本概念的理解和掌握，培养工程实践能力，激发创造力。但目前的实验的主导作用仅仅表现为介绍实验内容、示范操作、强调注意事项和纠正错误等，其存在问题主要有以下几点：第一，学生接触仪器设备的机会和时间少，对新仪器、新设备和新技术缺乏必要的训练和反复使用的机会。第二，学生做实验的主动性不够。从实验方法、内容、步骤到考核，基本上都是由教师事先确定，学生没有太多选择和发挥的机会，无法调动学生的主动性和积极性，更不可能激发学生的创新能力。即使随着教学改革的深入，这种状态有所改变，但仍跟不上整体的教育形势的发展和需要。第三，实验课堂容量小，实验时间过于集中，实验室利用率低，实验安排比较刻板，学生没有补做、重做或者选作的机会，学生在实验课外很少有接触实验设备的机会。由于上述原因，大部分学生被动模仿或滥竽充数，这样的实验教学模式使得学生缺乏独立思考的机会，学生没有真正成为实验教学的主体，所以影响了学生的探索欲和创新欲的潜能释放。
目前的实验教学环节总共是四个学时，总共两个实验，分别为分别为：实验一，简单控制系统的设计和参数整定；实验二，串级控制系统的设计和参数整定。 实验一和实验二为传统实验项目，当然是必须要做的实验，因为两个实验在该课程当中起到基础作用，具有一定的代表性。
其实，与课程理论内容相关其他实验还有许多，例如，在简单控制系统设计中还可以有的实验有：一、利用SIMULINK对PID控制器参数自整定；二、单回路液位控制系统实验等。对于高性能过程控制系统，还可以有的实验有：一、前-反馈控制系统的实验；二、比值控制系统的实验等，对于其他章节，也有不少的相关实验内容。为此，为了提高学生的实践和创新能力，建议敞开实验室，实现空间和时间上的开放，也就是延长实验室开放时间，逐渐实现全天候开放，将封闭的实验室转型为开放的实验室，提高实验室利用效率。根据实验室设备情况，建立相关的实验名录，学生在完成必修实验内容外，鼓励学生利用课余时间完成实验名录内的实验项目。
1.5 考核方式的改革
对于考察课来说，考核方式更为灵活，可以作为促进学习的手段，也可以通过考核来检验学生对课程知识的掌握程度。
在考核方式上，改变传统的单纯开卷考试形式，采取课堂测试、大作业、开卷考试、课内实验相结合的形式，各部分内容以及所占比重同以往的考核方式相比，有了较大变化，课程成绩由以下四部分构成：
平时成绩：包括上课出勤、完成作业情况、回答问题情况、课堂测试情况等，占总成绩的30%。
大作业：在课程教学中期布置，阶段性考察了学生对课程知识的掌握情况，占总成绩的10%。
开卷考试：考试内容重点放在了第五、六、七章，例如第五章的简单控制系统的设计，第六章的串级控制调节阀气开、气关形式的选择，主副调节器正反作用方式的选择以及第七章的比值控制系统和自动选择性控制系统等相关内容都作为了重点考察内容，占总成绩的40%。
实验环节：考察了学生完成课内实验质量，包括实验过程检验和实验报告完成情况，占总成绩的20%。为了鼓励学生重视实验实践环节，对于平时成绩低的学生，通过选作实验名录里的其他实验，来获得适当加分，但最高分不能超过实验和平时成绩相加到一起的总分50分。
【关键词】过程控制；仪表技术；分析
1 引言
面向21世纪的过程控制技术开始向了多目的过程控制、仿真、智能应用和远程监控等方向发展。因此研究过程工作技术对我国的科技进步具有重大的意义。在实际应用中，过程控制就是对一些过程进行监控和调整物质和能量相互作用。它与其它的控制模式有较大的差别，它是一种闭环的控制模式。过程控制的特征以下几个方面：（1）被调控的过程控制变量变化较慢，在工作人员员进行控制后，在一段时间内它不会产生较为明显的反应；（2）在过程控制的过程中，所进行的调控经常是离散的过程；（3）一些的相关变量组成了被控过程。在实际生产过程中，过程控制就是对生产工艺流程进行监控。
过程仪表控制技术的发展水平与控制理论、传感器、数据采集和控制算法有关。仪表过程控制技术广泛的应用于石油工业、轻工行业、化工行业、电力工业、纺织工业、核能工业等中。过程控制仪表技术就是指把进行控制的软件和过程控制的数字电路封装在一块，通过仪器控制面板让用户进行观察和控制，这样就为用户提供了很好的测控功能。
2 过程控制仪表技术研究现状
由于信息技术和微加工技术的快速发展，使的过程控制仪表技术取得了较大发展，特别是采用虚拟仪器技术进行过程仪表控制的技术。
2.1 国外过程控制仪表技术发展现状
在西方发达国家，过程控制仪表技术的发展得到空前发展，特别是采用虚拟仪器进行过程控制仪表的发展，它的强大功能随着广泛应用于测控领域，得到了人们的认可。一些西方著名的大公司开始应用过程控制仪表技术。例如美国的Gsytems公司，通过采用虚拟仪器技术来进行控制信号，通过获得空气中的压力数据输出以及改变风向的信号。利用微处理器进行运算处理过程控制仪表所获得的数据。利用虚拟仪器技术进行过程控制仪表在工业控制系统具有非常大的应用潜能。通过利用虚拟仪器技术，过程控制仪表技术将会发展到一个新的阶段，同时也使得过程控制仪表技术具有很好的发展前途。
2.2 国内过程控制仪表技术发展现状
我国对过程控制仪表技术的研究有很大的进展，也取得了不少成果，在虚拟仪器技术方面，由于虚拟仪器具有较强的运算能力，可以很好的出来来自监控系统的大量信息，实现传统仪器过程控制的升级换代，保证过程控制仪表技术的准确性和高效性。例如我国研制的采用虚拟仪器技术进行温度测试和控制的例子，它要实现的功能是进行周围环境温度的采集和控制。它包含有电路和数据采集卡及配套的软件组成。在它实际工作的过程中，首先将模拟信号（温度信号）通过传感器转变为数字信号（电压信号），然后将数字信号进行放大和调理后送入数据采集卡进而进入上位机，在上位机上运行的软件对获得的数据进行处理，通过显示器显示出来。然后上位机将指令经数据采集卡送入给温度控制电路，进而控制温度的控制，实现预期想要的温度值。
3 过程控制仪表技术发展研究
过程控制系统是指生产过程的参数作为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。过程控制的主要参数有温度、压力、浓度等。通过对过程参数的控制，可使生产过程中产品的质量提高和能耗减少。一般的过程仪表控制系统通常采用反馈控制的形式，在20世纪50年代，过程仪表控制技术主要功能保证生产过程中的一些参数不变。在70年代，过程仪表控制技术出现了最优化控制和自动化调度的计算机控制系统。在90年代，过程仪表控制技术与信息技术相结合，产生更多的功能。
随着现代科学技术的不断发展，过程控制仪表技术应用于我国的各行各业中。自改革开放以来，过程仪表控制技术得到了快速的发展。随着现代工业生产形式的快速发展，以及大规模集成电路的研制成功和微处理器的进一步发展，工业控制机的可靠性能和性价比都得到了较大提高。由于工控机采用更加先进的冗余技术和诊断技术等措施，使工控机满足了现代工业控制的新要求。随着计算机技术的发展和应用，在工业生产控制的过程中，过程仪表控制技术的发展来到了一个新的发展阶段。
4 过程控制仪表技术发展趋势
近年来，过程仪表控制技术向数字化和智能化发展，而且采用模块化设计的思想使得它的精度更高、质量更轻和较低的成本，在这个过程中发展形成了分散型控制系统、总线式工控机、可编程控制器和智能仪表控制技术。其中，智能化控制是过程仪表控制技术发展的新方向，现场总线技术的出现时信号传递的一次划时代的变革，实现过程控制仪表信号传递由模拟信号转变为数字信号传递。
4.1 过程仪表控制的智能化
微电子技术的发展，使得微处理器体积更小、功能更强以及速度更快，而自控装置的智能化，通过采用微处理器研发制造各种形式的智能仪表和功能模块和其它装置。微处理器研发的成功，使得过程控制设备更加智能化，极大地提高了设备的性能和可靠性，实现过程控制设备质的飞跃。过程仪表智能控制具有高精度测量、自动校准能力、自动修正能力和自动自检能力，能够实现高级控制和复杂系统控制。因此，过程仪表智能控制已成为当前过程仪表技术新的发展趋势，过程仪表智能控制仪表将取代传统仪表。
4.2 基于现场总线的过程仪表控制技术
现场总线是近年来迅速发展起来的一种数据总线，它主要用于过程仪表智能控制的信息传递。过程仪表智能控制利用现场总线技术进行数字信息传递，使传递的信号传递更加安全和可靠，各个装置的连接变得非常方便和灵活，采用现场总线技术构成的过程仪表控制，技术可靠性将大大提高。
关键词:生产过程自动化 发展概况 质量与性能
一、生产过程自动化及其作用
(一)生产过程自动化
生产过程自动化就是通过采用计算机技术和软件工程采集的数据和程序的运算,输出到执行器起执行以达到生产工艺过程的控制目的。更高效、更安全地运营,重要就是学习仪表.控制系统,通讯。
(二)生产过程自动化的作用
在生产过程自动化技术出现之前,工厂操作员必须人工监测设备性能指标和产品质量,以确定生产设备处于最佳运行状态,而且必须在停机时才能实施各种维护,这降低了工厂运营效率,且无法保障操作安全。
生产过程自动化技术可以简化这一过程。通过在工厂各个区域安装数千个传感器,过程自动化系统可以收集温度、压力和流速等数据,然后利用计算机对这些信息进行储存和分析,再用简洁明了的形式把处理后的数据显示到控制室的大屏幕上。操作人员只要观察大屏幕就可以监控整个工厂的每项设备。
生产过程自动化系统除了能够采集和处理信息,还能自动调节各种设备,优化生产。在必要时,工厂操作员可以中止过程自动化系统,进行手动操作。二、生产过程自动化控制及其效能
生产过程自动化控制指自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位成分、粘度、湿度以及PH值(氢离子浓度)等这样一些过程变量时的系统。
生产过程自动化控制具有增效节能的功能。工厂所有者希望他们的设备能以最低的成本生产最多的产品,而在石油、天然气和石化等多个行业,能源成本占总生产成本的30-50%。因此,通过过程自动化技术增效节能是降低生产成本的有效途径。对于生产过程自动化技术而言,计算机程序不仅能够监测和显示工厂的运行状况,还能模拟不同的运行模式,找到最佳策略以提高能效。这些程序的独特优势是能够“学习”和预测趋势,提高了对外界条件变化的响应速度。生产过程自动化系统中的软件和控制装置能够对设备进行调节,使其在最佳速度下运行,从而大大降低能耗。它们还能够确保质量的一致性,降低次品率,减少浪费。生产过程自动化系统还能预测何时需要对生产设备进行维护,从而减少了对设备进行常规检查的次数。常规检查次数的降低可以减少停止和重新启动机器所花费的时间和能源。
进入90年代以来自动化技术发展很快,是重要的高科技技术。生产过程控制是自动化技术的重要组成部分。在现代工业生产过程自动化电过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。
三、生产过程自动化控制的发展概况
19世纪40年代前后(手工阶段):手工操作状态,凭经验人工控制生产过程,劳动生产率很低。
19世纪50年代前后(仪表化与局部自动化阶段):生产过程自动化控制发展的第一个阶段,一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。主要特点:检测和控制仪表――采用基地式仪表和部分单元组合仪表(多数是气动仪表);过程控制系统结构――单输入、单输出系统;被控参数――温度、压力、流量和液位参数;控制目的――保持这些参数的稳定,消除或者减少对生产过程的主要扰动;理论――频率法和根轨迹法的经典控制理论,解决单输入单输出的定值控制系统的分析和综合问题。
19世纪60年代(综合自动化阶段):生产过程自动化控制发展的第二个阶段,工厂企业实现车间或大型装置的集中控制。主要特点:检测和控制仪表――采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表,计算机控制系统的应用,实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC);过程控制系统结构――多变量系统,各种复杂控制系统,如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统;控制目的――提高控制质量或实现特殊要求;理论――除经典控制理论,现代控制理论开始应用。
19世纪70年代以来(全盘自动化阶段):发展到现代过程控制的新阶段,这是过程控制发展的第三个阶段。主要特点:检测和控制仪表――新型仪表、智能化仪表、微型计算机;过程控制系统结构――由单――多变量系统,由PID控制规律――特殊控制规律,由定值控制――最优控制、自适应控制,由仪表控制系统――智能化计算机分布式控制系统;理论――现代控制理论――过程控制领域,如状态空间分析,系统辨识与状态估计,最优滤波与预报。
四、生产过程自动化控制系统组成及分类
(一)生产过程自动化控制系统组成及分类
生产过程自动化控制系统由测量元件、变送器、调节器、调节阀、被控过程等环节构成。一个简单的过程控制系统=被控过程+过程检测控制仪表(测量元件、变送器、调节器和调节阀)。
第一种,定值控制系统。系统被控量(温度、压力、流量、液位、成分等)的给定值保持在某一定值(或在某一很小范围内不变)中。例如前述的例子就是定值控制系统。系统的输入信号是扰动信号。
第二种,随动控制系统。随动控制系统-----被控量的给定值随时间任意地变化的控制系统。作用:克服一切扰动,使被控量及时跟踪给定值变化。例如在加热炉燃烧过程控制,控制系统就要使空气量跟随燃料虽的变化自动控制空气量的大小从而保证达到最佳燃烧。
第三种,程序控制系统。被控量的给定值是按预定的时间程序而变化的。控制的目的:使被控量按规定的程序自动变化。例如机械工业中的退火炉的温度控制系统。
(二)生产过程自动化控制系统特点
系统由过程检测控制仪表组成;被控过程的多样性;生产规模不同、工艺要求各异、产品品种多样。
第一,控制方案的多样性。通常有单变量控制系统、多变量控制系统、常规仪表控制系统、计算机集散控制系统、提高控制品质的控制系统、实现特定要求的控制系统。本书将要介绍单回路、串级、前馈、比值、均匀、分程、选择性、大时延、多变量系统,还要介绍高级新型系统(自适应控制、预测控制)以及极可能成为系统主流的集散控制系统(DCS)。
第二,过程控制的控制过程多属慢过程,而又多半属参量控制。被控过程具有大惯性、大时延(滞后)等特点。对表征其生产过程的温度、压力、流量、液位(物位)、成分、PH等过程参量进行自动检测和自动控制。
第三,定值控制是过程控制的一种主要控制形式。如何减小或消除外界扰动对被控量的影响,使被控量能控制在给定值上,使生产稳定。
五、生产过程自动化控制系统的质量与性能标准
控制性能良好:在受到外来干扰作用或给定值发生变化后,应平稳、迅速、准确地回复(或趋近)到给定值上。评价控制性能好坏的质量指标。根据工业生产过程对控制的实际要求来确定。通常采用的两种质量指标:
1.系统过渡过程的质量指标
第一种,余差(静态偏差)c:系统过渡过程终了时给定值与被控参数稳定值之差。它是一个准确性的重要指标,是一个静态指标。一般要求余差不超过预定值或为零。
σ都是衡量系统质量的一个重要指标。若A、σ愈大则表示被控量偏离生产规定的状态越远。规定允许最大偏差。
第四,过渡过程时间ts。过渡过程时间ts:表示系统过渡过程曲线进入新的稳态值的±5%或± 2%范围内所需的时间。ts愈小表示过渡过程进行得愈快。它是反映系统过渡过程快慢的指标。
第五,峰值时间tp。峰值时间tp:是指系统过渡过程曲线达到第一个峰值所需要的时间。其大小反映系统响应的灵敏程度。
2.误差(偏移)性能指标
单项指标来表示控制系统的质量以外,还可以用综合指标来对系统过渡过程进行综合评价。一个过程控制系统的质量主要看偏差的变化情况。
可采用偏差与时间的某种积分关系作为衡量系统质量的准则,这就是积分指标。常用有:
平方误差积分指标(ISE);
参考文献:
【1】高志宏主编,《过程控制与自动化仪表》,浙江大学出版社, 2006 年
关键词：PLC；水泵测试；控制系统；设计
目前，国内那些采用专用测量仪器与仪表的水泵微机测试系统的水泵生产企业，它们做水泵型式试验和出厂试验时，无论精度还是效率方面都有了较大的提高，但是这类测试系统仍有一些不足之处，例如在现场测试的抗干扰性和测试过程控制的实时性方面相对较为薄弱。为此，在原有设计系统的基础上，作者提出了一套改进方案，将工业控制领域中运用相对普遍的PLC引进了水泵试验测试控制系统，既充分利用了PLC自身处理速度快、可靠性高和抗干扰能力强的优点，又利用了工控机良好的数据分析和处理能力。
1、水泵测试控制系统的设计方案
通过控制变频器电动机的转速，调节电动阀门等以达到满足用户需求的自动调整水泵电动机的运行状态并自动修正不同流量下水泵各类测试，从而使误差降到最低。为了保证整个测试过程的精度和读数分辨力，可以根据测量统计修正模型并进行有效的补偿，从而达到对信号进行较复杂的计算和处理，对自动处理水泵测试过程中出现的各种故障进行检测和排除。监测量可以是开关量，也可以是模拟量，自动实时监测水泵电动机及相关辅助设备的运行参数和运行状态；将事先设定的限定值实时与监测量的监测结果进行比较，一旦被测量超过限定值时，相应的声光报警信号将会启动，这样用户就可以适时调整相关信号。安全系统主要是适时地产生一些保护性动作。比如由于某些异常或是人为因素而引起的电动机反转现象，致使水泵出现倒吸的针对水泵在测试运行过程中发生的严重漏电现象，从而能够避免整个测试系统的崩溃。
2、水泵测试控制系统硬件设计
2.1测量控制单元设计
测量控制单元属于过程控制级，直接与水泵电机及各类测量传感器、变频器、各种空气开关和中间继电器相连，来完成整个测试过程的控制与监测。机组的测量控制单元包括模拟量输入/输出、开关量输入/输出、键盘输入和声光报警等。电机的信号为电压、电流、电阻、功率、频率、转速以及电机绕组温度。电网的信号为电压、电网总有功功率、电网频率及各空气开关线圈的开关状态。压力传感器信号为进口压力和出口压力。PLC测控单元的控制信号为电机的启动、停机及电动调节阀的调整等。
2.2测试控制电路设计
水泵测试过程控制系统的主要电路包括主控电路、测量电路、电动阀控制电路和水泵电机控制电路。综合考虑系统的整体性能和可靠性。作为整个水泵测试过程控制系统的主控电路，其性能直接影响整个系统运行的稳定性。测量电路是水泵测试系统关键部分，其功能是负责测量水泵与电机的各种信号，通过各种测量仪器和传感器采集水泵与电机运行的各种关键信号量。因此，其性能的好坏直接影响信号测量的精度和可靠性。
3、水泵测试控制系统软件设计
3.1模块设备
在水泵测试控制系统的软件设计过程中，整个系统大致可以分为4个模块，即通讯模块、数据处理及过程控制模块、监控模块、数据采集模块。通讯模块的基本功能是要保证试验过程中试验数据传输的实时性和准确性，这样才能既发挥PLC控制精度高和抗干扰能力强的特点，又能充分利用工控机良好的数据分析和处理能力；系统采用了RS232通讯模块来保证数据传输通道的正常运行。数据处理及过程控制模块是整个测控系统的核心。本系统通过对来自数据采集模块数据的计算、分析和处理，由D/A或者I/O模块向系统中的各个控制器件和电控开关发出控制信号，实时调整系统的状态和参数，使系统严格按照要求自动完成试验项目的操作。数据采集模块的主要功能是对测控系统中各个传感器的信号进行采集，为试验的分析和处理提供数据来源。本系统的数据采集分为两部分：模拟量信号采集和数字量信号采集。模拟量的采集使用12位的A/D卡，数字量的采集使用C/T卡。监控模块就是对系统各个部分的状态进行监控。当系统发生异常或出错时，及时报警并采取相应的应急措施。在水泵试验中，试验回路正确与否对试验能否正常和顺利地完成起着决定性的作用。因此，监控模块的主要功能就是对试验回路进行监控，方便用户在系统出现异常时及时做出反应。
3.2 PLC控制程序设计
针对水泵测试系统的控制特点，PLC控制程序主要由过程控制、继电器动作和数据上传3部分组成。过程控制部分主要将PC上位机上所设定的参数读入，检查设备是否处于初始状态，控制每个试验的逻辑过程，与上位机设定通信接口位；继电器动作部分主要将过程控制中的各个逻辑状态进行组合，根据其组合的结果控制继电器、电动调节阀及电机的开闭，从而完成整个系统所要实现的各种电气、电动功能；数据上传部分主要是将传感器测量的模拟量信号和数字信号处理后上传给上位机进行显示，根据控制要求画出程序流程图，并根据流程图进行梯形图编程。
结束语：
本系统采用以西门子S7-200PLC为控制核心与工控机联合控制的模式，利用程序设计语言编制了界面和通信程序，构建了水泵测试过程控制系统，该系统充分发挥了PLC和工控机自身的优势。系统测控软件的设计是基于模块化思想进行设计的，整个软件由通讯模块、数据采集模块、监控模块、数据处理及过程控制模块4个部分组成。模块的引入大大简化了程序，使程序具有良好的可读性及可扩展性，为以后系统功能的增加奠定了良好的基础。经过现场的调试表明，系统稳定可靠，满足生产实际需要，使用方便，有效地提高了水泵测试过程的可靠性和安全性。
参考文献：
关键词：解耦控制；MCGS组态环境；上水箱液位；出水口水温
中图分类号：TP273 文献标识码：A
1 引言
在现代化生产过程当中，随着对生产过程的要求越来越高，控制技术和控制方法也要相应的改进，多变量过程控制系统是一种复杂的控制系统，解耦问题是多变量过程控制系统的一个非常突出的问题，解耦控制也是一个有浓厚应用背景的课题，无论是在国内还是在国外，解耦控制系统都是一个非常热门的话题，成为自动化领域中的一个相当热门的研究方向。
2 传统解耦方式
传统的解耦方式包括对角矩阵法、状态变量法、相对增益方法、对角优势法，其中对角矩阵法因为能较为方便的实现多变量解耦的设计，所以在实际中得到了广泛的应用。尽管现在关于状态变量法的研究非常多，但其应用并不广泛。相对增益法已经成功的用在了精馏塔的控制中，这使得它更具吸引力。对角优势法非常复杂，需要借助图像显示和计算机进行辅助设计，但随着计算机技术的发展这已不是问题。
3 水箱液位与出水口温度的解耦控制
由图1可知，系统实现完全解耦的条件为：
m1GD21（s）G22（s）+m1G21（s）=0
（1）
m2GD12（s）G11（s）+m2G12（s）=0
（2）
即
GD21（s）= （3）
GD12（s）= （4）
由图2和图3可以看出，当给出水口温度加入一个阶跃干扰后，上水箱液位曲线没有变化，还稳定在原来的状态，当温度再次达到稳定状态后，液位也还稳定与原来的状态，可以说，解耦装置让系统达到了较好的解耦效果。
通过实验可以看出上水箱液位与出水口温度解耦控制实验中，在不加入解耦装置的情况下，一个量的变化会引起另外一个量的变化；当加入解耦装置以后，系统达到稳定状态后在一个量上加入干扰，几乎不会影响另外一个量的变化。在解耦效果很好也即达到完全解耦的情况下，一个量的变化就不会影响到另外一个量，也就是说，在变量与变量相关的控制系统中加入解耦装置，如果解耦装置设计得当以及调试得好的话，那么就可以使得有耦合关系系统在得到解耦之后等价于几个相互独立的系统。
结语
在研究了前面的解耦控制理论与一些常用的解耦方法的基础上，利用相对比较简单的前馈补偿解耦法对上水箱液位与出水口温度进行解耦控制，是利用MCGS组态软件在THJ-3高级过程控制系统以及智能仪表的控制下进行的实验过程，并且取得了比较好的解耦效果。
参考文献
[1]金以慧，方崇智.过程控制[M].北京：清华大学出版社，2002（03）：1-7，171-178.
