發(fā)布時間：2022-05-22 09:34:45
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(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1篇過程控制系統(tǒng)論文，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步。
摘要：設(shè)計了一套鋼包精煉爐過程控制系統(tǒng)，介紹了過程控制系統(tǒng)的技術(shù)方案和實現(xiàn)的功能。系統(tǒng)功能包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理、生產(chǎn)過程監(jiān)控、報表打印、模型計算和數(shù)據(jù)通信等，以標準化流程指導(dǎo)生產(chǎn)，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
【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)定進行。通過鋼包爐精煉過程控制系統(tǒng)包括生產(chǎn)標準數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)過程監(jiān)控、模型計算、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，后臺程序和前臺畫面都采用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(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、模型計算模塊等，降低不同模塊間的耦合性，使得系統(tǒng)功能的擴展、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)時人工使用SQL對處理數(shù)據(jù)的時間。
三、過程控制系統(tǒng)實現(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、與外部計算機系統(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）計算機之間通訊數(shù)據(jù)內(nèi)容包括：生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)、原料數(shù)據(jù)、檢化驗數(shù)據(jù)、生產(chǎn)狀態(tài)信息、生產(chǎn)實績數(shù)據(jù)。與基礎(chǔ)自動化系統(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)的精煉計劃，由操作工選擇該計劃進入合適的工位進行生產(chǎn)，并監(jiān)視當前工位的生產(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實績以及自動匹配該爐次計劃鋼種中的成分上下限數(shù)據(jù)與檢測數(shù)據(jù)進行對比來指導(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前的實時數(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、化驗數(shù)據(jù)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(chǎn)實績管理。此功能模塊主要根據(jù)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(chǎn)實績數(shù)據(jù)，并提供報表打印功能。
8、模型優(yōu)化管理。模型優(yōu)化管理包括二個模型應(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獨立的子系統(tǒng)運行，但屬于二級機系統(tǒng)的一部分，計算所需的部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)以及計算的結(jié)果由二級機系統(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(yōu)化問題，計算出達到鋼水目標要求的化學(xué)元素含量所要加入的合金料重量。計算結(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)對鋼包爐精煉實現(xiàn)了信息化的管理，便于三級系統(tǒng)對生產(chǎn)進行系統(tǒng)化的管理與調(diào)配，保證數(shù)據(jù)的準確性；對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控與跟蹤，方便生產(chǎn)人員對生產(chǎn)進行管理與監(jiān)控；對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化的采集與分析，以便對生產(chǎn)過程進行優(yōu)化；采用了數(shù)學(xué)模型來計算調(diào)節(jié)鋼水成分所需要添加的合金重量和預(yù)報鋼水溫度曲線，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。
摘要：所謂過程控制系統(tǒng)是指對生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動控制的系統(tǒng)。如緒論中所述，在石油、化工生產(chǎn)過程中，一般包括自動檢測、自動保護、自動操縱和自動調(diào)節(jié)等方面的內(nèi)容。自動檢測系統(tǒng)只能完成“了解”生產(chǎn)情況的任務(wù)；信號聯(lián)鎖保護系統(tǒng)只能在工藝條件下進入某種極限狀態(tài)時，采取安全措施，以免發(fā)生生產(chǎn)事故，自動操縱系統(tǒng)也只能按照預(yù)先規(guī)定好的程序進行某種周期性或規(guī)律性的操作，只有自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)才能自動地排除各種干擾因素對工藝參數(shù)的影響，使它們始終保持在預(yù)先規(guī)定的數(shù)值上，以保證生產(chǎn)維持在正常或最佳的工藝操作狀態(tài)。
1 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成
自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)是在人工調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來的，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成包含三部分：
1.1 測量變送器 測量實際液位高度并將其轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標準信號。
1.2 調(diào)節(jié)器 接收變送器送來的液位信號，與事先設(shè)定好的工藝希望的液位值即給定值進行比較得出偏差，然后根據(jù)一定的運算規(guī)律進行運算，然后將運算得出的調(diào)節(jié)器命令用統(tǒng)一標準信號發(fā)送出去。
1.3 執(zhí)行器 通常指調(diào)節(jié)閥，它和普通閥的功能一樣，只不過它能自動地根據(jù)調(diào)節(jié)器送來的調(diào)節(jié)命令改變閥門的開度。
2 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分類
2.1 定值調(diào)節(jié)系統(tǒng) 所謂定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是給定值是恒定的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在工藝生產(chǎn)中，如果要求調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)保持在一個生產(chǎn)指標上不變，或者說要求工藝參數(shù)的給定值不變，那么就要采用定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，引起被調(diào)參數(shù)波動的原因是各種干擾，對于這類調(diào)節(jié)系統(tǒng)，設(shè)計分的重點是在存在干擾的情況下如何將被調(diào)參數(shù)控制在所希望的給定值上。石油、化工生產(chǎn)中大多數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)屬于這種類型。
2.2 隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)（或稱自動跟蹤系統(tǒng)） 隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)即給定值不是固定的，是隨時間不斷變化的，而且這種變化不是預(yù)先規(guī)定好的，即給定值是隨機變化的。隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)時目的就是使所控制的工藝參數(shù)準確而快速地跟隨給定值的變化而變化。比如各種變送器均可看作是一個隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它的輸出應(yīng)嚴格、及時地隨輸入而變化，再比如后面將要介紹的比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)、串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的副回路都是隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一些例子。
2.3 程序控制系統(tǒng) 這類系統(tǒng)的給定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數(shù)，即生產(chǎn)指標需按一定的時間程序變化。近年來，隨著微機的廣泛應(yīng)用，為程序調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供了良好的技術(shù)工具與有利條件。
3 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程
當調(diào)節(jié)系統(tǒng)受到外界干擾信號或給定值變化信號時，被調(diào)參數(shù)都會被迫離開原來的平衡狀態(tài)而開始變化，只有當調(diào)節(jié)作用重新找到一個合適的新數(shù)值來平衡外界干擾或給定值的變化時，此系統(tǒng)才可處于新的平衡狀態(tài)。因此，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程實際上是：當調(diào)節(jié)系統(tǒng)在外界干擾或給定干擾作用下，從一個平衡狀態(tài)過渡到另一個新的平衡狀態(tài)的過程，它是一個調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用不斷克服干擾影響的過程。
自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程直接表示了調(diào)節(jié)系統(tǒng)質(zhì)量的好壞，與生產(chǎn)中的安全及產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量有著密切的聯(lián)系，因此研究過渡過程具有相當重要的意義。
4 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)
自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程包括了靜態(tài)與動態(tài)。把被調(diào)參數(shù)不隨時間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，而把被調(diào)參數(shù)隨時間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)。
當一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定和外界干擾恒定不變時，整個系統(tǒng)就處于一個相對的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個組成環(huán)節(jié)如調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、變送器等都暫不動作，它們的輸出信號都處于相對靜止狀態(tài)，這種狀態(tài)就是上述的靜態(tài)。注意這里所指的靜態(tài)與習(xí)慣中所講的靜態(tài)不同。習(xí)慣中所說的靜態(tài)都指靜止不動，而在自動化領(lǐng)域中的靜態(tài)是指各參數(shù)（或信號）的變化率為零。如果一個系統(tǒng)原來處于相對平衡狀態(tài)即靜態(tài)，由于干擾的作用，破壞了這種平衡。被調(diào)參數(shù)就會變化，從而使調(diào)節(jié)器等自動化裝置也就會改變調(diào)節(jié)作用以克服干擾的影響，并力求使系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)。從干擾的發(fā)生，經(jīng)過調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)重新建立平衡，在這一段時間中整個系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)和參數(shù)都處于變動狀態(tài)之中，這種狀態(tài)就稱之為動態(tài)。
在研究調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程時，雖然研究其靜態(tài)是重要的，但研究其動態(tài)更為重要。因為在干擾引起系統(tǒng)變動后，需要知道系統(tǒng)的動態(tài)情況，即被調(diào)參數(shù)是如何運動的，并搞清系統(tǒng)究竟能否建立新的平衡和怎樣去建立平衡，干擾作用總是會不斷產(chǎn)生，調(diào)節(jié)作用也就不斷地去克服干擾作用的影響，所以自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)總是處在運動狀態(tài)之中，而靜態(tài)或平衡是暫時的，因此，研究自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，重點要研究過渡過程的動態(tài)。
5 分析自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)常用的干擾形式――階躍干擾
在生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾是沒有固定形式的，多半屬于隨機性質(zhì)。在分析和設(shè)計自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)時，為了安全和方便，常選擇一些定型的干擾形式，其中最常用的是階躍干擾。
所謂階躍干擾就是在某一瞬間t0，干擾突然的階躍式地加到系統(tǒng)上，并繼續(xù)保持在這個幅度上。采用階躍干擾是因為考慮到這種形式的干擾比較突然、比較危險，它對被調(diào)參數(shù)的影響也最大。如果一個調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠有效地克服階躍干擾，那么對于其它比較緩和的干擾一定也能很好地克服；同時，這種干擾的形式簡單，容易實現(xiàn)，便于分析、實驗和計算。
摘 要：在選礦廠的磨礦分級過程中，其主要特點就是非線性、時帶性和時變性，同時還具有極為明顯的不確定性等特點，由其特點可以看出此過程是極為復(fù)雜的。選礦中磨礦分級過程的控制能力是影響其礦廠中發(fā)展收益和資源利用率的主要因素，因此磨礦分級過程也愈來愈受我國學(xué)者的關(guān)注和研究。本文通過對我國選礦廠磨礦分級過程控制系統(tǒng)進行探討，并對其工作原理進行深入剖析，同時給出了一定解決在選礦廠磨礦分級過程中出現(xiàn)問題的方法，為今后選礦工作人員在運用自動化信息技術(shù)進行運行提供有力借鑒。
關(guān)鍵詞：選礦廠；磨礦分級過程；控制系統(tǒng)；工作原理
中圖分類號：TP309
選礦廠磨礦分級的問題一直備受各類工程學(xué)家的關(guān)注和研究，磨礦這一環(huán)節(jié)是選礦廠在生產(chǎn)過程中的首要任務(wù)。由于磨礦所用的設(shè)備磨礦機具有容量極大、總體構(gòu)造極為簡單、生產(chǎn)率高、破損率高、有極好的穩(wěn)定性等特點。因此被作為選礦廠磨礦分級的首選設(shè)備，并同時被廣泛應(yīng)用于水泥、采礦及陶瓷等各類行業(yè)中。
1 磨礦分級過程的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
磨礦分級過程的發(fā)展大體上可以分為初級、穩(wěn)定生產(chǎn)以及最優(yōu)化生產(chǎn)三個階段。
1.1 初級階段
其初期階段是處于20世紀50年代之前，此階段中選礦廠生產(chǎn)的過程主要依賴于人工操作而非磨礦設(shè)備的生產(chǎn)，因此導(dǎo)致了所生產(chǎn)的礦物數(shù)量以及礦物質(zhì)量極為不穩(wěn)定，況且在不斷發(fā)展的過程中礦物的機體性質(zhì)以及物理特征也不斷變化，這就給磨礦工作人員的手工操作造成了一定的困難，使磨礦分級過程中的難以保證生產(chǎn)指標的按時完成。同時磨礦工作人員的個人工作強度也不斷增加，工作條件也較為惡劣，更在心理和生理上給工作人員造成一定的生產(chǎn)壓力，使得生產(chǎn)量難以趨于穩(wěn)定狀態(tài)。但是隨著社會的不斷發(fā)展和信息化技術(shù)的逐漸普及，磨礦分級過程中也開始在一些采用相關(guān)的儀表以及信息化設(shè)備檢測對一些項目進行較測，譬如在磨礦設(shè)備的回路中添加了皮帶秤等。這樣一來不但使磨礦的過程逐漸趨于簡單化而且也在一定程度上減少了工作人員的勞動力，使工作人員的工作條件更加優(yōu)化，同時也很大程度上提高了磨礦分級過程的穩(wěn)定性以及生產(chǎn)效率。
1.2 穩(wěn)定生產(chǎn)階段
于穩(wěn)定生產(chǎn)階段而言，此階段已處于20世紀60年代，這時較多的自動檢測儀表如礦漿PH計、金屬探測儀以及礦漿濃度計等都開始應(yīng)用于磨礦分級過程中，使該過程實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)的目標。在60年代后的幾十年間發(fā)展更是迅速，使磨礦分級過程幾乎可以通過對相關(guān)一起的數(shù)據(jù)進行調(diào)控來完成，大大提高了生產(chǎn)數(shù)量、質(zhì)量以及生產(chǎn)的穩(wěn)定性。后來計算機行業(yè)隨之出現(xiàn)并被應(yīng)用于采礦過程中來，磨礦分級過程中所遇到的難以解決的生產(chǎn)問題都交予現(xiàn)代控制技術(shù)去處理，這些技術(shù)的出先和發(fā)展都給磨礦分級過程帶來了發(fā)展優(yōu)勢，使該過程處于極為穩(wěn)定的控制狀態(tài)。目前大多數(shù)國家的磨礦分級過程都處于該發(fā)展階段。
1.3 最優(yōu)化生產(chǎn)階段
對于最優(yōu)化生產(chǎn)階段來說，這一階段出現(xiàn)于10世紀90年代至21世紀初期，磨礦分級過程也隨著控制理論的迅猛發(fā)展而實現(xiàn)了最優(yōu)控制的目標。因為影響采礦的因素較為繁雜，而且所磨礦物的物理及化學(xué)性質(zhì)差異較大，所以各個工作的車間及機組都通過計算機對其性質(zhì)特點進行記錄然后傳送于統(tǒng)一的管理計算機中，從而完成對該磨礦分級過程的最優(yōu)制，在南非的一些國家的磨礦分級過程已處于該階段中。對于現(xiàn)今的計算機控制磨礦設(shè)備大多為球磨和棒磨，此類設(shè)備在我國已經(jīng)被研究和試用多年，其主要是采用現(xiàn)代控制理論中的自適應(yīng)控制控以及多變量控制等對球磨和棒磨進行控制，但是由于自磨機的工作原理及機制極為復(fù)雜而使專家們難以得到合理的解釋及研究結(jié)果，而且進入自磨機的礦石的特征的多樣化也會使自磨機的運作機理隨之變化，這樣一來就使工作人員難以掌握自磨機的作業(yè)原理及機制，因此我國的自磨磨礦還處于人工操作的階段。
2 選礦廠在生產(chǎn)過程中存在的問題及其影響因素
2.1 選礦廠在生產(chǎn)過程中易存在的問題
由于在選礦廠磨礦分級的過程中需要人力對磨礦設(shè)備進行手動操作，因此磨礦量的多少不但取決于磨礦機的運作，更多的是由操作人員的個人專業(yè)水平及工作經(jīng)驗決定，所以在磨礦過程中如若有存在工作人員責(zé)任心不強或者個人操作不熟練等情況，就會使磨礦數(shù)量受到一定影響。
與此同時，在磨礦機磨礦的過場中需要水源的供應(yīng)，但給水量的多少也需要工作人員進行手動調(diào)節(jié)。由于給水的過程中會受到礦量變化以及供水壓力等因素的影響，從而導(dǎo)致磨礦機中磨球的濃度難以控制在平穩(wěn)狀態(tài)，這時亦會影響到磨礦量的多少，且在給水過程中如若水量失衡較為嚴重的話，還會引起磨礦設(shè)備有一定的故障發(fā)生。
2.2 影響磨礦分級的因素
磨礦作業(yè)會直接對磨礦產(chǎn)品的質(zhì)量及其過程中的礦物處理能力造成影響，從而影響到生產(chǎn)的整體速率和該礦場的綜合經(jīng)濟能力以及知名度，因此在磨礦過程中把握好對磨礦機的使用方法及力度是極為關(guān)鍵的。在磨礦分級過程中所產(chǎn)生的一系列參數(shù)的準確性是直接決定整個礦場的生產(chǎn)質(zhì)量以及生產(chǎn)效率的主要因素，但是由于在磨礦分級的過程中會存在譬如生產(chǎn)過程較為緩慢、滯后時間過長、磨礦機工作機理太過復(fù)雜等問題，且磨礦系統(tǒng)的整體還具有時變性及非線性的特點，所以在選礦廠磨礦分級過程中會產(chǎn)生或多或少的干擾使此過程難度增加。與此同時，在磨礦分級過程中磨礦設(shè)備所發(fā)出的噪音一般高達100dB，會使工作人員的工作環(huán)境過于嘈雜而對工作人員在心理和生理上都造成一定的影響，從而使工作效率有所降低、生產(chǎn)量過少等情況發(fā)生。
綜上看來，影響磨礦分級的因素可以分為多個方面。主要影響因素為所磨礦物的自身因素以及磨礦機的自身因素，對于所磨礦物而言，其自身的給料粒度、礦石的耐磨性、礦石粒的大小等都會對磨礦分級過程造成影響；對于磨礦機而言，其自身的規(guī)格、大小、襯板形狀、型號等都會對磨礦分級過程造成影響。與此同時，在磨礦工作人員的操作過程中出現(xiàn)的例如磨礦物的形狀以及其填充率、介質(zhì)的尺寸以及相互之間的配合、介質(zhì)的材料合成、加棒球的制度、磨礦設(shè)備的轉(zhuǎn)速、所磨礦物的濃度以及料球比等問題也會使磨礦分級過程受到影響。
3 結(jié)束語
綜上看來，雖然我國的磨礦分級過程正處于不斷發(fā)展不斷進步的局面，但是其間還存在較多的問題及漏洞，而且在相關(guān)技術(shù)上還需要更進一步的發(fā)展和提高，這就需要我國相關(guān)的工程家及工作人員不斷研討和創(chuàng)新的磨礦機器及設(shè)備，使我國磨礦分級過程更加優(yōu)化。
作者簡介：李琦（1973.01-），男，內(nèi)蒙古包頭人，導(dǎo)師，副教授，碩士，研究方向：工業(yè)遠程控制；斯琴（1986.06-），女，蒙古族，內(nèi)蒙古包頭人，本科，研究方向：控制工程。
作者單位：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)蒙古包頭 014010
摘要：“過程控制”是當前工科院校自動化專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)必修課。結(jié)合應(yīng)用型技術(shù)本科院校特點，本文分析了我校開設(shè)該課程過程中所存在的問題，并對該課程的教學(xué)改革的方法和取得的一些成果進行闡述，有利于指導(dǎo)進一步的教學(xué)。
關(guān)鍵詞：過程控制；教學(xué)改革；教學(xué)
一、引言
《過程控制系統(tǒng)》是工科院校自動化專業(yè)的一門優(yōu)秀專業(yè)課程，課程知識點涵蓋了自動控制理論、自動化儀器儀表、工藝技術(shù)、計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，是一門具有很強應(yīng)用性和實踐性的優(yōu)秀專業(yè)課。國內(nèi)大多數(shù)理工科高校的自動化專業(yè)都開設(shè)了《過程控制系統(tǒng)》這門課程。我校作為技術(shù)應(yīng)用型本科院校，也將“過程控制系統(tǒng)”課程作為我校自動化專業(yè)的一門重要專業(yè)課，本課程的教學(xué)要求學(xué)生能夠掌握過程控制系統(tǒng)的基本特點、控制系統(tǒng)組成與基本控制原理；掌握控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及建立方法，掌握計算機集成控制系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用。開設(shè)本門課程之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)過“自動控制原理”、“計算機控制系統(tǒng)”等課程，目前，我們學(xué)校自動化專業(yè)獲得了上海市試點專業(yè)資助建設(shè)，為我校自動化專業(yè)的特色專業(yè)課程建設(shè)提供了契機。
二、改進化教學(xué)方法
我校一直致力于培養(yǎng)具有扎實理論技術(shù)基礎(chǔ)，具有較強技術(shù)創(chuàng)新和實踐能力，能在一線生產(chǎn)現(xiàn)場從事工業(yè)技術(shù)應(yīng)用、管理與技術(shù)服務(wù)的高等技術(shù)應(yīng)用型人才，這使得我校的課程教學(xué)跟985研究型大學(xué)不能完全一樣，需要緊跟辦學(xué)仿真改革教學(xué)方法。
目前存在的問題：當代大學(xué)生多是獨身子女，學(xué)習(xí)態(tài)度一般，特別專業(yè)性強的專業(yè)課，如果純粹填鴨式理論教育，學(xué)生的收獲不多。
針對以上所指問題，《過程控制系統(tǒng)》這門課的教學(xué)改革以如何激發(fā)并提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力為最終目的。教學(xué)改革的方法重點包括改進教學(xué)（包括實踐環(huán)節(jié)）方法、授課方式等，將枯燥的理論與實際工業(yè)現(xiàn)場盡量聯(lián)系起來，增加實踐設(shè)計，包括實驗設(shè)置的二次開發(fā)，或者購買新的實驗設(shè)備，培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計控制系統(tǒng)，對所學(xué)理論知識的應(yīng)用能力。
（一）講好緒論課，提高學(xué)習(xí)興趣
如何在課程之初就吸引學(xué)生，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情是課程組教研的重點內(nèi)容之一。在緒論課上，老師首先向?qū)W生強調(diào)本課程的性質(zhì)、任務(wù)及地位等，同時強調(diào)和其他已學(xué)課程的關(guān)聯(lián)性，以及會和哪些后續(xù)環(huán)節(jié)相關(guān)聯(lián)。同時講述過程控制的歷史發(fā)展和研究現(xiàn)狀，重點給學(xué)生展示大量的實際工程應(yīng)用案例以及學(xué)生利用課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計開發(fā)的成品和教師在過程控制方面的科研成果。讓學(xué)生對這門課充滿期待，找到學(xué)習(xí)方向，以此來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
（二）注重實際案例分析，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維
在每個重要的控制系統(tǒng)講授完成之后，都要講授一個實際機組實例，實例中不但包含模擬量控制，還有相應(yīng)的信號測量部分和手自動跟蹤部分，同時結(jié)合控制邏輯進行講解。同時基于安全考慮，介紹一些報警和連鎖保護知識，這樣，學(xué)生除了對知識有了系統(tǒng)認知，也培養(yǎng)了學(xué)生的安全意識。
（三）增加知識講座，了解行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
希望學(xué)院每年都能請一些有工作經(jīng)驗的校友講一些過程控制現(xiàn)場情況，以及企業(yè)對人才需求的方向，使學(xué)生更好地了解行業(yè)現(xiàn)狀，畢業(yè)前應(yīng)該進行哪些方面的知識儲備。同時也希望請一些過程控制領(lǐng)域內(nèi)的專家學(xué)者進行學(xué)術(shù)報告，讓學(xué)生有機會了解過程控制的前沿研究，關(guān)注過程控制的未來發(fā)展。
三、改進教學(xué)手段
（一）高質(zhì)量多媒體課件的研發(fā)與應(yīng)用
過程控制課程是一門和實際結(jié)合緊密的學(xué)科，內(nèi)容既有控制理論知識，又和工廠運行實際相結(jié)合。為了增加直觀性，本課程已采用多媒體授課很多年，但是多以PPT課件為主，板書為輔，形式過于單一。將來希望課題組教師對本門課程的課件進行大力度的研發(fā)，多增加一些動畫演示，與多媒體教學(xué)結(jié)合起來，使得知識點直接明了，授課方式更加生動，學(xué)生掌握起來更容易，同時也提高了學(xué)生的聽課興致和提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。
（二）網(wǎng)上教學(xué)平臺的開發(fā)和應(yīng)用
建立網(wǎng)絡(luò)交流平臺，可以使師生之間的協(xié)作不受時間和空間的限制。老師可以將教學(xué)的相關(guān)資料上傳到網(wǎng)站上，并在網(wǎng)站上布置作業(yè)、網(wǎng)上答疑、討論，學(xué)生能及時方便地得到老師和其他同學(xué)的解答。
（三）輔助教學(xué)軟件的應(yīng)用
過程控制課程的教學(xué)重點是給學(xué)生一個“系統(tǒng)”的概念，實際應(yīng)用的過程控制系統(tǒng)，大多數(shù)都是閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，主要包括檢測傳感器、控制器，執(zhí)行器和被控對象等組成。過程控制系統(tǒng)主要是根據(jù)控制指標的要求，進行系統(tǒng)建模和控制器設(shè)計計算，并對各部件進行選型并整定。在講解過程中，應(yīng)用Matlab軟件里面的SIMULINK軟件，根據(jù)過程對象的數(shù)學(xué)模型，搭建系統(tǒng)模型，并進行仿真驗算，通過調(diào)整控制器參數(shù)，觀察系統(tǒng)仿真輸出曲線，直到達到系統(tǒng)要求的目標為止。尤其在控制器動態(tài)特性和各種復(fù)雜控制系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的整定等知識的講解中，MATLAB仿真實例便于學(xué)生比較各種控制方法的優(yōu)缺點，增強了直觀性，同時也能讓學(xué)生學(xué)到一種解決問題的方法和手段。
四、強化實踐應(yīng)用能力
實踐環(huán)節(jié)包括實驗環(huán)節(jié)、課程設(shè)計和后續(xù)的仿真培訓(xùn)等。
（一）實驗設(shè)計
實驗教學(xué)是過程控制系統(tǒng)課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，實驗環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生獨立設(shè)計控制系統(tǒng)能力的重要實訓(xùn)手段。實驗教學(xué)主要以突出學(xué)生獨立自主完成系統(tǒng)設(shè)計能力的培養(yǎng)，學(xué)生為主，授課老師為輔。我校過程控制實驗室設(shè)備是浙江天煌教儀研發(fā)的，學(xué)生可以在實驗臺上進行一些驗證性和自主設(shè)計實驗，包括單容液位定值控制系統(tǒng)、液位與進水流量串液級控制系統(tǒng)、鍋爐內(nèi)膽水溫前饋――反饋控制系統(tǒng)等。另外，新建的PLC和DCS實驗室也可以滿足學(xué)生的一些自主設(shè)計實驗的需求。
（二）課程設(shè)計改革
【摘要】 隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進步，過程控制系統(tǒng)在加熱爐過程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用日漸廣泛，本系統(tǒng)解決了人為憑經(jīng)驗控制鋼坯溫度，帶來的加熱質(zhì)量問題，實現(xiàn)了透明加熱爐。
【關(guān)鍵詞】 溫度場模型 加熱爐 開發(fā)與應(yīng)用
一、背景
對于鋼鐵企業(yè)來說，如何控制好鋼坯在加熱爐內(nèi)加熱過程中的表面溫度和芯部溫度是非常重要的，直接影響到后續(xù)的加工質(zhì)量，如軋制工序等。加熱質(zhì)量是所有質(zhì)量的源頭，加熱質(zhì)量不好，如加熱未燒透、加熱不均勻、過燒等，不光會帶來能耗的浪費，過多的燒損，更會直接導(dǎo)致后續(xù)軋制時軋制力過大，厚度不穩(wěn)定，軋制泄壓，麻面等等各種問題。因此，對于鋼鐵企業(yè)來說，將溫度場模型融入日常生產(chǎn)管理中是很有必要的。以往生產(chǎn)中，由于各種因素，未采用溫度場指導(dǎo)生產(chǎn)，對鋼坯溫度的監(jiān)控主要是以L1的爐溫值結(jié)合人的現(xiàn)場觀測經(jīng)驗為主，存在不直觀、工作量大、且效率過低的問題。人的經(jīng)驗起著決定性作用，有的班加熱質(zhì)量好，有的班加熱質(zhì)量不理想，總體加熱質(zhì)量不穩(wěn)定。通過溫度場模型的有效引入生產(chǎn)，很好的指導(dǎo)了生產(chǎn)的操作，穩(wěn)定了加熱質(zhì)量，從源頭上把控了生產(chǎn)的整體質(zhì)量。
二、溫度場模型的建立
2.1建立傳熱模型微分方程
導(dǎo)入微元體的總熱流量 + 微元體內(nèi)熱源的生成熱 = 導(dǎo)出微元體的總熱流量 + 微元體熱力學(xué)能（即內(nèi)能）的增量
三、溫度場模型的應(yīng)用
1、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。加熱爐在線過程控制系統(tǒng)采用C/S體系結(jié)構(gòu)，即控制軟件系統(tǒng)分為前臺和后臺兩個子系統(tǒng)，前臺系統(tǒng)為客戶端系統(tǒng)。后臺系統(tǒng)為服務(wù)器端系統(tǒng)，由多個進程組成。前后臺系統(tǒng)之間，后臺系統(tǒng)的不同進程之間，通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行信息交互。
2、服務(wù)器端系統(tǒng)組成。服務(wù)器端系統(tǒng)有5個獨立進程組成，鋼坯加熱流程跟蹤系統(tǒng)（簡稱流程跟蹤系統(tǒng)）、鋼坯溫度狀態(tài)跟蹤系統(tǒng)（簡稱鋼溫跟蹤系統(tǒng)）、加熱爐爐溫優(yōu)化設(shè)定系統(tǒng)（優(yōu)化設(shè)定系統(tǒng)）、與三級系統(tǒng)通信系統(tǒng)（簡稱三級通信系統(tǒng)）、與軋鋼系統(tǒng)通信系統(tǒng)（簡稱軋鋼通信系統(tǒng)）。1）流程跟蹤系統(tǒng)的基本任務(wù)。承擔(dān)著加熱爐生產(chǎn)過程工藝流程的跟蹤任務(wù)，是過程控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)承上啟下，收集過程信息，組織鋼坯記錄，發(fā)送生產(chǎn)指令，為其它子系統(tǒng)提供所需的各類過程服務(wù)。2）鋼溫跟蹤系統(tǒng)的基本任務(wù)。在其它子系統(tǒng)的支持下，“鋼溫跟蹤系統(tǒng)”使用溫度場模型，跟蹤鋼坯溫度狀態(tài)的變化過程。3）優(yōu)化設(shè)定系統(tǒng)的基本任務(wù)。在其它子系統(tǒng)的支持下，使用鋼坯速度跟蹤模型和溫度場模型，預(yù)判鋼坯燒透時間。同時，通過計算鋼坯預(yù)期爐溫的方式，確定當前最佳爐段溫度。4）軋鋼通信系統(tǒng)的基本任務(wù)。承擔(dān)著整個加熱爐過程控制系統(tǒng)與軋鋼過程控制系統(tǒng)的信息交互任務(wù)。該任務(wù)由兩部分組成：向軋鋼控制系統(tǒng)發(fā)送鋼坯出爐溫度、從軋鋼控制系統(tǒng)讀取鋼坯開軋溫度。5）三級通信系統(tǒng)的基本任務(wù)。承擔(dān)著整個系統(tǒng)與三級控制系統(tǒng)（又稱MES）的信息交互任務(wù)。該任務(wù)由兩部分組成：從MES獲取鋼坯計劃信息、向MES發(fā)送MES需要的鋼坯加熱過程信息。
3、服務(wù)器端子系統(tǒng)設(shè)計。在后臺系統(tǒng)中，屬于應(yīng)用系統(tǒng)范疇的子系統(tǒng)共有5個，分別是：鋼坯加熱流程跟蹤系統(tǒng)、鋼坯溫度狀態(tài)跟蹤系統(tǒng)、軋鋼通信系統(tǒng)、三級通信系統(tǒng)。由于每個子系統(tǒng)相對獨立，彼此之間的信息交互均通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)，因此在設(shè)計上，每個子系統(tǒng)作為獨立系統(tǒng)考慮。
四、實現(xiàn)效果
本系統(tǒng)自上線以來，穩(wěn)定、高效、直觀。提供了很好的人機界面，直觀反映了爐內(nèi)的鋼坯實時狀況。利用加熱模型、速度模型、結(jié)合黑匣子數(shù)據(jù)及加熱代碼信息將鋼坯所在位置的爐溫轉(zhuǎn)換為鋼坯實時溫度，計算目標出爐溫度，指導(dǎo)爐溫設(shè)定，控制加熱節(jié)奏，同時將鋼坯21層出爐溫度發(fā)送給軋機二級，幫助軋機二級優(yōu)化軋機模型。加熱爐過程控制系統(tǒng)的投用，實現(xiàn)了加熱爐的透明，直觀反映了爐況，扭轉(zhuǎn)了由于鋼坯溫度不可預(yù)知而造成的鋼坯“燒不透”，“燒不勻”，“燒過頭”的現(xiàn)象，指導(dǎo)了生產(chǎn)，從源頭保證了鋼板的質(zhì)量。
摘 要：本文主要介紹京唐1580熱軋生產(chǎn)線的二級過程控制系統(tǒng)，從非控即平臺、數(shù)學(xué)模型兩方面進行概述。介紹了HDP平臺的運行機制及環(huán)境，數(shù)學(xué)模型方面以模型的架構(gòu)和相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型介紹為主。
關(guān)鍵詞：熱軋；非控平臺HDP；二級過程控制；數(shù)學(xué)模型；粗軋
1580熱軋工程是國內(nèi)自主集成的熱連軋系統(tǒng)，其自動控制系統(tǒng)集成了北科麥斯科（一級總承包）、北京金自天正（二級總承包）、澳大利亞IAS、ABB（傳動）等國內(nèi)外熱軋領(lǐng)域的優(yōu)秀單位，經(jīng)過一年的安裝、調(diào)試、冷試、熱試、試生產(chǎn)、生產(chǎn)達產(chǎn)，設(shè)備逐漸進入穩(wěn)定運行期，通過各方人員共同不斷的摸索和優(yōu)化，產(chǎn)品質(zhì)量及新品種開發(fā)也有顯著的提高，逐步成為京唐熱軋的品種鋼基地。
本文將以介紹該生產(chǎn)線的粗軋自動控制系統(tǒng)的二級過程控制為主，包括粗軋數(shù)學(xué)模型和軟件平臺的闡述。
1 運行平臺簡介
京唐1580熱軋生產(chǎn)線的粗軋二級過程控制的軟件運行平臺是北京金字天正開發(fā)設(shè)計的HDP （Happy Develop Platform）平臺，是支持過程控制系統(tǒng)開發(fā)的計算機系統(tǒng)開發(fā)平臺。
HDP包含一個系統(tǒng)框架hFRAME和一批功能模板hTemplets。系統(tǒng)框架是過程控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)框架，它實現(xiàn)了進程與線程管理、共享區(qū)管理、報警與公共服務(wù)、系統(tǒng)監(jiān)控維護和模擬測試等過程控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，同時為集成系統(tǒng)的其它功能模塊提供了簡明規(guī)范的接口。功能模板可以生成與系統(tǒng)框架相適應(yīng)的功能模塊，利用它們能夠迅速搭建你所需要的系統(tǒng)。
系統(tǒng)框架的程序模塊已經(jīng)固化，開發(fā)新系統(tǒng)時，所有基礎(chǔ)功能均使用系統(tǒng)配置的辦法實現(xiàn)，不需要編制任何程序。系統(tǒng)框架采用統(tǒng)一規(guī)范的接口與其它功能模塊進行連接，因而采用HDP平臺開發(fā)的過程控制系統(tǒng)的可靠性是有充分保證的。
1.1 系統(tǒng)的運行環(huán)境與開發(fā)環(huán)境 過程控制系統(tǒng)運行在安裝有Windows2000 Server操作系統(tǒng)的PC服務(wù)器上，數(shù)據(jù)中心還需要Oracle數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的支持。HDP的開發(fā)環(huán)境是VC++、Office以及Oracle Developer。
1.2 HDP系統(tǒng)框架 HDP系統(tǒng)框架hFRAME本質(zhì)上是一個封裝好的軟件包，其范圍幾乎含蓋整個過程控制系統(tǒng)，只有hPCS中的應(yīng)用線程模塊appThreads不在其中。系統(tǒng)框架的工具箱只包含系統(tǒng)監(jiān)控程序Monitor這個基本的工具。
2 粗軋數(shù)學(xué)模型
概述 粗軋模型軟件通過C++程序語言來實現(xiàn)模型具體功能的編程過程，以及模型程序同平臺應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交換和結(jié)構(gòu)關(guān)系。
2.1 軟件架構(gòu) 粗軋模型系統(tǒng)以一個獨立進程的方式存在于整個系統(tǒng)平臺中，粗軋模型系統(tǒng)進程同其他應(yīng)用進程之間的數(shù)據(jù)交換通過訪問系統(tǒng)統(tǒng)一的共享區(qū)來實現(xiàn)，模型進程下創(chuàng)建有預(yù)設(shè)定線程、設(shè)定線程、自學(xué)習(xí)線程。模型進程的起停由HDP系統(tǒng)平臺統(tǒng)一管理，模型進程下的應(yīng)用線程同樣由系統(tǒng)平臺的事件來管理。粗軋模型系統(tǒng)的模型參數(shù)表，保存在由系統(tǒng)統(tǒng)一創(chuàng)建的模型共享區(qū)中。
2.2 模型控制系統(tǒng) 粗軋模型控制系統(tǒng)實現(xiàn)粗軋過程計算機的優(yōu)秀功能，它的任務(wù)是實時計算出粗軋軋制過程所需的各種基準值，和根據(jù)軋制中實測的數(shù)據(jù)自動學(xué)習(xí)、優(yōu)化模型參數(shù)，并將計算出的基準值保存到數(shù)據(jù)通訊進程所需要的共享區(qū)。
粗軋模型控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容有：操作方式管理；模型預(yù)設(shè)定；模型重計算；模型自學(xué)習(xí)。
操作方式管理功能主要是負責(zé)處理操作工通過HMI畫面選定的設(shè)備功能投用和參數(shù)修改，主要有：軋機甩架；除鱗方式改變；側(cè)導(dǎo)板控制；軋制策略改變。
模型預(yù)設(shè)定主要是根據(jù)HDP控制邏輯進程觸發(fā)時所發(fā)送的板坯號信息和PDI對應(yīng)的板坯參數(shù)進行粗軋模型設(shè)定，主要有：加熱爐入爐設(shè)定；加熱爐出爐設(shè)定；加熱爐即將出爐設(shè)定；HMI畫面請求的模型再計算。
模型重計算是根據(jù)當前軋制道次所采集到的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，修正計算剩余道次的軋制規(guī)程，除粗軋整個軋制道次的最后道次不進行重計算外，其余道次均根據(jù)實測數(shù)據(jù)進行重計算。
模型自學(xué)習(xí)是根據(jù)所采集到的實際軋制數(shù)據(jù)和模型設(shè)定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行比較，通過自學(xué)習(xí)的方法對模型參數(shù)進行自動修正，主要有：軋制力、溫度等的自學(xué)習(xí)（此功能在模型重計算中實現(xiàn)）；粗軋寬度自學(xué)習(xí)；對精軋出口寬度自學(xué)習(xí)。
操作方式管理：操作方式管理功能，主要是接收處理HMI畫面上操作工所選定的設(shè)定功能，將HMI所選定的功能進行處理后傳入模型設(shè)定模塊，讓模型按照HMI畫面設(shè)定的要求進行功能設(shè)定，同時將HMI畫面上所請求的參數(shù)輸出到HMI畫面上去。
①甩架功能設(shè)定，在HMI畫面上操作工通過模型設(shè)定畫面上的機架投用畫面可以點擊設(shè)備投用或設(shè)備甩架，甩架原則是：平輥甩架必須和立輥聯(lián)合一起甩，立輥可以單獨甩架。模型接收到甩架信息將所甩機架置上甩架的標志，模型計算時根據(jù)甩架的標志獲取相應(yīng)的模型參數(shù)。如果是立輥、水平輥聯(lián)合甩架模型還將根據(jù)所甩設(shè)備的位置確定新的軋制策略。
a單甩立輥方式：模型依然按照粗軋兩機架的方式進行軋制策略設(shè)定和水平輥的規(guī)程設(shè)定，只是在進行立輥模型設(shè)定時，如果該機架立輥道次有甩架標志，立輥道次的輥縫按沒有立輥控制的輥縫進行設(shè)定。
b立輥、水平輥聯(lián)合甩架：模型根據(jù)所甩機架的標志，重新分配粗軋的軋制策略，水平輥和立輥的規(guī)程都通過一個機架來設(shè)定。
②除鱗方式設(shè)定，當除鱗設(shè)定的HMI畫面上選擇是二級自動方式時，粗軋的所有除鱗方式按照模型表中默認的除鱗方式進行；當除鱗方式選擇到二級手動時，模型根據(jù)HMI設(shè)定的除鱗方式進行模型設(shè)定。操作工設(shè)定除鱗方式時可以手動在模型現(xiàn)有設(shè)定方式基礎(chǔ)上進行修改設(shè)定，也可以根據(jù)模型提供的不同除鱗策略自動選擇設(shè)定。如果當操作工將某除鱗設(shè)備的工作狀態(tài)選擇成關(guān)閉，模型計算時遇到此除鱗設(shè)備時直接選擇棄用除鱗的方式。
3 結(jié)語
粗軋區(qū)域的平臺采用金自天正傳統(tǒng)的HDP平臺，其數(shù)學(xué)模型程序作為該平臺的一個子進程運行。該控制模式在1580熱軋線的應(yīng)用很成功，模型設(shè)定精度很高，模型參數(shù)調(diào)整工具靈活、適用，二級維護人員可通過參考模型設(shè)定數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的日志文件和實時的數(shù)據(jù)PDA圖形系統(tǒng)檢查模型調(diào)整的效果。京唐1580粗軋模型通過精確的設(shè)定和完善的自學(xué)習(xí)系統(tǒng)及維護人員的及時調(diào)整，現(xiàn)在運行穩(wěn)定、控制精確，有效地保證了該熱軋線的寬度控制質(zhì)量。
[摘 要]現(xiàn)階段，是信息化飛速發(fā)展的階段，因此對于過程控制系統(tǒng)而言，需要不斷地對其進行優(yōu)化設(shè)計。本文主要探討了PLC的組成部分和特點，以及PLC的過程控制系統(tǒng)的具體設(shè)計方案。
[關(guān)鍵詞]PLC；過程控制系統(tǒng)；設(shè)計
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）33-0101-01
PLC控制方式，是目前自動化領(lǐng)域內(nèi)的一種主要的控制方式。這個控制方式，和以往的方式相比，具有成本低、控制靈活、維護簡單的優(yōu)勢，因此值得在自動化領(lǐng)域進行廣泛的推廣。
1.基于PLC的過程控制系統(tǒng)概述
PLC，即為一種可編程控制器，它主要是借助控制功能軟件來實現(xiàn)系統(tǒng)的編程功能的，因此可以適用于較為惡劣的工業(yè)環(huán)境，它具有較強的抗干擾能力。PLC主要由以下幾個特點：一、性價比較高；二、較為突出的可靠性；三、可編程強；四、在線編程較為簡便。PLC的實質(zhì)，是用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)類似于微型計算機。它的主要結(jié)構(gòu)包括以下幾個方便，具體如圖1所示：
其工作原理為：它的工作過程主要包括三個方面，即為輸入采樣和用戶程序執(zhí)行，以及輸出刷新。進過這三個階段的流程，即可完成一個掃描周期。目前，該控制系統(tǒng)多用于工業(yè)制造之中。
過程控制系統(tǒng)屬于一個封閉的控制系統(tǒng)。它主要包括四個組成部分，即為計算機、被控對象、測量變送、執(zhí)行裝置。其中，過程控制系統(tǒng)的控制機，就是這四個組成部分中的計算機。它依賴于現(xiàn)代的控制理論，以及經(jīng)典的控制理論，來實現(xiàn)工作運行的。基于計算機的控制器，它的技術(shù)基礎(chǔ)就是：計算機技術(shù)和自動控制化理論這兩個方面。
德國西門子PLC公司生產(chǎn)的可編程程序控制器，在我國主要應(yīng)用在冶金、化工、食品等領(lǐng)域內(nèi)。西門子生產(chǎn)的可編程程序控制器，其產(chǎn)品主要包括LOGO、S7-200、S7-300等，這些產(chǎn)品具有以下幾個特點：體積較小、速度較快，同時其網(wǎng)絡(luò)通信能力較強，具有更加可靠的性能，因此可以在冶金、化工、食品等領(lǐng)域內(nèi)進行更為廣泛的推廣。
2.基于PLC的過程控制系統(tǒng)設(shè)計
基于PLC的過程控制系統(tǒng)設(shè)計主要包括以下幾個流程：
2.1 做好前提準備工作
用PLC做控制優(yōu)秀，要充分考慮在工業(yè)生產(chǎn)中的獨特性，因為生產(chǎn)過程涉及多個流程，而生產(chǎn)機械也不盡相同。所以在底層以PLC來作為生產(chǎn)的基本控制時一定要多方監(jiān)控和操作，做到數(shù)據(jù)合理統(tǒng)計分析。只有將細化了的工業(yè)生產(chǎn)流程和機械的特點和特性全面把握，才能在控制過程中提高運作質(zhì)量水平。總的來說，在進行具體受控對象操作時，一定要從邏輯、時序和模擬上充分了解受控體機、電之間的具體聯(lián)系和區(qū)別，從而在PLC控制程序設(shè)計上精確其參數(shù)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，滿足要求。
2.2 過程控制具體方案流程
1）對生產(chǎn)工藝步驟的了解
這篇文章主要研究的是在PLC控制下裂化催化劑成膠工藝流程的具體控制方案。（此次研究過程有兩個反應(yīng)器）下面是裂化催化劑成膠的具體工藝控制步驟：第一點要在反應(yīng)器Ⅰ中加入兩種物料，分別記做物料A和物料B，在物料全部加入完畢時啟動攪拌機，將攪拌工作時長控制在10min；第二點，在第一次加入物料A和B攪拌完成停止后再將物料C加到反應(yīng)器Ⅰ中，將攪拌工作時長調(diào)整到15min接著攪拌，然后以同樣的工作流程加入物料D進行10min攪拌，將物料E最后放入反應(yīng)器Ⅰ中進行最后15min的攪拌，當加入物料E攪拌完成后，停止攪拌機。除了進行反應(yīng)器Ⅰ的工作，同時還要進行反應(yīng)器Ⅱ的工作，反應(yīng)器Ⅱ的工作內(nèi)容和流程和反應(yīng)器Ⅰ相同，但是它們是相互獨立和分離的，之間無任何干擾項。只是反應(yīng)器Ⅰ和Ⅱ之間要進行每25min的交替運行工作，從而組成一個整體化的生產(chǎn)步驟流程。
2）確定控制要求
在生產(chǎn)設(shè)備處于初始工作狀態(tài)的情況下時，其進口閥門關(guān)閉，循環(huán)閥門打開，而計量罐則保持空閑；當過程控制系統(tǒng)開啟時，整個系統(tǒng)開始運轉(zhuǎn)，這時情況發(fā)生反轉(zhuǎn)，進口閥門會變?yōu)榇蜷_狀態(tài)，而循環(huán)閥門則會轉(zhuǎn)為關(guān)閉狀態(tài)，而計量罐則會開始容納所需物料；當物料加滿時，進口閥門再次關(guān)閉，循環(huán)閥門再次打開，這就完成了一次完整的物料添加過程。根據(jù)反應(yīng)器的需要，上述動作會呈現(xiàn)出循環(huán)重復(fù)的狀態(tài)。
3）確定控制方案
由于在整個過程控制系統(tǒng)控制過程中，開關(guān)量扮演著輸出和輸入信號的角色，所以，在設(shè)定任務(wù)時，就將其設(shè)定為一套單機邏輯控制系統(tǒng)。具體流程如圖2所示：
2.3 PLC輸出與輸入設(shè)備的選擇
嚴格遵照過程控制系統(tǒng)的控制要求和設(shè)計方案是選擇PLC設(shè)備的先決條件。輸出設(shè)備由信號指示燈/執(zhí)行設(shè)備和電磁閥組成；而輸入設(shè)備由電磁閥/傳感器和位置開關(guān)組成。
2.4 PLC設(shè)備的類型選擇
不同的廠家生產(chǎn)的不同型號的PLC設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能、容量和成本也都不同，在進行選擇時，要從PLC設(shè)備的機型、容量等方面進行綜合的考量。首先是機型方面，不但要保證功能可靠、維護方便，還要在性價比上占據(jù)優(yōu)勢，只有符合這些要求才能納入考量范圍。
2.5 設(shè)計控制軟件與調(diào)試
根據(jù)該系統(tǒng)的具體要求，所需要的編程軟件主要包括STEP7 V5.5和WinCCSP4。STEP7 V5.5主要完成邏輯控制部分程序；WinCCSP4主要實現(xiàn)人機界面程序設(shè)計。設(shè)計步驟完成之后，需要對其進行測試和調(diào)試。主要包括兩個方面，其一是實驗室的模擬，科研人員需要在實驗室內(nèi)對該設(shè)計進行測試，根據(jù)測試的各項數(shù)據(jù)來設(shè)計現(xiàn)場的調(diào)試的方案。基于PLC的過程控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，需要經(jīng)過這兩個步驟的測試，最終才能投入實際的生產(chǎn)使用之中。
3.結(jié)束語
在基于PLC的過程控制系統(tǒng)的設(shè)計，可以有效的節(jié)省這個系統(tǒng)所需的研制費用，節(jié)省了其單機手動，以及半自動控制的按鈕數(shù)量，也可以最大程度的節(jié)省PLC的占用輸入點數(shù)。這些運行程序方面的節(jié)省，最大程度的減少了這個系統(tǒng)所需的安裝工作量，以及接線工作的任務(wù)量，也在最大程度上為操作這個系統(tǒng)的工作人員帶來了很大的便利。因此基于PLC的過程控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)對于工業(yè)生產(chǎn)而言，具有十分重要的意義，因此值得對其進行廣泛的推廣。本文選取的設(shè)計方案，可以在惡劣的工作環(huán)境中進行有效的運行，它可以承受住現(xiàn)場施工的考驗，其較高的通信速率、較低的出錯率、較好的運行效果，均體現(xiàn)了其廣闊的市場應(yīng)用前景[1]。
[摘 要]本文以日立UCM串列式6輥冷軋機組過程控制系統(tǒng)軋制力自適應(yīng)模型為實例，介紹了軋制力自適應(yīng)模型的功能、計算過程，并著重描述了日立冷連軋過程控制系統(tǒng)軋制力自適應(yīng)模型計算過程。
[關(guān)鍵詞]冷軋機組 過程控制系統(tǒng) 自適應(yīng) 模型
緒論
日立過程控制系統(tǒng)軋制力計算模型是用數(shù)學(xué)公式來描述軋鋼過程軋制力的內(nèi)在規(guī)律。由于現(xiàn)場條件的差異，軋制力計算數(shù)學(xué)模型不可能100%的準確表述軋制過程中的實際情況。在此背景下，軋制力自適應(yīng)功能應(yīng)運而生，自適應(yīng)的根本宗旨就是要提高軋制力計算模型的計算精度，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。軋制力自適應(yīng)模型功能的最終目的是計算出軋制力計算數(shù)學(xué)公式的自適應(yīng)系數(shù)。
1.軋制力自適應(yīng)系數(shù)計算概述
日立過程控制系統(tǒng)軋制力計算數(shù)學(xué)模型在計算軋制力的時候考慮了變形抗力、張力、摩擦力、接觸長度、軋制力自適應(yīng)系數(shù)等因素。自適應(yīng)模型通過實際值反計算軋制力時自適應(yīng)系數(shù)等于1。通過現(xiàn)場反饋的實際值計算理論軋制力時，首先計算實際的摩擦力系數(shù)，然后計算實際的動態(tài)變形抗力。自適應(yīng)模型軋制力自適應(yīng)系數(shù)計算流程如圖1所示
3.結(jié)束語
軋制力自適應(yīng)系數(shù)極大地提高了軋制力計算模型的計算精度。模型計算的精度提高后使一級基礎(chǔ)自動化控制更加優(yōu)化，從而大大提高了成品的質(zhì)量。
【摘要】 為解決企業(yè)管理信息系統(tǒng)與過程控制系統(tǒng)之間互不聯(lián)通，形成信息孤島，需要建設(shè)兩類系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口。介紹了數(shù)據(jù)采集接口的架構(gòu)及各模塊的功能和要求，通過接口的建設(shè)，實現(xiàn)面向整個企業(yè)各生產(chǎn)、管理層面所有業(yè)務(wù)活動的數(shù)據(jù)服務(wù)與支持，建成合理的企業(yè)數(shù)據(jù)管理模式。
【關(guān)鍵字】 過程控制系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集 接口 建設(shè)
現(xiàn)今信息應(yīng)用已發(fā)展到生產(chǎn)運行指揮、綜合分析、輔助決策等高級階段，對信息數(shù)據(jù)的獲取要求更全面、更及時、更方便。企業(yè)在開展生產(chǎn)業(yè)務(wù)的同時，也建設(shè)了包括生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)、模擬仿真、診斷分析在內(nèi)的其他大量企業(yè)管理系統(tǒng)。通常各系統(tǒng)之間互不通聯(lián)，數(shù)據(jù)整合復(fù)雜度高、實施周期長、且系統(tǒng)運維難度和工作量大，導(dǎo)致了運維成本高和運維效率低下。數(shù)據(jù)采集接口的規(guī)范建設(shè)將改善企業(yè)數(shù)據(jù)管理模式，實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的優(yōu)化管理，切實提高企業(yè)的數(shù)據(jù)利用效率，提升信息服務(wù)的價值。
一、數(shù)據(jù)采集接口架構(gòu)
數(shù)據(jù)采集接口是企業(yè)信息管理系統(tǒng)采集過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接口，是對不同廠商、不同型號的過程控制系統(tǒng)，如DCS、PLC、SCADA等進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集、規(guī)范化的處理。數(shù)據(jù)采集接口主要實現(xiàn)采集、存儲、三種功能，通過數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)設(shè)備采集過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)存儲于實時歷史數(shù)據(jù)庫中，同時把實時歷史數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行，為企業(yè)管理系統(tǒng)提供及時有效的數(shù)據(jù)支持。
采集接口通常包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)服務(wù)等組件，還應(yīng)包括專用網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全組件，以及數(shù)據(jù)采集接口運行管理組件。
數(shù)據(jù)采集接口通常由數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)接口（數(shù)據(jù)訪問接口和數(shù)據(jù)應(yīng)用接口）、安全防護設(shè)備（隔離網(wǎng)閘和防火墻）四部分構(gòu)成，采集生產(chǎn)網(wǎng)過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)采集網(wǎng)將其存儲于應(yīng)用數(shù)據(jù)庫中，以便于企業(yè)信息網(wǎng)中企業(yè)管理信息系統(tǒng)獲取過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示：
二、 接口功能
過程控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)訪問接口傳輸給數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，且對外僅支持數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)采集要求；數(shù)據(jù)訪問接口根據(jù)設(shè)置和設(shè)定的安全策略校核數(shù)據(jù)及服務(wù)請求，允許合法用戶的訪問，禁止非法用戶的請求，是單向傳輸?shù)摹ＭǔＳ卸喾N從過程控制系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)的方式，如從控制系統(tǒng)服務(wù)器獲取、從控制總線獲取、從操作站/工程師站獲取，或采用共享文件方式獲取等。具體采用哪種方式，應(yīng)考慮控制系統(tǒng)安全、目標需要、數(shù)據(jù)采集復(fù)雜度等因素后作出選擇。為了對過程控制系統(tǒng)進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集、規(guī)范化的處理，數(shù)據(jù)訪問接口宜將過程控制系統(tǒng)的專有通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為標準協(xié)議，提供過程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問功能。對新建的控制系統(tǒng)，應(yīng)在其設(shè)計階段就考慮數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，對于現(xiàn)有的控制系統(tǒng)，經(jīng)綜合分析、論證，必要時需對現(xiàn)有系統(tǒng)進行升級改造。
數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)的主要功能是采集過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)到應(yīng)用數(shù)據(jù)庫。它通過數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)內(nèi)置或二次應(yīng)用開發(fā)的通信協(xié)議與過程控制系統(tǒng)的通信協(xié)議進行轉(zhuǎn)換通信，實現(xiàn)過程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集方式主要是考慮現(xiàn)場環(huán)境與管理需求，用戶可進行同步/異步、自動通知、訂閱/等方式進行設(shè)置。數(shù)據(jù)采集網(wǎng)管是數(shù)據(jù)采集接口的主要設(shè)備之一，應(yīng)支持常用的通信協(xié)議如：Modbus、OPC等，支持輪詢、逢變則報等數(shù)據(jù)采集規(guī)則和一定的數(shù)據(jù)緩存及補傳能力。
應(yīng)用數(shù)據(jù)庫主要功能包括存儲、歸檔、采集網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，包括實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)存儲應(yīng)該具備數(shù)據(jù)緩存、壓縮、歸檔、備份、點數(shù)擴容等基本要求，數(shù)據(jù)吞吐量應(yīng)滿足理論數(shù)據(jù)吞吐量的2倍。
應(yīng)用數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)交互通常采用Modbus和OPC協(xié)議， 與企業(yè)管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互可采用OPC、ODBC或OLE DB、WebService等數(shù)據(jù)訪問服務(wù)或服務(wù)器自身應(yīng)用程序編程接口方式的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)等。
數(shù)據(jù)應(yīng)用接口主要功能是為企業(yè)管理信息系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并提供過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的訪問功能，企業(yè)管理信息系統(tǒng)需要向數(shù)據(jù)應(yīng)用接口進行注冊申請，獲取訪問權(quán)限后才允許向數(shù)據(jù)應(yīng)用接口進行單向訪問，且應(yīng)該只通過數(shù)據(jù)應(yīng)用接口訪問過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，不宜直接對過程控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)連接訪問。
三、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及防護系統(tǒng)
過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集接口的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括三層網(wǎng)絡(luò)：生產(chǎn)網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集網(wǎng)、企業(yè)信息網(wǎng)。 生產(chǎn)網(wǎng)內(nèi)典型的控制系統(tǒng)由基本過程控制系統(tǒng)（BPCS）、安全儀表系統(tǒng)（SIS）及火災(zāi)報警和氣體檢測系統(tǒng)（F&G）三部分組成[1]，每個系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)訪問接口用于該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出。數(shù)據(jù)訪問接口搭建在各個系統(tǒng)的集成服務(wù)器端，而不需要直接連接到現(xiàn)場的控制器上。數(shù)據(jù)采集網(wǎng)包括數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)接口、安全防護設(shè)備四部分。其中應(yīng)用數(shù)據(jù)庫是由實時數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫組成。企業(yè)信息網(wǎng)由一系列的企業(yè)管理信息系統(tǒng)組成，這些系統(tǒng)需要訪問過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)時，需要向數(shù)據(jù)采集接口中的數(shù)據(jù)應(yīng)用接口進行訪問申請，一般不允許通過其他途徑對過程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行訪問。
安全防護系統(tǒng)主要是為了保證過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集接口的數(shù)據(jù)采集過程不影響生產(chǎn)網(wǎng)的正常運行、不破壞生產(chǎn)網(wǎng)的安全性，同時隔離與企業(yè)信息網(wǎng)的連接預(yù)防受到網(wǎng)絡(luò)攻擊，由連接生產(chǎn)網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集接口的隔離網(wǎng)閘與連接數(shù)據(jù)采集接口與企業(yè)信息網(wǎng)的防火墻兩部分組成。
安全隔離網(wǎng)閘通常布置在兩個安全級別不同的兩個網(wǎng)絡(luò)之間，管理員可以從信任網(wǎng)絡(luò)一方對安全隔離網(wǎng)閘進行管理。網(wǎng)閘基本原理是切斷網(wǎng)絡(luò)間的通用協(xié)議連接，將數(shù)據(jù)包分解重組為靜態(tài)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行安全審查，包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議檢查和代碼掃描，確認后的數(shù)據(jù)安全流入內(nèi)部單元，內(nèi)部用戶通過嚴格的身份認證機制獲取數(shù)據(jù)[2]。本系統(tǒng)架構(gòu)中隔離網(wǎng)閘主要隔離生產(chǎn)網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集網(wǎng)，部署于這兩個網(wǎng)絡(luò)之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)與生產(chǎn)網(wǎng)之間安全適度的應(yīng)用數(shù)據(jù)交換，只允許數(shù)據(jù)由生產(chǎn)網(wǎng)向數(shù)據(jù)采集接口單向無反饋傳輸，由于隔離網(wǎng)閘系統(tǒng)在外網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)中間設(shè)有隔離交換單元，內(nèi)外網(wǎng)與隔離交換單元通道不可能同時連通，保證了生產(chǎn)網(wǎng)的絕對隔離，從而保證了企業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)的安全。
防火墻部署于數(shù)據(jù)采集接口與企業(yè)信息網(wǎng)之間，隔離數(shù)據(jù)采集網(wǎng)與企業(yè)信息網(wǎng)。它依照管理要求設(shè)定的規(guī)則，允許或是限制傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過。未經(jīng)授權(quán)和安全認證，不允許其他任何設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)接入數(shù)據(jù)采集網(wǎng)。保護數(shù)據(jù)采集網(wǎng)免受非法用戶的侵入。
四、結(jié)束語
過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集接口的統(tǒng)一規(guī)范化建設(shè)為滿足企業(yè)信息網(wǎng)對生產(chǎn)網(wǎng)的訪問要求、企業(yè)管理信息系統(tǒng)對過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的訪問要求奠定了基礎(chǔ)，為深化生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用、為管理層掌握一線生產(chǎn)的實時情況提供了條件，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源的共享，推動了企業(yè)信息化的建設(shè)。
對于智能操縱算法在實際操作中有一些麻煩，比如硬件成本高、軟件編程實現(xiàn)困難等等，引入MATLAB設(shè)計智能操作算法，利用MCGS監(jiān)控算法及控制過程，將MATLAB的多種算法與MCGS良好的人機接口進行融合，有力的改善了智能操縱算法操作難的問題，提高了系統(tǒng)的監(jiān)控質(zhì)量。大量實際操作研究顯示，該算法操作便捷，操作性能穩(wěn)固，降低了成本，減少了開發(fā)所需要的時間，在進行操縱過程中方便實行，具備較好的實用價值。
【關(guān)鍵詞】MATLAB MCGS 仿真 動態(tài)數(shù)據(jù)交換
本篇文章使用MCGS組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)來操控薄膜厚度，實時收集數(shù)據(jù)信息，設(shè)置硬件的接入點，使人們和機器能直接對話，并且用可動畫面的形式來表現(xiàn)操控系統(tǒng)的實時情況。這個時候，把MATLAB作為在后臺運轉(zhuǎn)的平臺，達到以Back Propagation多層前饋網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)整定比例-積分-微分控制器（PID）以及進行彎曲線路創(chuàng)作的功效。使用者使用DDE軟件進行雙方的信息交換，感受不同角度、不同層次、不同范圍觀看仿真流程的可觀看的人員和機器的交流過程。
1 薄膜厚度操作體系的組成部分
1.1 MATLAB中的PID控制器設(shè)計
薄膜厚度控制系統(tǒng)是由現(xiàn)場設(shè)備和上位機這兩個設(shè)備組成的：現(xiàn)場設(shè)備中的可編程邏輯控制器對薄膜厚度施行收集，并且對控制數(shù)量進行輸出，同時對加熱控紐的功率進行改變來實現(xiàn)對薄膜厚度的掌控，再將厚度檢測儀器檢測到的薄膜厚度反饋到上位機器操控體系；上位機器的操控體系是以MCGS為基礎(chǔ)進行設(shè)計的，有著強大的功能，例如對硬件接入點進行設(shè)計，對信息進行動態(tài)搜集，實機人員和機器的交流，對信息數(shù)據(jù)進行登記等，能夠模仿操控體系實時的運行狀態(tài)，把所有變化數(shù)據(jù)的信息實時地展現(xiàn)出來。為了達到以Back Propagation多層前饋網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)整定比例-積分-微分控制器（PID）以及曲線制作的功效，在后臺運轉(zhuǎn)的信息操作模塊以MATLAB為開發(fā)平臺。使用Dynamic data exchange通信協(xié)議，把MCGS里需要進行測算的信息轉(zhuǎn)送至MATLAB中，由MATLAB對這些數(shù)據(jù)進行處置，然后將最后的處置結(jié)果發(fā)送回MCGS，這樣，可以提升MCGS操控PLC的本領(lǐng)。
1.2 MCGS組態(tài)軟件的設(shè)計
MCGS軟件研究出搜集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，對這些數(shù)據(jù)信息進行處置并且對這個過程進行操控的相關(guān)計劃和工具，通過這些工具，能夠為使用者提供相關(guān)動畫展示和報表等內(nèi)容，使用者通過使用這些工具可以完成相關(guān)的工程操作。
在MCGS組態(tài)軟件操控的窗口中，依據(jù)使用需要對“系統(tǒng)管理”、主要用戶界面、“系統(tǒng)設(shè)置”等功能進行了處理，點擊不同的菜單就能夠進入到對應(yīng)的操控頁面。MCGS系統(tǒng)窗口能夠維系及驅(qū)動外部裝置，同時，可以在這里面加入外部硬件工具和模擬工具如PLC。在對通道進行策劃時，可以把A /D、D /A通道和動態(tài)信息庫中的信息對象對應(yīng)結(jié)合起來。在使用者窗口模式中，設(shè)置了主要頁面、厚度自行調(diào)整頁面、體系配置頁面等操控頁面。
以上的頁面，都是在MCGS的使用者小窗中使用相關(guān)的測繪模具對監(jiān)控平臺體系進行設(shè)計。MCGS可觀看圖像的功能能夠便捷地構(gòu)造要策劃的所有頁面，再將動畫相關(guān)聯(lián)，就是構(gòu)造頁面畫面對象和動態(tài)信息庫的信息變量之間的聯(lián)系。在這個窗口中需要設(shè)置一些數(shù)值可變的量，主要用于信息搜集、操作、輸出操控、動畫連合和裝備驅(qū)動，這些可變的信息量是組成動態(tài)信息庫的主要組成部分。
1.3 MATLAB和MCGS的DDE連接
MCGS提供了一個和另外一個應(yīng)用程序?qū)嵤┬畔⒒Q的方式，這就是動態(tài)數(shù)據(jù)交換（Dynamic data exchange），所以，MATLAB也接受動態(tài)數(shù)據(jù)交換（Dynamic data exchange）通信協(xié)議。薄膜厚度仿真操控體系當中，把MCGS當作SERVER程序，把MATLAB當作CLIENT程序，經(jīng)由動態(tài)數(shù)據(jù)交換協(xié)議把MCGS里設(shè)置的薄
膜厚度設(shè)計數(shù)值輸送到MATLAB，由以Back Propagation多層前饋網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的比例-積分-微分控制器運算得出最佳比例-積分-微分控制器參數(shù)，然后把參數(shù)發(fā)送給MCGS，從而實現(xiàn)比例-積分-微分控制器參數(shù)能夠自行整定。
1.4 如何在MCGS中設(shè)置DDE
在MCGS和MATLAB中構(gòu)造一個動態(tài)數(shù)據(jù)交換（Dynamic data exchange），必須在MCGS的“動態(tài)信息庫”的小窗里構(gòu)造可改變的量，然后點組態(tài)平臺里的“工具”按紐，再選擇動態(tài)數(shù)據(jù)交換（Dynamic data exchange）連接管理，打開后，將里面的通信的厚度設(shè)置數(shù)據(jù)改成動態(tài)數(shù)據(jù)交換（Dynamic data exchange）輸出就可以了。
2 仿真控制效果
為了將以Back Propagation多層前饋網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的比例-積分-微分控制器和原來的比例-積分-微分控制器的功能進行比較，使用這兩個系統(tǒng)來實行仿真操控，并且在第三百個采集樣本時間加入外加干擾d（k）=2，用來計算抵抗干擾的水平。PID相關(guān)參數(shù)的數(shù)值設(shè)定為不變的：kp=0.4，ki=0.03，kd=0.2。以Back Propagation多層前饋網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的PID操控器選擇Back Propagation多層前饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造是4-5-3，學(xué)習(xí)效率以及慣性數(shù)值設(shè)置為：Z=0.002，T=0.0008。在MCGS的薄膜厚度自行設(shè)置頁面里把薄膜厚度設(shè)置為二十二μm，按下“測算PID參數(shù)”這一項，MATLAB經(jīng)由動態(tài)數(shù)據(jù)交換（Dynamic data exchange）系統(tǒng)在MCGS里選中薄膜厚度信息，在運行系統(tǒng)中用以上兩個控制系統(tǒng)實行仿真操控，原來的比例-積分-微分控制器數(shù)據(jù)量為百分之四十，回應(yīng)時間是一百五十秒，并且受到的干擾比較大。使用以Back Propagation多層前饋網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)整定比例-積分-微分控制器（PID）基本沒有超調(diào)，采用基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制器幾乎沒有超調(diào)，回應(yīng)時間是一百秒，受到的干擾比較小。運算結(jié)束后，MATLAB將以Back Propagation多層前饋網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)整定比例-積分-微分控制器（PID）整定得到的PID參數(shù)發(fā)送給MCGS。通過這樣的仿真實驗顯示，以Back Propagation多層前饋網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的比例-積分-微分控制器的優(yōu)點為超調(diào)數(shù)量比較小、回應(yīng)時間短、適應(yīng)性比較強等等，把其使用在MCGS組態(tài)系統(tǒng)中能夠增強雙向拉縮薄膜厚度操控系統(tǒng)的性能。
3 結(jié)語
筆者引入MATLAB設(shè)計智能操作算法，利用MCGS監(jiān)控算法及控制過程，系統(tǒng)無需增加硬件，算法實現(xiàn)簡單，是智能控制算法工程實現(xiàn)的有益嘗試，具有較大的應(yīng)用價值。
作者單位
鹽城工學(xué)院機械工程學(xué)院 江蘇省鹽城市 224051
摘 要
隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，對自動化過程系統(tǒng)的要求也不斷增加。自動化過程控制系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，為工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展起到了很好的作用。自動化過程控制系統(tǒng)不僅提高了工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)效果，還降低了生產(chǎn)勞動成本，減少了財務(wù)損失。本研究通過對自動化過程控制系統(tǒng)在工業(yè)中的應(yīng)用進行探討分析，具體分析報告如下：
【關(guān)鍵詞】系動化過程控制 工業(yè)應(yīng)用
自動控制是指在沒有人力參與的條件下，利用外加的設(shè)施設(shè)備，使機器按照一定程序運行工作。自動化過程控制系統(tǒng)，是根據(jù)科學(xué)理論、計算機科技以及其他的一些信息技術(shù)設(shè)備，對企業(yè)或工廠進行檢測、優(yōu)化、調(diào)度。隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展，自動化過程控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，且在多個領(lǐng)域都起著很重要的作用[1]。自動化過程控制系統(tǒng)的好壞是評定一個國家科技水平的標志。工業(yè)是我國一大重要產(chǎn)業(yè)，自動化過程系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用滿足了我國經(jīng)濟發(fā)展的需求，同時也符合人們對工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的要求。
1 自動化過程控制系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的含義以及組成部分
在現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施中，自動化控制系統(tǒng)（Autom ation Control System ）被廣泛應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域。工業(yè)生產(chǎn)過程中，自動化過程控制系統(tǒng)是將溫度、流量、液位以及材料成分等工藝參數(shù)設(shè)定為被控制系統(tǒng)的自變量。比如自動化控制系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中，恒溫室的溫度調(diào)節(jié)過程就是自動化過程控制系統(tǒng)，由于溫度是一個不斷變化的物理量，通過檢測儀器可以檢測出具體的數(shù)據(jù)。如果想要設(shè)定一個溫度恒等不變的環(huán)境，首先需要進行溫度測量，當測量結(jié)果顯示低于恒溫數(shù)值時，采取加熱方式升高環(huán)境內(nèi)溫度；當測量結(jié)果顯示高于恒溫數(shù)值時，停止加熱。整個過程中，溫度屬于一個控制變量，對溫度進行檢測，采取加熱措施讓溫度保持在一定的標準，這就是一個自動化控制過程。自動化過程控制設(shè)備中可編程邏輯控制器（PLC）是最常見的一種過程控制設(shè)備，它的原理是根據(jù)所輸入的數(shù)字信號，提前進行設(shè)定，從而輸出數(shù)字信號，輸出的信號經(jīng)過功率放大模板的作用后，會產(chǎn)生模擬信號，最后再通過相應(yīng)的執(zhí)行元件，得出過程控制。自動化過程控制系統(tǒng)的組成元素主要有：
（1）檢測元件，主要用于檢測被控制元件的物理量。
（2）控制器，其主要作用是比較設(shè)定值和測量信號的數(shù)據(jù)，計算出兩者之間的偏差，再按照設(shè)定好的控制規(guī)律進行計算數(shù)值，最后將得出的最終結(jié)果作為控制信號傳送到執(zhí)行裝置。
（3）執(zhí)行器，其作用是接受控制器傳送的控制信號，并推動控制信號，改變被控制變量。
2 工業(yè)自動化過程控制系統(tǒng)的特點
過程控制主要是對生產(chǎn)過程中的程序控制，控制設(shè)備不同，其特性也不同。
（1）連續(xù)性。在工業(yè)自動化過程控制中，其整個控制過程是不間斷的、經(jīng)常性的運行著，很多運行原理都是循環(huán)進行的，中間不能停，要求過程控制在自動條件下不間斷的完成。
（2）方案多樣性。不同產(chǎn)品其自動化過程控制方案也有所不同。
（3）自動化過程控制系統(tǒng)的實時性。在一定條件下，被控制變量隨著外界因素的影響，不斷變化。
（4）復(fù)雜性。自動化過程控制系統(tǒng)所控制的范圍比較廣，其被控制變量也比較復(fù)雜，控制程序要求比較多且復(fù)雜，這些因素都影響過程控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。
3 工業(yè)自動化過程控制系統(tǒng)的安全問題
工業(yè)設(shè)施設(shè)備包含電力、水利以及石油天然氣等行業(yè)，這些行業(yè)是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要紐帶，自行花過程控制系統(tǒng)在工業(yè)中的應(yīng)用還存在很多安全問題，具體過程控制系統(tǒng)應(yīng)用出現(xiàn)故障，可能造成的安全問題有：
（1）危害工作人員的生命安全，甚至造成工業(yè)內(nèi)員工群死、群傷的不良事件發(fā)生。
（2）造成工業(yè)企業(yè)經(jīng)濟上的巨大損失，還會波及到我國整體經(jīng)濟發(fā)展和經(jīng)濟建設(shè)成果。
（3）危害當?shù)厝巳旱纳钜约皣野踩踔吝€會引起一些不法恐怖分子襲擊事件發(fā)生。
（4）影響我國環(huán)境，造成環(huán)境災(zāi)難，甚至?xí)o后代子孫發(fā)展帶來嚴重后果。
4 自動化過程控制系統(tǒng)在工業(yè)中的應(yīng)用
過程控制的自動檢測系統(tǒng)。運用一些適當?shù)臋z測儀器表對工藝參數(shù)進行檢測，并記錄數(shù)據(jù)以便后期計算使用。過程控制中的自動保護系統(tǒng)。對溫度、流量、液位以及材料成分等工藝參數(shù)進行檢測，檢測結(jié)果不能滿足要求范圍，自動發(fā)散相應(yīng)信號，與此同時將安全閥門打開或是切斷某一通路，保證自動化過程系統(tǒng)受到外界破壞。過程控制中的多沖量控制系統(tǒng)。是指在自動化過程控制系統(tǒng)中，變量信號比較多，通過相應(yīng)計算后，最后共同控制一個執(zhí)行元件，從而保證被控制工藝變量的整體質(zhì)量。在鍋爐給水系統(tǒng)中常采用多沖量控制系統(tǒng)。
分程控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用。分程控制系統(tǒng)主要是將輸出信號傳送到其他兩個或兩個以上的控制閥設(shè)備中，且每一個控制閥的工作范圍都是在信號之內(nèi)。分程控制系統(tǒng)主要用于控制不同介質(zhì)流量，以達到工藝生產(chǎn)的整體效果，還用于工業(yè)成產(chǎn)中的安全防護，另一方面還用于擴大控制閥門的調(diào)整范圍，以達到改善和控制產(chǎn)品質(zhì)量的效果。
工業(yè)生產(chǎn)中的軟條件保護措施。軟保護措施就是當短時期生產(chǎn)時，通過設(shè)定特定自動選擇性控制系統(tǒng)，從而達到自動保護生產(chǎn)的目的，同時還可以有效減少由于停車造成的經(jīng)濟損失。
自動控制系統(tǒng)。利用自動控制系統(tǒng)裝備對關(guān)鍵性工藝參數(shù)的控制，使這些關(guān)鍵性參數(shù)免受外界影響，從而保持穩(wěn)定狀態(tài)。
自動操作和開車停車系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)備中預(yù)先規(guī)定的操作順序，對需要操作的設(shè)備進行周期性的運行。自動開車停車系統(tǒng)，同樣也是預(yù)先規(guī)定好操作順序，按照系動化過程控制程序運行。
5 自動化過程控制系統(tǒng)的各項指標和要求
自動化過程系統(tǒng)在中常見的幾種信號有：斜坡信號、階躍信號、正弦信號以及加速信號等。這些信號的特點就是容易產(chǎn)生，且對過程系統(tǒng)信號輸出影響比較大，方便計算和分析數(shù)據(jù)。在階躍信號的作用下，被控制變量會隨著時間不同呈現(xiàn)不同的形式：發(fā)散震蕩過程、衰減震蕩過程以及非震蕩過程。其各項性能指標應(yīng)該滿足的三種特性：
（1）穩(wěn)定。過程系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的，可以正確運行各項功能，并能按照程序的規(guī)定控制整個生產(chǎn)過程。其性能指標還會出現(xiàn)衰減率、超調(diào)量。
（2）準確。過程控制計算結(jié)果必須是正確的，盡量控制好偏差。
（3）及時響應(yīng)。盡可能縮短系統(tǒng)偏差時間，其評定指標包括：恢復(fù)時間、震蕩時間和頻率以及上升時間。
6 總結(jié)
綜上所述，自動化過程控制系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，自動化過程控制系統(tǒng)的技術(shù)也已經(jīng)發(fā)展成熟，但是隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，人們對產(chǎn)品的質(zhì)量要求不斷升高。工業(yè)自動化過程控制系統(tǒng)也需要不斷改善，才能保證我國工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)備的安全，才能保證生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。所以對自動化過程控制系統(tǒng)的研究和探索也成為當前的重要任務(wù)。要不斷探索研究自動化過程控制系統(tǒng)，隨著社會的需求不斷改善，同時還要經(jīng)濟發(fā)展需求。自動化過程控制系統(tǒng)在工業(yè)中的應(yīng)用，不僅節(jié)省了很多人力、物力、財力，同時也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。
作者單位
中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司 山東省濟南市 250000
摘 要： 本文首先介紹過程控制系統(tǒng)的組成、特點、控制質(zhì)量指標、過程建模方法及分系統(tǒng)設(shè)計方法和步驟。然后 分析壓力過程控制的工作流程、控制系統(tǒng)的設(shè)計方案、系統(tǒng)建模及調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定。實現(xiàn)壓力過程系統(tǒng)的PID控制。
關(guān)鍵詞：過程控制 PID控制器 參數(shù)整定
一、過程控制系簡介
1.過程控制的任務(wù)
過程控制的任務(wù)就是在了解、掌握工藝流程和生產(chǎn)過程的靜態(tài)和動態(tài)特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)對過程控制安全性、經(jīng)濟性和穩(wěn)定性的要求，應(yīng)用理論對控制系統(tǒng)進行分析和綜合，最后采用適宜的技術(shù)手段加以實現(xiàn)。
2.過程控制系統(tǒng)的組成
過程控制系統(tǒng)是指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動控制系統(tǒng)的被控量是溫度、壓力、流量、液位、成分等這樣一些過程變量時的系統(tǒng)。
3.過程控制的特點
（1）系統(tǒng)由過程檢測控制儀表組成。（2）被控過程的多樣性。（3）控制方案的多樣性。（4）過程控制的控制過程多屬慢過程，而且多半屬參量控制。（5）定值控制是過程控制的一種主要控制形式。
4.控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量指標
一個控制性能良好的過程控制系統(tǒng)，再受到外來擾動作用或給定值發(fā)生變化后，應(yīng)平穩(wěn)迅速準確地恢復(fù)到給定值上。
二、壓力過程控制系統(tǒng)設(shè)計
壓力的測量和控制在生產(chǎn)過程自動化中具有特殊的地位。保持實際生產(chǎn)過程的壓力為一個穩(wěn)定值，對生產(chǎn)過程有著至關(guān)重要的作用。考慮到經(jīng)濟成本等問題，本系統(tǒng)采用單回路控制。下面對整個系統(tǒng)作詳細介紹：
1.工作流程
1.1工藝簡況
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，氣體測量罐設(shè)備應(yīng)用十分普遍，為了保證生產(chǎn)的正常進行，空氣進出量需均衡，以保證過程的物料平衡。因此，工藝要求空氣罐內(nèi)的氣體壓力需維持在某給定值上下，或在某一小范圍內(nèi)變化，并保證空氣罐壓力不致過大。本系統(tǒng)要求超調(diào)量小于5%。
1.2工作流程
本系統(tǒng)使用的介質(zhì)為空氣。空氣從空氣壓縮機進入系統(tǒng)空氣入口，經(jīng)過節(jié)流閥的調(diào)節(jié)后，進入過濾器過濾，過濾后的空氣進入減壓閥1，減壓閥1的出口壓力一般保持在1kg/cm^調(diào)節(jié)后的空氣進入減壓閥2，減壓閥2的出口壓力一般保持在0.55kg/cm^這時空氣的流向有兩種方式，當擾動電磁閥打開時，空氣一部分經(jīng)過節(jié)流閥、擾動電磁閥流向外界；一部分進入控制閥。當擾動電磁閥沒有打開時，空氣全部進入控制閥，經(jīng)過控制閥的空氣最后流進測量罐中。
2.壓力過程控系統(tǒng)建模
用測試法建立被控對象的數(shù)學(xué)摸型，.首要的問題就是選定模型的結(jié)構(gòu)。
自衡單容過程對象的對象特性的一般形式為 ，為建立其數(shù)學(xué)模型，可通過測量其
階躍響應(yīng)的方法求得對象特性參數(shù)K、T、τ。
3.壓力過程控系統(tǒng)的設(shè)計方案
3.1被控參數(shù)選擇
被控參數(shù)的選擇對于穩(wěn)定生產(chǎn)、提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、改善勞動條件、保護環(huán)境衛(wèi)生等具有重要意義。若被控參數(shù)選擇不當，則無論組成什么樣的控制系統(tǒng)，選用多么先進的過程檢測控制儀表，均不能達到預(yù)期的控制效果。由于本系統(tǒng)是模擬實際生產(chǎn)過程的一套實驗過程控制系統(tǒng)，被控參數(shù)壓力在系統(tǒng)設(shè)計之前已決定。
3.2控制參數(shù)選擇
擾動作用是由擾動通道對過程的被控參數(shù)產(chǎn)生影響，力圖使被控參數(shù)偏離給定值；控制作用是由控制通道對過程的被控參數(shù)起主導(dǎo)影響，以使被控參數(shù)盡力維持在給定值。在分析與設(shè)計控制回路時，要深入研究過程的特性，認真分析各種擾動，正確選擇控制參數(shù)。
在本系統(tǒng)中，被控參數(shù)是壓力，模擬的生產(chǎn)過程是測量罐，測量罐的容積和濕度在某一實驗中幾乎是不變的，因而測量罐中的壓力只能由氣體的物質(zhì)的量決定，控制參數(shù)也就唯一確定了，即：氣體的物質(zhì)的量。
3.3執(zhí)行器
調(diào)節(jié)閥的選擇：執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)閥組成。在過程控制中他接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號并轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移，來改變調(diào)節(jié)閥的流通截面積，以控制流入或流出被控過程的物料或能量，從而實現(xiàn)對過程參數(shù)的自動控制。
調(diào)節(jié)閥的尺寸選擇根據(jù)對象的慣性特征選管徑。在生產(chǎn)過程中，調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)形式的選擇，主要是從工藝生產(chǎn)的安全角度來考慮，當氣源一旦中斷時，閥門處于全開還是全關(guān)狀態(tài)，在生產(chǎn)上要能保證設(shè)備和人身的安全。所謂氣開式，即當信號壓力P>0.02Mpa時，閥開始打開，也就是說“有氣”時閥開，氣關(guān)式則相反。
因為調(diào)節(jié)閥的特性對整個過程控制系統(tǒng)的品質(zhì)有很大的影響。理想流量特性就是在調(diào)節(jié)閥前后壓差一定的情況下得到的流量特性。它取決于閥芯的形狀。閥芯的形狀有快開、直線、拋物線和等百分比等4種，其相應(yīng)的流量特性有直線流量特性、對數(shù)（或稱等百分比）流量特性、拋物線流量特性、快開流量特性。
綜上考慮，本系統(tǒng)根據(jù)選用氣開式氣動調(diào)節(jié)閥V-5110，其流量特性為直線流量特性。動力源由空氣壓縮機提供的。
3.4測量變送
測量和變送是解決一個信息獲得和傳遞問題。信息的測量和邊送必需迅速可靠地反映被控參數(shù)的實際變化情況，為系統(tǒng)設(shè)計提供準確的控制依據(jù)。本系統(tǒng)選用差壓式壓力傳感器作為檢測和反饋元件，將測量罐的壓力值轉(zhuǎn)化為電信號，被測壓力值為大氣壓力值加壓差。
3.5調(diào)節(jié)器
本系統(tǒng)選用東芝EC-311型調(diào)節(jié)器
通常，選擇調(diào)節(jié)器動作規(guī)律時應(yīng)根據(jù)對象特性、負荷變化、主要擾動和系統(tǒng)控制要求等具體情況，同時還應(yīng)考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟性以及系統(tǒng)投入方便等。
廣義對象控制通道時間常數(shù)較大或容積遲延較大時，應(yīng)引入微分動作。如工藝容許有殘差，可選用比例微分動作；如工藝要求無殘差時，則選用比例積分微分動作。
當廣義對象控制通道時間常數(shù)較小，負荷變化也不大，而工藝要求無殘差時，可選用比例積分動作。當廣義對象控制通道時間常數(shù)較小，負荷變化較小，而工藝要求不高時，可選用比例動作。當廣義對象控制通道時間常數(shù)較大或容積遲延較大，負荷變化也大時，簡單控制系統(tǒng)以不能滿足要求，應(yīng)設(shè)計復(fù)雜控制系統(tǒng)。
根據(jù)本系統(tǒng)的過程特性與工藝要求，所以選用PI或PID控制規(guī)律。根據(jù)成系統(tǒng)負反饋的原則，確定調(diào)節(jié)器的正、反作用。由于選用調(diào)節(jié)閥為氣開式，即反作用調(diào)節(jié)閥，Kv為正；由于測量罐進氣時，即測量罐內(nèi)氣體的物質(zhì)的量增加時，測量罐內(nèi)的壓力也增加，所以K0為正；一般測量變送器Km為正。為使系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的靜態(tài)放大系數(shù)極性乘積為正，也就是為了構(gòu)成負反饋，選擇調(diào)節(jié)器Kc取正，即選用反作用調(diào)節(jié)器。
摘 要：隨著我國鋁加工行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，更加關(guān)注于鋁加工產(chǎn)品的厚度控制精度和板形控制能力，在鋁板帶箔軋機控制領(lǐng)域引進了SIEMENS、ABB板形控制系統(tǒng)。本文針對SIEMENS板形控制系統(tǒng)在動態(tài)過程控制中出現(xiàn)的一此問題進行了較為深入的研究和總結(jié)，希望對我們以后在使用和調(diào)試鋁板帶箔軋機板形控制系統(tǒng)時有所幫忙。
關(guān)鍵詞：鋁板帶箔軋機、動態(tài)過程、板形控制
一、鋁板帶箔軋機箔材動態(tài)軋制過程板形控制異常狀態(tài)現(xiàn)象描述：
某鋁加工廠鋁板帶箔軋機引進了SIEMENS板形檢測控制系統(tǒng)，采用的SIEMENS板形輥共26個壓力檢測環(huán)，某規(guī)格產(chǎn)品箔材覆蓋SIEMENS板形輥第4#-23#環(huán)，在箔材動態(tài)軋制過程SIEMENS板型輥第15個壓力環(huán)檢測值明顯偏大（I.U值偏大），SIEMENS板型輥第24#-26#壓力檢測環(huán)在軋制過程中檢測壓力明顯異常（注：由于板型輥第24#-26#環(huán)輥面上沒有受到鋁板帶箔壓力的作用，正常狀態(tài)時RAW值應(yīng)3300左右）。如圖1所示：
二、鋁板帶箔軋機箔材動態(tài)軋制過程板形控制異常狀態(tài)處理過程：
1、驗證L1級AFC控制系統(tǒng)的有效性，按照AFC控制系統(tǒng)控制原理，當SIEMENS板形輥壓力環(huán)檢測壓力大于設(shè)定目標值時，AFC控制系統(tǒng)應(yīng)控制減小對應(yīng)板形輥環(huán)域的冷卻噴射量以使工作輥相應(yīng)的環(huán)域熱膨脹，對應(yīng)環(huán)域的鋁板箔材會有微量變薄的趨勢，從而使鋁板箔材板形I_Unit接近于目標值。但這次板型輥第15個環(huán)壓力環(huán)檢測值明顯偏大，板形已嚴重超出控制目標 I_Unit值，冷卻噴射量已調(diào)整到極限為零，不能再進行調(diào)控，這種現(xiàn)象說明AFC控制系統(tǒng)的控制是正確的，只是當冷卻噴射量調(diào)控到極限值后還是不能改善鋁板帶箔處于板形輥第15環(huán)的板形。如圖2所示
2、驗證板形控制系統(tǒng)冷卻噴射控制的有效性，通過強制手動控制第1-26組冷卻噴射閥，一一驗證了1-26組冷卻噴射閥控制的有效性。而且在軋制過程中強制開啟板形輥第15個壓力檢測環(huán)對應(yīng)的冷卻噴淋閥，可以明顯看到板型輥第15個壓力環(huán)檢測的壓力越來越大，驗證了處于異常狀態(tài)時板形輥第15個壓力檢測環(huán)對應(yīng)的冷卻噴淋閥處于關(guān)閉狀態(tài)，AFC控制和冷卻噴淋控制是正常的。
3、驗證板形輥壓力環(huán)檢測的準確性，用同樣的4種砝碼對板型輥1#-26#壓力檢測環(huán)一一進行標定，板形輥每個壓力檢測環(huán)的線性值均大于0.9999，只要達到0.9998就合格，板形輥的檢測精度和線性處于非常良好的狀態(tài)，驗證了Siemens板形輥壓力環(huán)檢測的準確性。如圖3、圖4所示。
4、驗證冷卻噴淋噴嘴角度與板形輥環(huán)域?qū)?yīng)性，由于在箔材動態(tài)軋制過程SIEMENS板型輥第15個壓力環(huán)檢測值明顯偏大（I.U值偏大）時，強制將與板形輥第14個或16個壓力檢測環(huán)對應(yīng)的冷卻噴淋關(guān)閉，雖然這期間板形輥第14個或16個壓力檢測環(huán)的檢測壓力會減少而偏離目標值，但板形輥第15個壓力檢測環(huán)的檢測壓力會漸漸接近于目標值，說明15#環(huán)域受14#或16#環(huán)域噴淋控制的影響，因此懷疑冷卻噴淋與板形輥各壓力環(huán)對應(yīng)性不好，或者冷卻噴淋噴嘴角度不對。用紅外標線器進行對中測試，板形輥各壓力環(huán)與各冷卻噴淋噴嘴一一對應(yīng)。冷卻噴淋噴嘴角度的一個固定的斜角，以確保噴射的覆蓋面能與板型輥的幅寬一致，而且檢查冷卻噴淋噴嘴也沒有堵塞和異常噴射現(xiàn)象。并且將板形輥第24#-26#壓力檢測環(huán)與14#-16#壓力檢測環(huán)對應(yīng)的冷卻噴淋噴嘴進行對調(diào)，以驗證冷卻噴淋有效性。
5、驗證工作輥磨削精度的可靠性，如果工作輥在15#環(huán)域磨削精度不夠也可能造成上述異常現(xiàn)象，因此不僅對工作輥磨削精度進行了檢測，并連續(xù)更換了2副工作輥以驗證工作輥磨削精度的可靠性。
6、驗證鋁板帶箔來料板形的可靠性，用掃描式凸度儀檢測鋁板帶箔來料板形良好，并將同一批次的鋁板帶箔在其它軋機上軋制同規(guī)格的箔材產(chǎn)品均未出現(xiàn)這種板形控制異常狀態(tài)，有效排除了箔材來料板形對板形控制異常的影響。
7、測量SIEMENS板形輥每個壓力環(huán)的電壓值，在不受外力作用下1-26#壓力檢測環(huán)電壓值均為1.2V左右，RAW均為3300左右，將氣源關(guān)閉后，RAW均為1900左右。檢測結(jié)論正常。如圖5所示。
8、測試鋁板帶箔軋機機前機后輥系水平度，由于SIEMENS板形輥第24#-26#壓力檢測環(huán)在進行標定時檢測正常，但在軋制過程中檢測壓力明顯異常，由于板形輥第24#-26#環(huán)輥面上沒有受到鋁板帶箔壓力的作用，出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是板型輥與鋁板帶箔不是垂直力，因而使24#-26#壓力檢測環(huán)受到4-23#環(huán)的擠壓，而造成壓力檢測異常。因此對機后、機前輥系的水平度均進行了靜態(tài)檢測，檢測結(jié)論是正常合格。
通過采用以上驗證措施后，鋁板帶箔軋機SIEMENS板型輥第15個壓力環(huán)檢測I.U值和第24#-26#個壓力環(huán)檢測I.U值和仍然得不到很好的控制，可能是SIEMENS板形輥裝配不好，環(huán)與環(huán)之間的間隙不一致，使SIEMENS板型輥第15個壓力環(huán)第24#-26#個壓力環(huán)受其它外力的作用，因此對SIEMENS板形輥拆開進行再次裝配并調(diào)整環(huán)與環(huán)間隙，可在軋制過程中仍然出現(xiàn)上述箔材板形控制不好現(xiàn)象。
三、鋁板帶箔軋機箔材動態(tài)軋制過程板形控制異常狀態(tài)處理結(jié)果：
對鋁板帶箔軋機箔材動態(tài)軋制過程中SIEMENS板形輥轉(zhuǎn)動狀態(tài)進行試驗，按照SIEMENS板形輥工作原理，在鋁板帶箔軋機軋制過程中SIEMENS VAI 板形輥第24-26#個壓力檢測環(huán)由于不與鋁板帶箔接觸，檢測環(huán)在不受外力的作用下用手指輕壓就可以讓其停止轉(zhuǎn)動，但此時需要一個較大的力才能讓其停止轉(zhuǎn)動，因此可以推測板形輥與其它輥系的平行度和水平度還不是太好。由于動態(tài)軋制過程中包角輥處于工作狀態(tài)位置，前期在進行包角輥的水平度檢測與校準時是以非軋制狀態(tài)包角輥處于抬起位置為基準，此時以包角輥處于軋制工作狀態(tài)位置進行水平度檢測，發(fā)現(xiàn)包角輥在軋制工作狀態(tài)位置水平度操作側(cè)明顯高于傳動側(cè)0.289mm，因此以包角輥軋制工作狀態(tài)位置做為基準對包角輥水平度進行了校準。如圖6所示。
對鋁板帶箔軋機輥系工作狀態(tài)位置的水平度進行校準后開始進行軋制，軋制過程中鋁板箔材板形控制良好，板形控制系統(tǒng)控制狀態(tài)良好，SIEMENS板型輥1-3#壓力檢測環(huán)、24-26#壓力檢測環(huán)由于不受外力的作用，RAW值均為3250左右，處于正常狀態(tài)，板形輥第15#環(huán)板形檢測I.U值正常。如圖7所示。
【摘要】維修工作是保障系統(tǒng)及設(shè)備持續(xù)有效運轉(zhuǎn)的重要保障，在過程控制系統(tǒng)及儀表技術(shù)水平不斷提高同時，過程控制系統(tǒng)及儀表的維修理念也需要不斷更新，重視預(yù)防性維修和維修方法設(shè)計，實現(xiàn)面向系統(tǒng)及儀表維修向面向服務(wù)對象轉(zhuǎn)變、設(shè)備更新改造與維修結(jié)合，全面提升過程控制系統(tǒng)及儀表的維修水平。
【關(guān)鍵詞】過程控制系統(tǒng)；儀表設(shè)備；維修理念
0.引言
控制系統(tǒng)及儀表是工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的重要保障，控制系統(tǒng)及儀表的性能及穩(wěn)定性對工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的影響也越來越重。尤其在過程控制系統(tǒng)及儀器儀表應(yīng)用信息技術(shù)和自動化技術(shù)的程度越來越高的情況下，控制系統(tǒng)及儀表的自動化水平逐漸提升，控制系統(tǒng)及儀表在保證工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)中發(fā)揮了不可或缺的作用[1]。基于過程控制系統(tǒng)就儀表的技術(shù)水平越來越高，重要性也來越大，從事自動化系統(tǒng)和儀表維修人員的素質(zhì)要求也越來越高。維修人員維修過程控制系統(tǒng)及儀表的觀念及方法都需要根據(jù)過程控制系統(tǒng)及儀表的改變而更新。
1.重視預(yù)防性維修管理
傳統(tǒng)控制系統(tǒng)及儀表維修方法為被動式維修，既過程控制系統(tǒng)及儀表出現(xiàn)問題后，維修人員根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場工作人員的反應(yīng)情況前往現(xiàn)場觀察控制系統(tǒng)及儀表出現(xiàn)的問題，查找系統(tǒng)及儀表出現(xiàn)故障的原因，再排除和解決系統(tǒng)及故障的方法。然而，隨著控制系統(tǒng)及儀表技術(shù)水平的提高、系統(tǒng)及儀表應(yīng)用程度提高，控制系統(tǒng)及儀表在工業(yè)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的故障和問題也從少到多、從簡單到復(fù)雜。傳統(tǒng)被動式的維修方法無法滿足及時快速解決系統(tǒng)及儀表故障的要求，而過程控制系統(tǒng)級設(shè)備是保證持續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵，無法及時快速解決故障讓系統(tǒng)及儀表恢復(fù)正常狀態(tài)，將給企業(yè)造成巨大的損失[2]。因此，過程控制系統(tǒng)及儀表維修要求維修人員提前做好準備工作，預(yù)防故障。
重視預(yù)防性維修管理也是一種符合生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范的維修理念。隨著社會對工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范要求的提高，工業(yè)生產(chǎn)軟件設(shè)備和硬件設(shè)備都應(yīng)做好預(yù)防性維修。基于預(yù)防性維修理念，維修人員需要為過程控制系統(tǒng)及儀表建立維修管理文件，總結(jié)歸納系統(tǒng)及儀表維修項目及周期，使零散的設(shè)備維修工作得到規(guī)范化管理，讓系統(tǒng)及儀表維修工作“有章可循”、“有文件可依”，使系統(tǒng)及儀表維修工作實現(xiàn)被動維修向主動預(yù)防維修轉(zhuǎn)變。預(yù)防性維修對維修人員也提出更高的要求，它要求維修人員需要提高對過程控制系統(tǒng)及儀表服務(wù)對象的認識，樹立其結(jié)。維修人員還需要不斷強化服務(wù)意識，提高維修基本功訓(xùn)練，提高維修水平。只有這樣，維修人員的素質(zhì)才能滿足提供主動預(yù)防性維修管理的要求。
2.面向系統(tǒng)及儀表維修向服務(wù)對象轉(zhuǎn)變
傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用過程控制系統(tǒng)較少，儀表應(yīng)用較多，因而日常維修工作以為此儀表維修工作為主。儀表維修的最大特點在于維修工作只需根據(jù)儀表的特點開展一些簡單的日常維護手段。然而，由于控制工程成果在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和系統(tǒng)中應(yīng)用越來越多，儀表技術(shù)也得到質(zhì)的飛躍，現(xiàn)代儀表維修和傳統(tǒng)儀表維修有很大的區(qū)別。而且受生產(chǎn)的影響，不同生產(chǎn)對過程控制系統(tǒng)及儀表的選型要求不同，過程控制系統(tǒng)及儀表維修更要求結(jié)合多方面因素。
基于工業(yè)生產(chǎn)中過程控制系統(tǒng)及儀表的變化，過程控制系統(tǒng)及儀表維修也需要從面向系統(tǒng)及儀表維修向服務(wù)對象轉(zhuǎn)變，既根據(jù)控制儀表選型及系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)服務(wù)的對象確定維修方法。面向服務(wù)對象的維修是指維修人員不僅要了解過程控制系統(tǒng)及儀表的特點，還應(yīng)計劃對它們服務(wù)對象的屬性的研究結(jié)果[4]。結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實際情況，在連續(xù)的生產(chǎn)過程中，過程控制系統(tǒng)及儀表可能會出現(xiàn)異常現(xiàn)象，異常現(xiàn)象可能有儀表及系統(tǒng)自身的很定失效或偶然失效引起，也可能又生產(chǎn)工藝過程的偶然變化或環(huán)境影響引起。在此情況下，維修人員應(yīng)該對過程控制系統(tǒng)及儀表服務(wù)的對象有更多的了解，才能在維修中占據(jù)主動權(quán)。因此，維修人員需從面向系統(tǒng)及儀表維修向面向服務(wù)對象轉(zhuǎn)變，掌握生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)設(shè)備的特點。
3.重視維修方法設(shè)計
過程控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，實際應(yīng)用中的復(fù)雜性更高。而儀表本身也屬于高科技產(chǎn)品，儀表集成信息處理、電子電路、機械結(jié)構(gòu)等多個學(xué)科的技術(shù)和知識，也是一個小系統(tǒng)，過程控制系統(tǒng)及儀表應(yīng)用在實際過程中也需要考慮合理性。因而從宏觀角度來看，控制系統(tǒng)系統(tǒng)是一個巨系統(tǒng)，各類儀表則是巨系統(tǒng)中的小系統(tǒng)。這要求在過程控制系統(tǒng)及儀表發(fā)生故障后，維修人員在實施維修操作前需要對故障或失效問題從整個系統(tǒng)角度進行診斷。如若過程控制系統(tǒng)及儀表自身具備故障診斷功能，維修人員則可直接利用故障診斷功能進行診斷，如不具備該功能，維修人員則需要利用自己的知識及經(jīng)驗設(shè)計故障診斷方法，確定故障診斷步驟[]。在眾多的過程控制系統(tǒng)及儀表維修經(jīng)驗中，許多維修人員由于缺乏系統(tǒng)性觀念，不懂得在采取維修操作前設(shè)計維修方法，導(dǎo)致錯誤維修系統(tǒng)及儀表，造成小問題愈發(fā)嚴重。因此，維修人員需要依據(jù)規(guī)程程序設(shè)計維修方法，再實施維修操作。
4.設(shè)備更新改造與維修結(jié)合
工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模越來越大，生產(chǎn)設(shè)備也在不斷增加，過程控制系統(tǒng)及儀表使用逐漸增多。許多企業(yè)已經(jīng)將過程控制系統(tǒng)及儀表用于生產(chǎn)，過程控制系統(tǒng)系統(tǒng)的儀表已經(jīng)進入故障頻發(fā)時期，或者在未來一段時間內(nèi)儀表將因使用年時間過長進入故障頻發(fā)時期，過程控制系統(tǒng)及儀表潛在的隱患將對生產(chǎn)線持續(xù)生產(chǎn)形成巨大的威脅。而過程控制系統(tǒng)的儀表產(chǎn)生的問題已經(jīng)無法通過簡單的維修方式即可解決問題。因此，過程控制系統(tǒng)及儀表維修需要將設(shè)備更新改造與維修結(jié)合。
維修人員需要對現(xiàn)有過程控制系統(tǒng)及儀表的結(jié)構(gòu)及性能進行分析，結(jié)合過程控制系統(tǒng)及儀表服務(wù)的對象，對現(xiàn)有過程控制系統(tǒng)及儀表的結(jié)構(gòu)進行全面的改造，才能提高過程控制系統(tǒng)的使用性能和使用率。例如筆者曾對控制系統(tǒng)及信息顯示系統(tǒng)進行分析，確認控制系統(tǒng)及信息顯示系統(tǒng)存在問題后，對控制系統(tǒng)及儀表的特性進行摸底分析后，制定了系統(tǒng)預(yù)防更新改造方案。通過更新改造控制系統(tǒng)后，原有控制顯示系統(tǒng)與更新改造后的控制顯示系統(tǒng)完美兼容，極大地提升了控制系統(tǒng)及儀表的軟件性能和硬件性，及時的解決了過程系統(tǒng)及儀表出現(xiàn)的故障，保證了系統(tǒng)及儀表的性能，還提高了維修效率，有效保障了生產(chǎn)持續(xù)進行。
5.結(jié)語
隨著設(shè)備管理制的不斷完善，過程控制系統(tǒng)及儀表制造企業(yè)紛紛推出資產(chǎn)管理系統(tǒng)或設(shè)備管理系統(tǒng)，設(shè)備管理制度及流程規(guī)范程度越來越高。尤其是信息技術(shù)和計算機技術(shù)的引入使過程控制系統(tǒng)級儀表維修管理也趨向于信息化管理模式。而且大量實踐也證明信息化管理下的控制系統(tǒng)及儀表維修具有極高的效率。因而維修人員更需具備與時俱進的理念，結(jié)合不斷發(fā)展的科技，才能實現(xiàn)過程控制系統(tǒng)及儀表維修理念的更新，形成更加完善的過程控制機儀表維修方法。
【摘 要】本設(shè)計通過PLC、變頻器、A/D、D/A模塊等設(shè)備完成對液位、流量等參數(shù)的控制，利用PID進行調(diào)節(jié)校正，實時生成各個參數(shù)的趨勢曲線圖，達到對流量的穩(wěn)定控制的目的。結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，操作簡單直觀，可以長期連續(xù)穩(wěn)定在無人監(jiān)控下穩(wěn)定工作。
【關(guān)鍵詞】PLC;PID控制;過程控制
0 概述
在工業(yè)生產(chǎn)中有時必須對生產(chǎn)過程的某些參數(shù)進行控制，使其保持定值或按規(guī)律變化，確保生產(chǎn)正常進行，因此精確的參數(shù)控制顯得尤為重要。本設(shè)計基于三菱PLC FX3u可編程控制器，以兩個水箱作為控制對象，實現(xiàn)對水箱系統(tǒng)的過程控制。
總體設(shè)計方案：通過人機界面對水箱系統(tǒng)的壓力、液位、流量給出設(shè)定值，通過PLC控制系統(tǒng)運行，使得水箱系統(tǒng)能夠按照要求進行工作，人機界面可以實時監(jiān)控各項數(shù)據(jù)，并隨時對相關(guān)參數(shù)進行更改。通過溫控調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)溫度。
現(xiàn)場水箱的數(shù)據(jù)采集后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換給PLC進行PID處理，PLC處理的結(jié)果再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換給變頻器控制電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對參數(shù)的穩(wěn)定控制。
1 方案設(shè)計
1.1 系統(tǒng)模塊選型
本系統(tǒng)主要包括PLC控制模塊，數(shù)模轉(zhuǎn)換單元模塊、人機界面監(jiān)控模塊等。
1.1.1 PLC選型
本系統(tǒng)設(shè)計采用三菱FX3U系列PLC為優(yōu)秀控制器。該PLC為三菱推出的新型PLC，有豐富的擴展性和新型的功能，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活且易于維護等特點。
1.1.2 A/D、D/A轉(zhuǎn)化模塊選型
本系統(tǒng)A/D，D/A轉(zhuǎn)化模塊選用三菱FX2N-4A/D和FX2N-4D/A。
數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊FX2N-4A/D為四輸入通道，模擬量輸入范圍有-10～10V，-20～20mA，4～20mA，CPU只能以二進制處理模擬量值，模擬量輸入模塊可以將過程模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊FX2N-4D/A為四輸出通道，模擬量輸出范圍有-10～10V，-20～20mA和4～20mA。模擬量輸出模板可以將數(shù)字量輸出值轉(zhuǎn)換為一個模擬信號。
1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
基于PLC的過程控制裝置由上下兩個水箱組成，包括流量、液位、壓力傳感器，可以根據(jù)所需不同的要求可構(gòu)成不同的回路，如圖2所示該控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)流量、壓力、液位、溫度的自動控制。
1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)設(shè)計中用到的軟件主要有：GX Works 用于FX3U程序編輯;GT Designer3用于GOT人機界面編輯。
1.3.1 監(jiān)控系統(tǒng)功能
完成壓力液位數(shù)據(jù)，變化量變化趨勢、PID參數(shù)調(diào)節(jié)以及報警記錄的實時顯示。
1.3.2 水箱自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)功能
水箱自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以將功能分為數(shù)據(jù)采集和智能調(diào)控兩個方面：系統(tǒng)時刻采集者流量、溫度、壓力、液位參數(shù)，并根據(jù)需要進行自動調(diào)整;而且，當液位過低時，它會自動停止加熱，避免干燒而產(chǎn)生的危險。
1.4 PID控制器調(diào)節(jié)
（1）PID控制原理是根據(jù)設(shè)定值與實際值之間的偏差，將偏差按比例積分微分通過不同的組合構(gòu)成控制器，對被控對象進行調(diào)整控制。
（2）PID具體指令
1）PID指令必須通過A/D將模擬量測定值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量PLC，因此，對A/D模塊的初始化及其采樣程序是不可缺少的一部分。
2）PID的指令設(shè)定值SV及 PID控制參數(shù)群參數(shù)必須在指令執(zhí)行之前送入相關(guān)的存儲器。所以PID指令的初始化程序必須在執(zhí)行PID指令前完成。
3）用PID指令對設(shè)定值SV和測定值PV的差值進行PID運算，并將運算結(jié)果送入到MV寄存器。
4）如果是模擬量輸出，則還要經(jīng)過D/A模塊將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量送到執(zhí)行器，因此D/A模塊的初始化和其讀取程序也是必不可少的一部分。
（3）PID調(diào)節(jié)過程
1）設(shè)定I、D基礎(chǔ)值為0，改變P值，分別為1、2、3、4、5、6、9、15;
2）設(shè)定流量目標值為100 cm/s，觀察流量當前值隨時間的變化;
3）當P值很小時，流量達到設(shè)定值的時間較長，當P值很大時，就會出現(xiàn)震蕩，流量會在設(shè)定值左右變化，誤差會較大，此時P值為2;
4）此時P值為2，D為0，改變I值，分別為0、1、2、3、4、5、6、15，觀察曲線的變化;
5）當I值過大時，積分作用不明顯，I值過小時，系統(tǒng)會出現(xiàn)震蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性能降低，此時確定I值為5;
6）設(shè)定P值為2，I值為5，改變D值，觀察當前值變化;
7）D值越小，微分作用就越弱，D值過大，系統(tǒng)會出現(xiàn)震蕩，甚至發(fā)散，確定D值為1。
1.5 控制系統(tǒng)流程
1）控制系統(tǒng)流程開始后會進行初始化，包括硬件的復(fù)位和軟件內(nèi)部寄存器的清零。
2）打開觸摸屏進行所需參數(shù)的設(shè)定，不然電機無法運行;電機運行后實時數(shù)據(jù)將顯示在觸摸屏上，在一定時間內(nèi)如果未達到理想的要求值時可以重新設(shè)定參數(shù)來進行調(diào)整，直到它達到自己的要求。
3）達到要求值之后可以調(diào)整其他參數(shù)或者停止設(shè)備。
1.6 程序設(shè)計與人機界面
采用三菱FX3U系列PLC，進行程序編輯，完成相關(guān)控制要求：液位、流量、溫度等相關(guān)采集量的處理以及反饋。通過人機界面可以對PLC的控制效果實時監(jiān)控。
2 結(jié)束語
基于PLC的過程控制系統(tǒng)的設(shè)計，人機界面軟件（GT Designer 3）的強大數(shù)據(jù)處理、圖形表現(xiàn)能力和交互能力。PLC實用性廣、抗干擾能力強、適用于工業(yè)現(xiàn)場的特點，融合了先進的自動化技術(shù)、計算機技術(shù)，具有可靠性高、維護容易等特點。系統(tǒng)實現(xiàn)了對流量、壓力、液位等對象的測量、自動控制和實時監(jiān)控，具有人機交互功能，監(jiān)控軟件界面美觀，操作起來簡單明了，程序使用方便靈活，可移植性較高，實現(xiàn)了操控要求。
