過程控制系統范文

導語：如何才能寫好一篇過程控制系統，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：過程控制 PID控制器 參數整定

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2015）10-0250-01

一、過程控制系簡介

1.過程控制的任務

過程控制的任務就是在了解、掌握工藝流程和生產過程的靜態和動態特性的基礎上，根據工業生產對過程控制安全性、經濟性和穩定性的要求，應用理論對控制系統進行分析和綜合，最后采用適宜的技術手段加以實現。

2.過程控制系統的組成

過程控制系統是指工業生產過程中自動控制系統的被控量是溫度、壓力、流量、液位、成分等這樣一些過程變量時的系統。

3.過程控制的特點

（1）系統由過程檢測控制儀表組成。（2）被控過程的多樣性。（3）控制方案的多樣性。（4）過程控制的控制過程多屬慢過程，而且多半屬參量控制。（5）定值控制是過程控制的一種主要控制形式。

4.控制系統的控制質量指標

一個控制性能良好的過程控制系統，再受到外來擾動作用或給定值發生變化后，應平穩迅速準確地恢復到給定值上。

二、壓力過程控制系統設計

壓力的測量和控制在生產過程自動化中具有特殊的地位。保持實際生產過程的壓力為一個穩定值，對生產過程有著至關重要的作用?？紤]到經濟成本等問題，本系統采用單回路控制。下面對整個系統作詳細介紹：

1.工作流程

1.1工藝簡況

在工業生產過程中，氣體測量罐設備應用十分普遍，為了保證生產的正常進行，空氣進出量需均衡，以保證過程的物料平衡。因此，工藝要求空氣罐內的氣體壓力需維持在某給定值上下，或在某一小范圍內變化，并保證空氣罐壓力不致過大。本系統要求超調量小于5%。

1.2工作流程

本系統使用的介質為空氣?？諝鈴目諝鈮嚎s機進入系統空氣入口，經過節流閥的調節后，進入過濾器過濾，過濾后的空氣進入減壓閥1，減壓閥1的出口壓力一般保持在1kg/cm^調節后的空氣進入減壓閥2，減壓閥2的出口壓力一般保持在0.55kg/cm^這時空氣的流向有兩種方式，當擾動電磁閥打開時，空氣一部分經過節流閥、擾動電磁閥流向外界；一部分進入控制閥。當擾動電磁閥沒有打開時，空氣全部進入控制閥，經過控制閥的空氣最后流進測量罐中。

2.壓力過程控系統建模

用測試法建立被控對象的數學摸型，.首要的問題就是選定模型的結構。

自衡單容過程對象的對象特性的一般形式為 ，為建立其數學模型，可通過測量其

階躍響應的方法求得對象特性參數K、T、τ。

3.壓力過程控系統的設計方案

3.1被控參數選擇

被控參數的選擇對于穩定生產、提高產品的產量和質量、改善勞動條件、保護環境衛生等具有重要意義。若被控參數選擇不當，則無論組成什么樣的控制系統，選用多么先進的過程檢測控制儀表，均不能達到預期的控制效果。由于本系統是模擬實際生產過程的一套實驗過程控制系統，被控參數壓力在系統設計之前已決定。

3.2控制參數選擇

擾動作用是由擾動通道對過程的被控參數產生影響，力圖使被控參數偏離給定值；控制作用是由控制通道對過程的被控參數起主導影響，以使被控參數盡力維持在給定值。在分析與設計控制回路時，要深入研究過程的特性，認真分析各種擾動，正確選擇控制參數。

在本系統中，被控參數是壓力，模擬的生產過程是測量罐，測量罐的容積和濕度在某一實驗中幾乎是不變的，因而測量罐中的壓力只能由氣體的物質的量決定，控制參數也就唯一確定了，即：氣體的物質的量。

3.3執行器

調節閥的選擇：執行器由執行機構和調節閥組成。在過程控制中他接受調節器輸出的控制信號并轉換成角位移或直線位移，來改變調節閥的流通截面積，以控制流入或流出被控過程的物料或能量，從而實現對過程參數的自動控制。

調節閥的尺寸選擇根據對象的慣性特征選管徑。在生產過程中，調節閥氣開、氣關形式的選擇，主要是從工藝生產的安全角度來考慮，當氣源一旦中斷時，閥門處于全開還是全關狀態，在生產上要能保證設備和人身的安全。所謂氣開式，即當信號壓力P>0.02Mpa時，閥開始打開，也就是說“有氣”時閥開，氣關式則相反。

因為調節閥的特性對整個過程控制系統的品質有很大的影響。理想流量特性就是在調節閥前后壓差一定的情況下得到的流量特性。它取決于閥芯的形狀。閥芯的形狀有快開、直線、拋物線和等百分比等4種，其相應的流量特性有直線流量特性、對數（或稱等百分比）流量特性、拋物線流量特性、快開流量特性。

綜上考慮，本系統根據選用氣開式氣動調節閥V-5110，其流量特性為直線流量特性。動力源由空氣壓縮機提供的。

3.4測量變送

測量和變送是解決一個信息獲得和傳遞問題。信息的測量和邊送必需迅速可靠地反映被控參數的實際變化情況，為系統設計提供準確的控制依據。本系統選用差壓式壓力傳感器作為檢測和反饋元件，將測量罐的壓力值轉化為電信號，被測壓力值為大氣壓力值加壓差。

3.5調節器

本系統選用東芝EC-311型調節器

通常，選擇調節器動作規律時應根據對象特性、負荷變化、主要擾動和系統控制要求等具體情況，同時還應考慮系統的經濟性以及系統投入方便等。

廣義對象控制通道時間常數較大或容積遲延較大時，應引入微分動作。如工藝容許有殘差，可選用比例微分動作；如工藝要求無殘差時，則選用比例積分微分動作。

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【關鍵詞】中厚板軋機；計算機過程控制；數據通訊；模型計算；過程跟蹤

0 引言

將計算機應用到軋制過程，并以其為核心，由它按預定的程序來處理和加工與過程有關的信息，對過程進行有效的監督、控制和管理，所有這些就叫做計算機軋制過程控制。為了使軋制過程穩定，并生產出厚度在公差范圍內且有良好的板形和表面質量的產品，必須根據具體的軋制條件正確的調整輥縫和速度，以及對過程進行實時的調節。產品的質量、產量等直接與控制系統的穩定性和計算的準確性有著密切的關系，因此采用計算機進行工藝的過程控制一直是人們關心的重要研究課題。

八鋼中厚板生產線采用分布式控制系統，按功能層次可以分一下四個等級，如圖1所示。

1 硬件配置

L2過程機系統由一臺軋線計算機（惠普服務器）、精整線計算機（惠普服務器），每臺計算機都有備用計算機。系統采用冷備方案，備用機兼做開發機。

2 系統軟件分層說明

最底層：WINDOWS 2003 Server操作系統，構成系統軟件的基礎。

第二層：ORACLE數據庫，專門用于過程數據的存儲；SOCKET通訊：采用了當今比較流行的雙緊湊的、面向連接協議的Client/Server方案。

第三層：為寶信中間軟件iPlature以及XCOM-PCS，iPlature主要功能有畫面、報表、通訊、ALARM管理系統等組成，為應用軟件提供強有力的支撐。XCOM-PCS 目前主要完成了采用Tcp/ip通信的電文的處理。

第四層：公用子程序及應用軟件。直接進行iPlature調用。

3 L2在整個系統中的位置

L2系統不但接收生產管理系統MES下發的計劃（即圖中的原始數據PDI）同時也向生產管理系統MES發送各環節的生產實績。

L2負責與L1通訊，L2調整所有的設定值并發送給L1，L1將必要的測量值，跟蹤信息等實時信息直接發送給L2。L2除了和L1通訊外，還包括了L2和標志機等一體品設備的系統的通訊。

所有系統之間都是通過TCP/IP協議通訊。

4 功能描述

4.1 道次計劃計算

道次計劃計算是整個軋線L2系統的核心任務，該功能是L2存在的根本原因。道次計劃計算通過相應的模型公式計算道次壓下分配規程，在軋機的作用下實現將板坯變成鋼板的任務，并且保證最終產品達到尺寸、性能、板形等要求。

道次計劃計算包括預計算和再計算、后計算以及自適應。板坯抽出時，根據板坯原始尺寸、出爐溫度以及成品尺寸和終軋溫度就可以計算一個完整的道次計劃規程，軋機根據此規程基本可以將板坯軋制成為符合要求的鋼板。為了得到高質量的產品，道次計劃會根據軋制過程的實績反饋，修正計算后續道次，并再設定給軋機執行，此為再計算。

4.2 溫度計算與監控

板坯的溫度計算對于軋制過程的力能參數計算極為重要，溫度是計算軋制力、待溫時間、冷卻時間等的基礎。

在道次計劃計算時，根據給定的初始溫度，以及相關參數，溫度計算可以預測板坯進入軋機前以及各個道次的溫度。

待溫軋制是中厚板軋制的特點，因此溫度監控的目的就是為了周期性計算處于軋線上待溫階段的板坯的溫度，通過周期計算板坯的溫度，可以提示操作人員板坯的待溫情況。并可以激勵板坯道次再計算，對后續道次規程進行修正。

4.3 軋線材料跟蹤

材料跟蹤是跟蹤材料，根據材料的位置來協調調度過程控制的所有程序，材料軋線材料范圍是從加熱爐爐內開始到矯直機入口，在這段過程中材料跟蹤對材料處理進行跟蹤。材料跟蹤在這個區域中的任務可以劃分以下幾個部分：

按照輥道分區，記錄生產線的材料映象，任何時候都能得到所有材料的物理位置。

當材料到達或離開軋機某個位置時，材料跟蹤必須準備好相關的材料數據（包含PDI數據，加熱爐數據和其他相關數據），同時激勵其他相關軟件。當吊銷材料時刪去相關材料數據。

當跟蹤映像和實物映像不一致，或跟蹤異常時，操作工可以進行跟蹤修正，確保跟蹤映像與實物位置的一致性。

4.4 軋制計劃管理

軋制計劃管理接收部分加熱爐系統已經存在的PDI數據，接收的數據按板號存儲于數據庫中，有畫面對完整的軋制計劃數據進行生成和調整等管理。人工可以通過該畫面進行計劃的輸入，刪除，修改等功能。

每個原始數據都包含板坯，軋制的板，母板和合同板的數據，此外還有板號，板坯號，板坯尺寸，產品尺寸數據，軋制指示（控溫軋制，多塊軋制，轉鋼），化學成份，合金補償系數，最終溫度，ACC入口溫度，ACC冷卻速率，出口溫度等。

當該材料生產結束，計劃數據將要記錄保存。

4.5 設定功能

基于精確的材料跟蹤，當材料到達指定的位置時，過程計算機給L1和特殊儀表進行設定，對軋機的設定工藝參數來源于道次計劃計算，在設定時要對設定的參數進行最后的校驗，防止出現引起設備超過極限能力的情況出現。

在跟蹤不正確的情況下，操作人員可以從操作畫面上對跟蹤進行修正，在修正后把正確的設定數據發送給L1。操作人員可以對設定的數據進行修正。

4.6 實績值收集處理

過程機接收來自PLC和特殊儀表的數據，由于來自于傳感器的裸數據不能直接用于反饋控制，測量值必須要進行過濾和統計處理。測量值處理數據同時能夠為工藝和自動化技術人員提供軋制生產信息以及用于產品質量分析。

L2的數據采集軋機的實際數據有水平輥的軋制壓力，力矩，輥縫，速度，溫度和計算的厚度，軋制信號等。

4.7 數據通信

利用寶信軟件產品XCOM-PCS，實現與其他計算機系統的通信，具體電文格式參見基本設計規格書通信接口篇。軋線計算機加熱爐計算機，精整線計算機，軋線L1，ACC計算機和儀表通信。其中軋線計算機與精整計算機之間運用了iPlature的相關功能，主機之間無需采用電文方式通信。

4.8 報表

報表程序負責工程記錄的報表打印。這些報表反映了材料在生產過程中的相關數據，有如下的報表：

工程報表：包括的數據是軋制設定計算所涉及的數據，這些數據包括了材料相關的數據、來自軋制策略的數據、道次計劃計算值、材料和軋機操作相關的重要數據。

班報：記錄當班生產的產量，質量和停機情況。關于報表，具體格式可與用戶商量討論后確定。

5 結束語

中厚板計算機過程控制系統作為實現八鋼信息化目標中的重要環節，其采用先進的工藝模型和控制技術，使厚板質量得到極大進步、生產治理更方便，增強了八鋼產品的競爭力，其重要性也會在以后的生產當中越發的凸顯。

【參考文獻】

[1]丁修.軋制過程自動化[M].北京：冶金工業出版社，2005.

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隨著新型技術的迅速發展，社會對專業人才要求不斷改變，以及學生學習途徑的增多，現有“過程控制系統”教學已不能滿足培養應用型專業人才的需求，我們在深入分析該課程的教學實際和系統總結教學經驗的基礎上，針對存在的問題提出了項目式教學思路，并經過多年研究與實踐，取得了較好的效果。

實踐教學項目的具體目標就是為工程教育創造出一個合理的、完整的、通用的、可概括的實踐教學環境。它以專業知識應用能力的構思、設計、實施、運作的過程為載體，工程設計為導向，以項目訓練為載體，讓學生以主動的、實踐的、有機聯系課程之間關系的方式學習工程技術，增強實踐能力。

“過程控制系統”課程是自動化專業一門實踐性很強的專業課，該課程要求“學”與“用”密切聯系，是學生多年學校理論學習與走上工作崗位的橋梁，因此該課程的教學重點就是對學生工程應用實踐能力的培養。我校建立的省級重點實驗室――基于工業4.0實訓基地，為該課程實踐教學提供了良好的教學平臺。

以學生為本，建設實驗實訓教學中心，提供良好的實踐教學環境。實踐教學實施的硬件基礎是實驗實訓設備，2015年以來自動化系對相關專業實驗室進行整合，以人才培養的需求為出發點，從自動化專業培養方案的高度，合理整合現有實驗室和組建新的實驗室，與西門子公司聯合建立了工業4.0實訓基地，該中心占地5000m2，設備儀器投資約1500萬，實驗設備生均達到1.28萬元。形成了新的滿足自動化專業人才培養學期的實驗教學中心，負責自動化專業“工程技術實踐”和“專業綜合實踐”以及全校電類、控制類課程的實驗教學。同時有效利用思源學院省級污水處理廠，學校供暖控制系統及學校恒壓供水系統作為綜合實踐項目。

1 課題描述及項目教學總體構架

1.1 課題描述

“過程控制系統”工程實踐項目教學是針對應用型自動化本科專業培養目標而設置的實踐教學項目。在現有工業4.0實訓基地的基礎上，以增強學生工程應用實踐能力，完成工程師基本訓練為目標，開發出以工程應用能力培養為宗旨，以真實工程實踐項目――12項工程實踐項目為載體，每個實踐項目都通過實驗、分析、再設計開發、調試運行等內容融合為一體，在具有模擬工業生產環境下，實現教、學、做相結合，強化學生的綜合應用所學知識，解決實際工程問題的能力。

1.2 項目教學總體構架

實踐項目載體的選擇和實施過程的設計是是順利開展工程實踐能力教學的重點，本課題的項目載體選用真實工業環境為背景――工業4.0實訓基地，以完成工程師基本能力的訓練為總目標，培訓學生工程基礎能力、個人能力、人際團隊能力、工程系統能力。整個教學內容采用以工作過程為導向，設計若干個子項目，將專業知識內容模塊化、任務化，以任務為載體，將自動化專業涉及的課程的知識融合起來。改變過去在“黑板上種田”的單一教學方式。使學生在一種真實的環境中按照企業的標準進行培養，以任務驅動方式展開教學，將“說、學、做”統一起來，使學生在項目完成過程中，強化對知識的理解，學會對知識的應用，讓學生能夠扎實掌握從事工程技術常規工作所需要的基本理論、基本技能，能適應現代控制系統分析和設計的需要，培養學生對自動化工廠的設計能力、創新能力、工程應用能力

2 課題目標設計

總體目標：通過本課程的學習，使學生具有過程控制系統的設計能力、強化創新能力和工程應用能力。

能力目標：（1）常用自動化儀表的使用、調試、維修、安裝能力；（2）設計繪制控制流程圖的能力；（3）自動化系統工程的設計、投運、調試等實施能力。

知識目標：（1）熟練掌握控制流程圖的識圖；（2）熟練掌握自動化儀表的基本知識及其選型方法；（3）掌握自動化系統工程的設計、投運、調試方法；（4）熟練掌握典型控制系統的設計方法；（5）熟練掌握控制參數的整定方法；（6）熟練掌握控制系統相關軟件使用；

素質目標：（1）良好的職業道德和職業習慣；（2）熟練的職業技能、較強的創新意識；（3）良好的語言文學表達能力、溝通能力、團隊協作精神；（4）安全規范操作意識；（5）嚴謹踏實的工作作風。

3 構建工程實踐教學項目

3.1 實踐項目的選用標準

實踐項目教學法整個教學模式是以工業4.0實踐基地實踐項目為中心，圍繞達成實踐項目的完成來組織教學過程。因此實施實踐項目教學的關鍵是設計恰當的實踐項目，實踐項目的選用應符合以下標準：

（1）學生的實際水平，恰當的項目要在學生的實際能力之內，同時也是學生樂意去做的項目。

（2）應緊扣教學大綱和教學目標，要以大綱為指引，力求使大綱中的知識點融合到各個項目中去。

（3）項目應有一定的使用?r值。

（4）學生可以在一定的時間范圍內自行組織，安排自己的學習行為。

（5）有明確而具體的成果展示，學生能自己克服處理項目工作中出現的困難和問題。

（6）要考慮學校的設備條件，項目要有可操作性。

3.2 工程實踐教學項目

結合“做中學”的指導思想和本課題的特點，以能力培養為主線，以實踐體系為主體，由簡單到復雜，由單一到綜合，逐層提高，逐級遞進構建工程實踐項目結構，按“完成工程師認知訓練”到“完成工程師初步訓練”向“完成工程師綜合訓練”延伸，直到完成“初步達到自動化工程師崗位要求”的四級項目訓練，使學生能夠接受“現場工程師”的完整訓練。其課程過程控制系統工程實踐教學項目結構如圖1所示。

3.3 訓練方式

以典型工程項目實施能力為主線，圍繞崗位需求為目標進行訓練，主要訓練方法：（1）零距離接觸專業實驗室和生產現場；（2）采用任務驅動法、啟發式教學、視頻演示法、項目教學法、總結歸納法；（3）自動化儀表的實際使用及校驗；（4）具體自動控制系統的構建及投運。

3.4 實踐項目實施流程

實踐項目教學法實施過程中應突出“以實踐項目為主線、教師為主導、學生為主體”的特征，實施流程規定為：任務引入―收集信息―制訂計劃―實施計劃―檢查評估。第一，教師布置項目任務，學生討論；第二，學生收集、查閱資料；第三，學生分組討論，制訂、修改計劃，教師審查指導評定計劃是否合理可行；第四，學生并明確分工合作實施項目計劃，完成項目任務；第五，學生白評、小組互評、教師評價。

3.5 展示結果

為了保證工程項目訓練效果，在每個項目訓練結束時，需要進行實踐結果展示，主要內容如下：（1）提交工程文件：自動控制系統工程實踐項目設計、編程、調試、工程設計圖等工程文件；（2）儀表識別：儀表選用是否合理；（3）項目操作：進行現場工程項目調試、運行，達到預期結果；（4）答辯：對工程綜合應用能力考查；（5）提交工程項目實踐報告。

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關鍵詞 順序過程；狀態；編程實現

中圖分類號TP39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）99-0217-02

1 控制對象特點

順序控制系統拓撲結構：在順序控制系統中，其設備隊列的基本形式在通常情況下可以分為五種；有些隊列是共同使用同一個設備。拓撲結構對系統流程有決定性作用，同時決定其起或停兩種方式；隊列的開頭和結尾兩部分的設備通常會根據系統流程或起停方式的改變而發生變化。

控制系統的設計要求：設備的運行方式可以分為兩種，一種是集中聯鎖控制，另外一種是就地單機控制，切換由中控室來完成；在檢修和調試時主要應用就地單機控制，在這種運行方式下，設備的開停主要由控制箱上的按鈕來控制；正常生產的時候主要應用集控聯鎖的方式，控制時利用中控室的控制臺來進行。設備不同，起停的延時時間也會不同，原則上是堆煤不能在運行時進行，停車后也不能存煤。

控制臺的設計：現在的控制臺一般都是軟件的，在屏幕窗口由工控組態軟件生成控制臺畫面，要想命令或者是對系統進行操縱，只需要點擊鼠標即可。JST兩位開關切換系統的就地與集控方式，對設備的硬件控制電路直接作用；集控起車流程由FLOW三位開關來進行選擇；A路集控起車與否由ASA兩位開關來決定；B路集控起車由BSA兩位開關來決定；象JST、JSTP等常開按鈕，要想使其閉合，只需要按下即可，要想使其斷開，只需要放手即可。

2 單臺設備的狀態分析

單臺設備的硬件控制回路：每臺設備的工作方式可以分為兩種，一種是手動，一種是自動；在切換的時候主要利用的是控制臺上的系統運行方式開關控制中間繼電路JKA。在自控方式下，閉合JKA-1節點，打開JKA-2節點，那么設備中間繼電器KMA線圈的通電和斷電就由PLC輸出節點PLC-OUT來進行控制，從而對設備供電接觸器的通斷和設備的開停進行控制。在就地手動方式下，打開JKA-1節點，閉合JKA-2節點，在控制時利用的就是就地控制箱上的常開按鈕和常閉按鈕。

單臺設備的軟件控制回路：隊列中的一員就是自控方式下的設備，隊列排序是依據煤流方向來進行的，起車依據的是逆煤流順序，停車是依據順煤流順序，在單臺設備方面，要想起車，必須要等到后繼設備起動，并且穩定運行之后方可。停車也需要等到前驅設備徹底停穩之后才能進行。對于PLC程序控制設備的開始或停止，通常將設備控制梯形圖程序分成三個級別：起車脈沖主要是通過前兩級產生的，設備如果在這么一段脈寬時間中，無法啟動，那么就說明啟車失??；第三級是對設備進行實質性的控制，即針對設備的軟件控制回路，以及硬件控制回路之間的相互作用，對其進行自控而有效的轉換設備的起車停車以及各種狀態。

3 順序控制系統的狀態分析

自控方式下系統的狀態圖如下所示：

停車待命狀態：已經設置好控制臺的控制開關，所有的設備可以正常接受系統發出的起車指令。

起車預告狀態：集控起車的命令由控制臺發出，沒有異常的話，就將進入起車預告狀態。

逆煤流順序延時的起車狀態：即發出起車指令，在預定的時間范圍內，未收到禁止啟動要求的情況。具體即隊列末端設備最先啟動，接著沿著逆煤流的方向，逐臺自動進行延時起車，直至起動隊列的首端設備為止，若稍延時，系統即轉成正常運行狀態。

正常運行狀態：在這個狀態中，所有的設備都可以穩定的運行，說明系統所處的狀態可以正常運行。在此過程中，若隊列中任意一臺設備出現停車的情況，則系統即會進入相應的故障狀態中。

順煤流順序延時的停車狀態：不管是在正常運行的系統中，還是在有故障出現在了運轉的部分設備上，將集控停車按鈕按下，都會進入順煤流順序延時停車狀態。

故障狀態：不管在哪種狀態下，系統只要出了問題，就會進入故障狀態。

4 實現系統狀態轉換的梯形圖控制程序

起車的硬件條件并不麻煩，即將控制臺的開關進行相應設置，則系統的狀態就是停車待命；將集控起車按鈕JST按下之后，系統的狀態就變為了起車預告；如果在30秒之內沒有收到禁止啟動的命令，則系統狀態即轉成逆煤流順序起車；而一旦隊列起始設備啟動，那么就結束了起車過程；如果在起車的過程中有故障發生，或者將急停按鈕按下，那么系統就會從起車狀態退出來。如果穩定運行隊列起始設備，在延遲40秒之后，系統就會結束起車狀態，進入正常運行狀態。

5 結論

隨著時代的發展和科學技術的進步，PLC控制系統的應用范圍越來越廣。本文以某選煤廠的原煤系統為例，首先簡要介紹了控制對象的特點，然后進行了了單臺設備的狀態分析和順序控制系統的狀態分析，通過實踐研究證明，有著較好的效果；但是還存在著一些問題，需要進行解決。

參考文獻

[1]葉樹華.PLC順序過程控制系統的狀態分析與編程實現[J].計算機應用與軟件，2003，2（5）：123-125.

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關鍵詞：自動發電控制、建模、辨識

Abstract: as the power plant control system is extremely complex, the delay, are the major factors to nonlinear, close. Classic identification method can not the identification. This paper makes use of the Matlab software adopts advanced identification algorithm and method of fuzzy control is to coordinate control system (CCS) and of automatic generation control (AGO system modeling, simulation and optimization, to overcome the shortcomings, hope and counterparts from common.

Keywords: of automatic generation control, modeling, identify

中圖分類號： TM621文獻標識碼：A 文章編號：

火電廠過程控制系統

火力發電機組的生產過程自動化隨著科學技術的發展和自動化水平的提高，它所包含的功能越來越豐富，概括起來有以下幾個方面：自動檢測，順序控制，自動調節，自動保護。

單元機組自動控制的功能是通過各種自動化系統實現的.大容量單元發電機組的自動化系統土要可分為計算機監視(或數據采集)系統、單元機組協調控制系統、鍋爐自動控制系統、汽輪機自動控制系統、發電機和電氣控制系統、輔助設備自動控制系統等。

現代的AGC是一個閉環反饋控制系統，主要由兩大部分構成:

（1）負荷分配器:根據測得的發電機實際出力、頻率偏差和其它有關信號，按一定的調節準則分配各機組應承擔的機組有功出力設定值。該部分由傳統的電網調度功能實現。

(2)機組控制器:根據負荷分配器設定的有功出力，使機組在額定頻率下的實發功率與設定有功出力相一致。電廠具備ACC功能時該部分由機組協調控制系統(CCS)自動實現。

自動發電控制( Automatic Generation Control)簡稱為AGC是建立在以計算機為核心的能量管理系統及發電機協調控制和高可靠信息傳輸系統基礎之上的遠程閉環控制系統。

自動發電控制(AGC)系統建模

對于多區域AGC系統建模，由于AGC系統位于電廠各個機組的上層，對該系統進行全面的建模是比較復雜的，因此，根據AGC系統的結構、物理機理，對控制對象進行適當簡化，借助Matlab仿真軟件1201211，建立如圖2-2-4所示的簡化后的AGC各區域控制機組模型圖。

圖1 AGC系統中Plant模塊仿真模型

以兩區域AGC模型為例，根據其運行機理，有如下的數學模型表達式：

上式中: -頻率偏差信號；-發電功率偏差信號；-負荷需求變化；-控制器時間常數；-汽輪機時間常數；α12:兩區域的功率比位；αβ:控制器死區常數。

根據相關原理及相關公式分析，假設只在第一個區域發生1%的負荷擾動，仿真結果如圖2所示。從仿真結果中可以看出，通過對PTD參數進行調節，該系統可以使兩區域頻率偏差4"從調節到零，但是其超調量比較大，可以對控制器進行改進，采用模糊P1D控制器進行PID參數的自整定，以達到更好的控制效果。

圖2 AGC系統仿真結果

協調控制系統(CCS)建模

ccs的仿真模型有很多，本文從中選取汽包爐的CCS系統建模研究對象，旨在研究汽包及蒸汽管道續熱系數。

圖3 汽包爐的CCS系統建模圖

根據相關原理及公式，在該系統中選擇燃料最指令和汽機閥門開度指令作為輸入，主蒸汽流量(與實際功率相對應)和汽包壓力作為輸出，構成一個TITO(兩輸入、兩輸出)系統，考慮輸入輸出端口的匹配性，進行Mat lab仿真，其Simulink仿真圖如圖4所示。

圖4 imulink仿真圖

以上仿真結果表明，該方法改善了系統的控制效果。

結論

本文主要以火電機組的自動發電控制系統為例，借助Matlab軟件采用先進算法及模糊控制方法對帶協調控制系統((CCS)模型的自動發電控制((ACC)系統進行建模、仿真及其優化。研究表明，建立火電廠的Matlab純軟件仿真模型是完全可能如果條件允許.可建立硬件在回路仿真系統，結合軟硬件各自的特以提高系統梢度、降低建模難度。

參考文獻

呂崇德，大型火電機組系統仿真與建模，清華大學出版社.2002

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關鍵詞：過程控制系統；A3000；教學改革

作者簡介：商志根（1979-），男，江蘇鹽城人，鹽城工學院電氣工程學院，講師。（江蘇 鹽城 224051）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）32-0095-02

“過程控制系統”是自動化專業的重要課程，其先修課程包括自動控制原理、傳感器及檢測技術、可編程控制器等，在專業培養方案中起加強學生專業知識學習的作用。[1]“過程控制系統”作為一門綜合性很強的課程，學生通過對該課程的學習，掌握過程控制系統的基本概念、基本組成環節和基本控制規律及自動控制系統中調節器的工程設計方法，應對控制理論在實際過程控制系統的運行和設計中的應用有較全面的認識了解，培養學生利用過程控制課程所學知識，從事電力、冶金石化、輕紡及其它工業企業生產過程自動化裝置的研究、設計和開發的能力。如果課程教學僅以理論推導和證明為主，不與實際對象聯系，會使學生出現厭學情緒。針對上述問題，結合筆者的教學體會，利用A3000仿真平成專家PID控制算法設計、[2]預測控制算法[3]等，擴寬學生的理論深度，激發學生的學習興趣。在課堂上講解復雜控制原理，豐富學生知識，鼓勵學生通過實驗來驗證算法的效果。

一、A3000的應用實例

A3000過程控制系統仿真平臺總體物理系統如圖1所示（控制系統有30多種，現場系統具有現場總線）。在此平臺上，學生可完成單閉環流量控制、單容和雙容液位定制控制、鍋爐水溫定值控制等簡單實驗，也可完成閉環雙水箱液位串級控制、專家PID液位控制、管道壓力和流量解耦控制等復雜實驗。A3000過程控制系統可幫助學生熟悉過程控制對象。

1.實例要求

以基于可編程控制器（PLC）和變頻器的下水箱液位控制為例，在已利用組態王建立下水箱液位控制工程的基礎上，引導學生在組態王的應用程序命令語言中實現專家PID控制，即依據誤差和誤差的變化趨勢實時改變PID的三個參數。此實例的難度在于變頻器使用、PLC程序編程和專家PID規則的實現。

所用到的變頻器為三菱變頻器，它具有幾種不同的工作模式，它可以實現對電機的啟停以及調速控制。而控制變頻器的是PLC，系統中所使用的是S7-200系列PLC具體型號為S7-200 CPU222N。PLC的主要工作是完成數據采集并控制變頻器，從而控制電機的運行。對PLC進行編程的軟件為STEP7 Micro/WIN，該軟件可直接在計算機上使用。

2.組態王與PID

組態軟件選擇組態王（Kingview），以此在計算機上實時顯示運行參數。組態王是一個具有開放、易用等特征的通用組態軟件。使用組態王，學生可將注意力集中在控制對象的分析。在課時數有限的情況下，組態王使得學生實現更復雜的控制算法成為可能。

可編程控制器和變頻器的相關知識都已通過過程控制系統的先修課程掌握，學生可快速完成編寫PLC的PID控制算法程序。

在組態王中編寫應用程序之前，需使用臨界比例度法進行PID參數整定，并得到PID的三個參數為：Kp=20、TI=17、TD=4。普通PID控制器的運行結果如圖2所示。

3.專家PID及其運行

對實時改變PID參數的專家經驗不做過多介紹，僅以其中一條規則做詳細說明。當且時，其中表示離散化的當前采樣時刻的誤差值；和分別表示上個和上上個時刻采樣的誤差值，說明此時誤差處于極值狀態，并將此條件再分為兩種情況：若，也就是誤差的絕對值比較大，要加強控制作用，PID的三個參數變為、、；若，也就是誤差的絕對值比較小，要減弱控制作用，PID的三個參數變為、、。

設計與此規則對應的組態王的應用程序命令，得到程序：

if （（＼＼本站點＼errk*＼＼本站點＼deltaerrk）

{if（Abs（ ＼＼本站點＼errk ）>15）

{＼＼本站點＼S7200P=20*1.2；

＼＼本站點＼S7200I=9999；

＼＼本站點＼S7200D=0；}

else

{＼＼本站點＼S7200P=20*0.8；

＼＼本站點＼S7200I=9999；

＼＼本站點＼S7200D=0；}}

學生可依據上述程序寫出整個專家PID控制的應用程序命令，通過A3000仿真平臺，得到專家PID控制的液位控制運行結果，如圖3所示。由圖2和圖3可知，與普通PID相比較，專家PID的控制更精確、更快速，在設計中采用專家PID控制可改善控制效果。在實現專家PID控制過程中，無需掌握被控對象的數學模型，只需實時計算誤差和誤差的變化趨勢。通過此例，學生可理解專家PID控制算法的原理，并掌握如何實現專家PID控制算法，可提高學生的理論分析能力和實踐能力。

二、A3000和MATLAB相結合的應用實例

在組態王的應用程序命令語言中，可實現簡單的編程，但對于復雜的控制算法，這種實現方式明顯運算能力不足。MATLAB是一個高精度的科學計算語言，運算能力強大，[4]可彌補組態王運算能力不足的缺點。利用MATLAB可方便實現矩陣運算等任務，可較為容易地實現復雜的控制算法。

1.實例要求

本實例要求學生在A3000過程控制實驗系統的基礎上，設計溫度預測控制系統。利用組態王、MATLAB等相關軟件的功能，建立起組態王與MATLAB之間的DDE通信，并將建立起的工程在A3000平臺上運行調試，從而完成溫度預測控制系統的設計。預測控制的算法有很多種，本實例采用預測控制算法中的動態矩陣控制方法。被控的鍋爐溫度即是一個漸近穩定的對象。預測控制具有多步測試、滾動優化和反饋校正等特征，這些優點使得預測控制在實際應用中能夠產生很好的控制效果和魯棒性，對于一些相對復雜的工業生產過程，預測控制也能起到比較理想的控制作用。掌握預測控制原理，可拓寬學生知識面，幫助學生熟悉過程控制的新技術。

MATLAB是一個優秀的數學軟件，其版本的不斷升級加強和完善了其強大的功能。在數值運算中，數值的穩定性和運算的可靠性要好于其他高級語言。許多在其他高級語言中復雜的編程問題在MATLAB語言編程中，有時只需一條專用的指令就可實現。許多MATLAB指令都以應用為目的設計出來的，從而使得面向對象的計算機程序思想變得很具體。對于自動化專業的學生，MATLAB是其必須掌握的仿真工具，控制系統仿真訓練等課程已使其掌握了MATLAB的基本應用能力。

因為使用的是動態矩陣控制方法，故預測控制的內部模型即溫度的階躍響應。因為學生利用MATLAB可以方便地實現矩陣等運算，并且通過工控機等相關課程的學習，對DDE通信的概念已較為熟悉，所以在學生理解動態矩陣控制算法的基礎上，讓學生編寫算法的MATLAB程序是可行的。

2.DDE通信與預測控制

在工業監控系統中，工控組態軟件通過驅動程序來從工業現場設備中采集數據，然后傳送給MATLAB進行復雜的運算處理，再將結果傳送到組態軟件，最后由組態軟件將數據輸出到工業現場設備上進行控制。組態軟件和MATLAB都可以作為服務器和客戶應用程序，這里MATLAB作為客戶應用程序，組態王充當MATLAB的服務器，同時作為設備驅動程序的客戶。當組態王采集的數據發生變化，希望直接傳給MATLAB進行處理時，雙方動態數據交換以熱鏈的方式完成。

在課堂上完成動態矩陣控制的相關原理的講解，并分析控制算法的MATLAB程序。在講解過程中，突出預測控制的三個基本特征：預測模型、滾動優化和優化控制與反饋。對于預測模型，使學生清楚一些非參數模型，諸如脈沖響應或者階躍響應之類，只要是屬于線性穩定的對象，通常也是能夠用來作為預測模型。對于滾動優化，要讓學生清楚優化性能指標在每一個采樣時刻只會涉及到未來的有限時間，當到達下一個采樣時刻的時候，這一優化時域同時也會向前推移。所以無論在哪一個時刻，預測控制都會有與此時刻相對應的優化功能指標。對于優化控制與反饋，讓學生明白在預測控制中，反饋不但沒有被拋棄，反而得到了更充分的運用。盡管預測控制得到的是全局次優解，但是其優化始終建立在實際的基礎上的，其控制效果可達到實際上的最優。

3.預測控制運行

學生需完成組態王界面制作、變量定義、動畫連接、MATLAB程序編寫等工作。組態王軟件負責從下位機采集數據與向上位機輸出數據，MATLAB負責后臺計算。結合組態王和MATLAB的長處使得動態矩陣控制算法便于應用到實際控制系統中。圖4為學生通過實驗得到的預測控制運行結果。雖然此實例有一定難度，但對于自動化專業的學生而言，本實例設計是可完成的，并且可激發學生的學習興趣。

三、結束語

在A3000控制系統仿真平臺的基礎上設計專家PID液位控制和溫度預測控制等復雜控制。在課程的理論教學中，講解復雜控制的相關原理，拓寬學生的知識面，提高學生在復雜控制方面的理論層次。在實踐教學中，要求學生實現復雜控制算法以驗證其優越性，并要求學生掌握復雜控制算法的多種實現方式，提高學生對過程控制系統課程的興趣，進而提高該課程的理論教學和實踐教學的質量。

參考文獻：

[1]邵裕森，戴先中.過程控制工程[M].第二版.北京：機械工業出版社，2011.

[2]劉金琨.智能控制[M].北京：電子工業出版社，2005.

[3]丁寶蒼.預測控制的理論與方法[M].北京：機械工業出版社，

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一、引言

近年來教師從不同方向對教學改革進行創新，文獻[1]中“問題式教學”的教學模式是直接從問題入手組織教學，將專業知識隱含在解決問題的過程中，讓學科知識服務于培養學生解決實際問題的能力。文獻[2]基于體驗學習的“過程控制”實驗教學，強調個體，強調實踐，強調學習者的反思，通過學習者與現實世界的溝通與聯系，不斷促進學習者自身的發展，同時也促進了社會的發展，實現了人的發展和社會發展的統一。

過程控制是自動化專業的重要專業課，是與現實工程技術最接近的一門課程，針對該課程的綜合性提出綜合項目教學法，旨在檢驗學生的知識掌握水平和綜合應用能力。

二、綜合項目教學法

項目教學法的實施以學生活動為中心，教師扮演組織者、引導者的角色。為了跳出學校實驗室的單一性實驗，本文提出綜合項目教學法，讓項目包含更多的學科。在企業生產過程中，一個項目的制定與實施，都有一個團隊進行計劃和操作，項目所涉及的學科不止一個，每個成員側重于某一方面，到最后弄清楚整個項目的原理，實現共同學習。所以，綜合項目教學法是采用分小組的形式，一個項目組的成員按照共同制定的項目目標，共同起草學習工作計劃，并予以實施，展示與評價。按照教師與學生在整個教學過程中的角色，綜合項目教學法的一般流程如圖1所示。

圖1中按照教學過程中的兩個角色，分別描述了各自的職責，以及教學與接受教學的一般流程。

1.項目探索。項目探究包含兩個方面，一個是項目的制定，另一個是項目的探究實施。項目探索是項目教學的核心部分，是為了學生完成項目，通過各種途徑和方法進行問題解決的活動。在項目探究的進程中，學生要細化教學內容和項目主題，發現問題，并小組協作解決問題。（1）制定計劃。對一個項目進行探索，首先需要一個綱要進行引導，那么就需要制定一個項目計劃。從學生角度來說，需要制定項目的實施方案、時間計劃，對任務進行合理分工。此環節有利于學生在后期的項目進行中掌握并調節活動進度。教師在整個項目中的作用是引導和提供輔助作用，教師可以提供給學生一些相關的學習資料，也不會讓學生花費太多的時間在資料的查找上面，但適當的留給學生一些搜索任務是必要的，可以鍛煉他們的文獻檢索、網絡資料檢索能力。學校的網絡教學是一種很好的可以分享資料與教學的一個平臺，并且該平臺可以讓學生在課余時間也能學習到課程，同時也能記錄學生的學習時間與次數。一節45分鐘的課程是有限的，教師的講解不能很深入，這需要學生按照老師的要求去進行深入學習。本課程建設相應的教學網站，可以將教學資源上傳至該平臺，同時也可放置相關的測驗，讓學生在學習后進行測試，看看自身掌握知識的情況，這也給教師的教學帶來很大的方便。（2）項目的探索實施。綜合?目教學法，讓學生在平時的學習中參與老師的科研活動，在見習、實習時參與工廠的工程項目，將短時間的課堂教學變為長期的專業培訓。這樣學生培養了學習興趣，鍛煉了自學能力，可以對所學知識進行整理補充。這種集創新教育與基礎教育于一體的教學模式，能在循序漸進的研究性課題教學中培養學生的探索精神與創新能力。

2.后期成果展示與評價。經過一段時間的學習和實踐，在小組成員的潛心計劃和努力下，對所完成的項目成果在大的范圍內進行展示與交流是很有必要的，這是對學生的付出和能力的肯定。

成果交流的形式多樣，可根據實際教學的需要選擇合適的交流形式。匯報的內容有項目的背景和意義、項目流程、小組成員的分工、項目工作中組內成員的交流和感想記錄、作品的演示等。對于大的項目，教師可以規定學生定期展示項目的階段性成果，對于學生來說，可以通過作品反映學生已掌握的知識和技能，教師也可以根據階段性成果了解教學效果，記錄教學中學生一般會遇到的問題，進行教學反思，改進教學方法。

三、綜合項目教學法在教學中的應用效果

通過教學過程中綜合項目教學的應用舉例，從而看到所取得的教學效果。所選取的項目課題是基于STM32單片機的自動孵化系統。從字面上來看，所涉及到的學科包含單片機、過程控制系統、傳感器技術與應用、計算機軟件程序設計等學科。經過學生調研收集到相關信息，能夠比較清楚地看到多個模塊。

在設計完外部電路后，就需要用軟件來進行控制，控制方面需要用相關的程序進行驅動。采用的是RVMDK 3.80A軟件基于C語言進行編程，使得該部分對學生的編程能力也會有所提高。

這一套系統的設計與完成，幾乎涵蓋了學生所學專業課的大部分科目。真正的培養了學生的綜合學習能力。圖2所示為學生所完成項目成果。

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關鍵詞：L1 L2 L3 連鑄 過程控制

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（c）-0032-02

1 系統概述

寶鋼集團八一鋼鐵二煉鋼連鑄過程控制計算機系統覆蓋八一鋼廠板帶工程二煉鋼區域的4臺垂直彎曲板坯連鑄機。連鑄機主要參數為：

流數：各1流；切割機：各1臺；噴印機：各1臺；二冷區：各9個區，16個控制回路。

鑄機拉速范圍：0.25～2.5m/min；鑄機工作拉速：1.0～1.6m/min；板坯厚度：220mm，板坯寬度：750～1600mm；板坯長度：7500～10500mm；板坯最大單重：28.8t/塊。該連鑄過程控制計算機服務器硬件配置為2臺高性能雙路雙模塊冗余機架式容錯服務器，其中一臺為在線服務器，一臺為備份服務器，磁盤采用陣列形式，采用共享磁盤管理技術，提高磁盤的可靠性，防止數據的丟失，減少系統切換的時間。數據庫數據存放在共享磁盤陣列上，在線服務器和備份服務器共享數據庫數據，保證了服務器切換的速度和數據的一致。服務器部署在L2中心機房，各個連鑄電氣室和操作室的邊緣交換機通過多模光纜連接到L2中心機房的核心交換機，實現連鑄過程控制計算機服務器與L1系統以及現場操作終端的網絡互聯?，F場終端采用工控機、一般場所終端采用商務PC機。

系統軟件軟件上的配置和使用上，服務器的操作系統采用Linux Redhat AS4服務器數據庫使用ORACLE 10G FOR LINUX版本，在終端上，安裝ORACLE的客戶端開發及運行環境包，包括FORMS和REPORTS（開發/運行顯示畫面和報表），同時安裝SQL NET（實現客戶端和數據庫服務器的數據交互）。

2 主要應用技術

與電氣儀表基礎自動化的通訊，使用了OPC方式，OPC是OLE Process Control的縮寫，是一種主流的工業控制數據通訊的標準。目前全世界大多數的知名PLC廠家都提供了基于該標準的OPC Server，任何應用系統只要通過一個OPC Client軟件就可以對PLC數據進行讀寫訪問。通過這種機制，應用系統可以在不更改應用程序的前提下實現與不同的PLC廠家的產品通訊。我們使用的OPC Client軟件是MultiLink（由寶信軟件開發的基礎通信中間件），它提供了一系列的API，應用開發人員可以方便的在應用程序中對PLC的數據進行讀寫， 實現對基礎自動化數據的采集、設定及PLC數據變化后通知啟動過程計算機的應用程序的功能，并提供了將PLC數據點配置成電文以及查看這些數據點內容的的工具。

與MES（L3）系統以及其他相關系統的通訊使用基于TCP/IP協議SOCKET方式，項目中使用XCOM_PCS（由寶信軟件開發的基于TCP/IP協議的SOCKET通信中間件）來實現，與MultiLink類似，它也是提供了一系列簡單方便的API（應用編程接口），實現在以太網環境下，基于TCP/IP協議的SOCKET數據通信，同時提供了電文數據類型轉換的功能（2進制與ASCII碼之間的轉換，網絡字節順序和本地字節順序之間的轉換），同時也提供了查詢通訊線路狀態的工具和查詢通訊電文內容歷史記錄的工具。

應用程序的開發，使用C++與PRO C，PRO C是ORACLE提供的預編譯技術，將內嵌標準SQL語句的又混合了C/C++語法的源程序預編譯，轉換成完全符合C/C++語法的源程序（后綴為.C/.CPP），這樣在C++的環境下，就能如同在ORACLE的存儲過程中一樣使用標準SQL語句方便的與ORACLE數據庫交互，又能享受C++這種相對于ORACLE的存儲過程要更強大而靈活的開發工具的各種優勢。畫面的開發使用ORACLE的FROMS。

應用程序的運行平臺中間件，使用PLATURE 99（由寶信軟件開發的運行平臺中間件），它實現的功能包括實現各個應用程序之間的相互啟動和調度，同時傳遞參數；在指定時刻啟動某個/某些應用進程；定周期的啟動某個/某些應用進程；提供管理維護和查看應用程序報警/LOG歷史記錄的功能。

3 應用功能

關于連鑄過程控制計算機系統的應用功能，主要是從MES和分析等系統接受出鋼計劃，制造命令和，根據出鋼計劃畫面上的生產計劃鋼種和制造命令，制造標準等數據，并啟動內部動態二冷水，切長優化計算模型，同時將計算結果發送到PLC控制生產，連鑄過程控制計算機系統在生產過程中對基礎自動化（L1）上傳的各個事件、信號進行跟蹤，并將實績生產實績數據經過計算，過濾和組織，以連鑄處理號作為鍵字來管理存儲在連鑄過程控制計算機系統的數據庫，同時發送給MES（L3/L4）系統，供日后查閱分析，生成報表。

具體的，應用功能分為：工程數據管理，過程跟蹤，過程數據采集，實績數據生成，數學模型，人機界面幾大模塊。系統內部各模塊之間數據流及與外部系統關系如圖1所示。

3.1 工程數據管理模塊

該模塊主要功能為處理接受MES系統、分析系統及其它過程控制計算機系統發送來的信息，包括MES根據合同制定的計劃類信息接收（鑄造計劃，爐次命令，板坯命令）、根據工藝需求制定的質量標準類信息接收（作業標準、制造標準）、其他工序作業實績類接收（前工序實績、分析信息，鋼包信息等）和運轉狀況信息。

3.2 過程跟蹤模塊

該模塊主要功能為對于連鑄從鋼包到達回轉臺開始到鋼包吊走的各作業狀況進行跟蹤。進行作業狀態變更的檢查和接受、各作業時間的計算、同時收集澆鑄過程中的各種澆鑄信息。連鑄跟蹤的主要作業點包括：鋼包到達、鋼包澆鑄開始、鑄流鑄造開始、鋼包澆鑄結束、鋼包吊走，鑄流鑄造開始、鑄流鑄造結束，切割開始、切割結束、噴印信號，去毛刺信號等。

3.3 過程數據采集模塊

該模塊主要功能為周期性的收集連鑄鑄造過程數據，主要包括TD鋼水重量，LD鋼水重量、鑄造長、鑄造速度，結晶器上端寬度、結晶器下端寬度、結晶器液面位置、結晶器冷卻水溫度、入出口溫差，結晶器振動頻率、振幅，結晶器冷卻水流量、二次冷卻水流量、二次冷卻水壓力，輥縫信息等。

3.4 實績數據生成模塊

該模塊主要功能為依據生產指令、過程采集及過程跟蹤信息，生成板坯生產實績、爐次生產實績，把過程跟蹤模塊采集到的各個關鍵時刻和過程數據采集到的重要數據如重量，溫度，長度等信息對應到具體的爐次和板坯上。

3.5 數學模型

主要包含了動態二冷水，切長優化，品質異常判定三個主要數學模型。

3.5.1 動態二冷水模型

連鑄二冷區目標溫度控制是通過對整個連鑄過程鑄坯表面溫度的測定，由計算機控制沿拉坯方向的鑄坯表面溫度分布，使之符合設定的目標表面溫度曲線來實現。通過鑄坯凝固傳熱模型計算各二冷段表面溫度，與目標溫度相比較。當兩者有偏差時，及時調整該冷卻區的冷卻強度，使鑄坯表面溫度與目標溫度盡量靠近，實現二冷區目標溫度的控制。

根據二冷模型原理，以鋼水進入結晶器為其生命起點，以其根據鑄造長對應的板坯出最后一個冷卻段為其生命終點。在此過程中，全過程定周期跟蹤其接受的冷卻水量等數據，實時計算其凝固狀態，并推定出其各相區域的分布情況。

根據各鑄片的計算結果，綜合推定整個鑄機內板坯的凝固狀態，動態推定出凝固終點位置、兩相區和液相區的分布情況。

3.5.2 切長優化模型

切長優化模型以滿足合同需求為目標，并兼顧板坯收得率為原則，針對澆鑄異常點進行優化。參照板坯制造命令中的切割長度及其上、下限為基準，同時考慮品質異常部位（插鐵板、異鋼種交接，中間包交換、切尾）計算出鋼水不足、鋼水多余并根據鋼水量的多少應用相關的優化策略進行優化計算，以實現預定板坯的消化，同時爭取較高的收得率。鋼包鋼水澆注開始，參照制造命令，生成該爐次的切割預定，在澆鑄過程中，跟蹤發生的異常事件，考慮影響的區域（工藝規定），進行優化計算。在板坯切割開始時，根據切割的實際情況進行切割優化的再計算。并把優化結果通過人機界面展現給用戶。優化過程主要包括：切割縫隙的考慮，采樣的考慮，異常段的優化，板坯在鋼水不足和鋼水多余情況下的優化。

3.5.3 品質異常判定模型

該模型包含在線判定部分和分析部分2個模塊。

在線判定：主要功能是：通過采集煉鋼、連鑄過程中對連鑄的澆鑄、板坯質量有可能產生影響的事件進行跟蹤記錄，并根據內建的模型進行分析，對連鑄的質量給出一定的判斷結論，從而達到連鑄從上臺到澆注成材的整個過程中對連鑄澆注進行質量判斷、提供操作指導，并在板坯產出時，對板坯的整體質量進行判斷、提供操作指導。并將以上數據與結論很好地展示給工藝人員。

離線分析：具備很好的開發性，提供足夠的離線學習功能和在線擴展功能。工藝人員不但能夠對系統定義的異常進行調整，還能夠利用模型提供的離線分析工具對歷史數據進行分析，從而根據分析發現并定義新的約束條件，并將其加入到在線判定系統中實現自動判定。

3.6 人機界面

人機界面主要提供了計劃管理、設備管理、操作監視、模型、實績、報警和提示信息等畫面。每個畫面有共通的部分，主要是畫面菜單、畫面名稱、報警或提示信息、工具欄功能鍵、班別、組別、當前時間。各個操作室和控制室的終端畫面的權限通過用戶名和角色統一認證管理，不同的角色擁有的權限不一樣，看到的畫面數量也不一樣，對同一幅畫面的操作權限也不一樣。不同的用戶可以擁有一個或者多個的角色。

4 結語

通過實施了連鑄過程控制系統，八鋼二煉鋼連鑄區域實現了連鑄生產過程的全程自動控制和對生產數據的全程監視，管理層亦能了解到現場的實時生產情況，并且所有生產都遵照合同和計劃統一調度進行生產，從而提高連鑄生產的自動化程度，降低生產人員的作業率，提高了生產效率。通過模型的應用，提高和穩定了鑄坯的質量，并提高了鑄坯的成材率。

參考文獻

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Abstract: As a computer control system, the design process has a very important role and significance. Therefore, its project management,combined with computer control system design features from the project management point of view is proposed and analyzed to make the structure clear for its design process which can greatly shorten the design cycle and ensure the quality of design process.

關鍵詞： 計算機控制系統；設計；項目化管理

Key words: computer control system；design；project management

中圖分類號：TP399文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2011）28-0153-01

0 引言

計算機控制系統的設計，既是一個理論問題，又是一個工程問題。盡管計算機控制的生產過程多種多樣，設計過程的具體方案和技術指標也是不盡相同，但在計算機控制系統設計過程中，存在著一定的設計原則和步驟。這同項目管理中的總體思想和宗旨是一樣的，項目管理的核心思想是保證質量、不拖延工期、不突破預算[1]，項目化的過程都可以分為項目啟動、項目計劃、項目執行、項目控制、和項目結束五個階段[2]，最終的目的是目標效益最大化，所以將計算機控制系統設計過程進行項目化管理，可以很好的提升設計過程效率和質量。

1 計算機控制系統設計過程分析

計算機控制系統設計過程包括理論設計和工程設計。理論設計包括：建立被控對象的數學模型；確定滿足一定技術經濟指標的系統目標函數，尋求該目標函數的控制規律；選擇適宜的計算方法和程序設計語言；進行系統功能的軟、硬件劃分，并對硬件提出具體要求。工程設計包括：生產過程的工藝要求；被控對象的動態和靜態特性；自動檢測技術；計算機技術；通信技術；自動控制技術；微電子技術。

由此，計算機控制系統設計是產品設計過程中的重要環節。計算機控制系統的設計過程效率高低直接影響到產品設計過程的效益，如時間周期、質量等各方面的問題。在現在很多的控制系統設計方面思想陳舊、管理手段落后，生產效率低下，而且勞動強度大，這就造成了管理過程差、產品質量低、成本高等一系列方面的問題。

2 項目化管理

項目是由一系列的項目階段構成的一個完整過程，任何項目都可以分為多個不同階段，不同性質的項目會有不同的項目階段。而項目化管理指的是在實現項目目標的過程中，在項目的每一個階段所開展的程序和內容[3]。項目化管理的五個過程通過各個過程的結果進行銜接，一個過程的結果或輸出是另一個過程的輸入。具體如圖1所示。

3 計算機控制系統設計過程項目化管理

3.1 項目啟動 確定一個項目（階段）的開始，確定項目的界限、計劃和開始階段的總評等[4]。確定明確的項目目標，才能有效地開展作業流程等階段的工作。對于計算機控制系統設計項目啟動過程應該是控制任務目標的確定。

3.2 項目計劃 項目計劃是項目進行的實施依據，也是后續的項目控制依據，為整個項目目標實現提供保障。但在制定項目計劃時，要有動態管理思想，始終要明白：計劃不變是相對的，變時絕對的，要有預見性，要有動態管理思想。對于計算機控制系統設計項目來說，計劃階段就是控制系統的設計階段，主要包括項目研制小組的建立、系統總體方案的設計計劃、方案設計計劃的評審、硬件和軟件的細化設計、硬件和軟件的調試、系統的組裝計劃等[5]。

3.3 項目執行及控制 項目執行指的是通過一定的手段將范圍內的人力、物力和財力進行組織和協調，激勵完成項目計劃。項目控制指的是在項目運行過程中，結合具體實際情況數據，與項目計劃進行比較分析，找出差異和存在的問題，采取糾正措施進行分析解決。在計算機控制系統設計項目執行時，更好的使計劃得到貫徹，必須對之實施項目控制。在計算機控制系統設計項目的執行和控制中，主要包括離線仿真和調試控制，在線調試和運行控制等內容，針對在調試過程中出現的問題，必須認真分析，實施控制，最終完成項目運行。具體如圖2所示。

3.4 項目結束 項目結束階段指的是項目的最后收尾階段，制定項目或項目階段的移交條件，完成項目階段成果的移交。對于計算機控制系統設計項目來說，就是在項目運行和控制的基礎上，隨后經過項目驗收，達到項目最終完成目標，形式上通常采取驗收文件存檔標志項目結束。具體如圖3所示。

4 結語

項目化管理的五個過程并不是獨立的一次性過程，它貫穿于項目生命周期的每個階段，五個過程既是前后銜接的，又是相互交叉、相互重疊的。文中將計算機控制系統設計過程通過項目化管理進行分析，層次分明的將項目管理思想運用其中，為項目管理的廣泛應用奠定基礎。

參考文獻：

[1]陳鴻橋.在過程控制中創造完美[J].企業改革與管理,2005,(03):36-38.

[2]秦玉璽.新產品開發的質量控制[J].質量與可靠,1988,(03):76-77.

[3]Thomas J.Making sense of projecr management,PhD Thesis,University of Alberra;2000:188-182.

篇10

關鍵詞: 苯加氫;PCS7;過程控制

中圖分類號:F426 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2012)0910135-01

0 引言

在現階段焦化苯加工工藝中,苯加氫工藝屬于先進工藝。其基本原理是通過焦化輕苯與氫氣在高溫、高壓下進行一系列脫硫、脫氮、脫氧及芳香烴的氫化反應后,通過物質沸點不同,提取出苯、甲苯、二甲苯等產品,相比酸洗苯工藝有著產品收率高、純度高、成本低、環境污染小等優點。由于苯加氫工藝高溫、易燃、易爆的特性,大量的數據需要監測和控制,DCS系統的控制和聯鎖在整個工藝中必不可少。利用先進的DCS控制系統可以加快生產節奏,減輕操作人員工作負擔,高效生產出合格的苯類產品。

1 系統組成

1.1 PCS7 DCS系統簡介

PCS7 DCS系統是西門子公司開發無縫集成的DCS系統,應用領域廣泛。它帶有典型過程組態特征。

PCS7 DCS系統具有以下特點:

1)分布式客戶機/服務器架構;

2)HMI系統,帶有集成的基于SQL服務器的歸檔系統;

3)基于IEC 61131的集中式,工廠范圍內的工程系統;

4)通過現場總線PROFIBUS,現場設備和驅動系統均可很靈活和容易的集成;

5)在同一個可編程控制器中可以混合運行標準和故障安全相結合的形式,高可用性和故障安全相結合的形式;

6)大容量架構、在線修改;

7)客戶機-服務器結構;

8)熱插拔(運行中插入和拔出模塊);

9)冗余(控制器、模塊和PROFIBUS)。

這些特點增加了用戶設計、使用與維護的便捷性和穩定性,成為了對設備穩定性、通用性要求較高的苯加氫工藝的首選設備。

1.2 硬件配置

1.2.1 通訊

焦化苯加氫PCS7 DCS系統,采用了PROFIBUS-DP通訊模式。PROFIBUS-DP是國際化和開放式的現場標準總線,主要用于分布式設備間的數據傳送,具有速度高、成本低、運行穩定等特點?？偩€物理層使用RS-485雙絞線、雙線電纜或光纜,波特率從9.6Kbit/s到12Mbit/s。PROFIBUS-DP允許構成單主站或多主站系統。在同一總線上最多可連接126個站點。系統配置的描述包括:站數、站地址、輸入/輸出地址、輸入/輸出數據格式、診斷信息格式及所使用的總線參數。每個PROFIBUS-DP系統包括以下三種不同類型設備:

① 一級DP主站(DPM1):一級DP主站是中央控制器,它在預定的周期內與分散的站(如DP從站)交換信息。典型的DPM1如PLC或PC。

② 二級DP主站(DPM2):二級DP主站是編程器,組態設備或操作面板,在DP系統組態操作時使用,完成系統操作和監視目的。

③ DP從站:DP從站是進行輸入和輸出信息采集和發送的設備(I/O設備、驅動器、HMI、閥門等)。

1.2.2 硬件與網絡架構

控制器采用先進的AS417冗余控制系統,具備連續過程控制、程序控制和批量控制等功能,完成全部的監測、調節、邏輯、批量控制及各種聯鎖保護等功能。DCS系統的控制器、電源、通訊總線以及所有與控制回路有關的部件(主要是I/O卡件)等都按1:1冗余配置。

由于通訊網絡龐大,通訊節點較多,單純的使用DP電纜無法滿足ET200M從站與中控室主站的通訊要求。因此苯加氫DCS系統中,主站與從站、從站與從站之間的通訊使用了RS-485光纜模式,通過OBT(光信號與電信號轉換模塊)連接各分布式通訊設備。

DCS系統設置控制站3套,通過工業以太網與3臺交換機進行通訊。操作站(OS)及工程師站(ES)通過以太網與交換機相連,交換機與交換機之間亦有光纖冗余環網進行數據的傳輸。這種通訊網絡構架保證了操作站(OS)及工程師站(ES)中任意一臺上位機均可控制3套控制站的任何數據,也避免了一臺操作站的失效導致整個系統無法進行操作情況的發生。

2 硬件、網絡與程序的組態

2.1 硬件組態

在西門子PCS7編程軟件PCS7V6.1建立項目,進行項目的硬件組態。主要是選定硬件架構中各元件的型號及組態次序。在進行組態時,要保證CPU、各模板及ET200M使用的型號及模板

列次序與現場一致。苯加氫工程在設計時選用了西門子高端的S7 414-4HCPU模塊,該模塊的所組成冗余系統使用非常穩定,滿足了苯加氫工藝的需要。在確保組態與現場實際使用型號無誤后,編譯并下裝至CPU,此時即可在線監測各個DCS模塊的工作狀態。若出現錯誤,則在組態欄中會有明顯提示,包括模塊地址、錯誤信息等,方便編程人員對錯誤查找、消除。

2.2 網絡組態

西門子PCS7系統網絡配置完成后,利用編程軟件PCS7V6.1進行網絡的組態。包括PCS7個通訊模板的選擇、連接次序的排列、通訊協議的選定等。在圖1中,CPU與交換機的通訊通過CP443-1以太網通訊模板來實現,而CPU與ET200M從站則是通過CP443-5通訊模板通過DP總線進行通訊。在網絡組態時需要注意的是各個通訊設備的PROFIBUS-DP地址須與現場一致,且不能沖突,否則無法進行數據通訊。在完成網絡組態后,編譯并下載至CPU,通過在線監測監視網絡的通信狀況。

2.3 程序組態

程序的組態實現工藝中的各個控制功能,是DCS系統控制的最終目的。苯加氫DCS系統使用了PCS7編程軟件中圖形化編程CFC編程功能。它是連續功能圖,適用于組態控制回路,具有圖形化的編程界面。編程時只需連接管腳,不必關心程序運行的細節,可以調用PCS7內容豐富的程序庫中的功能塊,而且還可自己編寫專用的功能塊。以上這些特點簡化了程序的編寫,降低了編寫人員的編寫難度,編寫的程序一目了然,便于程序修正和系統維護。