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過程控制系統(tǒng)范文第1篇

    關(guān)鍵詞:制造工業(yè)自動化控制過程控制系統(tǒng)

    中圖分類號:TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-9416(2011)03-0022-01

    自動控制技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化中起著十分重要的作用,自動控制水平的高低也是衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)先進(jìn)與否的重要標(biāo)志之一。隨著國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的發(fā)展,自動控制技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛,其重要作用也越來越顯著。生產(chǎn)過程自動控制(簡稱過程控制)是自動控制技術(shù)在石油、化工、電力、冶金、機(jī)械、輕工、紡織等生產(chǎn)過程的具體應(yīng)用,是自動化技術(shù)的重要組成部分。

    1、過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

    (1)生產(chǎn)過程的連續(xù)性:在過程控制系統(tǒng)中,大多數(shù)被控過程都是以長期的或間歇形式運(yùn)行,在密閉的設(shè)備中被控變量不斷的受到各種擾動的影響。

    (2)被控過程的復(fù)雜性:過程控制涉及范圍廣,被控對象較復(fù)雜。

    (3)控制方案的多樣性:過程控制系統(tǒng)的控制方案非常豐富。

    2、工業(yè)中過程控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用

    2.1 自動檢測系統(tǒng)

    利用各種檢測儀表對工藝參數(shù)進(jìn)行測量、指示或記錄。

    2.2 自動信號和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)

    自動信號系統(tǒng):當(dāng)工藝參數(shù)超出要求范圍,自動發(fā)出聲光信號。聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng):達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài),打開安全閥或切斷某些通路,必要時(shí)緊急停車。(如圖1所示)

    2.3 自動操縱及自動開停車系統(tǒng)

    自動操縱系統(tǒng):根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動地對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性操作。自動開停車系統(tǒng):按預(yù)先規(guī)定好的步驟將生產(chǎn)過程自動的投入運(yùn)行或自動停車。

    2.4 自動控制系統(tǒng)

    利用自動控制裝置對生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動控制,使他們在受到外界擾動的影響而偏離正常狀態(tài)時(shí),能自動的回到規(guī)定范圍。

    3、過程控制系統(tǒng)的組成

    3.1 檢測元件

    該單元的主要作用是檢測被控元件的物理量。

    3.2 控制器

    將設(shè)定值與測量信號進(jìn)行比較,求出它們之間的偏差,然后按照預(yù)先選定的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算并將計(jì)算結(jié)果作為控制信號送給執(zhí)行裝置。

    3.3 執(zhí)行器

    該部分元件作用是接受控制器的控制信號,直接推動被控對象,使被控變量發(fā)生變化。

    4、過程控制系統(tǒng)中的閉環(huán)控制系統(tǒng)

    按照自動控制有無針對對象來劃分,自動控制可分為“開環(huán)控制”和“閉環(huán)控制”。區(qū)分“開環(huán)控制”和“閉環(huán)控制”最直接的辦法是看是否有最終對象的反饋,當(dāng)然這個(gè)反饋不是人為直觀觀察的。目前工業(yè)自動化控制中采用最為廣泛的就是閉環(huán)控制系統(tǒng)。

    4.1 閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

    閉環(huán)控制系統(tǒng)主要是指控制器與被控對象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系的控制系統(tǒng)。 其主要優(yōu)點(diǎn)為,不管任何擾動引起被控變量偏離設(shè)定值,都會產(chǎn)生控制作用去克服被控變量與設(shè)定值的偏差。其主要缺點(diǎn)為,由于閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制作用只有在偏差出現(xiàn)后才產(chǎn)生,當(dāng)系統(tǒng)的慣性滯后和純滯后較大時(shí),控制作用對擾動的克服不及時(shí),從而使其控制質(zhì)量大大降低。

    4.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的主要類型

    根據(jù)設(shè)定值分為定值控制系統(tǒng),隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。

    (1)定值控制系統(tǒng),其特點(diǎn)是設(shè)定值是固定不變的閉環(huán)控制系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。

    作用為克服擾動的影響,使被控變量保持在工藝要求的數(shù)值上。

    (2)隨動控制系統(tǒng) ,其特點(diǎn)為設(shè)定值是一個(gè)未知的變化量的閉環(huán)控制系統(tǒng)稱為隨動控制系統(tǒng)。作用為以一定的精度跟隨設(shè)定值的變化而變化。

    (3)程序控制系統(tǒng)可以看成是隨動控制系統(tǒng)的特殊情況,其分析研究方法與隨動控制系統(tǒng)相同。其特點(diǎn)為設(shè)定值是變化的,且按一定時(shí)間程序變化的時(shí)間函數(shù)。作用為以一定的精度跟隨設(shè)定值的變化而變化。

    5、過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及要求

    過程控制系統(tǒng)的常見信號有:階躍信號、斜坡信號、脈沖信號、加速度信號和正弦信號等。我們在生產(chǎn)中使用最頻繁的就是階躍信號,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

    當(dāng)A=1時(shí)稱為單位階躍信號。其特點(diǎn)是易產(chǎn)生,對系統(tǒng)輸出影響大,便于分析和計(jì)算。在階躍信號作用下,被控變量隨時(shí)間的變化表現(xiàn)的形式有:發(fā)散振蕩過程,非振蕩衰減過程,等幅振蕩過程,衰減振蕩過程,非振蕩發(fā)散過程。

    通過以上的陳述不難看,過程制造系統(tǒng)在我國各行各業(yè)已經(jīng)有了十分廣泛的應(yīng)用,并且技術(shù)也在日趨成熟。隨著人們物質(zhì)生活水平的提高以及市場競爭的日益激烈,產(chǎn)品的質(zhì)量和功能也向更高的檔次發(fā)展,制造產(chǎn)品的工藝過程變得越來越復(fù)雜,為滿足這些更高的要求,做為工業(yè)自動化的重要分支的過程控制的任務(wù)也愈來愈繁重。

    參考文獻(xiàn)

    [1]陳詩濤編著.工業(yè)過程儀表與控制.輕工業(yè)出版,2000.

    [2]李友善主編.自動控制原理.國防工業(yè)出版社,2001.

    [3]吳勤勤等編著.控制儀表及裝置.化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

過程控制系統(tǒng)范文第2篇

關(guān)鍵詞：PLC；過程控制；系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

Abstract: support the high-speed development of the modern society is all kinds of science and technology in the social life of the widely used, PLC (programmable logic controller) process control system to the national economy have much more important role, especially in the industrial field, can hao not exaggerated, intelligent technology equipments need to be using this kind of technology or similar technology; Computer, automatic control, bus technology and network technology in the production of application, make automatic control field has a change in attitudes. Even so, there are still many problems, for complex situation the function of PLC by technical limitations, a lot of places is to be improved.

Keywords: PLC; Process; System; design

中圖分類號：S611文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

引言

PLC(可編程控制器)以其可靠性高、編程簡單、在線編程、易于修改、性能價(jià)格比高等顯著特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的控制之中。以PLC與通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合所構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)代工業(yè)過程控制的有效解決方案之一。如今新的科學(xué)技術(shù)正不斷的革新，對于PLC來說更是如此，PLC也出現(xiàn)了單機(jī)多用，聯(lián)網(wǎng)控制的趨勢，這給現(xiàn)代工業(yè)帶來了極大的便利。

二、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成

基于PLC建構(gòu)的過程控制系統(tǒng)采用分布式控制結(jié)構(gòu)，如圖1所示。以PLC作為下位機(jī)，以PC機(jī)為上位機(jī)，通過RS-232c串口與PLC通訊，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控。并通過同軸電纜連接到以太網(wǎng)上，從而實(shí)現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場的“分散控制，集中管理”。

1、網(wǎng)絡(luò)級

網(wǎng)絡(luò)級的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用Ethernet網(wǎng)通過同軸電纜連接與生產(chǎn)監(jiān)控級相連，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場的集中管理。

2、監(jiān)控級

監(jiān)控級采用PC機(jī)作為上位機(jī)，并通過組態(tài)王6．0實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的SCADA功能；利用RS-232串口與PM通訊，實(shí)現(xiàn)對各個(gè)工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控。

3、控制級

控制級采用采用歐姆龍C200HG型PLC作為下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的控制。PIJC中配電源模塊、開關(guān)量輸入模塊Ⅱ)212、開關(guān)量輸出模塊0c221、模擬量輸入模塊AD003、模擬量輸出模塊DA004、RS～232串行口。

（1）ⅣD 003模擬量輸入模塊：接受液位傳感器cY30llA送過來的4～20HA的電流信號，并將其轉(zhuǎn)化為O-4000(BCD碼)的數(shù)字量。其通道地址由撥號開關(guān)決定，與其在底板插糟中上的位置無關(guān)。本系統(tǒng)中AD003模塊的地址開關(guān)設(shè)置為1，對應(yīng)的m區(qū)域?yàn)閙ll0～m119；對應(yīng)的DM區(qū)域?yàn)镈M1100～DMll99；；并且設(shè)置第一路A／D轉(zhuǎn)換器工作并不進(jìn)行峰值保持，則模擬量輸入通道地址為IR111，具體的DM區(qū)和m區(qū)設(shè)置如表l所示。

（2）D，A 004模擬量輸出模塊：將o_枷95BcD碼轉(zhuǎn)化為4～20tnA的電流信號送至變頻器，作為系統(tǒng)的控制量，調(diào)整給水流量。其地址開關(guān)設(shè)其值為O，對應(yīng)的m區(qū)域?yàn)椋孩?00m109；對

應(yīng)的DM區(qū)域DM1000-DM1099；且設(shè)置出第一路D／A轉(zhuǎn)換器工作，其模擬量輸入通道地址為m101，具體的DM區(qū)和m區(qū)設(shè)置b3如表l所示。

4、控制通道

控制通道主要包括輸人通道和輸出通道。

（1）輸入通道

輸入通道采用CY3011投入式的液位傳感器，把現(xiàn)場液位信號轉(zhuǎn)換成4—20HA電流信號送往PMD003模塊。其傳感部分采用高精度擴(kuò)散硅壓力傳感器，它把感受到的壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，此信號與液體高度成正比，精度為o．2％，

量程為1m，輸出為4—20ⅡA電流.其在精度上、可靠性及穩(wěn)定性上均能滿足要求。

（2）輸出通道

輸出通道主要由變頻器、水泵組成。輸出通道接受PLC輸出的控制量，把4—20mA的電流通過變頻器轉(zhuǎn)換成0-60Hz的頻率信號來改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。變頻器采用PanDV-707交流變頻器，由變頻器控制三相感應(yīng)式電動機(jī)的轉(zhuǎn)速(或頻率)。將輸入的420IIIA電流控

制信號，通過“整流——直流中間平滑濾波——逆變”電路，將輸入的380v交流電源變成不同頻率、不同電壓的信號，調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。水泵采用JcB22型變頻調(diào)速泵，其額定流量為22L/min，額定揚(yáng)程為3．3m。它是通過變頻器的輸出頻率的變化來改變泵的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。

三、過程控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

軟件設(shè)計(jì)主要包括上位機(jī)SCADA監(jiān)控軟件和下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。

1、SCADA監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)采用組態(tài)王6．0軟件。組態(tài)王是一種工業(yè)組態(tài)軟件，它自帶大量的I，0設(shè)備驅(qū)動程序，用戶可以方便地構(gòu)建實(shí)時(shí)的監(jiān)控系統(tǒng)。為了使過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺有一個(gè)良好的人機(jī)交互環(huán)境，在組態(tài)王中開發(fā)了過程流程畫面、監(jiān)控畫面、實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)陸線、歷史曲線圖、階躍響應(yīng)曲線、報(bào)警畫面，從而可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控。PID控制上位機(jī)監(jiān)控畫面為圖2所示。

2、下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)是在監(jiān)控級上利用OMRON-C200ha系列 編程軟件CX—progrommer2.0完成對下位機(jī)程序的編制與調(diào)試，然后把調(diào)試好的程序下載到PLC中。下位機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)PLC與監(jiān)控級的通訊、PLC 對現(xiàn)場水位的控制、故障診斷等子程序。其軟件設(shè)計(jì)的主程序流程圖如圖3所示。

（1）上電初始化

系統(tǒng)初始化包括對mw、ROM以及其中的m、HR、DM區(qū)域的清零，以及控制參數(shù)的初始值設(shè)置，例如積分時(shí)間Ti、比例放大系數(shù)KP、微分時(shí)間Td和采樣周期T；此外，也包括對ⅣD003、D，A004模塊的初始化。

過程控制系統(tǒng)范文第3篇

【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]?；谶^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(shí)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(shí)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(zhǔn)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?；陬A(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(xiàng)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(shí)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(rèn)識，樹立其結(jié)。維修人員還需要不斷強(qiáng)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(diǎn)在于維修工作只需根據(jù)儀表的特點(diǎn)開展一些簡單的日常維護(hù)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(diǎn)，還應(yīng)計(jì)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(shí)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?，F(xiàn)象，異?，F(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(diǎn)。

3.重視維修方法設(shè)計(jì)

過程控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，實(shí)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(jī)械結(jié)構(gòu)等多個(gè)學(xué)科的技術(shù)和知識，也是一個(gè)小系統(tǒng)，過程控制系統(tǒng)及儀表應(yīng)用在實(shí)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(gè)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(shí)施維修操作前需要對故障或失效問題從整個(gè)系統(tǒng)角度進(jìn)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(jìn)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(yàn)設(shè)計(jì)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(yàn)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(jì)維修方法，導(dǎo)致錯(cuò)誤維修系統(tǒng)及儀表，造成小問題愈發(fā)嚴(yán)重。因此，維修人員需要依據(jù)規(guī)程程序設(shè)計(jì)維修方法，再實(shí)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(jìn)入故障頻發(fā)時(shí)期，或者在未來一段時(shí)間內(nèi)儀表將因使用年時(shí)間過長進(jìn)入故障頻發(fā)時(shí)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行分析，確認(rèn)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(jì)算機(jī)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(shí)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(shí)俱進(jìn)的理念，結(jié)合不斷發(fā)展的科技，才能實(shí)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(jī)儀表維修方法。

【參考文獻(xiàn)】

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過程控制系統(tǒng)范文第4篇

關(guān)鍵詞 過程控制系統(tǒng)；PLC；實(shí)驗(yàn)裝置

中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）02-0041-02

Development of Process Control System Experiment Module based on PLC//SHEN Yabin， ZHAO Tao

Abstract The process control experimental modules designed based

on PLC controller in this paper can be combined with PLC， PLC analog extended module to form the integrated experiment system with convenience and practicality， it can meet the requirements of process control， PLC experiment teaching， can make the students deepen their grasp of knowledge in process control system， PLC control， PID technology. At present the experiment modules have been awarded national invention patent.

Key words process control system； PLC； experimental device

1 前言

^程控制是一門理論與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合緊密的自動化專業(yè)課程，具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐性，相應(yīng)的過程控制實(shí)驗(yàn)是本課程重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，可以了解各種過程控制儀表（包括檢測元件及變送器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器），掌握過程對象的建模方法和過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法（包括系統(tǒng)構(gòu)建、控制算法設(shè)計(jì)、控制參數(shù)整定等），并對計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)有一定的了解及掌握。

南京工程學(xué)院為提高學(xué)生的理論素質(zhì)、實(shí)踐能力和改善就業(yè)，用大量資金購置多套專業(yè)實(shí)驗(yàn)裝置。過程控制實(shí)驗(yàn)室原先采用的是浙大中控10多年前的SUPCON JX-300 DCS系統(tǒng)，配上基于工業(yè)過程的物理模擬對象系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識、單回路控制、串級控制、前饋―反饋控制、比值控制、解耦控制等多種控制形式。但由于使用年限較長，技術(shù)陳舊，且系統(tǒng)站點(diǎn)通信也不可靠，給實(shí)驗(yàn)的正常開展及實(shí)驗(yàn)效果帶來很大影響。

學(xué)校近年添置一套南京科遠(yuǎn)自動化NT6000 DCS系統(tǒng)，但該系統(tǒng)沒有配備物理控制對象，只能在DCS的工程師站上進(jìn)行模擬組態(tài)和運(yùn)行，使得學(xué)生不能通過實(shí)驗(yàn)真實(shí)體驗(yàn)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程控制的具體流程，不能幫助學(xué)生真正建立過程控制系統(tǒng)的概念，存在理論和實(shí)踐脫節(jié)的問題。

以上兩種基于DCS的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)都屬于站點(diǎn)多（包括現(xiàn)場控制站、工程師站、操作員站等）的大型裝置，占用實(shí)驗(yàn)場地大，添置、改造成本高，實(shí)驗(yàn)的靈活性、便利性較差。另外，PLC作為工業(yè)自動化的三大支柱之一，由于其技術(shù)的發(fā)展、性能的提高、組網(wǎng)通信功能的靈活，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域，與過程控制的結(jié)合愈發(fā)緊密。為此，研究開發(fā)一套基于PLC控制器的混合信號實(shí)驗(yàn)?zāi)K。該模塊既可作為過程控制系統(tǒng)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，又可作為PLC課程的實(shí)驗(yàn)控制對象，分別進(jìn)行開關(guān)量和模擬量控制的多個(gè)實(shí)驗(yàn)，減少專業(yè)實(shí)驗(yàn)裝置的投資，有效提高裝置的利用率和實(shí)驗(yàn)的便利性。此外，在該實(shí)驗(yàn)?zāi)K基礎(chǔ)上還可進(jìn)行設(shè)計(jì)性拓展，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新意識和科研素質(zhì)。

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)K設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框圖 設(shè)計(jì)的基于PLC控制器的過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖如圖1所示。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由PLC、實(shí)驗(yàn)?zāi)K（PCB板）、PLC模擬量擴(kuò)展模塊等構(gòu)成，是一套便利性、實(shí)用性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)裝置，能滿足過程控制、PLC課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，還可為學(xué)生加深對過程控制系統(tǒng)、PLC控制、PID技術(shù)等知識的掌握，建立明晰的系統(tǒng)概念。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各部分說明 由實(shí)驗(yàn)?zāi)K作為主要受控對象構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括模塊PCB板、PLC控制器和PLC模擬量擴(kuò)展模塊：PCB板包括DC-DC電路、信號給定及被控對象電路（模擬PI調(diào)節(jié)模塊和模擬二階被控對象模塊）、數(shù)字信號輸入輸出電路、譯碼鎖存及數(shù)碼顯示電路、PCB板輸入輸出接口、第一端子排和第二端子排；PLC控制器包括電源電路、PLC控制器輸入輸出接口和中央處理單元；PLC模擬量擴(kuò)展模塊包括PLC模擬量擴(kuò)展模塊輸入輸出接口。數(shù)字信號輸入輸出電路、譯碼鎖存及數(shù)碼顯示電路和PCB板輸入輸出接口均通過第一端子排與PLC控制器輸入輸出接口相連接，信號給定及被控對象電路通過第二端子排與PLC模擬量擴(kuò)展模塊輸入輸出接口相連接。

實(shí)驗(yàn)?zāi)K的特點(diǎn) 采用通用化設(shè)計(jì)，PLC主機(jī)及其模擬量輸入輸出模塊完全可以根據(jù)用戶要求自行配置，如西門子、三菱、歐姆龍、松下、臺達(dá)等，適應(yīng)性強(qiáng)；功能全面，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目豐富，結(jié)合過程控制和PLC的經(jīng)典控制實(shí)驗(yàn)，可以豐富目前高等院校過程控制及PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容；成本低廉、輸入輸出接口通用、使用靈活方便、擴(kuò)展靈活、易于維護(hù)、占用PLC資源少，方便教學(xué)實(shí)驗(yàn)，具有良好的應(yīng)用前景。

3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)

基于PLC控制器的過程控制實(shí)驗(yàn)?zāi)K，作為模擬被控對象，結(jié)合PLC及PLC的模擬量輸入輸出模塊，既可以做諸如多路信號巡回檢測及數(shù)據(jù)處理、基于PLC的數(shù)字PID閉環(huán)控制、顯示及報(bào)警等傳統(tǒng)過程控制的實(shí)驗(yàn)，也可做諸如帶倒計(jì)時(shí)的交通信號燈控制、順序控制、多路彩燈控制等經(jīng)典PLC實(shí)驗(yàn)，功能全面。

基于PLC的巡回檢測及數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn) 由PCB板上的信號給定模塊提供兩路模擬實(shí)測物理量，經(jīng)PLC（以西門子S7 200 PLC為例）模擬量擴(kuò)展模塊（型號EM235）定時(shí)采集輸入，與內(nèi)給定值進(jìn)行比較，輸出相應(yīng)切換信號，并且可以設(shè)定物理量的上下限值進(jìn)行越限報(bào)警，同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)測物理量的顯示。

基于PLC的PID閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn) 可通過PCB板上的調(diào)試開關(guān)連接模擬PI調(diào)節(jié)模塊102c和模擬二階被控對象模塊102b，模擬二階被控對象模塊102b的輸出量通過PLC模擬量擴(kuò)展模塊（型號EM235）輸入，通過信號給定模塊102a改變給定值，通^模擬對象輸出量的顯示觀測PID閉環(huán)調(diào)節(jié)的過程，可以通過實(shí)驗(yàn)比較模擬PI調(diào)節(jié)與PLC的數(shù)字PID調(diào)節(jié)的效果。

基于PLC的交通信號燈控制系統(tǒng) 由PCB板上的16個(gè)LED指示燈分別模擬十字交通路口的12個(gè)紅、黃、綠指示燈和4個(gè)路口4輛汽車的行止?fàn)顟B(tài)，由PLC的數(shù)字量輸出口進(jìn)行控制，東西、南北向的交通控制時(shí)間可由數(shù)碼管進(jìn)行倒計(jì)數(shù)顯示。另外，若將12個(gè)紅、黃、綠LED指示燈分成3組，就可模擬進(jìn)行不同要求的彩燈實(shí)驗(yàn)；還可將16個(gè)LED燈分組模擬不同對象，進(jìn)行各種順控實(shí)驗(yàn)。

4 結(jié)語

采用基于PLC的過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，豐富了過程控制系統(tǒng)和PLC兩門課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可以方便地組成多種控制實(shí)驗(yàn)，模塊結(jié)構(gòu)配置簡單、靈活，綜合性強(qiáng)、性價(jià)比高。該模塊將開關(guān)量、模擬量采集與控制結(jié)合起來，充分模擬工業(yè)控制實(shí)際。通過該系統(tǒng)可以使學(xué)生對過程控制系統(tǒng)和PLC控制有比較全面的認(rèn)識和理解，更重要的是能讓學(xué)生將過程控制和PLC的理論知識與工程實(shí)踐得到很好的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)把多種專業(yè)知識在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中交叉、融合，為解決目前高校過程控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊落后的問題提供設(shè)計(jì)思路，具有良好的實(shí)踐意義?！?/p>

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過程控制系統(tǒng)范文第5篇

關(guān)鍵詞：進(jìn)程間通訊；過程控制；數(shù)據(jù)字典管理

1.引言

大型生產(chǎn)線的自動控制系統(tǒng)，根據(jù)控制范圍、功能劃分、系統(tǒng)功能的抽象層次，可被分為多個(gè)層級，其中生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，位于生產(chǎn)管理系統(tǒng)和基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)之間。隨生產(chǎn)線自動化程度的提高、生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)自動化管理的深入和精細(xì)，過程控制系統(tǒng)在大型冶金自動化生產(chǎn)線上，成為不可或缺的部分。過去，完備的過程控制系統(tǒng)的底層開發(fā)平臺，只有國外大型電氣公司擁有，國內(nèi)電氣公司在該領(lǐng)域普遍缺乏深入開發(fā)和技術(shù)積累。

過程控制系統(tǒng)，總的來說是一個(gè)具有軟實(shí)時(shí)性特征的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)以下主要功能：同外部系統(tǒng)通訊、原料數(shù)據(jù)管理、成品數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)管理、物料跟蹤、工藝參數(shù)管理、生產(chǎn)設(shè)定值計(jì)算、人機(jī)操作界面、生產(chǎn)過程監(jiān)控和數(shù)據(jù)收集分析等功能。過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是面向?qū)ο蟮姆植际较到y(tǒng)架構(gòu)，使各功能由多個(gè)不同進(jìn)程實(shí)現(xiàn)，進(jìn)程間通訊成為最常用和最關(guān)鍵的基礎(chǔ)功能。

本文以WISENTBASE開發(fā)平臺為藍(lán)本，介紹一種先進(jìn)的過程控制開發(fā)平臺的設(shè)計(jì)—基于.net平臺的過程控制系統(tǒng)開發(fā)平臺設(shè)計(jì)。

2.設(shè)計(jì)思想和總體框架

按軟件功能的實(shí)現(xiàn)層次，過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，按面向?qū)ο蟮姆植际较到y(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，整個(gè)軟件由核心到外圍分成三層：核心業(yè)務(wù)邏輯層、外部通訊適配層、外部通訊層。

核心業(yè)務(wù)邏輯層實(shí)現(xiàn)最核心和最重要的過程控制業(yè)務(wù)邏輯，如：物料跟蹤、過程數(shù)據(jù)收集、設(shè)定值計(jì)算等。外部通訊層，實(shí)現(xiàn)和各種外部系統(tǒng)的通訊，如：基礎(chǔ)自動化通訊、生產(chǎn)管理系統(tǒng)通訊、各種單體設(shè)備通訊。這部分要實(shí)現(xiàn)各種不同的通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。每條生產(chǎn)線的外部通訊內(nèi)容和格式都不盡相同，為實(shí)現(xiàn)具體生產(chǎn)線的通訊內(nèi)容差異和核心業(yè)務(wù)邏輯的解耦，需要外部通訊適配層來實(shí)現(xiàn)隔離。

核心業(yè)務(wù)邏輯層和外部通訊適配層的實(shí)現(xiàn)技術(shù)相同；外部通訊層實(shí)現(xiàn)技術(shù)特殊，定制內(nèi)容和變化多。所有軟件層都是由一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程組成，每個(gè)進(jìn)程都需要實(shí)現(xiàn)相同的基本功能，如：配置信息管理、進(jìn)程間通訊系統(tǒng)的初始化和關(guān)閉釋放、日志系統(tǒng)、消息和報(bào)警系統(tǒng)、錯(cuò)誤捕捉等。這些功能間的耦合性也很高，在開發(fā)平臺的設(shè)計(jì)上，這些功能也被緊密結(jié)合在一起，采用Framework模式。

WISENTBASE平臺，從結(jié)構(gòu)上看，被分成三個(gè)層次：核心庫、擴(kuò)展庫、輔助工具。其中，核心庫實(shí)現(xiàn)了基本的應(yīng)用程序框架，并封裝了每個(gè)進(jìn)程必須實(shí)現(xiàn)的基本功能的完整實(shí)現(xiàn)，定義了每個(gè)進(jìn)程必須實(shí)現(xiàn)的對外服務(wù)接口和常用接口，并提供了這些接口的基本功能實(shí)現(xiàn)。為方便應(yīng)用開發(fā)人員和擴(kuò)展庫開發(fā)人員為基本庫添加和修改功能，基本庫中留出了擴(kuò)展點(diǎn)。核心庫還封裝了常用Win32 API調(diào)用的.NET封裝和常用工具類，方便應(yīng)用開發(fā)人員使用這些功能。

輔助工具，有如下幾個(gè):進(jìn)程管理、HMI框架配置工具、數(shù)據(jù)字典管理工具、日志查看工具、各種文檔生成工具、報(bào)文和通訊測試工具、消息和報(bào)警管理工具等。這些工具大部分不直接參與應(yīng)用程序的運(yùn)行、數(shù)據(jù)管理腳本等。

基于.net平臺的過程控制系統(tǒng)開發(fā)平臺設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面：核心功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、外圍功能和擴(kuò)展設(shè)計(jì)、HMI系統(tǒng)設(shè)計(jì)、輔助工具設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫訪問設(shè)計(jì)。

3.核心功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

核心庫實(shí)現(xiàn)功能：實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序框架、配置信息管理、進(jìn)程間通訊、日志功能、多個(gè)接口的定義、封裝各種常用工具類和Win32調(diào)用。核心部分是應(yīng)用程序框架類，通過該類的派生類，可使用其它所有功能。

WISENTBASE開發(fā)庫的核心庫中，提供了應(yīng)用程序框架類Application，該類是一個(gè)抽象類，每個(gè)應(yīng)用程序必須派生自己的Application子類，并重載部分函數(shù)，完成相應(yīng)功能。

Application類完成功能：初始化參數(shù)系統(tǒng)、日志系統(tǒng)、進(jìn)程間通訊服務(wù)系統(tǒng)、對外通用服務(wù)、調(diào)用用戶定制的初始化代碼、進(jìn)入消息循環(huán)、關(guān)閉所有服務(wù)和運(yùn)行環(huán)境、調(diào)用用戶定制關(guān)閉代碼。

WISENTBASE開發(fā)平臺提供了三種進(jìn)程間通訊手段：遠(yuǎn)程過程調(diào)用、通過共享內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)共享、通過互斥量、事件對象實(shí)現(xiàn)同步、互斥操作和事件。

遠(yuǎn)程過程調(diào)用分為雙向調(diào)用和單向調(diào)用，這兩種調(diào)用方式可滿足進(jìn)程間消息傳遞、數(shù)據(jù)報(bào)文和帶返回值的遠(yuǎn)程過程調(diào)用通訊要求。

.Net framework的遠(yuǎn)程過程調(diào)用規(guī)范叫Remoting.NET，可支持多種串行化格式和底層通訊協(xié)議?？紤]到性能和可靠性，WISENTBASE開發(fā)庫支持IPC和TCP/IP通訊協(xié)議，串行化格式采用二進(jìn)制編碼。

WISENTBASE封裝了遠(yuǎn)程過程調(diào)用的底層實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，通訊協(xié)議、各程序的監(jiān)聽地址和端口等信息，通過配置文件保存，對上層應(yīng)用程序部分完全透明。

過程控制系統(tǒng)，一般都處于無人值守狀態(tài)，運(yùn)行日志成為過程控制系統(tǒng)必須具有的輔助功能。WISENTBASE核心庫中，實(shí)現(xiàn)了日志功能。缺省情況下，日志輸出目的地有兩個(gè)：控制臺窗口和日志文件目錄。日志文件，可根據(jù)配置信息，按一定規(guī)則自動切換，并刪除陳舊文件。為方便管理和查看日志文件，WISENTBASE輔助工具中，提供了專門的日志查看工具。

WISENTBASE提供的日志功能，包括：按類別輸出運(yùn)行日志、格式化日志消息、跟蹤程序執(zhí)行軌跡、輸出調(diào)用堆棧詳細(xì)信息、對異常進(jìn)行統(tǒng)一處理和日志輸出、通過代碼注入和調(diào)用攔截自動為遠(yuǎn)程過程調(diào)用生成日志和性能記錄。

生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，穩(wěn)定性要求很高。如果發(fā)生進(jìn)程出錯(cuò)而退出、邏輯錯(cuò)誤進(jìn)入死循環(huán)或死鎖，要求能夠自動強(qiáng)制殺死失去響應(yīng)的進(jìn)程并重啟該進(jìn)程。

WISENTBASE核心庫的框架中，提供了進(jìn)程的自我監(jiān)控。輔助工具中，提供了看門狗程序和進(jìn)程監(jiān)視管理工具?？撮T狗程序根據(jù)配置信息，自動監(jiān)視同一臺計(jì)算機(jī)上的需要被監(jiān)視的進(jìn)程。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某進(jìn)程失去響應(yīng)或退出，看門狗程序?qū)⒆詣訌?qiáng)行殺死失去響應(yīng)的進(jìn)程，在一定時(shí)間間隔后重新啟動該進(jìn)程。

進(jìn)程監(jiān)視工具通過看門狗程序，顯示每個(gè)被監(jiān)視進(jìn)程的狀況，并提供操作界面，供操作人員管理單個(gè)進(jìn)程，如：關(guān)閉進(jìn)程、啟動進(jìn)程、設(shè)置進(jìn)程為被管理、為進(jìn)程設(shè)置日志輸出的過濾級別，查看每個(gè)進(jìn)程處理的消 息線索號。

WISENTBASE的擴(kuò)展庫部分，包括多種外部通訊和HMI開發(fā)基礎(chǔ)庫。這些擴(kuò)展庫都是針對具體應(yīng)用功能，利用核心庫提供的功能，對核心庫進(jìn)行的擴(kuò)展。

過程控制系統(tǒng)，需要提供人機(jī)操作界面，供生產(chǎn)線操作人員和系統(tǒng)管理人員使用。HMI主要功能：原料數(shù)據(jù)管理、成品數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)設(shè)定值和工藝參數(shù)管理、生成過程數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)線數(shù)據(jù)監(jiān)視、數(shù)據(jù)查詢和報(bào)表、消息和報(bào)警、操作權(quán)限管理等。其中，部分?jǐn)?shù)據(jù)是純粹數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，變化慢；部分?jǐn)?shù)據(jù)是基礎(chǔ)自動化上傳的數(shù)據(jù)和過程控制系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)變化快；還有一部分?jǐn)?shù)據(jù)，是和基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)共享的。

在.NET framework中，數(shù)據(jù)庫訪問采用ADO.NET技術(shù)。WISENTBASE開發(fā)庫中，支持類型化的數(shù)據(jù)集和Entity Framework，對數(shù)據(jù)庫操作進(jìn)行封裝。支持?jǐn)?shù)據(jù)庫：Oracle和MS SQL Server。

4.總結(jié)

WISENTBASE開發(fā)平臺自開發(fā)出來后，成功應(yīng)用于幾十條生產(chǎn)線的過程控制系統(tǒng)中，其穩(wěn)定、高性能、易于使用的特點(diǎn)，大大提高了軟件開發(fā)的質(zhì)量和效率，特別是方便現(xiàn)場調(diào)試，縮短了軟件開發(fā)和系統(tǒng)投入周期，為公司和最終用戶節(jié)約了成本。

參考文獻(xiàn)：