时间：2022-05-22 09:34:45
摘要：设计了一套钢包精炼炉过程控制系统，介绍了过程控制系统的技术方案和实现的功能。系统功能包括生产数据的管理、生产过程监控、报表打印、模型计算和数据通信等，以标准化流程指导生产，改善产品质量，降低生产成本。
【关键词】 过程控制 钢包炉精炼
一、引言
钢包炉精炼（LF）是优化炼钢生产的一项重要工艺技术，它不仅仅能够调控产品质量，还可以优化工艺和产品结构、开发高附加值产品、节能降耗、降低生产成本、增加效益，调节生产节奏，保证生产稳定进行。通过钢包炉精炼过程控制系统包括生产标准数据管理、生产过程监控、模型计算、生产信息收集等人C界面（HMI）、外部通讯管理。
二、过程控制系统的软件架构
本软件系统使用.NET4.0框架。开发工具选用Visual Studio 2012，后台程序和前台画面都采用Microsoft Visual C#.NET高级语言开发，数据库可以通过配置可以支持目前市场上流行的通用大型数据库，如 ORACEL 和SQL SERVER等。 系统采用C/S架构，分为表现层、逻辑处理层、数据访问层。表现层（人机界面系统）：系统的操作界面采WPF技术，并应用了MVVM设计模式，把程序的业务与展现逻辑从用户界面干净地分离开，保持程序逻辑与界面分离能够帮助解决很多开发以及设计问题，能够程序能更容易的测试，维护与升级。逻辑处理层（系统逻辑处理系统）：系统根据过程控制的不同功能，分为多个功能模块比如数据通讯模块、数据采集模块、物料跟踪模块、模型计算模块等，降低不同模块间的耦合性，使得系统功能的扩展、开发和调试等到大大提高，提高了系统的灵活性。数据访问层（数据处理访问系统）：数据访问层框架采用ORM框架中的NHibernate，Nhibernate从数据库底层来持久化.Net对象到关系型数据库，大量减少开发时人工使用SQL对处理数据的时间。
三、过程控制系统实现的功能
钢包炉精炼过程控制系统应包括以下功能：
1、与外部计算机系统的通讯。过程控制系统与下列系统之间网络连接介质用工业以太网，通讯协议采用TCP/IP协议Socket方式交换数据。与上级生产管理系统（3级）计算机之间通讯数据内容包括：生产计划数据、原料数据、检化验数据、生产状态信息、生产实绩数据。与基础自动化系统之间通讯，数据交换内容为生产过程数据。
2、生产计划管理。此功能模块为钢包炉精炼生产工序起始端。主要显示3级系统下发的精炼计划，由操作工选择该计划进入合适的工位进行生产，并监视当前工位的生产状态。
3、生产原料管理。此功能模块管理钢包炉生产中用到的物料种类及各种属性信息。
4、检化验数据管理。此功能模块可以根据炉次号或者精炼生产顺序号查询该炉次的检化验实绩以及自动匹配该炉次计划钢种中的成分上下限数据与检测数据进行对比来指导生产。
5、生产过程监控。此功能模块主要显示工位当前的实时数据信息。数据包括：生产事件信息、测温信息、加料信息、通电信息、化验数据等，并提供钢种标准查看、手动投料、投料值管理等功能。
6、生产实绩管理。此功能模块主要根据不同的查询条件如时间、班次、班别、炉次号、计划号、制造命令号等查询炉次生产实绩数据，并提供报表打印功能。
8、模型优化管理。模型优化管理包括二个模型应用：合金加料模型、温度预测模型。该优化工具可以作为一个独立的子系统运行，但属于二级机系统的一部分，计算所需的部分关键数据以及计算的结果由二级机系统统一调配。
1）合金加料模型。合金优化配料模型的功能为：根据当前钢水中元素实际含量，当前可用的合金料，考虑一定约束条件，采用单纯形法解决线性优化问题，计算出达到钢水目标要求的化学元素含量所要加入的合金料重量。计算结果满足钢液成分要求和成本控制。
2）温度预测模型。温度预测模型采用使用神经元网络模型预报钢水温度，步骤：1.建立神经元网络模型；2.收集样本数据；3.离线学习；4.在线应用。该模型的优点是具有自学习功能，因而能够在不同程度上反应出一些不能被检测的因素对输出的影响、使用比较方便。
结论：该系统对钢包炉精炼实现了信息化的管理，便于三级系统对生产进行系统化的管理与调配，保证数据的准确性；对生产过程进行实时监控与跟踪，方便生产人员对生产进行管理与监控；对生产过程数据进行系统化的采集与分析，以便对生产过程进行优化；采用了数学模型来计算调节钢水成分所需要添加的合金重量和预报钢水温度曲线，不仅降低了生产成本，而且提高了生产效率和产品质量，从而提高了产品在国际市场中的竞争力。
摘要：所谓过程控制系统是指对生产过程实现自动控制的系统。如绪论中所述，在石油、化工生产过程中，一般包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动调节等方面的内容。自动检测系统只能完成“了解”生产情况的任务；信号联锁保护系统只能在工艺条件下进入某种极限状态时，采取安全措施，以免发生生产事故，自动操纵系统也只能按照预先规定好的程序进行某种周期性或规律性的操作，只有自动调节系统才能自动地排除各种干扰因素对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先规定的数值上，以保证生产维持在正常或最佳的工艺操作状态。
1 自动调节系统的组成
自动调节系统是在人工调节的基础上产生和发展起来的，自动调节系统的组成包含三部分：
1.1 测量变送器 测量实际液位高度并将其转换成统一的标准信号。
1.2 调节器 接收变送器送来的液位信号，与事先设定好的工艺希望的液位值即给定值进行比较得出偏差，然后根据一定的运算规律进行运算，然后将运算得出的调节器命令用统一标准信号发送出去。
1.3 执行器 通常指调节阀，它和普通阀的功能一样，只不过它能自动地根据调节器送来的调节命令改变阀门的开度。
2 自动调节系统的分类
2.1 定值调节系统 所谓定值调节系统就是给定值是恒定的调节系统。在工艺生产中，如果要求调节系统的被调参数保持在一个生产指标上不变，或者说要求工艺参数的给定值不变，那么就要采用定值调节系统。在定值调节系统中，引起被调参数波动的原因是各种干扰，对于这类调节系统，设计分的重点是在存在干扰的情况下如何将被调参数控制在所希望的给定值上。石油、化工生产中大多数调节系统属于这种类型。
2.2 随动调节系统（或称自动跟踪系统） 随动调节系统即给定值不是固定的，是随时间不断变化的，而且这种变化不是预先规定好的，即给定值是随机变化的。随动调节系统时目的就是使所控制的工艺参数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。比如各种变送器均可看作是一个随动调节系统，它的输出应严格、及时地随输入而变化，再比如后面将要介绍的比值调节系统、串级调节系统中的副回路都是随动调节系统的一些例子。
2.3 程序控制系统 这类系统的给定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即生产指标需按一定的时间程序变化。近年来，随着微机的广泛应用，为程序调节系统提供了良好的技术工具与有利条件。
3 自动调节系统的过渡过程
当调节系统受到外界干扰信号或给定值变化信号时，被调参数都会被迫离开原来的平衡状态而开始变化，只有当调节作用重新找到一个合适的新数值来平衡外界干扰或给定值的变化时，此系统才可处于新的平衡状态。因此，调节系统的过渡过程实际上是：当调节系统在外界干扰或给定干扰作用下，从一个平衡状态过渡到另一个新的平衡状态的过程，它是一个调节系统的调节作用不断克服干扰影响的过程。
自动调节系统的过渡过程直接表示了调节系统质量的好坏，与生产中的安全及产品产量、质量有着密切的联系，因此研究过渡过程具有相当重要的意义。
4 自动调节系统的静态与动态
自动调节系统的过渡过程包括了静态与动态。把被调参数不随时间变化的平衡状态称为系统的静态，而把被调参数随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。
当一个自动调节系统的给定和外界干扰恒定不变时，整个系统就处于一个相对的平衡状态，系统的各个组成环节如调节器、调节阀、变送器等都暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态就是上述的静态。注意这里所指的静态与习惯中所讲的静态不同。习惯中所说的静态都指静止不动，而在自动化领域中的静态是指各参数（或信号）的变化率为零。如果一个系统原来处于相对平衡状态即静态，由于干扰的作用，破坏了这种平衡。被调参数就会变化，从而使调节器等自动化装置也就会改变调节作用以克服干扰的影响，并力求使系统恢复平衡状态。从干扰的发生，经过调节，直到系统重新建立平衡，在这一段时间中整个系统的各个环节和参数都处于变动状态之中，这种状态就称之为动态。
在研究调节系统的过渡过程时，虽然研究其静态是重要的，但研究其动态更为重要。因为在干扰引起系统变动后，需要知道系统的动态情况，即被调参数是如何运动的，并搞清系统究竟能否建立新的平衡和怎样去建立平衡，干扰作用总是会不断产生，调节作用也就不断地去克服干扰作用的影响，所以自动调节系统总是处在运动状态之中，而静态或平衡是暂时的，因此，研究自动调节系统，重点要研究过渡过程的动态。
5 分析自动调节系统常用的干扰形式――阶跃干扰
在生产中，出现的干扰是没有固定形式的，多半属于随机性质。在分析和设计自动调节系统时，为了安全和方便，常选择一些定型的干扰形式，其中最常用的是阶跃干扰。
所谓阶跃干扰就是在某一瞬间t0，干扰突然的阶跃式地加到系统上，并继续保持在这个幅度上。采用阶跃干扰是因为考虑到这种形式的干扰比较突然、比较危险，它对被调参数的影响也最大。如果一个调节系统能够有效地克服阶跃干扰，那么对于其它比较缓和的干扰一定也能很好地克服；同时，这种干扰的形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。
摘 要：在选矿厂的磨矿分级过程中，其主要特点就是非线性、时带性和时变性，同时还具有极为明显的不确定性等特点，由其特点可以看出此过程是极为复杂的。选矿中磨矿分级过程的控制能力是影响其矿厂中发展收益和资源利用率的主要因素，因此磨矿分级过程也愈来愈受我国学者的关注和研究。本文通过对我国选矿厂磨矿分级过程控制系统进行探讨，并对其工作原理进行深入剖析，同时给出了一定解决在选矿厂磨矿分级过程中出现问题的方法，为今后选矿工作人员在运用自动化信息技术进行运行提供有力借鉴。
关键词：选矿厂；磨矿分级过程；控制系统；工作原理
中图分类号：TP309
选矿厂磨矿分级的问题一直备受各类工程学家的关注和研究，磨矿这一环节是选矿厂在生产过程中的首要任务。由于磨矿所用的设备磨矿机具有容量极大、总体构造极为简单、生产率高、破损率高、有极好的稳定性等特点。因此被作为选矿厂磨矿分级的首选设备，并同时被广泛应用于水泥、采矿及陶瓷等各类行业中。
1 磨矿分级过程的现状及发展趋势
磨矿分级过程的发展大体上可以分为初级、稳定生产以及最优化生产三个阶段。
1.1 初级阶段
其初期阶段是处于20世纪50年代之前，此阶段中选矿厂生产的过程主要依赖于人工操作而非磨矿设备的生产，因此导致了所生产的矿物数量以及矿物质量极为不稳定，况且在不断发展的过程中矿物的机体性质以及物理特征也不断变化，这就给磨矿工作人员的手工操作造成了一定的困难，使磨矿分级过程中的难以保证生产指标的按时完成。同时磨矿工作人员的个人工作强度也不断增加，工作条件也较为恶劣，更在心理和生理上给工作人员造成一定的生产压力，使得生产量难以趋于稳定状态。但是随着社会的不断发展和信息化技术的逐渐普及，磨矿分级过程中也开始在一些采用相关的仪表以及信息化设备检测对一些项目进行较测，譬如在磨矿设备的回路中添加了皮带秤等。这样一来不但使磨矿的过程逐渐趋于简单化而且也在一定程度上减少了工作人员的劳动力，使工作人员的工作条件更加优化，同时也很大程度上提高了磨矿分级过程的稳定性以及生产效率。
1.2 稳定生产阶段
于稳定生产阶段而言，此阶段已处于20世纪60年代，这时较多的自动检测仪表如矿浆PH计、金属探测仪以及矿浆浓度计等都开始应用于磨矿分级过程中，使该过程实现了自动化生产的目标。在60年代后的几十年间发展更是迅速，使磨矿分级过程几乎可以通过对相关一起的数据进行调控来完成，大大提高了生产数量、质量以及生产的稳定性。后来计算机行业随之出现并被应用于采矿过程中来，磨矿分级过程中所遇到的难以解决的生产问题都交予现代控制技术去处理，这些技术的出先和发展都给磨矿分级过程带来了发展优势，使该过程处于极为稳定的控制状态。目前大多数国家的磨矿分级过程都处于该发展阶段。
1.3 最优化生产阶段
对于最优化生产阶段来说，这一阶段出现于10世纪90年代至21世纪初期，磨矿分级过程也随着控制理论的迅猛发展而实现了最优控制的目标。因为影响采矿的因素较为繁杂，而且所磨矿物的物理及化学性质差异较大，所以各个工作的车间及机组都通过计算机对其性质特点进行记录然后传送于统一的管理计算机中，从而完成对该磨矿分级过程的最优制，在南非的一些国家的磨矿分级过程已处于该阶段中。对于现今的计算机控制磨矿设备大多为球磨和棒磨，此类设备在我国已经被研究和试用多年，其主要是采用现代控制理论中的自适应控制控以及多变量控制等对球磨和棒磨进行控制，但是由于自磨机的工作原理及机制极为复杂而使专家们难以得到合理的解释及研究结果，而且进入自磨机的矿石的特征的多样化也会使自磨机的运作机理随之变化，这样一来就使工作人员难以掌握自磨机的作业原理及机制，因此我国的自磨磨矿还处于人工操作的阶段。
2 选矿厂在生产过程中存在的问题及其影响因素
2.1 选矿厂在生产过程中易存在的问题
由于在选矿厂磨矿分级的过程中需要人力对磨矿设备进行手动操作，因此磨矿量的多少不但取决于磨矿机的运作，更多的是由操作人员的个人专业水平及工作经验决定，所以在磨矿过程中如若有存在工作人员责任心不强或者个人操作不熟练等情况，就会使磨矿数量受到一定影响。
与此同时，在磨矿机磨矿的过场中需要水源的供应，但给水量的多少也需要工作人员进行手动调节。由于给水的过程中会受到矿量变化以及供水压力等因素的影响，从而导致磨矿机中磨球的浓度难以控制在平稳状态，这时亦会影响到磨矿量的多少，且在给水过程中如若水量失衡较为严重的话，还会引起磨矿设备有一定的故障发生。
2.2 影响磨矿分级的因素
磨矿作业会直接对磨矿产品的质量及其过程中的矿物处理能力造成影响，从而影响到生产的整体速率和该矿场的综合经济能力以及知名度，因此在磨矿过程中把握好对磨矿机的使用方法及力度是极为关键的。在磨矿分级过程中所产生的一系列参数的准确性是直接决定整个矿场的生产质量以及生产效率的主要因素，但是由于在磨矿分级的过程中会存在譬如生产过程较为缓慢、滞后时间过长、磨矿机工作机理太过复杂等问题，且磨矿系统的整体还具有时变性及非线性的特点，所以在选矿厂磨矿分级过程中会产生或多或少的干扰使此过程难度增加。与此同时，在磨矿分级过程中磨矿设备所发出的噪音一般高达100dB，会使工作人员的工作环境过于嘈杂而对工作人员在心理和生理上都造成一定的影响，从而使工作效率有所降低、生产量过少等情况发生。
综上看来，影响磨矿分级的因素可以分为多个方面。主要影响因素为所磨矿物的自身因素以及磨矿机的自身因素，对于所磨矿物而言，其自身的给料粒度、矿石的耐磨性、矿石粒的大小等都会对磨矿分级过程造成影响；对于磨矿机而言，其自身的规格、大小、衬板形状、型号等都会对磨矿分级过程造成影响。与此同时，在磨矿工作人员的操作过程中出现的例如磨矿物的形状以及其填充率、介质的尺寸以及相互之间的配合、介质的材料合成、加棒球的制度、磨矿设备的转速、所磨矿物的浓度以及料球比等问题也会使磨矿分级过程受到影响。
3 结束语
综上看来，虽然我国的磨矿分级过程正处于不断发展不断进步的局面，但是其间还存在较多的问题及漏洞，而且在相关技术上还需要更进一步的发展和提高，这就需要我国相关的工程家及工作人员不断研讨和创新的磨矿机器及设备，使我国磨矿分级过程更加优化。
作者简介：李琦（1973.01-），男，内蒙古包头人，导师，副教授，硕士，研究方向：工业远程控制；斯琴（1986.06-），女，蒙古族，内蒙古包头人，本科，研究方向：控制工程。
作者单位：内蒙古科技大学，内蒙古包头 014010
摘要：“过程控制”是当前工科院校自动化专业开设的一门专业必修课。结合应用型技术本科院校特点，本文分析了我校开设该课程过程中所存在的问题，并对该课程的教学改革的方法和取得的一些成果进行阐述，有利于指导进一步的教学。
关键词：过程控制；教学改革；教学
一、引言
《过程控制系统》是工科院校自动化专业的一门优秀专业课程，课程知识点涵盖了自动控制理论、自动化仪器仪表、工艺技术、计算机和网络技术等，是一门具有很强应用性和实践性的优秀专业课。国内大多数理工科高校的自动化专业都开设了《过程控制系统》这门课程。我校作为技术应用型本科院校，也将“过程控制系统”课程作为我校自动化专业的一门重要专业课，本课程的教学要求学生能够掌握过程控制系统的基本特点、控制系统组成与基本控制原理；掌握控制系统数学模型及建立方法，掌握计算机集成控制系统、计算机网络控制系统结构与应用。开设本门课程之前学生已经学过“自动控制原理”、“计算机控制系统”等课程，目前，我们学校自动化专业获得了上海市试点专业资助建设，为我校自动化专业的特色专业课程建设提供了契机。
二、改进化教学方法
我校一直致力于培养具有扎实理论技术基础，具有较强技术创新和实践能力，能在一线生产现场从事工业技术应用、管理与技术服务的高等技术应用型人才，这使得我校的课程教学跟985研究型大学不能完全一样，需要紧跟办学仿真改革教学方法。
目前存在的问题：当代大学生多是独身子女，学习态度一般，特别专业性强的专业课，如果纯粹填鸭式理论教育，学生的收获不多。
针对以上所指问题，《过程控制系统》这门课的教学改革以如何激发并提升学生的学习兴趣、提高学生自主学习和创新能力为最终目的。教学改革的方法重点包括改进教学（包括实践环节）方法、授课方式等，将枯燥的理论与实际工业现场尽量联系起来，增加实践设计，包括实验设置的二次开发，或者购买新的实验设备，培养学生自主设计控制系统，对所学理论知识的应用能力。
（一）讲好绪论课，提高学习兴趣
如何在课程之初就吸引学生，提高学生的学习热情是课程组教研的重点内容之一。在绪论课上，老师首先向学生强调本课程的性质、任务及地位等，同时强调和其他已学课程的关联性，以及会和哪些后续环节相关联。同时讲述过程控制的历史发展和研究现状，重点给学生展示大量的实际工程应用案例以及学生利用课程设计与毕业设计开发的成品和教师在过程控制方面的科研成果。让学生对这门课充满期待，找到学习方向，以此来提高学生的学习兴趣。
（二）注重实际案例分析，培养学生的工程思维
在每个重要的控制系统讲授完成之后，都要讲授一个实际机组实例，实例中不但包含模拟量控制，还有相应的信号测量部分和手自动跟踪部分，同时结合控制逻辑进行讲解。同时基于安全考虑，介绍一些报警和连锁保护知识，这样，学生除了对知识有了系统认知，也培养了学生的安全意识。
（三）增加知识讲座，了解行业发展现状
希望学院每年都能请一些有工作经验的校友讲一些过程控制现场情况，以及企业对人才需求的方向，使学生更好地了解行业现状，毕业前应该进行哪些方面的知识储备。同时也希望请一些过程控制领域内的专家学者进行学术报告，让学生有机会了解过程控制的前沿研究，关注过程控制的未来发展。
三、改进教学手段
（一）高质量多媒体课件的研发与应用
过程控制课程是一门和实际结合紧密的学科，内容既有控制理论知识，又和工厂运行实际相结合。为了增加直观性，本课程已采用多媒体授课很多年，但是多以PPT课件为主，板书为辅，形式过于单一。将来希望课题组教师对本门课程的课件进行大力度的研发，多增加一些动画演示，与多媒体教学结合起来，使得知识点直接明了，授课方式更加生动，学生掌握起来更容易，同时也提高了学生的听课兴致和提升了学生的学习效率。
（二）网上教学平台的开发和应用
建立网络交流平台，可以使师生之间的协作不受时间和空间的限制。老师可以将教学的相关资料上传到网站上，并在网站上布置作业、网上答疑、讨论，学生能及时方便地得到老师和其他同学的解答。
（三）辅助教学软件的应用
过程控制课程的教学重点是给学生一个“系统”的概念，实际应用的过程控制系统，大多数都是闭环反馈控制系统，主要包括检测传感器、控制器，执行器和被控对象等组成。过程控制系统主要是根据控制指标的要求，进行系统建模和控制器设计计算，并对各部件进行选型并整定。在讲解过程中，应用Matlab软件里面的SIMULINK软件，根据过程对象的数学模型，搭建系统模型，并进行仿真验算，通过调整控制器参数，观察系统仿真输出曲线，直到达到系统要求的目标为止。尤其在控制器动态特性和各种复杂控制系统以及控制系统的整定等知识的讲解中，MATLAB仿真实例便于学生比较各种控制方法的优缺点，增强了直观性，同时也能让学生学到一种解决问题的方法和手段。
四、强化实践应用能力
实践环节包括实验环节、课程设计和后续的仿真培训等。
（一）实验设计
实验教学是过程控制系统课程教学的重要环节，实验环节是培养学生独立设计控制系统能力的重要实训手段。实验教学主要以突出学生独立自主完成系统设计能力的培养，学生为主，授课老师为辅。我校过程控制实验室设备是浙江天煌教仪研发的，学生可以在实验台上进行一些验证性和自主设计实验，包括单容液位定值控制系统、液位与进水流量串液级控制系统、锅炉内胆水温前馈――反馈控制系统等。另外，新建的PLC和DCS实验室也可以满足学生的一些自主设计实验的需求。
（二）课程设计改革
【摘要】 随着计算机网络技术的不断进步，过程控制系统在加热炉过程控制系统中的应用日渐广泛，本系统解决了人为凭经验控制钢坯温度，带来的加热质量问题，实现了透明加热炉。
【关键词】 温度场模型 加热炉 开发与应用
一、背景
对于钢铁企业来说，如何控制好钢坯在加热炉内加热过程中的表面温度和芯部温度是非常重要的，直接影响到后续的加工质量，如轧制工序等。加热质量是所有质量的源头，加热质量不好，如加热未烧透、加热不均匀、过烧等，不光会带来能耗的浪费，过多的烧损，更会直接导致后续轧制时轧制力过大，厚度不稳定，轧制泄压，麻面等等各种问题。因此，对于钢铁企业来说，将温度场模型融入日常生产管理中是很有必要的。以往生产中，由于各种因素，未采用温度场指导生产，对钢坯温度的监控主要是以L1的炉温值结合人的现场观测经验为主，存在不直观、工作量大、且效率过低的问题。人的经验起着决定性作用，有的班加热质量好，有的班加热质量不理想，总体加热质量不稳定。通过温度场模型的有效引入生产，很好的指导了生产的操作，稳定了加热质量，从源头上把控了生产的整体质量。
二、温度场模型的建立
2.1建立传热模型微分方程
导入微元体的总热流量 + 微元体内热源的生成热 = 导出微元体的总热流量 + 微元体热力学能（即内能）的增量
三、温度场模型的应用
1、系统体系结构。加热炉在线过程控制系统采用C/S体系结构，即控制软件系统分为前台和后台两个子系统，前台系统为客户端系统。后台系统为服务器端系统，由多个进程组成。前后台系统之间，后台系统的不同进程之间，通过数据库系统进行信息交互。
2、服务器端系统组成。服务器端系统有5个独立进程组成，钢坯加热流程跟踪系统（简称流程跟踪系统）、钢坯温度状态跟踪系统（简称钢温跟踪系统）、加热炉炉温优化设定系统（优化设定系统）、与三级系统通信系统（简称三级通信系统）、与轧钢系统通信系统（简称轧钢通信系统）。1）流程跟踪系统的基本任务。承担着加热炉生产过程工艺流程的跟踪任务，是过程控制系统的基础。该系统承上启下，收集过程信息，组织钢坯记录，发送生产指令，为其它子系统提供所需的各类过程服务。2）钢温跟踪系统的基本任务。在其它子系统的支持下，“钢温跟踪系统”使用温度场模型，跟踪钢坯温度状态的变化过程。3）优化设定系统的基本任务。在其它子系统的支持下，使用钢坯速度跟踪模型和温度场模型，预判钢坯烧透时间。同时，通过计算钢坯预期炉温的方式，确定当前最佳炉段温度。4）轧钢通信系统的基本任务。承担着整个加热炉过程控制系统与轧钢过程控制系统的信息交互任务。该任务由两部分组成：向轧钢控制系统发送钢坯出炉温度、从轧钢控制系统读取钢坯开轧温度。5）三级通信系统的基本任务。承担着整个系统与三级控制系统（又称MES）的信息交互任务。该任务由两部分组成：从MES获取钢坯计划信息、向MES发送MES需要的钢坯加热过程信息。
3、服务器端子系统设计。在后台系统中，属于应用系统范畴的子系统共有5个，分别是：钢坯加热流程跟踪系统、钢坯温度状态跟踪系统、轧钢通信系统、三级通信系统。由于每个子系统相对独立，彼此之间的信息交互均通过数据库系统实现，因此在设计上，每个子系统作为独立系统考虑。
四、实现效果
本系统自上线以来，稳定、高效、直观。提供了很好的人机界面，直观反映了炉内的钢坯实时状况。利用加热模型、速度模型、结合黑匣子数据及加热代码信息将钢坯所在位置的炉温转换为钢坯实时温度，计算目标出炉温度，指导炉温设定，控制加热节奏，同时将钢坯21层出炉温度发送给轧机二级，帮助轧机二级优化轧机模型。加热炉过程控制系统的投用，实现了加热炉的透明，直观反映了炉况，扭转了由于钢坯温度不可预知而造成的钢坯“烧不透”，“烧不匀”，“烧过头”的现象，指导了生产，从源头保证了钢板的质量。
摘 要：本文主要介绍京唐1580热轧生产线的二级过程控制系统，从非控即平台、数学模型两方面进行概述。介绍了HDP平台的运行机制及环境，数学模型方面以模型的架构和相应的数学模型介绍为主。
关键词：热轧；非控平台HDP；二级过程控制；数学模型；粗轧
1580热轧工程是国内自主集成的热连轧系统，其自动控制系统集成了北科麦斯科（一级总承包）、北京金自天正（二级总承包）、澳大利亚IAS、ABB（传动）等国内外热轧领域的优秀单位，经过一年的安装、调试、冷试、热试、试生产、生产达产，设备逐渐进入稳定运行期，通过各方人员共同不断的摸索和优化，产品质量及新品种开发也有显著的提高，逐步成为京唐热轧的品种钢基地。
本文将以介绍该生产线的粗轧自动控制系统的二级过程控制为主，包括粗轧数学模型和软件平台的阐述。
1 运行平台简介
京唐1580热轧生产线的粗轧二级过程控制的软件运行平台是北京金字天正开发设计的HDP （Happy Develop Platform）平台，是支持过程控制系统开发的计算机系统开发平台。
HDP包含一个系统框架hFRAME和一批功能模板hTemplets。系统框架是过程控制系统的基础框架，它实现了进程与线程管理、共享区管理、报警与公共服务、系统监控维护和模拟测试等过程控制系统的基础功能，同时为集成系统的其它功能模块提供了简明规范的接口。功能模板可以生成与系统框架相适应的功能模块，利用它们能够迅速搭建你所需要的系统。
系统框架的程序模块已经固化，开发新系统时，所有基础功能均使用系统配置的办法实现，不需要编制任何程序。系统框架采用统一规范的接口与其它功能模块进行连接，因而采用HDP平台开发的过程控制系统的可靠性是有充分保证的。
1.1 系统的运行环境与开发环境 过程控制系统运行在安装有Windows2000 Server操作系统的PC服务器上，数据中心还需要Oracle数据库管理系统的支持。HDP的开发环境是VC++、Office以及Oracle Developer。
1.2 HDP系统框架 HDP系统框架hFRAME本质上是一个封装好的软件包，其范围几乎含盖整个过程控制系统，只有hPCS中的应用线程模块appThreads不在其中。系统框架的工具箱只包含系统监控程序Monitor这个基本的工具。
2 粗轧数学模型
概述 粗轧模型软件通过C++程序语言来实现模型具体功能的编程过程，以及模型程序同平台应用程序之间的数据交换和结构关系。
2.1 软件架构 粗轧模型系统以一个独立进程的方式存在于整个系统平台中，粗轧模型系统进程同其他应用进程之间的数据交换通过访问系统统一的共享区来实现，模型进程下创建有预设定线程、设定线程、自学习线程。模型进程的起停由HDP系统平台统一管理，模型进程下的应用线程同样由系统平台的事件来管理。粗轧模型系统的模型参数表，保存在由系统统一创建的模型共享区中。
2.2 模型控制系统 粗轧模型控制系统实现粗轧过程计算机的优秀功能，它的任务是实时计算出粗轧轧制过程所需的各种基准值，和根据轧制中实测的数据自动学习、优化模型参数，并将计算出的基准值保存到数据通讯进程所需要的共享区。
粗轧模型控制系统的主要内容有：操作方式管理；模型预设定；模型重计算；模型自学习。
操作方式管理功能主要是负责处理操作工通过HMI画面选定的设备功能投用和参数修改，主要有：轧机甩架；除鳞方式改变；侧导板控制；轧制策略改变。
模型预设定主要是根据HDP控制逻辑进程触发时所发送的板坯号信息和PDI对应的板坯参数进行粗轧模型设定，主要有：加热炉入炉设定；加热炉出炉设定；加热炉即将出炉设定；HMI画面请求的模型再计算。
模型重计算是根据当前轧制道次所采集到的实际生产数据，修正计算剩余道次的轧制规程，除粗轧整个轧制道次的最后道次不进行重计算外，其余道次均根据实测数据进行重计算。
模型自学习是根据所采集到的实际轧制数据和模型设定的基础数据进行比较，通过自学习的方法对模型参数进行自动修正，主要有：轧制力、温度等的自学习（此功能在模型重计算中实现）；粗轧宽度自学习；对精轧出口宽度自学习。
操作方式管理：操作方式管理功能，主要是接收处理HMI画面上操作工所选定的设定功能，将HMI所选定的功能进行处理后传入模型设定模块，让模型按照HMI画面设定的要求进行功能设定，同时将HMI画面上所请求的参数输出到HMI画面上去。
①甩架功能设定，在HMI画面上操作工通过模型设定画面上的机架投用画面可以点击设备投用或设备甩架，甩架原则是：平辊甩架必须和立辊联合一起甩，立辊可以单独甩架。模型接收到甩架信息将所甩机架置上甩架的标志，模型计算时根据甩架的标志获取相应的模型参数。如果是立辊、水平辊联合甩架模型还将根据所甩设备的位置确定新的轧制策略。
a单甩立辊方式：模型依然按照粗轧两机架的方式进行轧制策略设定和水平辊的规程设定，只是在进行立辊模型设定时，如果该机架立辊道次有甩架标志，立辊道次的辊缝按没有立辊控制的辊缝进行设定。
b立辊、水平辊联合甩架：模型根据所甩机架的标志，重新分配粗轧的轧制策略，水平辊和立辊的规程都通过一个机架来设定。
②除鳞方式设定，当除鳞设定的HMI画面上选择是二级自动方式时，粗轧的所有除鳞方式按照模型表中默认的除鳞方式进行；当除鳞方式选择到二级手动时，模型根据HMI设定的除鳞方式进行模型设定。操作工设定除鳞方式时可以手动在模型现有设定方式基础上进行修改设定，也可以根据模型提供的不同除鳞策略自动选择设定。如果当操作工将某除鳞设备的工作状态选择成关闭，模型计算时遇到此除鳞设备时直接选择弃用除鳞的方式。
3 结语
粗轧区域的平台采用金自天正传统的HDP平台，其数学模型程序作为该平台的一个子进程运行。该控制模式在1580热轧线的应用很成功，模型设定精度很高，模型参数调整工具灵活、适用，二级维护人员可通过参考模型设定数据采集系统的日志文件和实时的数据PDA图形系统检查模型调整的效果。京唐1580粗轧模型通过精确的设定和完善的自学习系统及维护人员的及时调整，现在运行稳定、控制精确，有效地保证了该热轧线的宽度控制质量。
[摘 要]现阶段，是信息化飞速发展的阶段，因此对于过程控制系统而言，需要不断地对其进行优化设计。本文主要探讨了PLC的组成部分和特点，以及PLC的过程控制系统的具体设计方案。
[关键词]PLC；过程控制系统；设计
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0101-01
PLC控制方式，是目前自动化领域内的一种主要的控制方式。这个控制方式，和以往的方式相比，具有成本低、控制灵活、维护简单的优势，因此值得在自动化领域进行广泛的推广。
1.基于PLC的过程控制系统概述
PLC，即为一种可编程控制器，它主要是借助控制功能软件来实现系统的编程功能的，因此可以适用于较为恶劣的工业环境，它具有较强的抗干扰能力。PLC主要由以下几个特点：一、性价比较高；二、较为突出的可靠性；三、可编程强；四、在线编程较为简便。PLC的实质，是用于工业控制的计算机，其硬件结构类似于微型计算机。它的主要结构包括以下几个方便，具体如图1所示：
其工作原理为：它的工作过程主要包括三个方面，即为输入采样和用户程序执行，以及输出刷新。进过这三个阶段的流程，即可完成一个扫描周期。目前，该控制系统多用于工业制造之中。
过程控制系统属于一个封闭的控制系统。它主要包括四个组成部分，即为计算机、被控对象、测量变送、执行装置。其中，过程控制系统的控制机，就是这四个组成部分中的计算机。它依赖于现代的控制理论，以及经典的控制理论，来实现工作运行的。基于计算机的控制器，它的技术基础就是：计算机技术和自动控制化理论这两个方面。
德国西门子PLC公司生产的可编程程序控制器，在我国主要应用在冶金、化工、食品等领域内。西门子生产的可编程程序控制器，其产品主要包括LOGO、S7-200、S7-300等，这些产品具有以下几个特点：体积较小、速度较快，同时其网络通信能力较强，具有更加可靠的性能，因此可以在冶金、化工、食品等领域内进行更为广泛的推广。
2.基于PLC的过程控制系统设计
基于PLC的过程控制系统设计主要包括以下几个流程：
2.1 做好前提准备工作
用PLC做控制优秀，要充分考虑在工业生产中的独特性，因为生产过程涉及多个流程，而生产机械也不尽相同。所以在底层以PLC来作为生产的基本控制时一定要多方监控和操作，做到数据合理统计分析。只有将细化了的工业生产流程和机械的特点和特性全面把握，才能在控制过程中提高运作质量水平。总的来说，在进行具体受控对象操作时，一定要从逻辑、时序和模拟上充分了解受控体机、电之间的具体联系和区别，从而在PLC控制程序设计上精确其参数，优化结构，满足要求。
2.2 过程控制具体方案流程
1）对生产工艺步骤的了解
这篇文章主要研究的是在PLC控制下裂化催化剂成胶工艺流程的具体控制方案。（此次研究过程有两个反应器）下面是裂化催化剂成胶的具体工艺控制步骤：第一点要在反应器Ⅰ中加入两种物料，分别记做物料A和物料B，在物料全部加入完毕时启动搅拌机，将搅拌工作时长控制在10min；第二点，在第一次加入物料A和B搅拌完成停止后再将物料C加到反应器Ⅰ中，将搅拌工作时长调整到15min接着搅拌，然后以同样的工作流程加入物料D进行10min搅拌，将物料E最后放入反应器Ⅰ中进行最后15min的搅拌，当加入物料E搅拌完成后，停止搅拌机。除了进行反应器Ⅰ的工作，同时还要进行反应器Ⅱ的工作，反应器Ⅱ的工作内容和流程和反应器Ⅰ相同，但是它们是相互独立和分离的，之间无任何干扰项。只是反应器Ⅰ和Ⅱ之间要进行每25min的交替运行工作，从而组成一个整体化的生产步骤流程。
2）确定控制要求
在生产设备处于初始工作状态的情况下时，其进口阀门关闭，循环阀门打开，而计量罐则保持空闲；当过程控制系统开启时，整个系统开始运转，这时情况发生反转，进口阀门会变为打开状态，而循环阀门则会转为关闭状态，而计量罐则会开始容纳所需物料；当物料加满时，进口阀门再次关闭，循环阀门再次打开，这就完成了一次完整的物料添加过程。根据反应器的需要，上述动作会呈现出循环重复的状态。
3）确定控制方案
由于在整个过程控制系统控制过程中，开关量扮演着输出和输入信号的角色，所以，在设定任务时，就将其设定为一套单机逻辑控制系统。具体流程如图2所示：
2.3 PLC输出与输入设备的选择
严格遵照过程控制系统的控制要求和设计方案是选择PLC设备的先决条件。输出设备由信号指示灯/执行设备和电磁阀组成；而输入设备由电磁阀/传感器和位置开关组成。
2.4 PLC设备的类型选择
不同的厂家生产的不同型号的PLC设备的结构、性能、容量和成本也都不同，在进行选择时，要从PLC设备的机型、容量等方面进行综合的考量。首先是机型方面，不但要保证功能可靠、维护方便，还要在性价比上占据优势，只有符合这些要求才能纳入考量范围。
2.5 设计控制软件与调试
根据该系统的具体要求，所需要的编程软件主要包括STEP7 V5.5和WinCCSP4。STEP7 V5.5主要完成逻辑控制部分程序；WinCCSP4主要实现人机界面程序设计。设计步骤完成之后，需要对其进行测试和调试。主要包括两个方面，其一是实验室的模拟，科研人员需要在实验室内对该设计进行测试，根据测试的各项数据来设计现场的调试的方案。基于PLC的过程控制系统的设计与实现，需要经过这两个步骤的测试，最终才能投入实际的生产使用之中。
3.结束语
在基于PLC的过程控制系统的设计，可以有效的节省这个系统所需的研制费用，节省了其单机手动，以及半自动控制的按钮数量，也可以最大程度的节省PLC的占用输入点数。这些运行程序方面的节省，最大程度的减少了这个系统所需的安装工作量，以及接线工作的任务量，也在最大程度上为操作这个系统的工作人员带来了很大的便利。因此基于PLC的过程控制系统设计与实现对于工业生产而言，具有十分重要的意义，因此值得对其进行广泛的推广。本文选取的设计方案，可以在恶劣的工作环境中进行有效的运行，它可以承受住现场施工的考验，其较高的通信速率、较低的出错率、较好的运行效果，均体现了其广阔的市场应用前景[1]。
[摘 要]本文以日立UCM串列式6辊冷轧机组过程控制系统轧制力自适应模型为实例，介绍了轧制力自适应模型的功能、计算过程，并着重描述了日立冷连轧过程控制系统轧制力自适应模型计算过程。
[关键词]冷轧机组 过程控制系统 自适应 模型
绪论
日立过程控制系统轧制力计算模型是用数学公式来描述轧钢过程轧制力的内在规律。由于现场条件的差异，轧制力计算数学模型不可能100%的准确表述轧制过程中的实际情况。在此背景下，轧制力自适应功能应运而生，自适应的根本宗旨就是要提高轧制力计算模型的计算精度，从而提高产品的质量。轧制力自适应模型功能的最终目的是计算出轧制力计算数学公式的自适应系数。
1.轧制力自适应系数计算概述
日立过程控制系统轧制力计算数学模型在计算轧制力的时候考虑了变形抗力、张力、摩擦力、接触长度、轧制力自适应系数等因素。自适应模型通过实际值反计算轧制力时自适应系数等于1。通过现场反馈的实际值计算理论轧制力时，首先计算实际的摩擦力系数，然后计算实际的动态变形抗力。自适应模型轧制力自适应系数计算流程如图1所示
3.结束语
轧制力自适应系数极大地提高了轧制力计算模型的计算精度。模型计算的精度提高后使一级基础自动化控制更加优化，从而大大提高了成品的质量。
【摘要】 为解决企业管理信息系统与过程控制系统之间互不联通，形成信息孤岛，需要建设两类系统之间的数据接口。介绍了数据采集接口的架构及各模块的功能和要求，通过接口的建设，实现面向整个企业各生产、管理层面所有业务活动的数据服务与支持，建成合理的企业数据管理模式。
【关键字】 过程控制系统 数据采集 接口 建设
现今信息应用已发展到生产运行指挥、综合分析、辅助决策等高级阶段，对信息数据的获取要求更全面、更及时、更方便。企业在开展生产业务的同时，也建设了包括生产调度指挥系统、模拟仿真、诊断分析在内的其他大量企业管理系统。通常各系统之间互不通联，数据整合复杂度高、实施周期长、且系统运维难度和工作量大，导致了运维成本高和运维效率低下。数据采集接口的规范建设将改善企业数据管理模式，实现整个生产过程的优化管理，切实提高企业的数据利用效率，提升信息服务的价值。
一、数据采集接口架构
数据采集接口是企业信息管理系统采集过程控制系统数据的接口，是对不同厂商、不同型号的过程控制系统，如DCS、PLC、SCADA等进行统一的数据采集、规范化的处理。数据采集接口主要实现采集、存储、三种功能，通过数据采集网关设备采集过程控制系统数据，采集数据存储于实时历史数据库中，同时把实时历史数据库中的数据进行，为企业管理系统提供及时有效的数据支持。
采集接口通常包括数据采集、数据管理、数据服务等组件，还应包括专用网络、网络安全组件，以及数据采集接口运行管理组件。
数据采集接口通常由数据采集网关、应用数据库、数据接口（数据访问接口和数据应用接口）、安全防护设备（隔离网闸和防火墙）四部分构成，采集生产网过程控制系统数据，通过数据采集网将其存储于应用数据库中，以便于企业信息网中企业管理信息系统获取过程控制系统数据。系统架构如图1所示：
二、 接口功能
过程控制系统通过数据访问接口传输给数据采集网关，且对外仅支持数据采集网关的数据采集要求；数据访问接口根据设置和设定的安全策略校核数据及服务请求，允许合法用户的访问，禁止非法用户的请求，是单向传输的。通常有多种从过程控制系统获取数据的方式，如从控制系统服务器获取、从控制总线获取、从操作站/工程师站获取，或采用共享文件方式获取等。具体采用哪种方式，应考虑控制系统安全、目标需要、数据采集复杂度等因素后作出选择。为了对过程控制系统进行统一的数据采集、规范化的处理，数据访问接口宜将过程控制系统的专有通信协议转换为标准协议，提供过程控制系统的数据访问功能。对新建的控制系统，应在其设计阶段就考虑数据采集网关，对于现有的控制系统，经综合分析、论证，必要时需对现有系统进行升级改造。
数据采集网关的主要功能是采集过程控制系统数据，并转发到应用数据库。它通过数据采集网关内置或二次应用开发的通信协议与过程控制系统的通信协议进行转换通信，实现过程控制系统的数据采集。数据采集方式主要是考虑现场环境与管理需求，用户可进行同步/异步、自动通知、订阅/等方式进行设置。数据采集网管是数据采集接口的主要设备之一，应支持常用的通信协议如：Modbus、OPC等，支持轮询、逢变则报等数据采集规则和一定的数据缓存及补传能力。
应用数据库主要功能包括存储、归档、采集网关转发的过程控制系统数据，包括实时数据库、历史数据库。数据存储应该具备数据缓存、压缩、归档、备份、点数扩容等基本要求，数据吞吐量应满足理论数据吞吐量的2倍。
应用数据库与数据采集网关数据交互通常采用Modbus和OPC协议， 与企业管理信息系统数据交互可采用OPC、ODBC或OLE DB、WebService等数据访问服务或服务器自身应用程序编程接口方式的数据访问服务等。
数据应用接口主要功能是为企业管理信息系统过程控制系统数据，并提供过程控制系统数据的访问功能，企业管理信息系统需要向数据应用接口进行注册申请，获取访问权限后才允许向数据应用接口进行单向访问，且应该只通过数据应用接口访问过程控制系统数据，不宜直接对过程控制系统进行数据连接访问。
三、网络架构及防护系统
过程控制系统数据采集接口的网络架构包括三层网络：生产网、数据采集网、企业信息网。 生产网内典型的控制系统由基本过程控制系统（BPCS）、安全仪表系统（SIS）及火灾报警和气体检测系统（F&G）三部分组成[1]，每个系统提供数据访问接口用于该系统的数据输出。数据访问接口搭建在各个系统的集成服务器端，而不需要直接连接到现场的控制器上。数据采集网包括数据采集网关、应用数据库、数据接口、安全防护设备四部分。其中应用数据库是由实时数据库与历史数据库组成。企业信息网由一系列的企业管理信息系统组成，这些系统需要访问过程控制系统数据时，需要向数据采集接口中的数据应用接口进行访问申请，一般不允许通过其他途径对过程控制系统的数据进行访问。
安全防护系统主要是为了保证过程控制系统数据采集接口的数据采集过程不影响生产网的正常运行、不破坏生产网的安全性，同时隔离与企业信息网的连接预防受到网络攻击，由连接生产网与数据采集接口的隔离网闸与连接数据采集接口与企业信息网的防火墙两部分组成。
安全隔离网闸通常布置在两个安全级别不同的两个网络之间，管理员可以从信任网络一方对安全隔离网闸进行管理。网闸基本原理是切断网络间的通用协议连接，将数据包分解重组为静态数据，对数据进行安全审查，包括网络协议检查和代码扫描，确认后的数据安全流入内部单元，内部用户通过严格的身份认证机制获取数据[2]。本系统架构中隔离网闸主要隔离生产网与数据采集网，部署于这两个网络之间，实现数据采集网与生产网之间安全适度的应用数据交换，只允许数据由生产网向数据采集接口单向无反馈传输，由于隔离网闸系统在外网与内网中间设有隔离交换单元，内外网与隔离交换单元通道不可能同时连通，保证了生产网的绝对隔离，从而保证了企业生产网的安全。
防火墙部署于数据采集接口与企业信息网之间，隔离数据采集网与企业信息网。它依照管理要求设定的规则，允许或是限制传输的数据通过。未经授权和安全认证，不允许其他任何设备、网络或系统接入数据采集网。保护数据采集网免受非法用户的侵入。
四、结束语
过程控制系统数据采集接口的统一规范化建设为满足企业信息网对生产网的访问要求、企业管理信息系统对过程控制系统数据的访问要求奠定了基础，为深化生产信息数据的业务应用、为管理层掌握一线生产的实时情况提供了条件，实现了数据资源的共享，推动了企业信息化的建设。
对于智能操纵算法在实际操作中有一些麻烦，比如硬件成本高、软件编程实现困难等等，引入MATLAB设计智能操作算法，利用MCGS监控算法及控制过程，将MATLAB的多种算法与MCGS良好的人机接口进行融合，有力的改善了智能操纵算法操作难的问题，提高了系统的监控质量。大量实际操作研究显示，该算法操作便捷，操作性能稳固，降低了成本，减少了开发所需要的时间，在进行操纵过程中方便实行，具备较好的实用价值。
【关键词】MATLAB MCGS 仿真 动态数据交换
本篇文章使用MCGS组态监控软件系统来操控薄膜厚度，实时收集数据信息，设置硬件的接入点，使人们和机器能直接对话，并且用可动画面的形式来表现操控系统的实时情况。这个时候，把MATLAB作为在后台运转的平台，达到以Back Propagation多层前馈网络为基础整定比例-积分-微分控制器（PID）以及进行弯曲线路创作的功效。使用者使用DDE软件进行双方的信息交换，感受不同角度、不同层次、不同范围观看仿真流程的可观看的人员和机器的交流过程。
1 薄膜厚度操作体系的组成部分
1.1 MATLAB中的PID控制器设计
薄膜厚度控制系统是由现场设备和上位机这两个设备组成的：现场设备中的可编程逻辑控制器对薄膜厚度施行收集，并且对控制数量进行输出，同时对加热控纽的功率进行改变来实现对薄膜厚度的掌控，再将厚度检测仪器检测到的薄膜厚度反馈到上位机器操控体系；上位机器的操控体系是以MCGS为基础进行设计的，有着强大的功能，例如对硬件接入点进行设计，对信息进行动态搜集，实机人员和机器的交流，对信息数据进行登记等，能够模仿操控体系实时的运行状态，把所有变化数据的信息实时地展现出来。为了达到以Back Propagation多层前馈网络为基础整定比例-积分-微分控制器（PID）以及曲线制作的功效，在后台运转的信息操作模块以MATLAB为开发平台。使用Dynamic data exchange通信协议，把MCGS里需要进行测算的信息转送至MATLAB中，由MATLAB对这些数据进行处置，然后将最后的处置结果发送回MCGS，这样，可以提升MCGS操控PLC的本领。
1.2 MCGS组态软件的设计
MCGS软件研究出搜集相关数据信息，对这些数据信息进行处置并且对这个过程进行操控的相关计划和工具，通过这些工具，能够为使用者提供相关动画展示和报表等内容，使用者通过使用这些工具可以完成相关的工程操作。
在MCGS组态软件操控的窗口中，依据使用需要对“系统管理”、主要用户界面、“系统设置”等功能进行了处理，点击不同的菜单就能够进入到对应的操控页面。MCGS系统窗口能够维系及驱动外部装置，同时，可以在这里面加入外部硬件工具和模拟工具如PLC。在对通道进行策划时，可以把A /D、D /A通道和动态信息库中的信息对象对应结合起来。在使用者窗口模式中，设置了主要页面、厚度自行调整页面、体系配置页面等操控页面。
以上的页面，都是在MCGS的使用者小窗中使用相关的测绘模具对监控平台体系进行设计。MCGS可观看图像的功能能够便捷地构造要策划的所有页面，再将动画相关联，就是构造页面画面对象和动态信息库的信息变量之间的联系。在这个窗口中需要设置一些数值可变的量，主要用于信息搜集、操作、输出操控、动画连合和装备驱动，这些可变的信息量是组成动态信息库的主要组成部分。
1.3 MATLAB和MCGS的DDE连接
MCGS提供了一个和另外一个应用程序实施信息互换的方式，这就是动态数据交换（Dynamic data exchange），所以，MATLAB也接受动态数据交换（Dynamic data exchange）通信协议。薄膜厚度仿真操控体系当中，把MCGS当作SERVER程序，把MATLAB当作CLIENT程序，经由动态数据交换协议把MCGS里设置的薄
膜厚度设计数值输送到MATLAB，由以Back Propagation多层前馈网络为基础的比例-积分-微分控制器运算得出最佳比例-积分-微分控制器参数，然后把参数发送给MCGS，从而实现比例-积分-微分控制器参数能够自行整定。
1.4 如何在MCGS中设置DDE
在MCGS和MATLAB中构造一个动态数据交换（Dynamic data exchange），必须在MCGS的“动态信息库”的小窗里构造可改变的量，然后点组态平台里的“工具”按纽，再选择动态数据交换（Dynamic data exchange）连接管理，打开后，将里面的通信的厚度设置数据改成动态数据交换（Dynamic data exchange）输出就可以了。
2 仿真控制效果
为了将以Back Propagation多层前馈网络为基础的比例-积分-微分控制器和原来的比例-积分-微分控制器的功能进行比较，使用这两个系统来实行仿真操控，并且在第三百个采集样本时间加入外加干扰d（k）=2，用来计算抵抗干扰的水平。PID相关参数的数值设定为不变的：kp=0.4，ki=0.03，kd=0.2。以Back Propagation多层前馈网络为基础的PID操控器选择Back Propagation多层前馈网络构造是4-5-3，学习效率以及惯性数值设置为：Z=0.002，T=0.0008。在MCGS的薄膜厚度自行设置页面里把薄膜厚度设置为二十二μm，按下“测算PID参数”这一项，MATLAB经由动态数据交换（Dynamic data exchange）系统在MCGS里选中薄膜厚度信息，在运行系统中用以上两个控制系统实行仿真操控，原来的比例-积分-微分控制器数据量为百分之四十，回应时间是一百五十秒，并且受到的干扰比较大。使用以Back Propagation多层前馈网络为基础整定比例-积分-微分控制器（PID）基本没有超调，采用基于BP神经网络的PID控制器几乎没有超调，回应时间是一百秒，受到的干扰比较小。运算结束后，MATLAB将以Back Propagation多层前馈网络为基础整定比例-积分-微分控制器（PID）整定得到的PID参数发送给MCGS。通过这样的仿真实验显示，以Back Propagation多层前馈网络为基础的比例-积分-微分控制器的优点为超调数量比较小、回应时间短、适应性比较强等等，把其使用在MCGS组态系统中能够增强双向拉缩薄膜厚度操控系统的性能。
3 结语
笔者引入MATLAB设计智能操作算法，利用MCGS监控算法及控制过程，系统无需增加硬件，算法实现简单，是智能控制算法工程实现的有益尝试，具有较大的应用价值。
作者单位
盐城工学院机械工程学院 江苏省盐城市 224051
摘 要
随着社会经济不断发展，对自动化过程系统的要求也不断增加。自动化过程控制系统在工业领域被广泛应用，为工业领域发展起到了很好的作用。自动化过程控制系统不仅提高了工业产品的生产效果，还降低了生产劳动成本，减少了财务损失。本研究通过对自动化过程控制系统在工业中的应用进行探讨分析，具体分析报告如下：
【关键词】系动化过程控制 工业应用
自动控制是指在没有人力参与的条件下，利用外加的设施设备，使机器按照一定程序运行工作。自动化过程控制系统，是根据科学理论、计算机科技以及其他的一些信息技术设备，对企业或工厂进行检测、优化、调度。随着经济不断发展，自动化过程控制系统被广泛应用于多个领域，且在多个领域都起着很重要的作用[1]。自动化过程控制系统的好坏是评定一个国家科技水平的标志。工业是我国一大重要产业，自动化过程系统在工业领域中的应用满足了我国经济发展的需求，同时也符合人们对工业产品质量的要求。
1 自动化过程控制系统在工业领域应用的含义以及组成部分
在现代工业应用的基础设施中，自动化控制系统（Autom ation Control System ）被广泛应用到工业领域。工业生产过程中，自动化过程控制系统是将温度、流量、液位以及材料成分等工艺参数设定为被控制系统的自变量。比如自动化控制系统在工业应用中，恒温室的温度调节过程就是自动化过程控制系统，由于温度是一个不断变化的物理量，通过检测仪器可以检测出具体的数据。如果想要设定一个温度恒等不变的环境，首先需要进行温度测量，当测量结果显示低于恒温数值时，采取加热方式升高环境内温度；当测量结果显示高于恒温数值时，停止加热。整个过程中，温度属于一个控制变量，对温度进行检测，采取加热措施让温度保持在一定的标准，这就是一个自动化控制过程。自动化过程控制设备中可编程逻辑控制器（PLC）是最常见的一种过程控制设备，它的原理是根据所输入的数字信号，提前进行设定，从而输出数字信号，输出的信号经过功率放大模板的作用后，会产生模拟信号，最后再通过相应的执行元件，得出过程控制。自动化过程控制系统的组成元素主要有：
（1）检测元件，主要用于检测被控制元件的物理量。
（2）控制器，其主要作用是比较设定值和测量信号的数据，计算出两者之间的偏差，再按照设定好的控制规律进行计算数值，最后将得出的最终结果作为控制信号传送到执行装置。
（3）执行器，其作用是接受控制器传送的控制信号，并推动控制信号，改变被控制变量。
2 工业自动化过程控制系统的特点
过程控制主要是对生产过程中的程序控制，控制设备不同，其特性也不同。
（1）连续性。在工业自动化过程控制中，其整个控制过程是不间断的、经常性的运行着，很多运行原理都是循环进行的，中间不能停，要求过程控制在自动条件下不间断的完成。
（2）方案多样性。不同产品其自动化过程控制方案也有所不同。
（3）自动化过程控制系统的实时性。在一定条件下，被控制变量随着外界因素的影响，不断变化。
（4）复杂性。自动化过程控制系统所控制的范围比较广，其被控制变量也比较复杂，控制程序要求比较多且复杂，这些因素都影响过程控制系统的复杂性。
3 工业自动化过程控制系统的安全问题
工业设施设备包含电力、水利以及石油天然气等行业，这些行业是我国经济发展的重要纽带，自行花过程控制系统在工业中的应用还存在很多安全问题，具体过程控制系统应用出现故障，可能造成的安全问题有：
（1）危害工作人员的生命安全，甚至造成工业内员工群死、群伤的不良事件发生。
（2）造成工业企业经济上的巨大损失，还会波及到我国整体经济发展和经济建设成果。
（3）危害当地人群的生活以及国家安全，甚至还会引起一些不法恐怖分子袭击事件发生。
（4）影响我国环境，造成环境灾难，甚至会给后代子孙发展带来严重后果。
4 自动化过程控制系统在工业中的应用
过程控制的自动检测系统。运用一些适当的检测仪器表对工艺参数进行检测，并记录数据以便后期计算使用。过程控制中的自动保护系统。对温度、流量、液位以及材料成分等工艺参数进行检测，检测结果不能满足要求范围，自动发散相应信号，与此同时将安全阀门打开或是切断某一通路，保证自动化过程系统受到外界破坏。过程控制中的多冲量控制系统。是指在自动化过程控制系统中，变量信号比较多，通过相应计算后，最后共同控制一个执行元件，从而保证被控制工艺变量的整体质量。在锅炉给水系统中常采用多冲量控制系统。
分程控制系统的主要应用。分程控制系统主要是将输出信号传送到其他两个或两个以上的控制阀设备中，且每一个控制阀的工作范围都是在信号之内。分程控制系统主要用于控制不同介质流量，以达到工艺生产的整体效果，还用于工业成产中的安全防护，另一方面还用于扩大控制阀门的调整范围，以达到改善和控制产品质量的效果。
工业生产中的软条件保护措施。软保护措施就是当短时期生产时，通过设定特定自动选择性控制系统，从而达到自动保护生产的目的，同时还可以有效减少由于停车造成的经济损失。
自动控制系统。利用自动控制系统装备对关键性工艺参数的控制，使这些关键性参数免受外界影响，从而保持稳定状态。
自动操作和开车停车系统。根据设备中预先规定的操作顺序，对需要操作的设备进行周期性的运行。自动开车停车系统，同样也是预先规定好操作顺序，按照系动化过程控制程序运行。
5 自动化过程控制系统的各项指标和要求
自动化过程系统在中常见的几种信号有：斜坡信号、阶跃信号、正弦信号以及加速信号等。这些信号的特点就是容易产生，且对过程系统信号输出影响比较大，方便计算和分析数据。在阶跃信号的作用下，被控制变量会随着时间不同呈现不同的形式：发散震荡过程、衰减震荡过程以及非震荡过程。其各项性能指标应该满足的三种特性：
（1）稳定。过程系统必须是稳定的，可以正确运行各项功能，并能按照程序的规定控制整个生产过程。其性能指标还会出现衰减率、超调量。
（2）准确。过程控制计算结果必须是正确的，尽量控制好偏差。
（3）及时响应。尽可能缩短系统偏差时间，其评定指标包括：恢复时间、震荡时间和频率以及上升时间。
6 总结
综上所述，自动化过程控制系统已经在工业领域中广泛应用，自动化过程控制系统的技术也已经发展成熟，但是随着我国经济不断发展，人们对产品的质量要求不断升高。工业自动化过程控制系统也需要不断改善，才能保证我国工业基础设备的安全，才能保证生产产品的质量。所以对自动化过程控制系统的研究和探索也成为当前的重要任务。要不断探索研究自动化过程控制系统，随着社会的需求不断改善，同时还要经济发展需求。自动化过程控制系统在工业中的应用，不仅节省了很多人力、物力、财力，同时也提高了产品的质量。
作者单位
中海油山东化学工程有限责任公司 山东省济南市 250000
摘 要： 本文首先介绍过程控制系统的组成、特点、控制质量指标、过程建模方法及分系统设计方法和步骤。然后 分析压力过程控制的工作流程、控制系统的设计方案、系统建模及调节器的参数整定。实现压力过程系统的PID控制。
关键词：过程控制 PID控制器 参数整定
一、过程控制系简介
1.过程控制的任务
过程控制的任务就是在了解、掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础上，根据工业生产对过程控制安全性、经济性和稳定性的要求，应用理论对控制系统进行分析和综合，最后采用适宜的技术手段加以实现。
2.过程控制系统的组成
过程控制系统是指工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分等这样一些过程变量时的系统。
3.过程控制的特点
（1）系统由过程检测控制仪表组成。（2）被控过程的多样性。（3）控制方案的多样性。（4）过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半属参量控制。（5）定值控制是过程控制的一种主要控制形式。
4.控制系统的控制质量指标
一个控制性能良好的过程控制系统，再受到外来扰动作用或给定值发生变化后，应平稳迅速准确地恢复到给定值上。
二、压力过程控制系统设计
压力的测量和控制在生产过程自动化中具有特殊的地位。保持实际生产过程的压力为一个稳定值，对生产过程有着至关重要的作用。考虑到经济成本等问题，本系统采用单回路控制。下面对整个系统作详细介绍：
1.工作流程
1.1工艺简况
在工业生产过程中，气体测量罐设备应用十分普遍，为了保证生产的正常进行，空气进出量需均衡，以保证过程的物料平衡。因此，工艺要求空气罐内的气体压力需维持在某给定值上下，或在某一小范围内变化，并保证空气罐压力不致过大。本系统要求超调量小于5%。
1.2工作流程
本系统使用的介质为空气。空气从空气压缩机进入系统空气入口，经过节流阀的调节后，进入过滤器过滤，过滤后的空气进入减压阀1，减压阀1的出口压力一般保持在1kg/cm^调节后的空气进入减压阀2，减压阀2的出口压力一般保持在0.55kg/cm^这时空气的流向有两种方式，当扰动电磁阀打开时，空气一部分经过节流阀、扰动电磁阀流向外界；一部分进入控制阀。当扰动电磁阀没有打开时，空气全部进入控制阀，经过控制阀的空气最后流进测量罐中。
2.压力过程控系统建模
用测试法建立被控对象的数学摸型，.首要的问题就是选定模型的结构。
自衡单容过程对象的对象特性的一般形式为 ，为建立其数学模型，可通过测量其
阶跃响应的方法求得对象特性参数K、T、τ。
3.压力过程控系统的设计方案
3.1被控参数选择
被控参数的选择对于稳定生产、提高产品的产量和质量、改善劳动条件、保护环境卫生等具有重要意义。若被控参数选择不当，则无论组成什么样的控制系统，选用多么先进的过程检测控制仪表，均不能达到预期的控制效果。由于本系统是模拟实际生产过程的一套实验过程控制系统，被控参数压力在系统设计之前已决定。
3.2控制参数选择
扰动作用是由扰动通道对过程的被控参数产生影响，力图使被控参数偏离给定值；控制作用是由控制通道对过程的被控参数起主导影响，以使被控参数尽力维持在给定值。在分析与设计控制回路时，要深入研究过程的特性，认真分析各种扰动，正确选择控制参数。
在本系统中，被控参数是压力，模拟的生产过程是测量罐，测量罐的容积和湿度在某一实验中几乎是不变的，因而测量罐中的压力只能由气体的物质的量决定，控制参数也就唯一确定了，即：气体的物质的量。
3.3执行器
调节阀的选择：执行器由执行机构和调节阀组成。在过程控制中他接受调节器输出的控制信号并转换成角位移或直线位移，来改变调节阀的流通截面积，以控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制。
调节阀的尺寸选择根据对象的惯性特征选管径。在生产过程中，调节阀气开、气关形式的选择，主要是从工艺生产的安全角度来考虑，当气源一旦中断时，阀门处于全开还是全关状态，在生产上要能保证设备和人身的安全。所谓气开式，即当信号压力P>0.02Mpa时，阀开始打开，也就是说“有气”时阀开，气关式则相反。
因为调节阀的特性对整个过程控制系统的品质有很大的影响。理想流量特性就是在调节阀前后压差一定的情况下得到的流量特性。它取决于阀芯的形状。阀芯的形状有快开、直线、抛物线和等百分比等4种，其相应的流量特性有直线流量特性、对数（或称等百分比）流量特性、抛物线流量特性、快开流量特性。
综上考虑，本系统根据选用气开式气动调节阀V-5110，其流量特性为直线流量特性。动力源由空气压缩机提供的。
3.4测量变送
测量和变送是解决一个信息获得和传递问题。信息的测量和边送必需迅速可靠地反映被控参数的实际变化情况，为系统设计提供准确的控制依据。本系统选用差压式压力传感器作为检测和反馈元件，将测量罐的压力值转化为电信号，被测压力值为大气压力值加压差。
3.5调节器
本系统选用东芝EC-311型调节器
通常，选择调节器动作规律时应根据对象特性、负荷变化、主要扰动和系统控制要求等具体情况，同时还应考虑系统的经济性以及系统投入方便等。
广义对象控制通道时间常数较大或容积迟延较大时，应引入微分动作。如工艺容许有残差，可选用比例微分动作；如工艺要求无残差时，则选用比例积分微分动作。
当广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化也不大，而工艺要求无残差时，可选用比例积分动作。当广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化较小，而工艺要求不高时，可选用比例动作。当广义对象控制通道时间常数较大或容积迟延较大，负荷变化也大时，简单控制系统以不能满足要求，应设计复杂控制系统。
根据本系统的过程特性与工艺要求，所以选用PI或PID控制规律。根据成系统负反馈的原则，确定调节器的正、反作用。由于选用调节阀为气开式，即反作用调节阀，Kv为正；由于测量罐进气时，即测量罐内气体的物质的量增加时，测量罐内的压力也增加，所以K0为正；一般测量变送器Km为正。为使系统各环节的静态放大系数极性乘积为正，也就是为了构成负反馈，选择调节器Kc取正，即选用反作用调节器。
摘 要：随着我国铝加工行业的转型升级，更加关注于铝加工产品的厚度控制精度和板形控制能力，在铝板带箔轧机控制领域引进了SIEMENS、ABB板形控制系统。本文针对SIEMENS板形控制系统在动态过程控制中出现的一此问题进行了较为深入的研究和总结，希望对我们以后在使用和调试铝板带箔轧机板形控制系统时有所帮忙。
关键词：铝板带箔轧机、动态过程、板形控制
一、铝板带箔轧机箔材动态轧制过程板形控制异常状态现象描述：
某铝加工厂铝板带箔轧机引进了SIEMENS板形检测控制系统，采用的SIEMENS板形辊共26个压力检测环，某规格产品箔材覆盖SIEMENS板形辊第4#-23#环，在箔材动态轧制过程SIEMENS板型辊第15个压力环检测值明显偏大（I.U值偏大），SIEMENS板型辊第24#-26#压力检测环在轧制过程中检测压力明显异常（注：由于板型辊第24#-26#环辊面上没有受到铝板带箔压力的作用，正常状态时RAW值应3300左右）。如图1所示：
二、铝板带箔轧机箔材动态轧制过程板形控制异常状态处理过程：
1、验证L1级AFC控制系统的有效性，按照AFC控制系统控制原理，当SIEMENS板形辊压力环检测压力大于设定目标值时，AFC控制系统应控制减小对应板形辊环域的冷却喷射量以使工作辊相应的环域热膨胀，对应环域的铝板箔材会有微量变薄的趋势，从而使铝板箔材板形I_Unit接近于目标值。但这次板型辊第15个环压力环检测值明显偏大，板形已严重超出控制目标 I_Unit值，冷却喷射量已调整到极限为零，不能再进行调控，这种现象说明AFC控制系统的控制是正确的，只是当冷却喷射量调控到极限值后还是不能改善铝板带箔处于板形辊第15环的板形。如图2所示
2、验证板形控制系统冷却喷射控制的有效性，通过强制手动控制第1-26组冷却喷射阀，一一验证了1-26组冷却喷射阀控制的有效性。而且在轧制过程中强制开启板形辊第15个压力检测环对应的冷却喷淋阀，可以明显看到板型辊第15个压力环检测的压力越来越大，验证了处于异常状态时板形辊第15个压力检测环对应的冷却喷淋阀处于关闭状态，AFC控制和冷却喷淋控制是正常的。
3、验证板形辊压力环检测的准确性，用同样的4种砝码对板型辊1#-26#压力检测环一一进行标定，板形辊每个压力检测环的线性值均大于0.9999，只要达到0.9998就合格，板形辊的检测精度和线性处于非常良好的状态，验证了Siemens板形辊压力环检测的准确性。如图3、图4所示。
4、验证冷却喷淋喷嘴角度与板形辊环域对应性，由于在箔材动态轧制过程SIEMENS板型辊第15个压力环检测值明显偏大（I.U值偏大）时，强制将与板形辊第14个或16个压力检测环对应的冷却喷淋关闭，虽然这期间板形辊第14个或16个压力检测环的检测压力会减少而偏离目标值，但板形辊第15个压力检测环的检测压力会渐渐接近于目标值，说明15#环域受14#或16#环域喷淋控制的影响，因此怀疑冷却喷淋与板形辊各压力环对应性不好，或者冷却喷淋喷嘴角度不对。用红外标线器进行对中测试，板形辊各压力环与各冷却喷淋喷嘴一一对应。冷却喷淋喷嘴角度的一个固定的斜角，以确保喷射的覆盖面能与板型辊的幅宽一致，而且检查冷却喷淋喷嘴也没有堵塞和异常喷射现象。并且将板形辊第24#-26#压力检测环与14#-16#压力检测环对应的冷却喷淋喷嘴进行对调，以验证冷却喷淋有效性。
5、验证工作辊磨削精度的可靠性，如果工作辊在15#环域磨削精度不够也可能造成上述异常现象，因此不仅对工作辊磨削精度进行了检测，并连续更换了2副工作辊以验证工作辊磨削精度的可靠性。
6、验证铝板带箔来料板形的可靠性，用扫描式凸度仪检测铝板带箔来料板形良好，并将同一批次的铝板带箔在其它轧机上轧制同规格的箔材产品均未出现这种板形控制异常状态，有效排除了箔材来料板形对板形控制异常的影响。
7、测量SIEMENS板形辊每个压力环的电压值，在不受外力作用下1-26#压力检测环电压值均为1.2V左右，RAW均为3300左右，将气源关闭后，RAW均为1900左右。检测结论正常。如图5所示。
8、测试铝板带箔轧机机前机后辊系水平度，由于SIEMENS板形辊第24#-26#压力检测环在进行标定时检测正常，但在轧制过程中检测压力明显异常，由于板形辊第24#-26#环辊面上没有受到铝板带箔压力的作用，出现这种现象可能是板型辊与铝板带箔不是垂直力，因而使24#-26#压力检测环受到4-23#环的挤压，而造成压力检测异常。因此对机后、机前辊系的水平度均进行了静态检测，检测结论是正常合格。
通过采用以上验证措施后，铝板带箔轧机SIEMENS板型辊第15个压力环检测I.U值和第24#-26#个压力环检测I.U值和仍然得不到很好的控制，可能是SIEMENS板形辊装配不好，环与环之间的间隙不一致，使SIEMENS板型辊第15个压力环第24#-26#个压力环受其它外力的作用，因此对SIEMENS板形辊拆开进行再次装配并调整环与环间隙，可在轧制过程中仍然出现上述箔材板形控制不好现象。
三、铝板带箔轧机箔材动态轧制过程板形控制异常状态处理结果：
对铝板带箔轧机箔材动态轧制过程中SIEMENS板形辊转动状态进行试验，按照SIEMENS板形辊工作原理，在铝板带箔轧机轧制过程中SIEMENS VAI 板形辊第24-26#个压力检测环由于不与铝板带箔接触，检测环在不受外力的作用下用手指轻压就可以让其停止转动，但此时需要一个较大的力才能让其停止转动，因此可以推测板形辊与其它辊系的平行度和水平度还不是太好。由于动态轧制过程中包角辊处于工作状态位置，前期在进行包角辊的水平度检测与校准时是以非轧制状态包角辊处于抬起位置为基准，此时以包角辊处于轧制工作状态位置进行水平度检测，发现包角辊在轧制工作状态位置水平度操作侧明显高于传动侧0.289mm，因此以包角辊轧制工作状态位置做为基准对包角辊水平度进行了校准。如图6所示。
对铝板带箔轧机辊系工作状态位置的水平度进行校准后开始进行轧制，轧制过程中铝板箔材板形控制良好，板形控制系统控制状态良好，SIEMENS板型辊1-3#压力检测环、24-26#压力检测环由于不受外力的作用，RAW值均为3250左右，处于正常状态，板形辊第15#环板形检测I.U值正常。如图7所示。
【摘要】维修工作是保障系统及设备持续有效运转的重要保障，在过程控制系统及仪表技术水平不断提高同时，过程控制系统及仪表的维修理念也需要不断更新，重视预防性维修和维修方法设计，实现面向系统及仪表维修向面向服务对象转变、设备更新改造与维修结合，全面提升过程控制系统及仪表的维修水平。
【关键词】过程控制系统；仪表设备；维修理念
0.引言
控制系统及仪表是工业连续生产的重要保障，控制系统及仪表的性能及稳定性对工业连续生产的影响也越来越重。尤其在过程控制系统及仪器仪表应用信息技术和自动化技术的程度越来越高的情况下，控制系统及仪表的自动化水平逐渐提升，控制系统及仪表在保证工业连续生产中发挥了不可或缺的作用[1]。基于过程控制系统就仪表的技术水平越来越高，重要性也来越大，从事自动化系统和仪表维修人员的素质要求也越来越高。维修人员维修过程控制系统及仪表的观念及方法都需要根据过程控制系统及仪表的改变而更新。
1.重视预防性维修管理
传统控制系统及仪表维修方法为被动式维修，既过程控制系统及仪表出现问题后，维修人员根据生产现场工作人员的反应情况前往现场观察控制系统及仪表出现的问题，查找系统及仪表出现故障的原因，再排除和解决系统及故障的方法。然而，随着控制系统及仪表技术水平的提高、系统及仪表应用程度提高，控制系统及仪表在工业生产过程中出现的故障和问题也从少到多、从简单到复杂。传统被动式的维修方法无法满足及时快速解决系统及仪表故障的要求，而过程控制系统级设备是保证持续生产的关键，无法及时快速解决故障让系统及仪表恢复正常状态，将给企业造成巨大的损失[2]。因此，过程控制系统及仪表维修要求维修人员提前做好准备工作，预防故障。
重视预防性维修管理也是一种符合生产质量管理规范的维修理念。随着社会对工业生产质量管理规范要求的提高，工业生产软件设备和硬件设备都应做好预防性维修。基于预防性维修理念，维修人员需要为过程控制系统及仪表建立维修管理文件，总结归纳系统及仪表维修项目及周期，使零散的设备维修工作得到规范化管理，让系统及仪表维修工作“有章可循”、“有文件可依”，使系统及仪表维修工作实现被动维修向主动预防维修转变。预防性维修对维修人员也提出更高的要求，它要求维修人员需要提高对过程控制系统及仪表服务对象的认识，树立其结。维修人员还需要不断强化服务意识，提高维修基本功训练，提高维修水平。只有这样，维修人员的素质才能满足提供主动预防性维修管理的要求。
2.面向系统及仪表维修向服务对象转变
传统工业生产中应用过程控制系统较少，仪表应用较多，因而日常维修工作以为此仪表维修工作为主。仪表维修的最大特点在于维修工作只需根据仪表的特点开展一些简单的日常维护手段。然而，由于控制工程成果在工业生产设备和系统中应用越来越多，仪表技术也得到质的飞跃，现代仪表维修和传统仪表维修有很大的区别。而且受生产的影响，不同生产对过程控制系统及仪表的选型要求不同，过程控制系统及仪表维修更要求结合多方面因素。
基于工业生产中过程控制系统及仪表的变化，过程控制系统及仪表维修也需要从面向系统及仪表维修向服务对象转变，既根据控制仪表选型及系统应用开发服务的对象确定维修方法。面向服务对象的维修是指维修人员不仅要了解过程控制系统及仪表的特点，还应计划对它们服务对象的属性的研究结果[4]。结合工业生产实际情况，在连续的生产过程中，过程控制系统及仪表可能会出现异常现象，异常现象可能有仪表及系统自身的很定失效或偶然失效引起，也可能又生产工艺过程的偶然变化或环境影响引起。在此情况下，维修人员应该对过程控制系统及仪表服务的对象有更多的了解，才能在维修中占据主动权。因此，维修人员需从面向系统及仪表维修向面向服务对象转变，掌握生产工艺及生产设备的特点。
3.重视维修方法设计
过程控制系统是一个复杂的大系统，实际应用中的复杂性更高。而仪表本身也属于高科技产品，仪表集成信息处理、电子电路、机械结构等多个学科的技术和知识，也是一个小系统，过程控制系统及仪表应用在实际过程中也需要考虑合理性。因而从宏观角度来看，控制系统系统是一个巨系统，各类仪表则是巨系统中的小系统。这要求在过程控制系统及仪表发生故障后，维修人员在实施维修操作前需要对故障或失效问题从整个系统角度进行诊断。如若过程控制系统及仪表自身具备故障诊断功能，维修人员则可直接利用故障诊断功能进行诊断，如不具备该功能，维修人员则需要利用自己的知识及经验设计故障诊断方法，确定故障诊断步骤[]。在众多的过程控制系统及仪表维修经验中，许多维修人员由于缺乏系统性观念，不懂得在采取维修操作前设计维修方法，导致错误维修系统及仪表，造成小问题愈发严重。因此，维修人员需要依据规程程序设计维修方法，再实施维修操作。
4.设备更新改造与维修结合
工业生产规模越来越大，生产设备也在不断增加，过程控制系统及仪表使用逐渐增多。许多企业已经将过程控制系统及仪表用于生产，过程控制系统系统的仪表已经进入故障频发时期，或者在未来一段时间内仪表将因使用年时间过长进入故障频发时期，过程控制系统及仪表潜在的隐患将对生产线持续生产形成巨大的威胁。而过程控制系统的仪表产生的问题已经无法通过简单的维修方式即可解决问题。因此，过程控制系统及仪表维修需要将设备更新改造与维修结合。
维修人员需要对现有过程控制系统及仪表的结构及性能进行分析，结合过程控制系统及仪表服务的对象，对现有过程控制系统及仪表的结构进行全面的改造，才能提高过程控制系统的使用性能和使用率。例如笔者曾对控制系统及信息显示系统进行分析，确认控制系统及信息显示系统存在问题后，对控制系统及仪表的特性进行摸底分析后，制定了系统预防更新改造方案。通过更新改造控制系统后，原有控制显示系统与更新改造后的控制显示系统完美兼容，极大地提升了控制系统及仪表的软件性能和硬件性，及时的解决了过程系统及仪表出现的故障，保证了系统及仪表的性能，还提高了维修效率，有效保障了生产持续进行。
5.结语
随着设备管理制的不断完善，过程控制系统及仪表制造企业纷纷推出资产管理系统或设备管理系统，设备管理制度及流程规范程度越来越高。尤其是信息技术和计算机技术的引入使过程控制系统级仪表维修管理也趋向于信息化管理模式。而且大量实践也证明信息化管理下的控制系统及仪表维修具有极高的效率。因而维修人员更需具备与时俱进的理念，结合不断发展的科技，才能实现过程控制系统及仪表维修理念的更新，形成更加完善的过程控制机仪表维修方法。
【摘 要】本设计通过PLC、变频器、A/D、D/A模块等设备完成对液位、流量等参数的控制，利用PID进行调节校正，实时生成各个参数的趋势曲线图，达到对流量的稳定控制的目的。结构简单，安装方便，操作简单直观，可以长期连续稳定在无人监控下稳定工作。
【关键词】PLC;PID控制;过程控制
0 概述
在工业生产中有时必须对生产过程的某些参数进行控制，使其保持定值或按规律变化，确保生产正常进行，因此精确的参数控制显得尤为重要。本设计基于三菱PLC FX3u可编程控制器，以两个水箱作为控制对象，实现对水箱系统的过程控制。
总体设计方案：通过人机界面对水箱系统的压力、液位、流量给出设定值，通过PLC控制系统运行，使得水箱系统能够按照要求进行工作，人机界面可以实时监控各项数据，并随时对相关参数进行更改。通过温控调节器调节温度。
现场水箱的数据采集后经过A/D转换给PLC进行PID处理，PLC处理的结果再经过D/A转换给变频器控制电机的转速，实现对参数的稳定控制。
1 方案设计
1.1 系统模块选型
本系统主要包括PLC控制模块，数模转换单元模块、人机界面监控模块等。
1.1.1 PLC选型
本系统设计采用三菱FX3U系列PLC为优秀控制器。该PLC为三菱推出的新型PLC，有丰富的扩展性和新型的功能，具有结构简单，使用灵活且易于维护等特点。
1.1.2 A/D、D/A转化模块选型
本系统A/D，D/A转化模块选用三菱FX2N-4A/D和FX2N-4D/A。
数模转换模块FX2N-4A/D为四输入通道，模拟量输入范围有-10～10V，-20～20mA，4～20mA，CPU只能以二进制处理模拟量值，模拟量输入模块可以将过程模拟信号转换为数字信号。
模数转换模块FX2N-4D/A为四输出通道，模拟量输出范围有-10～10V，-20～20mA和4～20mA。模拟量输出模板可以将数字量输出值转换为一个模拟信号。
1.2 系统结构设计
基于PLC的过程控制装置由上下两个水箱组成，包括流量、液位、压力传感器，可以根据所需不同的要求可构成不同的回路，如图2所示该控制系统主要实现流量、压力、液位、温度的自动控制。
1.3 系统软件设计
系统设计中用到的软件主要有：GX Works 用于FX3U程序编辑;GT Designer3用于GOT人机界面编辑。
1.3.1 监控系统功能
完成压力液位数据，变化量变化趋势、PID参数调节以及报警记录的实时显示。
1.3.2 水箱自动调节系统功能
水箱自动调节系统可以将功能分为数据采集和智能调控两个方面：系统时刻采集者流量、温度、压力、液位参数，并根据需要进行自动调整;而且，当液位过低时，它会自动停止加热，避免干烧而产生的危险。
1.4 PID控制器调节
（1）PID控制原理是根据设定值与实际值之间的偏差，将偏差按比例积分微分通过不同的组合构成控制器，对被控对象进行调整控制。
（2）PID具体指令
1）PID指令必须通过A/D将模拟量测定值转换成数字量PLC，因此，对A/D模块的初始化及其采样程序是不可缺少的一部分。
2）PID的指令设定值SV及 PID控制参数群参数必须在指令执行之前送入相关的存储器。所以PID指令的初始化程序必须在执行PID指令前完成。
3）用PID指令对设定值SV和测定值PV的差值进行PID运算，并将运算结果送入到MV寄存器。
4）如果是模拟量输出，则还要经过D/A模块将数字量转换成模拟量送到执行器，因此D/A模块的初始化和其读取程序也是必不可少的一部分。
（3）PID调节过程
1）设定I、D基础值为0，改变P值，分别为1、2、3、4、5、6、9、15;
2）设定流量目标值为100 cm/s，观察流量当前值随时间的变化;
3）当P值很小时，流量达到设定值的时间较长，当P值很大时，就会出现震荡，流量会在设定值左右变化，误差会较大，此时P值为2;
4）此时P值为2，D为0，改变I值，分别为0、1、2、3、4、5、6、15，观察曲线的变化;
5）当I值过大时，积分作用不明显，I值过小时，系统会出现震荡，使系统稳定性能降低，此时确定I值为5;
6）设定P值为2，I值为5，改变D值，观察当前值变化;
7）D值越小，微分作用就越弱，D值过大，系统会出现震荡，甚至发散，确定D值为1。
1.5 控制系统流程
1）控制系统流程开始后会进行初始化，包括硬件的复位和软件内部寄存器的清零。
2）打开触摸屏进行所需参数的设定，不然电机无法运行;电机运行后实时数据将显示在触摸屏上，在一定时间内如果未达到理想的要求值时可以重新设定参数来进行调整，直到它达到自己的要求。
3）达到要求值之后可以调整其他参数或者停止设备。
1.6 程序设计与人机界面
采用三菱FX3U系列PLC，进行程序编辑，完成相关控制要求：液位、流量、温度等相关采集量的处理以及反馈。通过人机界面可以对PLC的控制效果实时监控。
2 结束语
基于PLC的过程控制系统的设计，人机界面软件（GT Designer 3）的强大数据处理、图形表现能力和交互能力。PLC实用性广、抗干扰能力强、适用于工业现场的特点，融合了先进的自动化技术、计算机技术，具有可靠性高、维护容易等特点。系统实现了对流量、压力、液位等对象的测量、自动控制和实时监控，具有人机交互功能，监控软件界面美观，操作起来简单明了，程序使用方便灵活，可移植性较高，实现了操控要求。
