过程控制系统范文

导语：如何才能写好一篇过程控制系统，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：过程控制 PID控制器 参数整定

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2015）10-0250-01

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。

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【关键词】中厚板轧机；计算机过程控制；数据通讯；模型计算；过程跟踪

0 引言

将计算机应用到轧制过程，并以其为核心，由它按预定的程序来处理和加工与过程有关的信息，对过程进行有效的监督、控制和管理，所有这些就叫做计算机轧制过程控制。为了使轧制过程稳定，并生产出厚度在公差范围内且有良好的板形和表面质量的产品，必须根据具体的轧制条件正确的调整辊缝和速度，以及对过程进行实时的调节。产品的质量、产量等直接与控制系统的稳定性和计算的准确性有着密切的关系，因此采用计算机进行工艺的过程控制一直是人们关心的重要研究课题。

八钢中厚板生产线采用分布式控制系统，按功能层次可以分一下四个等级，如图1所示。

1 硬件配置

L2过程机系统由一台轧线计算机（惠普服务器）、精整线计算机（惠普服务器），每台计算机都有备用计算机。系统采用冷备方案，备用机兼做开发机。

2 系统软件分层说明

最底层：WINDOWS 2003 Server操作系统，构成系统软件的基础。

第二层：ORACLE数据库，专门用于过程数据的存储；SOCKET通讯：采用了当今比较流行的双紧凑的、面向连接协议的Client/Server方案。

第三层：为宝信中间软件iPlature以及XCOM-PCS，iPlature主要功能有画面、报表、通讯、ALARM管理系统等组成，为应用软件提供强有力的支撑。XCOM-PCS 目前主要完成了采用Tcp/ip通信的电文的处理。

第四层：公用子程序及应用软件。直接进行iPlature调用。

3 L2在整个系统中的位置

L2系统不但接收生产管理系统MES下发的计划（即图中的原始数据PDI）同时也向生产管理系统MES发送各环节的生产实绩。

L2负责与L1通讯，L2调整所有的设定值并发送给L1，L1将必要的测量值，跟踪信息等实时信息直接发送给L2。L2除了和L1通讯外，还包括了L2和标志机等一体品设备的系统的通讯。

所有系统之间都是通过TCP/IP协议通讯。

4 功能描述

4.1 道次计划计算

道次计划计算是整个轧线L2系统的核心任务，该功能是L2存在的根本原因。道次计划计算通过相应的模型公式计算道次压下分配规程，在轧机的作用下实现将板坯变成钢板的任务，并且保证最终产品达到尺寸、性能、板形等要求。

道次计划计算包括预计算和再计算、后计算以及自适应。板坯抽出时，根据板坯原始尺寸、出炉温度以及成品尺寸和终轧温度就可以计算一个完整的道次计划规程，轧机根据此规程基本可以将板坯轧制成为符合要求的钢板。为了得到高质量的产品，道次计划会根据轧制过程的实绩反馈，修正计算后续道次，并再设定给轧机执行，此为再计算。

4.2 温度计算与监控

板坯的温度计算对于轧制过程的力能参数计算极为重要，温度是计算轧制力、待温时间、冷却时间等的基础。

在道次计划计算时，根据给定的初始温度，以及相关参数，温度计算可以预测板坯进入轧机前以及各个道次的温度。

待温轧制是中厚板轧制的特点，因此温度监控的目的就是为了周期性计算处于轧线上待温阶段的板坯的温度，通过周期计算板坯的温度，可以提示操作人员板坯的待温情况。并可以激励板坯道次再计算，对后续道次规程进行修正。

4.3 轧线材料跟踪

材料跟踪是跟踪材料，根据材料的位置来协调调度过程控制的所有程序，材料轧线材料范围是从加热炉炉内开始到矫直机入口，在这段过程中材料跟踪对材料处理进行跟踪。材料跟踪在这个区域中的任务可以划分以下几个部分：

按照辊道分区，记录生产线的材料映象，任何时候都能得到所有材料的物理位置。

当材料到达或离开轧机某个位置时，材料跟踪必须准备好相关的材料数据（包含PDI数据，加热炉数据和其他相关数据），同时激励其他相关软件。当吊销材料时删去相关材料数据。

当跟踪映像和实物映像不一致，或跟踪异常时，操作工可以进行跟踪修正，确保跟踪映像与实物位置的一致性。

4.4 轧制计划管理

轧制计划管理接收部分加热炉系统已经存在的PDI数据，接收的数据按板号存储于数据库中，有画面对完整的轧制计划数据进行生成和调整等管理。人工可以通过该画面进行计划的输入，删除，修改等功能。

每个原始数据都包含板坯，轧制的板，母板和合同板的数据，此外还有板号，板坯号，板坯尺寸，产品尺寸数据，轧制指示（控温轧制，多块轧制，转钢），化学成份，合金补偿系数，最终温度，ACC入口温度，ACC冷却速率，出口温度等。

当该材料生产结束，计划数据将要记录保存。

4.5 设定功能

基于精确的材料跟踪，当材料到达指定的位置时，过程计算机给L1和特殊仪表进行设定，对轧机的设定工艺参数来源于道次计划计算，在设定时要对设定的参数进行最后的校验，防止出现引起设备超过极限能力的情况出现。

在跟踪不正确的情况下，操作人员可以从操作画面上对跟踪进行修正，在修正后把正确的设定数据发送给L1。操作人员可以对设定的数据进行修正。

4.6 实绩值收集处理

过程机接收来自PLC和特殊仪表的数据，由于来自于传感器的裸数据不能直接用于反馈控制，测量值必须要进行过滤和统计处理。测量值处理数据同时能够为工艺和自动化技术人员提供轧制生产信息以及用于产品质量分析。

L2的数据采集轧机的实际数据有水平辊的轧制压力，力矩，辊缝，速度，温度和计算的厚度，轧制信号等。

4.7 数据通信

利用宝信软件产品XCOM-PCS，实现与其他计算机系统的通信，具体电文格式参见基本设计规格书通信接口篇。轧线计算机加热炉计算机，精整线计算机，轧线L1，ACC计算机和仪表通信。其中轧线计算机与精整计算机之间运用了iPlature的相关功能，主机之间无需采用电文方式通信。

4.8 报表

报表程序负责工程记录的报表打印。这些报表反映了材料在生产过程中的相关数据，有如下的报表：

工程报表：包括的数据是轧制设定计算所涉及的数据，这些数据包括了材料相关的数据、来自轧制策略的数据、道次计划计算值、材料和轧机操作相关的重要数据。

班报：记录当班生产的产量，质量和停机情况。关于报表，具体格式可与用户商量讨论后确定。

5 结束语

中厚板计算机过程控制系统作为实现八钢信息化目标中的重要环节，其采用先进的工艺模型和控制技术，使厚板质量得到极大进步、生产治理更方便，增强了八钢产品的竞争力，其重要性也会在以后的生产当中越发的凸显。

【参考文献】

[1]丁修.轧制过程自动化[M].北京：冶金工业出版社，2005.

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随着新型技术的迅速发展，社会对专业人才要求不断改变，以及学生学习途径的增多，现有“过程控制系统”教学已不能满足培养应用型专业人才的需求，我们在深入分析该课程的教学实际和系统总结教学经验的基础上，针对存在的问题提出了项目式教学思路，并经过多年研究与实践，取得了较好的效果。

实践教学项目的具体目标就是为工程教育创造出一个合理的、完整的、通用的、可概括的实践教学环境。它以专业知识应用能力的构思、设计、实施、运作的过程为载体，工程设计为导向，以项目训练为载体，让学生以主动的、实践的、有机联系课程之间关系的方式学习工程技术，增强实践能力。

“过程控制系统”课程是自动化专业一门实践性很强的专业课，该课程要求“学”与“用”密切联系，是学生多年学校理论学习与走上工作岗位的桥梁，因此该课程的教学重点就是对学生工程应用实践能力的培养。我校建立的省级重点实验室――基于工业4.0实训基地，为该课程实践教学提供了良好的教学平台。

以学生为本，建设实验实训教学中心，提供良好的实践教学环境。实践教学实施的硬件基础是实验实训设备，2015年以来自动化系对相关专业实验室进行整合，以人才培养的需求为出发点，从自动化专业培养方案的高度，合理整合现有实验室和组建新的实验室，与西门子公司联合建立了工业4.0实训基地，该中心占地5000m2，设备仪器投资约1500万，实验设备生均达到1.28万元。形成了新的满足自动化专业人才培养学期的实验教学中心，负责自动化专业“工程技术实践”和“专业综合实践”以及全校电类、控制类课程的实验教学。同时有效利用思源学院省级污水处理厂，学校供暖控制系统及学校恒压供水系统作为综合实践项目。

1 课题描述及项目教学总体构架

1.1 课题描述

“过程控制系统”工程实践项目教学是针对应用型自动化本科专业培养目标而设置的实践教学项目。在现有工业4.0实训基地的基础上，以增强学生工程应用实践能力，完成工程师基本训练为目标，开发出以工程应用能力培养为宗旨，以真实工程实践项目――12项工程实践项目为载体，每个实践项目都通过实验、分析、再设计开发、调试运行等内容融合为一体，在具有模拟工业生产环境下，实现教、学、做相结合，强化学生的综合应用所学知识，解决实际工程问题的能力。

1.2 项目教学总体构架

实践项目载体的选择和实施过程的设计是是顺利开展工程实践能力教学的重点，本课题的项目载体选用真实工业环境为背景――工业4.0实训基地，以完成工程师基本能力的训练为总目标，培训学生工程基础能力、个人能力、人际团队能力、工程系统能力。整个教学内容采用以工作过程为导向，设计若干个子项目，将专业知识内容模块化、任务化，以任务为载体，将自动化专业涉及的课程的知识融合起来。改变过去在“黑板上种田”的单一教学方式。使学生在一种真实的环境中按照企业的标准进行培养，以任务驱动方式展开教学，将“说、学、做”统一起来，使学生在项目完成过程中，强化对知识的理解，学会对知识的应用，让学生能够扎实掌握从事工程技术常规工作所需要的基本理论、基本技能，能适应现代控制系统分析和设计的需要，培养学生对自动化工厂的设计能力、创新能力、工程应用能力

2 课题目标设计

总体目标：通过本课程的学习，使学生具有过程控制系统的设计能力、强化创新能力和工程应用能力。

能力目标：（1）常用自动化仪表的使用、调试、维修、安装能力；（2）设计绘制控制流程图的能力；（3）自动化系统工程的设计、投运、调试等实施能力。

知识目标：（1）熟练掌握控制流程图的识图；（2）熟练掌握自动化仪表的基本知识及其选型方法；（3）掌握自动化系统工程的设计、投运、调试方法；（4）熟练掌握典型控制系统的设计方法；（5）熟练掌握控制参数的整定方法；（6）熟练掌握控制系统相关软件使用；

素质目标：（1）良好的职业道德和职业习惯；（2）熟练的职业技能、较强的创新意识；（3）良好的语言文学表达能力、沟通能力、团队协作精神；（4）安全规范操作意识；（5）严谨踏实的工作作风。

3 构建工程实践教学项目

3.1 实践项目的选用标准

实践项目教学法整个教学模式是以工业4.0实践基地实践项目为中心，围绕达成实践项目的完成来组织教学过程。因此实施实践项目教学的关键是设计恰当的实践项目，实践项目的选用应符合以下标准：

（1）学生的实际水平，恰当的项目要在学生的实际能力之内，同时也是学生乐意去做的项目。

（2）应紧扣教学大纲和教学目标，要以大纲为指引，力求使大纲中的知识点融合到各个项目中去。

（3）项目应有一定的使用?r值。

（4）学生可以在一定的时间范围内自行组织，安排自己的学习行为。

（5）有明确而具体的成果展示，学生能自己克服处理项目工作中出现的困难和问题。

（6）要考虑学校的设备条件，项目要有可操作性。

3.2 工程实践教学项目

结合“做中学”的指导思想和本课题的特点，以能力培养为主线，以实践体系为主体，由简单到复杂，由单一到综合，逐层提高，逐级递进构建工程实践项目结构，按“完成工程师认知训练”到“完成工程师初步训练”向“完成工程师综合训练”延伸，直到完成“初步达到自动化工程师岗位要求”的四级项目训练，使学生能够接受“现场工程师”的完整训练。其课程过程控制系统工程实践教学项目结构如图1所示。

3.3 训练方式

以典型工程项目实施能力为主线，围绕岗位需求为目标进行训练，主要训练方法：（1）零距离接触专业实验室和生产现场；（2）采用任务驱动法、启发式教学、视频演示法、项目教学法、总结归纳法；（3）自动化仪表的实际使用及校验；（4）具体自动控制系统的构建及投运。

3.4 实践项目实施流程

实践项目教学法实施过程中应突出“以实践项目为主线、教师为主导、学生为主体”的特征，实施流程规定为：任务引入―收集信息―制订计划―实施计划―检查评估。第一，教师布置项目任务，学生讨论；第二，学生收集、查阅资料；第三，学生分组讨论，制订、修改计划，教师审查指导评定计划是否合理可行；第四，学生并明确分工合作实施项目计划，完成项目任务；第五，学生白评、小组互评、教师评价。

3.5 展示结果

为了保证工程项目训练效果，在每个项目训练结束时，需要进行实践结果展示，主要内容如下：（1）提交工程文件：自动控制系统工程实践项目设计、编程、调试、工程设计图等工程文件；（2）仪表识别：仪表选用是否合理；（3）项目操作：进行现场工程项目调试、运行，达到预期结果；（4）答辩：对工程综合应用能力考查；（5）提交工程项目实践报告。

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关键词 顺序过程；状态；编程实现

中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）99-0217-02

1 控制对象特点

顺序控制系统拓扑结构：在顺序控制系统中，其设备队列的基本形式在通常情况下可以分为五种；有些队列是共同使用同一个设备。拓扑结构对系统流程有决定性作用，同时决定其起或停两种方式；队列的开头和结尾两部分的设备通常会根据系统流程或起停方式的改变而发生变化。

控制系统的设计要求：设备的运行方式可以分为两种，一种是集中联锁控制，另外一种是就地单机控制，切换由中控室来完成；在检修和调试时主要应用就地单机控制，在这种运行方式下，设备的开停主要由控制箱上的按钮来控制；正常生产的时候主要应用集控联锁的方式，控制时利用中控室的控制台来进行。设备不同，起停的延时时间也会不同，原则上是堆煤不能在运行时进行，停车后也不能存煤。

控制台的设计：现在的控制台一般都是软件的，在屏幕窗口由工控组态软件生成控制台画面，要想命令或者是对系统进行操纵，只需要点击鼠标即可。JST两位开关切换系统的就地与集控方式，对设备的硬件控制电路直接作用；集控起车流程由FLOW三位开关来进行选择；A路集控起车与否由ASA两位开关来决定；B路集控起车由BSA两位开关来决定；象JST、JSTP等常开按钮，要想使其闭合，只需要按下即可，要想使其断开，只需要放手即可。

2 单台设备的状态分析

单台设备的硬件控制回路：每台设备的工作方式可以分为两种，一种是手动，一种是自动；在切换的时候主要利用的是控制台上的系统运行方式开关控制中间继电路JKA。在自控方式下，闭合JKA-1节点，打开JKA-2节点，那么设备中间继电器KMA线圈的通电和断电就由PLC输出节点PLC-OUT来进行控制，从而对设备供电接触器的通断和设备的开停进行控制。在就地手动方式下，打开JKA-1节点，闭合JKA-2节点，在控制时利用的就是就地控制箱上的常开按钮和常闭按钮。

单台设备的软件控制回路：队列中的一员就是自控方式下的设备，队列排序是依据煤流方向来进行的，起车依据的是逆煤流顺序，停车是依据顺煤流顺序，在单台设备方面，要想起车，必须要等到后继设备起动，并且稳定运行之后方可。停车也需要等到前驱设备彻底停稳之后才能进行。对于PLC程序控制设备的开始或停止，通常将设备控制梯形图程序分成三个级别：起车脉冲主要是通过前两级产生的，设备如果在这么一段脉宽时间中，无法启动，那么就说明启车失败；第三级是对设备进行实质性的控制，即针对设备的软件控制回路，以及硬件控制回路之间的相互作用，对其进行自控而有效的转换设备的起车停车以及各种状态。

3 顺序控制系统的状态分析

自控方式下系统的状态图如下所示：

停车待命状态：已经设置好控制台的控制开关，所有的设备可以正常接受系统发出的起车指令。

起车预告状态：集控起车的命令由控制台发出，没有异常的话，就将进入起车预告状态。

逆煤流顺序延时的起车状态：即发出起车指令，在预定的时间范围内，未收到禁止启动要求的情况。具体即队列末端设备最先启动，接着沿着逆煤流的方向，逐台自动进行延时起车，直至起动队列的首端设备为止，若稍延时，系统即转成正常运行状态。

正常运行状态：在这个状态中，所有的设备都可以稳定的运行，说明系统所处的状态可以正常运行。在此过程中，若队列中任意一台设备出现停车的情况，则系统即会进入相应的故障状态中。

顺煤流顺序延时的停车状态：不管是在正常运行的系统中，还是在有故障出现在了运转的部分设备上，将集控停车按钮按下，都会进入顺煤流顺序延时停车状态。

故障状态：不管在哪种状态下，系统只要出了问题，就会进入故障状态。

4 实现系统状态转换的梯形图控制程序

起车的硬件条件并不麻烦，即将控制台的开关进行相应设置，则系统的状态就是停车待命；将集控起车按钮JST按下之后，系统的状态就变为了起车预告；如果在30秒之内没有收到禁止启动的命令，则系统状态即转成逆煤流顺序起车；而一旦队列起始设备启动，那么就结束了起车过程；如果在起车的过程中有故障发生，或者将急停按钮按下，那么系统就会从起车状态退出来。如果稳定运行队列起始设备，在延迟40秒之后，系统就会结束起车状态，进入正常运行状态。

5 结论

随着时代的发展和科学技术的进步，PLC控制系统的应用范围越来越广。本文以某选煤厂的原煤系统为例，首先简要介绍了控制对象的特点，然后进行了了单台设备的状态分析和顺序控制系统的状态分析，通过实践研究证明，有着较好的效果；但是还存在着一些问题，需要进行解决。

参考文献

[1]叶树华.PLC顺序过程控制系统的状态分析与编程实现[J].计算机应用与软件，2003，2（5）：123-125.

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关键词：自动发电控制、建模、辨识

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

中图分类号： TM621文献标识码：A 文章编号：

火电厂过程控制系统

火力发电机组的生产过程自动化随着科学技术的发展和自动化水平的提高，它所包含的功能越来越丰富，概括起来有以下几个方面：自动检测，顺序控制，自动调节，自动保护。

单元机组自动控制的功能是通过各种自动化系统实现的.大容量单元发电机组的自动化系统土要可分为计算机监视(或数据采集)系统、单元机组协调控制系统、锅炉自动控制系统、汽轮机自动控制系统、发电机和电气控制系统、辅助设备自动控制系统等。

现代的AGC是一个闭环反馈控制系统，主要由两大部分构成:

（1）负荷分配器:根据测得的发电机实际出力、频率偏差和其它有关信号，按一定的调节准则分配各机组应承担的机组有功出力设定值。该部分由传统的电网调度功能实现。

(2)机组控制器:根据负荷分配器设定的有功出力，使机组在额定频率下的实发功率与设定有功出力相一致。电厂具备ACC功能时该部分由机组协调控制系统(CCS)自动实现。

自动发电控制( Automatic Generation Control)简称为AGC是建立在以计算机为核心的能量管理系统及发电机协调控制和高可靠信息传输系统基础之上的远程闭环控制系统。

自动发电控制(AGC)系统建模

对于多区域AGC系统建模，由于AGC系统位于电厂各个机组的上层，对该系统进行全面的建模是比较复杂的，因此，根据AGC系统的结构、物理机理，对控制对象进行适当简化，借助Matlab仿真软件1201211，建立如图2-2-4所示的简化后的AGC各区域控制机组模型图。

图1 AGC系统中Plant模块仿真模型

以两区域AGC模型为例，根据其运行机理，有如下的数学模型表达式：

上式中: -频率偏差信号；-发电功率偏差信号；-负荷需求变化；-控制器时间常数；-汽轮机时间常数；α12:两区域的功率比位；αβ:控制器死区常数。

根据相关原理及相关公式分析，假设只在第一个区域发生1%的负荷扰动，仿真结果如图2所示。从仿真结果中可以看出，通过对PTD参数进行调节，该系统可以使两区域频率偏差4"从调节到零，但是其超调量比较大，可以对控制器进行改进，采用模糊P1D控制器进行PID参数的自整定，以达到更好的控制效果。

图2 AGC系统仿真结果

协调控制系统(CCS)建模

ccs的仿真模型有很多，本文从中选取汽包炉的CCS系统建模研究对象，旨在研究汽包及蒸汽管道续热系数。

图3 汽包炉的CCS系统建模图

根据相关原理及公式，在该系统中选择燃料最指令和汽机阀门开度指令作为输入，主蒸汽流量(与实际功率相对应)和汽包压力作为输出，构成一个TITO(两输入、两输出)系统，考虑输入输出端口的匹配性，进行Mat lab仿真，其Simulink仿真图如图4所示。

图4 imulink仿真图

以上仿真结果表明，该方法改善了系统的控制效果。

结论

本文主要以火电机组的自动发电控制系统为例，借助Matlab软件采用先进算法及模糊控制方法对带协调控制系统((CCS)模型的自动发电控制((ACC)系统进行建模、仿真及其优化。研究表明，建立火电厂的Matlab纯软件仿真模型是完全可能如果条件允许.可建立硬件在回路仿真系统，结合软硬件各自的特以提高系统梢度、降低建模难度。

参考文献

吕崇德，大型火电机组系统仿真与建模，清华大学出版社.2002

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关键词：过程控制系统；A3000；教学改革

作者简介：商志根（1979-），男，江苏盐城人，盐城工学院电气工程学院，讲师。（江苏 盐城 224051）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）32-0095-02

“过程控制系统”是自动化专业的重要课程，其先修课程包括自动控制原理、传感器及检测技术、可编程控制器等，在专业培养方案中起加强学生专业知识学习的作用。[1]“过程控制系统”作为一门综合性很强的课程，学生通过对该课程的学习，掌握过程控制系统的基本概念、基本组成环节和基本控制规律及自动控制系统中调节器的工程设计方法，应对控制理论在实际过程控制系统的运行和设计中的应用有较全面的认识了解，培养学生利用过程控制课程所学知识，从事电力、冶金石化、轻纺及其它工业企业生产过程自动化装置的研究、设计和开发的能力。如果课程教学仅以理论推导和证明为主，不与实际对象联系，会使学生出现厌学情绪。针对上述问题，结合笔者的教学体会，利用A3000仿真平成专家PID控制算法设计、[2]预测控制算法[3]等，扩宽学生的理论深度，激发学生的学习兴趣。在课堂上讲解复杂控制原理，丰富学生知识，鼓励学生通过实验来验证算法的效果。

一、A3000的应用实例

A3000过程控制系统仿真平台总体物理系统如图1所示（控制系统有30多种，现场系统具有现场总线）。在此平台上，学生可完成单闭环流量控制、单容和双容液位定制控制、锅炉水温定值控制等简单实验，也可完成闭环双水箱液位串级控制、专家PID液位控制、管道压力和流量解耦控制等复杂实验。A3000过程控制系统可帮助学生熟悉过程控制对象。

1.实例要求

以基于可编程控制器（PLC）和变频器的下水箱液位控制为例，在已利用组态王建立下水箱液位控制工程的基础上，引导学生在组态王的应用程序命令语言中实现专家PID控制，即依据误差和误差的变化趋势实时改变PID的三个参数。此实例的难度在于变频器使用、PLC程序编程和专家PID规则的实现。

所用到的变频器为三菱变频器，它具有几种不同的工作模式，它可以实现对电机的启停以及调速控制。而控制变频器的是PLC，系统中所使用的是S7-200系列PLC具体型号为S7-200 CPU222N。PLC的主要工作是完成数据采集并控制变频器，从而控制电机的运行。对PLC进行编程的软件为STEP7 Micro/WIN，该软件可直接在计算机上使用。

2.组态王与PID

组态软件选择组态王（Kingview），以此在计算机上实时显示运行参数。组态王是一个具有开放、易用等特征的通用组态软件。使用组态王，学生可将注意力集中在控制对象的分析。在课时数有限的情况下，组态王使得学生实现更复杂的控制算法成为可能。

可编程控制器和变频器的相关知识都已通过过程控制系统的先修课程掌握，学生可快速完成编写PLC的PID控制算法程序。

在组态王中编写应用程序之前，需使用临界比例度法进行PID参数整定，并得到PID的三个参数为：Kp=20、TI=17、TD=4。普通PID控制器的运行结果如图2所示。

3.专家PID及其运行

对实时改变PID参数的专家经验不做过多介绍，仅以其中一条规则做详细说明。当且时，其中表示离散化的当前采样时刻的误差值；和分别表示上个和上上个时刻采样的误差值，说明此时误差处于极值状态，并将此条件再分为两种情况：若，也就是误差的绝对值比较大，要加强控制作用，PID的三个参数变为、、；若，也就是误差的绝对值比较小，要减弱控制作用，PID的三个参数变为、、。

设计与此规则对应的组态王的应用程序命令，得到程序：

if （（＼＼本站点＼errk*＼＼本站点＼deltaerrk）

{if（Abs（ ＼＼本站点＼errk ）>15）

{＼＼本站点＼S7200P=20*1.2；

＼＼本站点＼S7200I=9999；

＼＼本站点＼S7200D=0；}

else

{＼＼本站点＼S7200P=20*0.8；

＼＼本站点＼S7200I=9999；

＼＼本站点＼S7200D=0；}}

学生可依据上述程序写出整个专家PID控制的应用程序命令，通过A3000仿真平台，得到专家PID控制的液位控制运行结果，如图3所示。由图2和图3可知，与普通PID相比较，专家PID的控制更精确、更快速，在设计中采用专家PID控制可改善控制效果。在实现专家PID控制过程中，无需掌握被控对象的数学模型，只需实时计算误差和误差的变化趋势。通过此例，学生可理解专家PID控制算法的原理，并掌握如何实现专家PID控制算法，可提高学生的理论分析能力和实践能力。

二、A3000和MATLAB相结合的应用实例

在组态王的应用程序命令语言中，可实现简单的编程，但对于复杂的控制算法，这种实现方式明显运算能力不足。MATLAB是一个高精度的科学计算语言，运算能力强大，[4]可弥补组态王运算能力不足的缺点。利用MATLAB可方便实现矩阵运算等任务，可较为容易地实现复杂的控制算法。

1.实例要求

本实例要求学生在A3000过程控制实验系统的基础上，设计温度预测控制系统。利用组态王、MATLAB等相关软件的功能，建立起组态王与MATLAB之间的DDE通信，并将建立起的工程在A3000平台上运行调试，从而完成温度预测控制系统的设计。预测控制的算法有很多种，本实例采用预测控制算法中的动态矩阵控制方法。被控的锅炉温度即是一个渐近稳定的对象。预测控制具有多步测试、滚动优化和反馈校正等特征，这些优点使得预测控制在实际应用中能够产生很好的控制效果和鲁棒性，对于一些相对复杂的工业生产过程，预测控制也能起到比较理想的控制作用。掌握预测控制原理，可拓宽学生知识面，帮助学生熟悉过程控制的新技术。

MATLAB是一个优秀的数学软件，其版本的不断升级加强和完善了其强大的功能。在数值运算中，数值的稳定性和运算的可靠性要好于其他高级语言。许多在其他高级语言中复杂的编程问题在MATLAB语言编程中，有时只需一条专用的指令就可实现。许多MATLAB指令都以应用为目的设计出来的，从而使得面向对象的计算机程序思想变得很具体。对于自动化专业的学生，MATLAB是其必须掌握的仿真工具，控制系统仿真训练等课程已使其掌握了MATLAB的基本应用能力。

因为使用的是动态矩阵控制方法，故预测控制的内部模型即温度的阶跃响应。因为学生利用MATLAB可以方便地实现矩阵等运算，并且通过工控机等相关课程的学习，对DDE通信的概念已较为熟悉，所以在学生理解动态矩阵控制算法的基础上，让学生编写算法的MATLAB程序是可行的。

2.DDE通信与预测控制

在工业监控系统中，工控组态软件通过驱动程序来从工业现场设备中采集数据，然后传送给MATLAB进行复杂的运算处理，再将结果传送到组态软件，最后由组态软件将数据输出到工业现场设备上进行控制。组态软件和MATLAB都可以作为服务器和客户应用程序，这里MATLAB作为客户应用程序，组态王充当MATLAB的服务器，同时作为设备驱动程序的客户。当组态王采集的数据发生变化，希望直接传给MATLAB进行处理时，双方动态数据交换以热链的方式完成。

在课堂上完成动态矩阵控制的相关原理的讲解，并分析控制算法的MATLAB程序。在讲解过程中，突出预测控制的三个基本特征：预测模型、滚动优化和优化控制与反馈。对于预测模型，使学生清楚一些非参数模型，诸如脉冲响应或者阶跃响应之类，只要是属于线性稳定的对象，通常也是能够用来作为预测模型。对于滚动优化，要让学生清楚优化性能指标在每一个采样时刻只会涉及到未来的有限时间，当到达下一个采样时刻的时候，这一优化时域同时也会向前推移。所以无论在哪一个时刻，预测控制都会有与此时刻相对应的优化功能指标。对于优化控制与反馈，让学生明白在预测控制中，反馈不但没有被抛弃，反而得到了更充分的运用。尽管预测控制得到的是全局次优解，但是其优化始终建立在实际的基础上的，其控制效果可达到实际上的最优。

3.预测控制运行

学生需完成组态王界面制作、变量定义、动画连接、MATLAB程序编写等工作。组态王软件负责从下位机采集数据与向上位机输出数据，MATLAB负责后台计算。结合组态王和MATLAB的长处使得动态矩阵控制算法便于应用到实际控制系统中。图4为学生通过实验得到的预测控制运行结果。虽然此实例有一定难度，但对于自动化专业的学生而言，本实例设计是可完成的，并且可激发学生的学习兴趣。

三、结束语

在A3000控制系统仿真平台的基础上设计专家PID液位控制和温度预测控制等复杂控制。在课程的理论教学中，讲解复杂控制的相关原理，拓宽学生的知识面，提高学生在复杂控制方面的理论层次。在实践教学中，要求学生实现复杂控制算法以验证其优越性，并要求学生掌握复杂控制算法的多种实现方式，提高学生对过程控制系统课程的兴趣，进而提高该课程的理论教学和实践教学的质量。

参考文献：

[1]邵裕森，戴先中.过程控制工程[M].第二版.北京：机械工业出版社，2011.

[2]刘金琨.智能控制[M].北京：电子工业出版社，2005.

[3]丁宝苍.预测控制的理论与方法[M].北京：机械工业出版社，

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一、引言

近年来教师从不同方向对教学改革进行创新，文献[1]中“问题式教学”的教学模式是直接从问题入手组织教学，将专业知识隐含在解决问题的过程中，让学科知识服务于培养学生解决实际问题的能力。文献[2]基于体验学习的“过程控制”实验教学，强调个体，强调实践，强调学习者的反思，通过学习者与现实世界的沟通与联系，不断促进学习者自身的发展，同时也促进了社会的发展，实现了人的发展和社会发展的统一。

过程控制是自动化专业的重要专业课，是与现实工程技术最接近的一门课程，针对该课程的综合性提出综合项目教学法，旨在检验学生的知识掌握水平和综合应用能力。

二、综合项目教学法

项目教学法的实施以学生活动为中心，教师扮演组织者、引导者的角色。为了跳出学校实验室的单一性实验，本文提出综合项目教学法，让项目包含更多的学科。在企业生产过程中，一个项目的制定与实施，都有一个团队进行计划和操作，项目所涉及的学科不止一个，每个成员侧重于某一方面，到最后弄清楚整个项目的原理，实现共同学习。所以，综合项目教学法是采用分小组的形式，一个项目组的成员按照共同制定的项目目标，共同起草学习工作计划，并予以实施，展示与评价。按照教师与学生在整个教学过程中的角色，综合项目教学法的一般流程如图1所示。

图1中按照教学过程中的两个角色，分别描述了各自的职责，以及教学与接受教学的一般流程。

1.项目探索。项目探究包含两个方面，一个是项目的制定，另一个是项目的探究实施。项目探索是项目教学的核心部分，是为了学生完成项目，通过各种途径和方法进行问题解决的活动。在项目探究的进程中，学生要细化教学内容和项目主题，发现问题，并小组协作解决问题。（1）制定计划。对一个项目进行探索，首先需要一个纲要进行引导，那么就需要制定一个项目计划。从学生角度来说，需要制定项目的实施方案、时间计划，对任务进行合理分工。此环节有利于学生在后期的项目进行中掌握并调节活动进度。教师在整个项目中的作用是引导和提供辅助作用，教师可以提供给学生一些相关的学习资料，也不会让学生花费太多的时间在资料的查找上面，但适当的留给学生一些搜索任务是必要的，可以锻炼他们的文献检索、网络资料检索能力。学校的网络教学是一种很好的可以分享资料与教学的一个平台，并且该平台可以让学生在课余时间也能学习到课程，同时也能记录学生的学习时间与次数。一节45分钟的课程是有限的，教师的讲解不能很深入，这需要学生按照老师的要求去进行深入学习。本课程建设相应的教学网站，可以将教学资源上传至该平台，同时也可放置相关的测验，让学生在学习后进行测试，看看自身掌握知识的情况，这也给教师的教学带来很大的方便。（2）项目的探索实施。综合?目教学法，让学生在平时的学习中参与老师的科研活动，在见习、实习时参与工厂的工程项目，将短时间的课堂教学变为长期的专业培训。这样学生培养了学习兴趣，锻炼了自学能力，可以对所学知识进行整理补充。这种集创新教育与基础教育于一体的教学模式，能在循序渐进的研究性课题教学中培养学生的探索精神与创新能力。

2.后期成果展示与评价。经过一段时间的学习和实践，在小组成员的潜心计划和努力下，对所完成的项目成果在大的范围内进行展示与交流是很有必要的，这是对学生的付出和能力的肯定。

成果交流的形式多样，可根据实际教学的需要选择合适的交流形式。汇报的内容有项目的背景和意义、项目流程、小组成员的分工、项目工作中组内成员的交流和感想记录、作品的演示等。对于大的项目，教师可以规定学生定期展示项目的阶段性成果，对于学生来说，可以通过作品反映学生已掌握的知识和技能，教师也可以根据阶段性成果了解教学效果，记录教学中学生一般会遇到的问题，进行教学反思，改进教学方法。

三、综合项目教学法在教学中的应用效果

通过教学过程中综合项目教学的应用举例，从而看到所取得的教学效果。所选取的项目课题是基于STM32单片机的自动孵化系统。从字面上来看，所涉及到的学科包含单片机、过程控制系统、传感器技术与应用、计算机软件程序设计等学科。经过学生调研收集到相关信息，能够比较清楚地看到多个模块。

在设计完外部电路后，就需要用软件来进行控制，控制方面需要用相关的程序进行驱动。采用的是RVMDK 3.80A软件基于C语言进行编程，使得该部分对学生的编程能力也会有所提高。

这一套系统的设计与完成，几乎涵盖了学生所学专业课的大部分科目。真正的培养了学生的综合学习能力。图2所示为学生所完成项目成果。

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关键词：L1 L2 L3 连铸 过程控制

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（c）-0032-02

1 系统概述

宝钢集团八一钢铁二炼钢连铸过程控制计算机系统覆盖八一钢厂板带工程二炼钢区域的4台垂直弯曲板坯连铸机。连铸机主要参数为：

流数：各1流；切割机：各1台；喷印机：各1台；二冷区：各9个区，16个控制回路。

铸机拉速范围：0.25～2.5m/min；铸机工作拉速：1.0～1.6m/min；板坯厚度：220mm，板坯宽度：750～1600mm；板坯长度：7500～10500mm；板坯最大单重：28.8t/块。该连铸过程控制计算机服务器硬件配置为2台高性能双路双模块冗余机架式容错服务器，其中一台为在线服务器，一台为备份服务器，磁盘采用阵列形式，采用共享磁盘管理技术，提高磁盘的可靠性，防止数据的丢失，减少系统切换的时间。数据库数据存放在共享磁盘阵列上，在线服务器和备份服务器共享数据库数据，保证了服务器切换的速度和数据的一致。服务器部署在L2中心机房，各个连铸电气室和操作室的边缘交换机通过多模光缆连接到L2中心机房的核心交换机，实现连铸过程控制计算机服务器与L1系统以及现场操作终端的网络互联。现场终端采用工控机、一般场所终端采用商务PC机。

系统软件软件上的配置和使用上，服务器的操作系统采用Linux Redhat AS4服务器数据库使用ORACLE 10G FOR LINUX版本，在终端上，安装ORACLE的客户端开发及运行环境包，包括FORMS和REPORTS（开发/运行显示画面和报表），同时安装SQL NET（实现客户端和数据库服务器的数据交互）。

2 主要应用技术

与电气仪表基础自动化的通讯，使用了OPC方式，OPC是OLE Process Control的缩写，是一种主流的工业控制数据通讯的标准。目前全世界大多数的知名PLC厂家都提供了基于该标准的OPC Server，任何应用系统只要通过一个OPC Client软件就可以对PLC数据进行读写访问。通过这种机制，应用系统可以在不更改应用程序的前提下实现与不同的PLC厂家的产品通讯。我们使用的OPC Client软件是MultiLink（由宝信软件开发的基础通信中间件），它提供了一系列的API，应用开发人员可以方便的在应用程序中对PLC的数据进行读写， 实现对基础自动化数据的采集、设定及PLC数据变化后通知启动过程计算机的应用程序的功能，并提供了将PLC数据点配置成电文以及查看这些数据点内容的的工具。

与MES（L3）系统以及其他相关系统的通讯使用基于TCP/IP协议SOCKET方式，项目中使用XCOM_PCS（由宝信软件开发的基于TCP/IP协议的SOCKET通信中间件）来实现，与MultiLink类似，它也是提供了一系列简单方便的API（应用编程接口），实现在以太网环境下，基于TCP/IP协议的SOCKET数据通信，同时提供了电文数据类型转换的功能（2进制与ASCII码之间的转换，网络字节顺序和本地字节顺序之间的转换），同时也提供了查询通讯线路状态的工具和查询通讯电文内容历史记录的工具。

应用程序的开发，使用C++与PRO C，PRO C是ORACLE提供的预编译技术，将内嵌标准SQL语句的又混合了C/C++语法的源程序预编译，转换成完全符合C/C++语法的源程序（后缀为.C/.CPP），这样在C++的环境下，就能如同在ORACLE的存储过程中一样使用标准SQL语句方便的与ORACLE数据库交互，又能享受C++这种相对于ORACLE的存储过程要更强大而灵活的开发工具的各种优势。画面的开发使用ORACLE的FROMS。

应用程序的运行平台中间件，使用PLATURE 99（由宝信软件开发的运行平台中间件），它实现的功能包括实现各个应用程序之间的相互启动和调度，同时传递参数；在指定时刻启动某个/某些应用进程；定周期的启动某个/某些应用进程；提供管理维护和查看应用程序报警/LOG历史记录的功能。

3 应用功能

关于连铸过程控制计算机系统的应用功能，主要是从MES和分析等系统接受出钢计划，制造命令和，根据出钢计划画面上的生产计划钢种和制造命令，制造标准等数据，并启动内部动态二冷水，切长优化计算模型，同时将计算结果发送到PLC控制生产，连铸过程控制计算机系统在生产过程中对基础自动化（L1）上传的各个事件、信号进行跟踪，并将实绩生产实绩数据经过计算，过滤和组织，以连铸处理号作为键字来管理存储在连铸过程控制计算机系统的数据库，同时发送给MES（L3/L4）系统，供日后查阅分析，生成报表。

具体的，应用功能分为：工程数据管理，过程跟踪，过程数据采集，实绩数据生成，数学模型，人机界面几大模块。系统内部各模块之间数据流及与外部系统关系如图1所示。

3.1 工程数据管理模块

该模块主要功能为处理接受MES系统、分析系统及其它过程控制计算机系统发送来的信息，包括MES根据合同制定的计划类信息接收（铸造计划，炉次命令，板坯命令）、根据工艺需求制定的质量标准类信息接收（作业标准、制造标准）、其他工序作业实绩类接收（前工序实绩、分析信息，钢包信息等）和运转状况信息。

3.2 过程跟踪模块

该模块主要功能为对于连铸从钢包到达回转台开始到钢包吊走的各作业状况进行跟踪。进行作业状态变更的检查和接受、各作业时间的计算、同时收集浇铸过程中的各种浇铸信息。连铸跟踪的主要作业点包括：钢包到达、钢包浇铸开始、铸流铸造开始、钢包浇铸结束、钢包吊走，铸流铸造开始、铸流铸造结束，切割开始、切割结束、喷印信号，去毛刺信号等。

3.3 过程数据采集模块

该模块主要功能为周期性的收集连铸铸造过程数据，主要包括TD钢水重量，LD钢水重量、铸造长、铸造速度，结晶器上端宽度、结晶器下端宽度、结晶器液面位置、结晶器冷却水温度、入出口温差，结晶器振动频率、振幅，结晶器冷却水流量、二次冷却水流量、二次冷却水压力，辊缝信息等。

3.4 实绩数据生成模块

该模块主要功能为依据生产指令、过程采集及过程跟踪信息，生成板坯生产实绩、炉次生产实绩，把过程跟踪模块采集到的各个关键时刻和过程数据采集到的重要数据如重量，温度，长度等信息对应到具体的炉次和板坯上。

3.5 数学模型

主要包含了动态二冷水，切长优化，品质异常判定三个主要数学模型。

3.5.1 动态二冷水模型

连铸二冷区目标温度控制是通过对整个连铸过程铸坯表面温度的测定，由计算机控制沿拉坯方向的铸坯表面温度分布，使之符合设定的目标表面温度曲线来实现。通过铸坯凝固传热模型计算各二冷段表面温度，与目标温度相比较。当两者有偏差时，及时调整该冷却区的冷却强度，使铸坯表面温度与目标温度尽量靠近，实现二冷区目标温度的控制。

根据二冷模型原理，以钢水进入结晶器为其生命起点，以其根据铸造长对应的板坯出最后一个冷却段为其生命终点。在此过程中，全过程定周期跟踪其接受的冷却水量等数据，实时计算其凝固状态，并推定出其各相区域的分布情况。

根据各铸片的计算结果，综合推定整个铸机内板坯的凝固状态，动态推定出凝固终点位置、两相区和液相区的分布情况。

3.5.2 切长优化模型

切长优化模型以满足合同需求为目标，并兼顾板坯收得率为原则，针对浇铸异常点进行优化。参照板坯制造命令中的切割长度及其上、下限为基准，同时考虑品质异常部位（插铁板、异钢种交接，中间包交换、切尾）计算出钢水不足、钢水多余并根据钢水量的多少应用相关的优化策略进行优化计算，以实现预定板坯的消化，同时争取较高的收得率。钢包钢水浇注开始，参照制造命令，生成该炉次的切割预定，在浇铸过程中，跟踪发生的异常事件，考虑影响的区域（工艺规定），进行优化计算。在板坯切割开始时，根据切割的实际情况进行切割优化的再计算。并把优化结果通过人机界面展现给用户。优化过程主要包括：切割缝隙的考虑，采样的考虑，异常段的优化，板坯在钢水不足和钢水多余情况下的优化。

3.5.3 品质异常判定模型

该模型包含在线判定部分和分析部分2个模块。

在线判定：主要功能是：通过采集炼钢、连铸过程中对连铸的浇铸、板坯质量有可能产生影响的事件进行跟踪记录，并根据内建的模型进行分析，对连铸的质量给出一定的判断结论，从而达到连铸从上台到浇注成材的整个过程中对连铸浇注进行质量判断、提供操作指导，并在板坯产出时，对板坯的整体质量进行判断、提供操作指导。并将以上数据与结论很好地展示给工艺人员。

离线分析：具备很好的开发性，提供足够的离线学习功能和在线扩展功能。工艺人员不但能够对系统定义的异常进行调整，还能够利用模型提供的离线分析工具对历史数据进行分析，从而根据分析发现并定义新的约束条件，并将其加入到在线判定系统中实现自动判定。

3.6 人机界面

人机界面主要提供了计划管理、设备管理、操作监视、模型、实绩、报警和提示信息等画面。每个画面有共通的部分，主要是画面菜单、画面名称、报警或提示信息、工具栏功能键、班别、组别、当前时间。各个操作室和控制室的终端画面的权限通过用户名和角色统一认证管理，不同的角色拥有的权限不一样，看到的画面数量也不一样，对同一幅画面的操作权限也不一样。不同的用户可以拥有一个或者多个的角色。

4 结语

通过实施了连铸过程控制系统，八钢二炼钢连铸区域实现了连铸生产过程的全程自动控制和对生产数据的全程监视，管理层亦能了解到现场的实时生产情况，并且所有生产都遵照合同和计划统一调度进行生产，从而提高连铸生产的自动化程度，降低生产人员的作业率，提高了生产效率。通过模型的应用，提高和稳定了铸坯的质量，并提高了铸坯的成材率。

参考文献

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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.

关键词： 计算机控制系统；设计；项目化管理

Key words: computer control system；design；project management

中图分类号：TP399文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）28-0153-01

0 引言

计算机控制系统的设计，既是一个理论问题，又是一个工程问题。尽管计算机控制的生产过程多种多样，设计过程的具体方案和技术指标也是不尽相同，但在计算机控制系统设计过程中，存在着一定的设计原则和步骤。这同项目管理中的总体思想和宗旨是一样的，项目管理的核心思想是保证质量、不拖延工期、不突破预算[1]，项目化的过程都可以分为项目启动、项目计划、项目执行、项目控制、和项目结束五个阶段[2]，最终的目的是目标效益最大化，所以将计算机控制系统设计过程进行项目化管理，可以很好的提升设计过程效率和质量。

1 计算机控制系统设计过程分析

计算机控制系统设计过程包括理论设计和工程设计。理论设计包括：建立被控对象的数学模型；确定满足一定技术经济指标的系统目标函数，寻求该目标函数的控制规律；选择适宜的计算方法和程序设计语言；进行系统功能的软、硬件划分，并对硬件提出具体要求。工程设计包括：生产过程的工艺要求；被控对象的动态和静态特性；自动检测技术；计算机技术；通信技术；自动控制技术；微电子技术。

由此，计算机控制系统设计是产品设计过程中的重要环节。计算机控制系统的设计过程效率高低直接影响到产品设计过程的效益，如时间周期、质量等各方面的问题。在现在很多的控制系统设计方面思想陈旧、管理手段落后，生产效率低下，而且劳动强度大，这就造成了管理过程差、产品质量低、成本高等一系列方面的问题。

2 项目化管理

项目是由一系列的项目阶段构成的一个完整过程，任何项目都可以分为多个不同阶段，不同性质的项目会有不同的项目阶段。而项目化管理指的是在实现项目目标的过程中，在项目的每一个阶段所开展的程序和内容[3]。项目化管理的五个过程通过各个过程的结果进行衔接，一个过程的结果或输出是另一个过程的输入。具体如图1所示。

3 计算机控制系统设计过程项目化管理

3.1 项目启动 确定一个项目（阶段）的开始，确定项目的界限、计划和开始阶段的总评等[4]。确定明确的项目目标，才能有效地开展作业流程等阶段的工作。对于计算机控制系统设计项目启动过程应该是控制任务目标的确定。

3.2 项目计划 项目计划是项目进行的实施依据，也是后续的项目控制依据，为整个项目目标实现提供保障。但在制定项目计划时，要有动态管理思想，始终要明白：计划不变是相对的，变时绝对的，要有预见性，要有动态管理思想。对于计算机控制系统设计项目来说，计划阶段就是控制系统的设计阶段，主要包括项目研制小组的建立、系统总体方案的设计计划、方案设计计划的评审、硬件和软件的细化设计、硬件和软件的调试、系统的组装计划等[5]。

3.3 项目执行及控制 项目执行指的是通过一定的手段将范围内的人力、物力和财力进行组织和协调，激励完成项目计划。项目控制指的是在项目运行过程中，结合具体实际情况数据，与项目计划进行比较分析，找出差异和存在的问题，采取纠正措施进行分析解决。在计算机控制系统设计项目执行时，更好的使计划得到贯彻，必须对之实施项目控制。在计算机控制系统设计项目的执行和控制中，主要包括离线仿真和调试控制，在线调试和运行控制等内容，针对在调试过程中出现的问题，必须认真分析，实施控制，最终完成项目运行。具体如图2所示。

3.4 项目结束 项目结束阶段指的是项目的最后收尾阶段，制定项目或项目阶段的移交条件，完成项目阶段成果的移交。对于计算机控制系统设计项目来说，就是在项目运行和控制的基础上，随后经过项目验收，达到项目最终完成目标，形式上通常采取验收文件存档标志项目结束。具体如图3所示。

4 结语

项目化管理的五个过程并不是独立的一次性过程，它贯穿于项目生命周期的每个阶段，五个过程既是前后衔接的，又是相互交叉、相互重叠的。文中将计算机控制系统设计过程通过项目化管理进行分析，层次分明的将项目管理思想运用其中，为项目管理的广泛应用奠定基础。

参考文献：

[1]陈鸿桥.在过程控制中创造完美[J].企业改革与管理,2005,(03):36-38.

[2]秦玉玺.新产品开发的质量控制[J].质量与可靠,1988,(03):76-77.

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

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关键词: 苯加氢;PCS7;过程控制

中图分类号:F426 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2012)0910135-01

0 引言

在现阶段焦化苯加工工艺中,苯加氢工艺属于先进工艺。其基本原理是通过焦化轻苯与氢气在高温、高压下进行一系列脱硫、脱氮、脱氧及芳香烃的氢化反应后,通过物质沸点不同,提取出苯、甲苯、二甲苯等产品,相比酸洗苯工艺有着产品收率高、纯度高、成本低、环境污染小等优点。由于苯加氢工艺高温、易燃、易爆的特性,大量的数据需要监测和控制,DCS系统的控制和联锁在整个工艺中必不可少。利用先进的DCS控制系统可以加快生产节奏,减轻操作人员工作负担,高效生产出合格的苯类产品。

1 系统组成

1.1 PCS7 DCS系统简介

PCS7 DCS系统是西门子公司开发无缝集成的DCS系统,应用领域广泛。它带有典型过程组态特征。

PCS7 DCS系统具有以下特点:

1)分布式客户机/服务器架构;

2)HMI系统,带有集成的基于SQL服务器的归档系统;

3)基于IEC 61131的集中式,工厂范围内的工程系统;

4)通过现场总线PROFIBUS,现场设备和驱动系统均可很灵活和容易的集成;

5)在同一个可编程控制器中可以混合运行标准和故障安全相结合的形式,高可用性和故障安全相结合的形式;

6)大容量架构、在线修改;

7)客户机-服务器结构;

8)热插拔(运行中插入和拔出模块);

9)冗余(控制器、模块和PROFIBUS)。

这些特点增加了用户设计、使用与维护的便捷性和稳定性,成为了对设备稳定性、通用性要求较高的苯加氢工艺的首选设备。

1.2 硬件配置

1.2.1 通讯

焦化苯加氢PCS7 DCS系统,采用了PROFIBUS-DP通讯模式。PROFIBUS-DP是国际化和开放式的现场标准总线,主要用于分布式设备间的数据传送,具有速度高、成本低、运行稳定等特点。总线物理层使用RS-485双绞线、双线电缆或光缆,波特率从9.6Kbit/s到12Mbit/s。PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接126个站点。系统配置的描述包括:站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式及所使用的总线参数。每个PROFIBUS-DP系统包括以下三种不同类型设备:

① 一级DP主站(DPM1):一级DP主站是中央控制器,它在预定的周期内与分散的站(如DP从站)交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。

② 二级DP主站(DPM2):二级DP主站是编程器,组态设备或操作面板,在DP系统组态操作时使用,完成系统操作和监视目的。

③ DP从站:DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的设备(I/O设备、驱动器、HMI、阀门等)。

1.2.2 硬件与网络架构

控制器采用先进的AS417冗余控制系统,具备连续过程控制、程序控制和批量控制等功能,完成全部的监测、调节、逻辑、批量控制及各种联锁保护等功能。DCS系统的控制器、电源、通讯总线以及所有与控制回路有关的部件(主要是I/O卡件)等都按1:1冗余配置。

由于通讯网络庞大,通讯节点较多,单纯的使用DP电缆无法满足ET200M从站与中控室主站的通讯要求。因此苯加氢DCS系统中,主站与从站、从站与从站之间的通讯使用了RS-485光缆模式,通过OBT(光信号与电信号转换模块)连接各分布式通讯设备。

DCS系统设置控制站3套,通过工业以太网与3台交换机进行通讯。操作站(OS)及工程师站(ES)通过以太网与交换机相连,交换机与交换机之间亦有光纤冗余环网进行数据的传输。这种通讯网络构架保证了操作站(OS)及工程师站(ES)中任意一台上位机均可控制3套控制站的任何数据,也避免了一台操作站的失效导致整个系统无法进行操作情况的发生。

2 硬件、网络与程序的组态

2.1 硬件组态

在西门子PCS7编程软件PCS7V6.1建立项目,进行项目的硬件组态。主要是选定硬件架构中各元件的型号及组态次序。在进行组态时,要保证CPU、各模板及ET200M使用的型号及模板

列次序与现场一致。苯加氢工程在设计时选用了西门子高端的S7 414-4HCPU模块,该模块的所组成冗余系统使用非常稳定,满足了苯加氢工艺的需要。在确保组态与现场实际使用型号无误后,编译并下装至CPU,此时即可在线监测各个DCS模块的工作状态。若出现错误,则在组态栏中会有明显提示,包括模块地址、错误信息等,方便编程人员对错误查找、消除。

2.2 网络组态

西门子PCS7系统网络配置完成后,利用编程软件PCS7V6.1进行网络的组态。包括PCS7个通讯模板的选择、连接次序的排列、通讯协议的选定等。在图1中,CPU与交换机的通讯通过CP443-1以太网通讯模板来实现,而CPU与ET200M从站则是通过CP443-5通讯模板通过DP总线进行通讯。在网络组态时需要注意的是各个通讯设备的PROFIBUS-DP地址须与现场一致,且不能冲突,否则无法进行数据通讯。在完成网络组态后,编译并下载至CPU,通过在线监测监视网络的通信状况。

2.3 程序组态

程序的组态实现工艺中的各个控制功能,是DCS系统控制的最终目的。苯加氢DCS系统使用了PCS7编程软件中图形化编程CFC编程功能。它是连续功能图,适用于组态控制回路,具有图形化的编程界面。编程时只需连接管脚,不必关心程序运行的细节,可以调用PCS7内容丰富的程序库中的功能块,而且还可自己编写专用的功能块。以上这些特点简化了程序的编写,降低了编写人员的编写难度,编写的程序一目了然,便于程序修正和系统维护。