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

篇1

關(guān)鍵詞：過程控制 PID控制器 參數(shù)整定

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2015）10-0250-01

一、過程控制系簡(jiǎn)介

1.過程控制的任務(wù)

過程控制的任務(wù)就是在了解、掌握工藝流程和生產(chǎn)過程的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)對(duì)過程控制安全性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性的要求，應(yīng)用理論對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和綜合，最后采用適宜的技術(shù)手段加以實(shí)現(xiàn)。

2.過程控制系統(tǒng)的組成

過程控制系統(tǒng)是指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控量是溫度、壓力、流量、液位、成分等這樣一些過程變量時(shí)的系統(tǒng)。

3.過程控制的特點(diǎn)

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

4.控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量指標(biāo)

一個(gè)控制性能良好的過程控制系統(tǒng)，再受到外來擾動(dòng)作用或給定值發(fā)生變化后，應(yīng)平穩(wěn)迅速準(zhǔn)確地恢復(fù)到給定值上。

二、壓力過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

壓力的測(cè)量和控制在生產(chǎn)過程自動(dòng)化中具有特殊的地位。保持實(shí)際生產(chǎn)過程的壓力為一個(gè)穩(wěn)定值，對(duì)生產(chǎn)過程有著至關(guān)重要的作用?？紤]到經(jīng)濟(jì)成本等問題，本系統(tǒng)采用單回路控制。下面對(duì)整個(gè)系統(tǒng)作詳細(xì)介紹：

1.工作流程

1.1工藝簡(jiǎn)況

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，氣體測(cè)量罐設(shè)備應(yīng)用十分普遍，為了保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，空氣進(jìn)出量需均衡，以保證過程的物料平衡。因此，工藝要求空氣罐內(nèi)的氣體壓力需維持在某給定值上下，或在某一小范圍內(nèi)變化，并保證空氣罐壓力不致過大。本系統(tǒng)要求超調(diào)量小于5%。

1.2工作流程

本系統(tǒng)使用的介質(zhì)為空氣?？諝鈴目諝鈮嚎s機(jī)進(jìn)入系統(tǒng)空氣入口，經(jīng)過節(jié)流閥的調(diào)節(jié)后，進(jìn)入過濾器過濾，過濾后的空氣進(jìn)入減壓閥1，減壓閥1的出口壓力一般保持在1kg/cm^調(diào)節(jié)后的空氣進(jìn)入減壓閥2，減壓閥2的出口壓力一般保持在0.55kg/cm^這時(shí)空氣的流向有兩種方式，當(dāng)擾動(dòng)電磁閥打開時(shí)，空氣一部分經(jīng)過節(jié)流閥、擾動(dòng)電磁閥流向外界；一部分進(jìn)入控制閥。當(dāng)擾動(dòng)電磁閥沒有打開時(shí)，空氣全部進(jìn)入控制閥，經(jīng)過控制閥的空氣最后流進(jìn)測(cè)量罐中。

2.壓力過程控系統(tǒng)建模

用測(cè)試法建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)摸型，.首要的問題就是選定模型的結(jié)構(gòu)。

自衡單容過程對(duì)象的對(duì)象特性的一般形式為 ，為建立其數(shù)學(xué)模型，可通過測(cè)量其

階躍響應(yīng)的方法求得對(duì)象特性參數(shù)K、T、τ。

3.壓力過程控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

3.1被控參數(shù)選擇

被控參數(shù)的選擇對(duì)于穩(wěn)定生產(chǎn)、提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生等具有重要意義。若被控參數(shù)選擇不當(dāng)，則無論組成什么樣的控制系統(tǒng)，選用多么先進(jìn)的過程檢測(cè)控制儀表，均不能達(dá)到預(yù)期的控制效果。由于本系統(tǒng)是模擬實(shí)際生產(chǎn)過程的一套實(shí)驗(yàn)過程控制系統(tǒng)，被控參數(shù)壓力在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前已決定。

3.2控制參數(shù)選擇

擾動(dòng)作用是由擾動(dòng)通道對(duì)過程的被控參數(shù)產(chǎn)生影響，力圖使被控參數(shù)偏離給定值；控制作用是由控制通道對(duì)過程的被控參數(shù)起主導(dǎo)影響，以使被控參數(shù)盡力維持在給定值。在分析與設(shè)計(jì)控制回路時(shí)，要深入研究過程的特性，認(rèn)真分析各種擾動(dòng)，正確選擇控制參數(shù)。

在本系統(tǒng)中，被控參數(shù)是壓力，模擬的生產(chǎn)過程是測(cè)量罐，測(cè)量罐的容積和濕度在某一實(shí)驗(yàn)中幾乎是不變的，因而測(cè)量罐中的壓力只能由氣體的物質(zhì)的量決定，控制參數(shù)也就唯一確定了，即：氣體的物質(zhì)的量。

3.3執(zhí)行器

調(diào)節(jié)閥的選擇：執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥組成。在過程控制中他接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)并轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移，來改變調(diào)節(jié)閥的流通截面積，以控制流入或流出被控過程的物料或能量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過程參數(shù)的自動(dòng)控制。

調(diào)節(jié)閥的尺寸選擇根據(jù)對(duì)象的慣性特征選管徑。在生產(chǎn)過程中，調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)形式的選擇，主要是從工藝生產(chǎn)的安全角度來考慮，當(dāng)氣源一旦中斷時(shí)，閥門處于全開還是全關(guān)狀態(tài)，在生產(chǎn)上要能保證設(shè)備和人身的安全。所謂氣開式，即當(dāng)信號(hào)壓力P>0.02Mpa時(shí)，閥開始打開，也就是說“有氣”時(shí)閥開，氣關(guān)式則相反。

因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥的特性對(duì)整個(gè)過程控制系統(tǒng)的品質(zhì)有很大的影響。理想流量特性就是在調(diào)節(jié)閥前后壓差一定的情況下得到的流量特性。它取決于閥芯的形狀。閥芯的形狀有快開、直線、拋物線和等百分比等4種，其相應(yīng)的流量特性有直線流量特性、對(duì)數(shù)（或稱等百分比）流量特性、拋物線流量特性、快開流量特性。

綜上考慮，本系統(tǒng)根據(jù)選用氣開式氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥V-5110，其流量特性為直線流量特性。動(dòng)力源由空氣壓縮機(jī)提供的。

3.4測(cè)量變送

測(cè)量和變送是解決一個(gè)信息獲得和傳遞問題。信息的測(cè)量和邊送必需迅速可靠地反映被控參數(shù)的實(shí)際變化情況，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的控制依據(jù)。本系統(tǒng)選用差壓式壓力傳感器作為檢測(cè)和反饋元件，將測(cè)量罐的壓力值轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，被測(cè)壓力值為大氣壓力值加壓差。

3.5調(diào)節(jié)器

本系統(tǒng)選用東芝EC-311型調(diào)節(jié)器

通常，選擇調(diào)節(jié)器動(dòng)作規(guī)律時(shí)應(yīng)根據(jù)對(duì)象特性、負(fù)荷變化、主要擾動(dòng)和系統(tǒng)控制要求等具體情況，同時(shí)還應(yīng)考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性以及系統(tǒng)投入方便等。

廣義對(duì)象控制通道時(shí)間常數(shù)較大或容積遲延較大時(shí)，應(yīng)引入微分動(dòng)作。如工藝容許有殘差，可選用比例微分動(dòng)作；如工藝要求無殘差時(shí)，則選用比例積分微分動(dòng)作。

篇2

【關(guān)鍵詞】中厚板軋機(jī)；計(jì)算機(jī)過程控制；數(shù)據(jù)通訊；模型計(jì)算；過程跟蹤

0 引言

將計(jì)算機(jī)應(yīng)用到軋制過程，并以其為核心，由它按預(yù)定的程序來處理和加工與過程有關(guān)的信息，對(duì)過程進(jìn)行有效的監(jiān)督、控制和管理，所有這些就叫做計(jì)算機(jī)軋制過程控制。為了使軋制過程穩(wěn)定，并生產(chǎn)出厚度在公差范圍內(nèi)且有良好的板形和表面質(zhì)量的產(chǎn)品，必須根據(jù)具體的軋制條件正確的調(diào)整輥縫和速度，以及對(duì)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)。產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量等直接與控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和計(jì)算的準(zhǔn)確性有著密切的關(guān)系，因此采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工藝的過程控制一直是人們關(guān)心的重要研究課題。

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

1 硬件配置

L2過程機(jī)系統(tǒng)由一臺(tái)軋線計(jì)算機(jī)（惠普服務(wù)器）、精整線計(jì)算機(jī)（惠普服務(wù)器），每臺(tái)計(jì)算機(jī)都有備用計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)采用冷備方案，備用機(jī)兼做開發(fā)機(jī)。

2 系統(tǒng)軟件分層說明

最底層：WINDOWS 2003 Server操作系統(tǒng)，構(gòu)成系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)。

第二層：ORACLE數(shù)據(jù)庫，專門用于過程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；SOCKET通訊：采用了當(dāng)今比較流行的雙緊湊的、面向連接協(xié)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(bào)表、通訊、ALARM管理系統(tǒng)等組成，為應(yīng)用軟件提供強(qiáng)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(yīng)用軟件。直接進(jìn)行iPlature調(diào)用。

3 L2在整個(gè)系統(tǒng)中的位置

L2系統(tǒng)不但接收生產(chǎn)管理系統(tǒng)MES下發(fā)的計(jì)劃（即圖中的原始數(shù)據(jù)PDI）同時(shí)也向生產(chǎn)管理系統(tǒng)MES發(fā)送各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)實(shí)績(jī)。

L2負(fù)責(zé)與L1通訊，L2調(diào)整所有的設(shè)定值并發(fā)送給L1，L1將必要的測(cè)量值，跟蹤信息等實(shí)時(shí)信息直接發(fā)送給L2。L2除了和L1通訊外，還包括了L2和標(biāo)志機(jī)等一體品設(shè)備的系統(tǒng)的通訊。

所有系統(tǒng)之間都是通過TCP/IP協(xié)議通訊。

4 功能描述

4.1 道次計(jì)劃計(jì)算

道次計(jì)劃計(jì)算是整個(gè)軋線L2系統(tǒng)的核心任務(wù)，該功能是L2存在的根本原因。道次計(jì)劃計(jì)算通過相應(yīng)的模型公式計(jì)算道次壓下分配規(guī)程，在軋機(jī)的作用下實(shí)現(xiàn)將板坯變成鋼板的任務(wù)，并且保證最終產(chǎn)品達(dá)到尺寸、性能、板形等要求。

道次計(jì)劃計(jì)算包括預(yù)計(jì)算和再計(jì)算、后計(jì)算以及自適應(yīng)。板坯抽出時(shí)，根據(jù)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(jì)算一個(gè)完整的道次計(jì)劃規(guī)程，軋機(jī)根據(jù)此規(guī)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(zhì)量的產(chǎn)品，道次計(jì)劃會(huì)根據(jù)軋制過程的實(shí)績(jī)反饋，修正計(jì)算后續(xù)道次，并再設(shè)定給軋機(jī)執(zhí)行，此為再計(jì)算。

4.2 溫度計(jì)算與監(jiān)控

板坯的溫度計(jì)算對(duì)于軋制過程的力能參數(shù)計(jì)算極為重要，溫度是計(jì)算軋制力、待溫時(shí)間、冷卻時(shí)間等的基礎(chǔ)。

在道次計(jì)劃計(jì)算時(shí)，根據(jù)給定的初始溫度，以及相關(guān)參數(shù)，溫度計(jì)算可以預(yù)測(cè)板坯進(jìn)入軋機(jī)前以及各個(gè)道次的溫度。

待溫軋制是中厚板軋制的特點(diǎn)，因此溫度監(jiān)控的目的就是為了周期性計(jì)算處于軋線上待溫階段的板坯的溫度，通過周期計(jì)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(lì)板坯道次再計(jì)算，對(duì)后續(xù)道次規(guī)程進(jìn)行修正。

4.3 軋線材料跟蹤

材料跟蹤是跟蹤材料，根據(jù)材料的位置來協(xié)調(diào)調(diào)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(nèi)開始到矯直機(jī)入口，在這段過程中材料跟蹤對(duì)材料處理進(jìn)行跟蹤。材料跟蹤在這個(gè)區(qū)域中的任務(wù)可以劃分以下幾個(gè)部分：

按照輥道分區(qū)，記錄生產(chǎn)線的材料映象，任何時(shí)候都能得到所有材料的物理位置。

當(dāng)材料到達(dá)或離開軋機(jī)某個(gè)位置時(shí)，材料跟蹤必須準(zhǔn)備好相關(guān)的材料數(shù)據(jù)（包含PDI數(shù)據(jù)，加熱爐數(shù)據(jù)和其他相關(guān)數(shù)據(jù)），同時(shí)激勵(lì)其他相關(guān)軟件。當(dāng)?shù)蹁N材料時(shí)刪去相關(guān)材料數(shù)據(jù)。

當(dāng)跟蹤映像和實(shí)物映像不一致，或跟蹤異常時(shí)，操作工可以進(jìn)行跟蹤修正，確保跟蹤映像與實(shí)物位置的一致性。

4.4 軋制計(jì)劃管理

軋制計(jì)劃管理接收部分加熱爐系統(tǒng)已經(jīng)存在的PDI數(shù)據(jù)，接收的數(shù)據(jù)按板號(hào)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中，有畫面對(duì)完整的軋制計(jì)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行生成和調(diào)整等管理。人工可以通過該畫面進(jìn)行計(jì)劃的輸入，刪除，修改等功能。

每個(gè)原始數(shù)據(jù)都包含板坯，軋制的板，母板和合同板的數(shù)據(jù)，此外還有板號(hào)，板坯號(hào)，板坯尺寸，產(chǎn)品尺寸數(shù)據(jù)，軋制指示（控溫軋制，多塊軋制，轉(zhuǎn)鋼），化學(xué)成份，合金補(bǔ)償系數(shù)，最終溫度，ACC入口溫度，ACC冷卻速率，出口溫度等。

當(dāng)該材料生產(chǎn)結(jié)束，計(jì)劃數(shù)據(jù)將要記錄保存。

4.5 設(shè)定功能

基于精確的材料跟蹤，當(dāng)材料到達(dá)指定的位置時(shí)，過程計(jì)算機(jī)給L1和特殊儀表進(jìn)行設(shè)定，對(duì)軋機(jī)的設(shè)定工藝參數(shù)來源于道次計(jì)劃計(jì)算，在設(shè)定時(shí)要對(duì)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行最后的校驗(yàn)，防止出現(xiàn)引起設(shè)備超過極限能力的情況出現(xiàn)。

在跟蹤不正確的情況下，操作人員可以從操作畫面上對(duì)跟蹤進(jìn)行修正，在修正后把正確的設(shè)定數(shù)據(jù)發(fā)送給L1。操作人員可以對(duì)設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

4.6 實(shí)績(jī)值收集處理

過程機(jī)接收來自PLC和特殊儀表的數(shù)據(jù)，由于來自于傳感器的裸數(shù)據(jù)不能直接用于反饋控制，測(cè)量值必須要進(jìn)行過濾和統(tǒng)計(jì)處理。測(cè)量值處理數(shù)據(jù)同時(shí)能夠?yàn)楣に嚭妥詣?dòng)化技術(shù)人員提供軋制生產(chǎn)信息以及用于產(chǎn)品質(zhì)量分析。

L2的數(shù)據(jù)采集軋機(jī)的實(shí)際數(shù)據(jù)有水平輥的軋制壓力，力矩，輥縫，速度，溫度和計(jì)算的厚度，軋制信號(hào)等。

4.7 數(shù)據(jù)通信

利用寶信軟件產(chǎn)品XCOM-PCS，實(shí)現(xiàn)與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通信，具體電文格式參見基本設(shè)計(jì)規(guī)格書通信接口篇。軋線計(jì)算機(jī)加熱爐計(jì)算機(jī)，精整線計(jì)算機(jī)，軋線L1，ACC計(jì)算機(jī)和儀表通信。其中軋線計(jì)算機(jī)與精整計(jì)算機(jī)之間運(yùn)用了iPlature的相關(guān)功能，主機(jī)之間無需采用電文方式通信。

4.8 報(bào)表

報(bào)表程序負(fù)責(zé)工程記錄的報(bào)表打印。這些報(bào)表反映了材料在生產(chǎn)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，有如下的報(bào)表：

工程報(bào)表：包括的數(shù)據(jù)是軋制設(shè)定計(jì)算所涉及的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括了材料相關(guān)的數(shù)據(jù)、來自軋制策略的數(shù)據(jù)、道次計(jì)劃計(jì)算值、材料和軋機(jī)操作相關(guān)的重要數(shù)據(jù)。

班報(bào)：記錄當(dāng)班生產(chǎn)的產(chǎn)量，質(zhì)量和停機(jī)情況。關(guān)于報(bào)表，具體格式可與用戶商量討論后確定。

5 結(jié)束語

中厚板計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)八鋼信息化目標(biāo)中的重要環(huán)節(jié)，其采用先進(jìn)的工藝模型和控制技術(shù)，使厚板質(zhì)量得到極大進(jìn)步、生產(chǎn)治理更方便，增強(qiáng)了八鋼產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，其重要性也會(huì)在以后的生產(chǎn)當(dāng)中越發(fā)的凸顯。

【參考文獻(xiàn)】

[1]丁修.軋制過程自動(dòng)化[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

篇3

隨著新型技術(shù)的迅速發(fā)展，社會(huì)對(duì)專業(yè)人才要求不斷改變，以及學(xué)生學(xué)習(xí)途徑的增多，現(xiàn)有“過程控制系統(tǒng)”教學(xué)已不能滿足培養(yǎng)應(yīng)用型專業(yè)人才的需求，我們?cè)谏钊敕治鲈撜n程的教學(xué)實(shí)際和系統(tǒng)總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)存在的問題提出了項(xiàng)目式教學(xué)思路，并經(jīng)過多年研究與實(shí)踐，取得了較好的效果。

實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目的具體目標(biāo)就是為工程教育創(chuàng)造出一個(gè)合理的、完整的、通用的、可概括的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境。它以專業(yè)知識(shí)應(yīng)用能力的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)作的過程為載體，工程設(shè)計(jì)為導(dǎo)向，以項(xiàng)目訓(xùn)練為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、有機(jī)聯(lián)系課程之間關(guān)系的方式學(xué)習(xí)工程技術(shù)，增強(qiáng)實(shí)踐能力。

“過程控制系統(tǒng)”課程是自動(dòng)化專業(yè)一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課，該課程要求“學(xué)”與“用”密切聯(lián)系，是學(xué)生多年學(xué)校理論學(xué)習(xí)與走上工作崗位的橋梁，因此該課程的教學(xué)重點(diǎn)就是對(duì)學(xué)生工程應(yīng)用實(shí)踐能力的培養(yǎng)。我校建立的省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室――基于工業(yè)4.0實(shí)訓(xùn)基地，為該課程實(shí)踐教學(xué)提供了良好的教學(xué)平臺(tái)。

以學(xué)生為本，建設(shè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中心，提供良好的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境。實(shí)踐教學(xué)實(shí)施的硬件基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，2015年以來自動(dòng)化系對(duì)相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行整合，以人才培養(yǎng)的需求為出發(fā)點(diǎn)，從自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)方案的高度，合理整合現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室和組建新的實(shí)驗(yàn)室，與西門子公司聯(lián)合建立了工業(yè)4.0實(shí)訓(xùn)基地，該中心占地5000m2，設(shè)備儀器投資約1500萬，實(shí)驗(yàn)設(shè)備生均達(dá)到1.28萬元。形成了新的滿足自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，負(fù)責(zé)自動(dòng)化專業(yè)“工程技術(shù)實(shí)踐”和“專業(yè)綜合實(shí)踐”以及全校電類、控制類課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。同時(shí)有效利用思源學(xué)院省級(jí)污水處理廠，學(xué)校供暖控制系統(tǒng)及學(xué)校恒壓供水系統(tǒng)作為綜合實(shí)踐項(xiàng)目。

1 課題描述及項(xiàng)目教學(xué)總體構(gòu)架

1.1 課題描述

“過程控制系統(tǒng)”工程實(shí)踐項(xiàng)目教學(xué)是針對(duì)應(yīng)用型自動(dòng)化本科專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)而設(shè)置的實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目。在現(xiàn)有工業(yè)4.0實(shí)訓(xùn)基地的基礎(chǔ)上，以增強(qiáng)學(xué)生工程應(yīng)用實(shí)踐能力，完成工程師基本訓(xùn)練為目標(biāo)，開發(fā)出以工程應(yīng)用能力培養(yǎng)為宗旨，以真實(shí)工程實(shí)踐項(xiàng)目――12項(xiàng)工程實(shí)踐項(xiàng)目為載體，每個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目都通過實(shí)驗(yàn)、分析、再設(shè)計(jì)開發(fā)、調(diào)試運(yùn)行等內(nèi)容融合為一體，在具有模擬工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、做相結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生的綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，解決實(shí)際工程問題的能力。

1.2 項(xiàng)目教學(xué)總體構(gòu)架

實(shí)踐項(xiàng)目載體的選擇和實(shí)施過程的設(shè)計(jì)是是順利開展工程實(shí)踐能力教學(xué)的重點(diǎn)，本課題的項(xiàng)目載體選用真實(shí)工業(yè)環(huán)境為背景――工業(yè)4.0實(shí)訓(xùn)基地，以完成工程師基本能力的訓(xùn)練為總目標(biāo)，培訓(xùn)學(xué)生工程基礎(chǔ)能力、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力、工程系統(tǒng)能力。整個(gè)教學(xué)內(nèi)容采用以工作過程為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)若干個(gè)子項(xiàng)目，將專業(yè)知識(shí)內(nèi)容模塊化、任務(wù)化，以任務(wù)為載體，將自動(dòng)化專業(yè)涉及的課程的知識(shí)融合起來。改變過去在“黑板上種田”的單一教學(xué)方式。使學(xué)生在一種真實(shí)的環(huán)境中按照企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行培養(yǎng)，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)方式展開教學(xué)，將“說、學(xué)、做”統(tǒng)一起來，使學(xué)生在項(xiàng)目完成過程中，強(qiáng)化對(duì)知識(shí)的理解，學(xué)會(huì)對(duì)知識(shí)的應(yīng)用，讓學(xué)生能夠扎實(shí)掌握從事工程技術(shù)常規(guī)工作所需要的基本理論、基本技能，能適應(yīng)現(xiàn)代控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的需要，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)自動(dòng)化工廠的設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、工程應(yīng)用能力

2 課題目標(biāo)設(shè)計(jì)

總體目標(biāo)：通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具有過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力、強(qiáng)化創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力。

能力目標(biāo)：（1）常用自動(dòng)化儀表的使用、調(diào)試、維修、安裝能力；（2）設(shè)計(jì)繪制控制流程圖的能力；（3）自動(dòng)化系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)、投運(yùn)、調(diào)試等實(shí)施能力。

知識(shí)目標(biāo)：（1）熟練掌握控制流程圖的識(shí)圖；（2）熟練掌握自動(dòng)化儀表的基本知識(shí)及其選型方法；（3）掌握自動(dòng)化系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)、投運(yùn)、調(diào)試方法；（4）熟練掌握典型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；（5）熟練掌握控制參數(shù)的整定方法；（6）熟練掌握控制系統(tǒng)相關(guān)軟件使用；

素質(zhì)目標(biāo)：（1）良好的職業(yè)道德和職業(yè)習(xí)慣；（2）熟練的職業(yè)技能、較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)；（3）良好的語言文學(xué)表達(dá)能力、溝通能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神；（4）安全規(guī)范操作意識(shí)；（5）嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的工作作風(fēng)。

3 構(gòu)建工程實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目

3.1 實(shí)踐項(xiàng)目的選用標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)踐項(xiàng)目教學(xué)法整個(gè)教學(xué)模式是以工業(yè)4.0實(shí)踐基地實(shí)踐項(xiàng)目為中心，圍繞達(dá)成實(shí)踐項(xiàng)目的完成來組織教學(xué)過程。因此實(shí)施實(shí)踐項(xiàng)目教學(xué)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)膶?shí)踐項(xiàng)目，實(shí)踐項(xiàng)目的選用應(yīng)符合以下標(biāo)準(zhǔn)：

（1）學(xué)生的實(shí)際水平，恰當(dāng)?shù)捻?xiàng)目要在學(xué)生的實(shí)際能力之內(nèi)，同時(shí)也是學(xué)生樂意去做的項(xiàng)目。

（2）應(yīng)緊扣教學(xué)大綱和教學(xué)目標(biāo)，要以大綱為指引，力求使大綱中的知識(shí)點(diǎn)融合到各個(gè)項(xiàng)目中去。

（3）項(xiàng)目應(yīng)有一定的使用?r值。

（4）學(xué)生可以在一定的時(shí)間范圍內(nèi)自行組織，安排自己的學(xué)習(xí)行為。

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

（6）要考慮學(xué)校的設(shè)備條件，項(xiàng)目要有可操作性。

3.2 工程實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目

結(jié)合“做中學(xué)”的指導(dǎo)思想和本課題的特點(diǎn)，以能力培養(yǎng)為主線，以實(shí)踐體系為主體，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由單一到綜合，逐層提高，逐級(jí)遞進(jìn)構(gòu)建工程實(shí)踐項(xiàng)目結(jié)構(gòu)，按“完成工程師認(rèn)知訓(xùn)練”到“完成工程師初步訓(xùn)練”向“完成工程師綜合訓(xùn)練”延伸，直到完成“初步達(dá)到自動(dòng)化工程師崗位要求”的四級(jí)項(xiàng)目訓(xùn)練，使學(xué)生能夠接受“現(xiàn)場(chǎng)工程師”的完整訓(xùn)練。其課程過程控制系統(tǒng)工程實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.3 訓(xùn)練方式

以典型工程項(xiàng)目實(shí)施能力為主線，圍繞崗位需求為目標(biāo)進(jìn)行訓(xùn)練，主要訓(xùn)練方法：（1）零距離接觸專業(yè)實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)；（2）采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、啟發(fā)式教學(xué)、視頻演示法、項(xiàng)目教學(xué)法、總結(jié)歸納法；（3）自動(dòng)化儀表的實(shí)際使用及校驗(yàn)；（4）具體自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)建及投運(yùn)。

3.4 實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)施流程

實(shí)踐項(xiàng)目教學(xué)法實(shí)施過程中應(yīng)突出“以實(shí)踐項(xiàng)目為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的特征，實(shí)施流程規(guī)定為：任務(wù)引入―收集信息―制訂計(jì)劃―實(shí)施計(jì)劃―檢查評(píng)估。第一，教師布置項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生討論；第二，學(xué)生收集、查閱資料；第三，學(xué)生分組討論，制訂、修改計(jì)劃，教師審查指導(dǎo)評(píng)定計(jì)劃是否合理可行；第四，學(xué)生并明確分工合作實(shí)施項(xiàng)目計(jì)劃，完成項(xiàng)目任務(wù)；第五，學(xué)生白評(píng)、小組互評(píng)、教師評(píng)價(jià)。

3.5 展示結(jié)果

為了保證工程項(xiàng)目訓(xùn)練效果，在每個(gè)項(xiàng)目訓(xùn)練結(jié)束時(shí)，需要進(jìn)行實(shí)踐結(jié)果展示，主要內(nèi)容如下：（1）提交工程文件：自動(dòng)控制系統(tǒng)工程實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試、工程設(shè)計(jì)圖等工程文件；（2）儀表識(shí)別：儀表選用是否合理；（3）項(xiàng)目操作：進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工程項(xiàng)目調(diào)試、運(yùn)行，達(dá)到預(yù)期結(jié)果；（4）答辯：對(duì)工程綜合應(yīng)用能力考查；（5）提交工程項(xiàng)目實(shí)踐報(bào)告。

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關(guān)鍵詞 順序過程；狀態(tài)；編程實(shí)現(xiàn)

中圖分類號(hào)TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2013）99-0217-02

1 控制對(duì)象特點(diǎn)

順序控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：在順序控制系統(tǒng)中，其設(shè)備隊(duì)列的基本形式在通常情況下可以分為五種；有些隊(duì)列是共同使用同一個(gè)設(shè)備。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)流程有決定性作用，同時(shí)決定其起或停兩種方式；隊(duì)列的開頭和結(jié)尾兩部分的設(shè)備通常會(huì)根據(jù)系統(tǒng)流程或起停方式的改變而發(fā)生變化。

控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求：設(shè)備的運(yùn)行方式可以分為兩種，一種是集中聯(lián)鎖控制，另外一種是就地單機(jī)控制，切換由中控室來完成；在檢修和調(diào)試時(shí)主要應(yīng)用就地單機(jī)控制，在這種運(yùn)行方式下，設(shè)備的開停主要由控制箱上的按鈕來控制；正常生產(chǎn)的時(shí)候主要應(yīng)用集控聯(lián)鎖的方式，控制時(shí)利用中控室的控制臺(tái)來進(jìn)行。設(shè)備不同，起停的延時(shí)時(shí)間也會(huì)不同，原則上是堆煤不能在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行，停車后也不能存煤。

控制臺(tái)的設(shè)計(jì)：現(xiàn)在的控制臺(tái)一般都是軟件的，在屏幕窗口由工控組態(tài)軟件生成控制臺(tái)畫面，要想命令或者是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操縱，只需要點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可。JST兩位開關(guān)切換系統(tǒng)的就地與集控方式，對(duì)設(shè)備的硬件控制電路直接作用；集控起車流程由FLOW三位開關(guān)來進(jìn)行選擇；A路集控起車與否由ASA兩位開關(guān)來決定；B路集控起車由BSA兩位開關(guān)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(tái)設(shè)備的狀態(tài)分析

單臺(tái)設(shè)備的硬件控制回路：每臺(tái)設(shè)備的工作方式可以分為兩種，一種是手動(dòng)，一種是自動(dòng)；在切換的時(shí)候主要利用的是控制臺(tái)上的系統(tǒng)運(yùn)行方式開關(guān)控制中間繼電路JKA。在自控方式下，閉合JKA-1節(jié)點(diǎn)，打開JKA-2節(jié)點(diǎn)，那么設(shè)備中間繼電器KMA線圈的通電和斷電就由PLC輸出節(jié)點(diǎn)PLC-OUT來進(jìn)行控制，從而對(duì)設(shè)備供電接觸器的通斷和設(shè)備的開停進(jìn)行控制。在就地手動(dòng)方式下，打開JKA-1節(jié)點(diǎn)，閉合JKA-2節(jié)點(diǎn)，在控制時(shí)利用的就是就地控制箱上的常開按鈕和常閉按鈕。

單臺(tái)設(shè)備的軟件控制回路：隊(duì)列中的一員就是自控方式下的設(shè)備，隊(duì)列排序是依據(jù)煤流方向來進(jìn)行的，起車依據(jù)的是逆煤流順序，停車是依據(jù)順煤流順序，在單臺(tái)設(shè)備方面，要想起車，必須要等到后繼設(shè)備起動(dòng)，并且穩(wěn)定運(yùn)行之后方可。停車也需要等到前驅(qū)設(shè)備徹底停穩(wěn)之后才能進(jìn)行。對(duì)于PLC程序控制設(shè)備的開始或停止，通常將設(shè)備控制梯形圖程序分成三個(gè)級(jí)別：起車脈沖主要是通過前兩級(jí)產(chǎn)生的，設(shè)備如果在這么一段脈寬時(shí)間中，無法啟動(dòng)，那么就說明啟車失敗；第三級(jí)是對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的控制，即針對(duì)設(shè)備的軟件控制回路，以及硬件控制回路之間的相互作用，對(duì)其進(jìn)行自控而有效的轉(zhuǎn)換設(shè)備的起車停車以及各種狀態(tài)。

3 順序控制系統(tǒng)的狀態(tài)分析

自控方式下系統(tǒng)的狀態(tài)圖如下所示：

停車待命狀態(tài)：已經(jīng)設(shè)置好控制臺(tái)的控制開關(guān)，所有的設(shè)備可以正常接受系統(tǒng)發(fā)出的起車指令。

起車預(yù)告狀態(tài)：集控起車的命令由控制臺(tái)發(fā)出，沒有異常的話，就將進(jìn)入起車預(yù)告狀態(tài)。

逆煤流順序延時(shí)的起車狀態(tài)：即發(fā)出起車指令，在預(yù)定的時(shí)間范圍內(nèi)，未收到禁止啟動(dòng)要求的情況。具體即隊(duì)列末端設(shè)備最先啟動(dòng)，接著沿著逆煤流的方向，逐臺(tái)自動(dòng)進(jìn)行延時(shí)起車，直至起動(dòng)隊(duì)列的首端設(shè)備為止，若稍延時(shí)，系統(tǒng)即轉(zhuǎn)成正常運(yùn)行狀態(tài)。

正常運(yùn)行狀態(tài)：在這個(gè)狀態(tài)中，所有的設(shè)備都可以穩(wěn)定的運(yùn)行，說明系統(tǒng)所處的狀態(tài)可以正常運(yùn)行。在此過程中，若隊(duì)列中任意一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)停車的情況，則系統(tǒng)即會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的故障狀態(tài)中。

順煤流順序延時(shí)的停車狀態(tài)：不管是在正常運(yùn)行的系統(tǒng)中，還是在有故障出現(xiàn)在了運(yùn)轉(zhuǎn)的部分設(shè)備上，將集控停車按鈕按下，都會(huì)進(jìn)入順煤流順序延時(shí)停車狀態(tài)。

故障狀態(tài)：不管在哪種狀態(tài)下，系統(tǒng)只要出了問題，就會(huì)進(jìn)入故障狀態(tài)。

4 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)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(tái)的開關(guān)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，則系統(tǒng)的狀態(tài)就是停車待命；將集控起車按鈕JST按下之后，系統(tǒng)的狀態(tài)就變?yōu)榱似疖囶A(yù)告；如果在30秒之內(nèi)沒有收到禁止啟動(dòng)的命令，則系統(tǒng)狀態(tài)即轉(zhuǎn)成逆煤流順序起車；而一旦隊(duì)列起始設(shè)備啟動(dòng)，那么就結(jié)束了起車過程；如果在起車的過程中有故障發(fā)生，或者將急停按鈕按下，那么系統(tǒng)就會(huì)從起車狀態(tài)退出來。如果穩(wěn)定運(yùn)行隊(duì)列起始設(shè)備，在延遲40秒之后，系統(tǒng)就會(huì)結(jié)束起車狀態(tài)，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

5 結(jié)論

隨著時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來越廣。本文以某選煤廠的原煤系統(tǒng)為例，首先簡(jiǎn)要介紹了控制對(duì)象的特點(diǎn)，然后進(jìn)行了了單臺(tái)設(shè)備的狀態(tài)分析和順序控制系統(tǒng)的狀態(tài)分析，通過實(shí)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(jìn)行解決。

參考文獻(xiàn)

[1]葉樹華.PLC順序過程控制系統(tǒng)的狀態(tài)分析與編程實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2003，2（5）：123-125.

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關(guān)鍵詞：自動(dòng)發(fā)電控制、建模、辨識(shí)

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(hào)： TM621文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

火電廠過程控制系統(tǒng)

火力發(fā)電機(jī)組的生產(chǎn)過程自動(dòng)化隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)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(gè)方面：自動(dòng)檢測(cè)，順序控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)保護(hù)。

單元機(jī)組自動(dòng)控制的功能是通過各種自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的.大容量單元發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化系統(tǒng)土要可分為計(jì)算機(jī)監(jiān)視(或數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)、單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)、汽輪機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)和電氣控制系統(tǒng)、輔助設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)等。

現(xiàn)代的AGC是一個(gè)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，主要由兩大部分構(gòu)成:

（1）負(fù)荷分配器:根據(jù)測(cè)得的發(fā)電機(jī)實(shí)際出力、頻率偏差和其它有關(guān)信號(hào)，按一定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則分配各機(jī)組應(yīng)承擔(dān)的機(jī)組有功出力設(shè)定值。該部分由傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度功能實(shí)現(xiàn)。

(2)機(jī)組控制器:根據(jù)負(fù)荷分配器設(shè)定的有功出力，使機(jī)組在額定頻率下的實(shí)發(fā)功率與設(shè)定有功出力相一致。電廠具備ACC功能時(shí)該部分由機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

自動(dòng)發(fā)電控制( Automatic Generation Control)簡(jiǎn)稱為AGC是建立在以計(jì)算機(jī)為核心的能量管理系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)協(xié)調(diào)控制和高可靠信息傳輸系統(tǒng)基礎(chǔ)之上的遠(yuǎn)程閉環(huán)控制系統(tǒng)。

自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)系統(tǒng)建模

對(duì)于多區(qū)域AGC系統(tǒng)建模，由于AGC系統(tǒng)位于電廠各個(gè)機(jī)組的上層，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行全面的建模是比較復(fù)雜的，因此，根據(jù)AGC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、物理機(jī)理，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，借助Matlab仿真軟件1201211，建立如圖2-2-4所示的簡(jiǎn)化后的AGC各區(qū)域控制機(jī)組模型圖。

圖1 AGC系統(tǒng)中Plant模塊仿真模型

以兩區(qū)域AGC模型為例，根據(jù)其運(yùn)行機(jī)理，有如下的數(shù)學(xué)模型表達(dá)式：

上式中: -頻率偏差信號(hào)；-發(fā)電功率偏差信號(hào)；-負(fù)荷需求變化；-控制器時(shí)間常數(shù)；-汽輪機(jī)時(shí)間常數(shù)；α12:兩區(qū)域的功率比位；αβ:控制器死區(qū)常數(shù)。

根據(jù)相關(guān)原理及相關(guān)公式分析，假設(shè)只在第一個(gè)區(qū)域發(fā)生1%的負(fù)荷擾動(dòng)，仿真結(jié)果如圖2所示。從仿真結(jié)果中可以看出，通過對(duì)PTD參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)可以使兩區(qū)域頻率偏差4"從調(diào)節(jié)到零，但是其超調(diào)量比較大，可以對(duì)控制器進(jìn)行改進(jìn)，采用模糊P1D控制器進(jìn)行PID參數(shù)的自整定，以達(dá)到更好的控制效果。

圖2 AGC系統(tǒng)仿真結(jié)果

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(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(tǒng)建模研究對(duì)象，旨在研究汽包及蒸汽管道續(xù)熱系數(shù)。

圖3 汽包爐的CCS系統(tǒng)建模圖

根據(jù)相關(guān)原理及公式，在該系統(tǒng)中選擇燃料最指令和汽機(jī)閥門開度指令作為輸入，主蒸汽流量(與實(shí)際功率相對(duì)應(yīng))和汽包壓力作為輸出，構(gòu)成一個(gè)TITO(兩輸入、兩輸出)系統(tǒng)，考慮輸入輸出端口的匹配性，進(jìn)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(jié)果表明，該方法改善了系統(tǒng)的控制效果。

結(jié)論

本文主要以火電機(jī)組的自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)為例，借助Matlab軟件采用先進(jìn)算法及模糊控制方法對(duì)帶協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)((CCS)模型的自動(dòng)發(fā)電控制((ACC)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真及其優(yōu)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(tǒng)，結(jié)合軟硬件各自的特以提高系統(tǒng)梢度、降低建模難度。

參考文獻(xiàn)

呂崇德，大型火電機(jī)組系統(tǒng)仿真與建模，清華大學(xué)出版社.2002

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關(guān)鍵詞：過程控制系統(tǒng)；A3000；教學(xué)改革

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

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）32-0095-02

“過程控制系統(tǒng)”是自動(dòng)化專業(yè)的重要課程，其先修課程包括自動(dòng)控制原理、傳感器及檢測(cè)技術(shù)、可編程控制器等，在專業(yè)培養(yǎng)方案中起加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的作用。[1]“過程控制系統(tǒng)”作為一門綜合性很強(qiáng)的課程，學(xué)生通過對(duì)該課程的學(xué)習(xí)，掌握過程控制系統(tǒng)的基本概念、基本組成環(huán)節(jié)和基本控制規(guī)律及自動(dòng)控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法，應(yīng)對(duì)控制理論在實(shí)際過程控制系統(tǒng)的運(yùn)行和設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有較全面的認(rèn)識(shí)了解，培養(yǎng)學(xué)生利用過程控制課程所學(xué)知識(shí)，從事電力、冶金石化、輕紡及其它工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化裝置的研究、設(shè)計(jì)和開發(fā)的能力。如果課程教學(xué)僅以理論推導(dǎo)和證明為主，不與實(shí)際對(duì)象聯(lián)系，會(huì)使學(xué)生出現(xiàn)厭學(xué)情緒。針對(duì)上述問題，結(jié)合筆者的教學(xué)體會(huì)，利用A3000仿真平成專家PID控制算法設(shè)計(jì)、[2]預(yù)測(cè)控制算法[3]等，擴(kuò)寬學(xué)生的理論深度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在課堂上講解復(fù)雜控制原理，豐富學(xué)生知識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證算法的效果。

一、A3000的應(yīng)用實(shí)例

A3000過程控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)總體物理系統(tǒng)如圖1所示（控制系統(tǒng)有30多種，現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)具有現(xiàn)場(chǎng)總線）。在此平臺(tái)上，學(xué)生可完成單閉環(huán)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(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，也可完成閉環(huán)雙水箱液位串級(jí)控制、專家PID液位控制、管道壓力和流量解耦控制等復(fù)雜實(shí)驗(yàn)。A3000過程控制系統(tǒng)可幫助學(xué)生熟悉過程控制對(duì)象。

1.實(shí)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(tài)王建立下水箱液位控制工程的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生在組態(tài)王的應(yīng)用程序命令語言中實(shí)現(xiàn)專家PID控制，即依據(jù)誤差和誤差的變化趨勢(shì)實(shí)時(shí)改變PID的三個(gè)參數(shù)。此實(shí)例的難度在于變頻器使用、PLC程序編程和專家PID規(guī)則的實(shí)現(xiàn)。

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(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的啟停以及調(diào)速控制。而控制變頻器的是PLC，系統(tǒng)中所使用的是S7-200系列PLC具體型號(hào)為S7-200 CPU222N。PLC的主要工作是完成數(shù)據(jù)采集并控制變頻器，從而控制電機(jī)的運(yùn)行。對(duì)PLC進(jìn)行編程的軟件為STEP7 Micro/WIN，該軟件可直接在計(jì)算機(jī)上使用。

2.組態(tài)王與PID

組態(tài)軟件選擇組態(tài)王（Kingview），以此在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行參數(shù)。組態(tài)王是一個(gè)具有開放、易用等特征的通用組態(tài)軟件。使用組態(tài)王，學(xué)生可將注意力集中在控制對(duì)象的分析。在課時(shí)數(shù)有限的情況下，組態(tài)王使得學(xué)生實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制算法成為可能。

可編程控制器和變頻器的相關(guān)知識(shí)都已通過過程控制系統(tǒng)的先修課程掌握，學(xué)生可快速完成編寫PLC的PID控制算法程序。

在組態(tài)王中編寫應(yīng)用程序之前，需使用臨界比例度法進(jìn)行PID參數(shù)整定，并得到PID的三個(gè)參數(shù)為：Kp=20、TI=17、TD=4。普通PID控制器的運(yùn)行結(jié)果如圖2所示。

3.專家PID及其運(yùn)行

對(duì)實(shí)時(shí)改變PID參數(shù)的專家經(jīng)驗(yàn)不做過多介紹，僅以其中一條規(guī)則做詳細(xì)說明。當(dāng)且時(shí)，其中表示離散化的當(dāng)前采樣時(shí)刻的誤差值；和分別表示上個(gè)和上上個(gè)時(shí)刻采樣的誤差值，說明此時(shí)誤差處于極值狀態(tài)，并將此條件再分為兩種情況：若，也就是誤差的絕對(duì)值比較大，要加強(qiáng)控制作用，PID的三個(gè)參數(shù)變?yōu)?、、；若，也就是誤差的絕對(duì)值比較小，要減弱控制作用，PID的三個(gè)參數(shù)變?yōu)椤?、?/p>

設(shè)計(jì)與此規(guī)則對(duì)應(yīng)的組態(tài)王的應(yīng)用程序命令，得到程序：

if （（＼＼本站點(diǎn)＼errk*＼＼本站點(diǎn)＼deltaerrk）

{if（Abs（ ＼＼本站點(diǎn)＼errk ）>15）

{＼＼本站點(diǎn)＼S7200P=20*1.2；

＼＼本站點(diǎn)＼S7200I=9999；

＼＼本站點(diǎn)＼S7200D=0；}

else

{＼＼本站點(diǎn)＼S7200P=20*0.8；

＼＼本站點(diǎn)＼S7200I=9999；

＼＼本站點(diǎn)＼S7200D=0；}}

學(xué)生可依據(jù)上述程序?qū)懗稣麄€(gè)專家PID控制的應(yīng)用程序命令，通過A3000仿真平臺(tái)，得到專家PID控制的液位控制運(yùn)行結(jié)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(shè)計(jì)中采用專家PID控制可改善控制效果。在實(shí)現(xiàn)專家PID控制過程中，無需掌握被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，只需實(shí)時(shí)計(jì)算誤差和誤差的變化趨勢(shì)。通過此例，學(xué)生可理解專家PID控制算法的原理，并掌握如何實(shí)現(xiàn)專家PID控制算法，可提高學(xué)生的理論分析能力和實(shí)踐能力。

二、A3000和MATLAB相結(jié)合的應(yīng)用實(shí)例

在組態(tài)王的應(yīng)用程序命令語言中，可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的編程，但對(duì)于復(fù)雜的控制算法，這種實(shí)現(xiàn)方式明顯運(yùn)算能力不足。MATLAB是一個(gè)高精度的科學(xué)計(jì)算語言，運(yùn)算能力強(qiáng)大，[4]可彌補(bǔ)組態(tài)王運(yùn)算能力不足的缺點(diǎn)。利用MATLAB可方便實(shí)現(xiàn)矩陣運(yùn)算等任務(wù)，可較為容易地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法。

1.實(shí)例要求

本實(shí)例要求學(xué)生在A3000過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)溫度預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)。利用組態(tài)王、MATLAB等相關(guān)軟件的功能，建立起組態(tài)王與MATLAB之間的DDE通信，并將建立起的工程在A3000平臺(tái)上運(yùn)行調(diào)試，從而完成溫度預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。預(yù)測(cè)控制的算法有很多種，本實(shí)例采用預(yù)測(cè)控制算法中的動(dòng)態(tài)矩陣控制方法。被控的鍋爐溫度即是一個(gè)漸近穩(wěn)定的對(duì)象。預(yù)測(cè)控制具有多步測(cè)試、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正等特征，這些優(yōu)點(diǎn)使得預(yù)測(cè)控制在實(shí)際應(yīng)用中能夠產(chǎn)生很好的控制效果和魯棒性，對(duì)于一些相對(duì)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程，預(yù)測(cè)控制也能起到比較理想的控制作用。掌握預(yù)測(cè)控制原理，可拓寬學(xué)生知識(shí)面，幫助學(xué)生熟悉過程控制的新技術(shù)。

MATLAB是一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)學(xué)軟件，其版本的不斷升級(jí)加強(qiáng)和完善了其強(qiáng)大的功能。在數(shù)值運(yùn)算中，數(shù)值的穩(wěn)定性和運(yùn)算的可靠性要好于其他高級(jí)語言。許多在其他高級(jí)語言中復(fù)雜的編程問題在MATLAB語言編程中，有時(shí)只需一條專用的指令就可實(shí)現(xiàn)。許多MATLAB指令都以應(yīng)用為目的設(shè)計(jì)出來的，從而使得面向?qū)ο蟮挠?jì)算機(jī)程序思想變得很具體。對(duì)于自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，MATLAB是其必須掌握的仿真工具，控制系統(tǒng)仿真訓(xùn)練等課程已使其掌握了MATLAB的基本應(yīng)用能力。

因?yàn)槭褂玫氖莿?dòng)態(tài)矩陣控制方法，故預(yù)測(cè)控制的內(nèi)部模型即溫度的階躍響應(yīng)。因?yàn)閷W(xué)生利用MATLAB可以方便地實(shí)現(xiàn)矩陣等運(yùn)算，并且通過工控機(jī)等相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，對(duì)DDE通信的概念已較為熟悉，所以在學(xué)生理解動(dòng)態(tài)矩陣控制算法的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生編寫算法的MATLAB程序是可行的。

2.DDE通信與預(yù)測(cè)控制

在工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中，工控組態(tài)軟件通過驅(qū)動(dòng)程序來從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中采集數(shù)據(jù)，然后傳送給MATLAB進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算處理，再將結(jié)果傳送到組態(tài)軟件，最后由組態(tài)軟件將數(shù)據(jù)輸出到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上進(jìn)行控制。組態(tài)軟件和MATLAB都可以作為服務(wù)器和客戶應(yīng)用程序，這里MATLAB作為客戶應(yīng)用程序，組態(tài)王充當(dāng)MATLAB的服務(wù)器，同時(shí)作為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的客戶。當(dāng)組態(tài)王采集的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，希望直接傳給MATLAB進(jìn)行處理時(shí)，雙方動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換以熱鏈的方式完成。

在課堂上完成動(dòng)態(tài)矩陣控制的相關(guān)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(yù)測(cè)控制的三個(gè)基本特征：預(yù)測(cè)模型、滾動(dòng)優(yōu)化和優(yōu)化控制與反饋。對(duì)于預(yù)測(cè)模型，使學(xué)生清楚一些非參數(shù)模型，諸如脈沖響應(yīng)或者階躍響應(yīng)之類，只要是屬于線性穩(wěn)定的對(duì)象，通常也是能夠用來作為預(yù)測(cè)模型。對(duì)于滾動(dòng)優(yōu)化，要讓學(xué)生清楚優(yōu)化性能指標(biāo)在每一個(gè)采樣時(shí)刻只會(huì)涉及到未來的有限時(shí)間，當(dāng)?shù)竭_(dá)下一個(gè)采樣時(shí)刻的時(shí)候，這一優(yōu)化時(shí)域同時(shí)也會(huì)向前推移。所以無論在哪一個(gè)時(shí)刻，預(yù)測(cè)控制都會(huì)有與此時(shí)刻相對(duì)應(yīng)的優(yōu)化功能指標(biāo)。對(duì)于優(yōu)化控制與反饋，讓學(xué)生明白在預(yù)測(cè)控制中，反饋不但沒有被拋棄，反而得到了更充分的運(yùn)用。盡管預(yù)測(cè)控制得到的是全局次優(yōu)解，但是其優(yōu)化始終建立在實(shí)際的基礎(chǔ)上的，其控制效果可達(dá)到實(shí)際上的最優(yōu)。

3.預(yù)測(cè)控制運(yùn)行

學(xué)生需完成組態(tài)王界面制作、變量定義、動(dòng)畫連接、MATLAB程序編寫等工作。組態(tài)王軟件負(fù)責(zé)從下位機(jī)采集數(shù)據(jù)與向上位機(jī)輸出數(shù)據(jù)，MATLAB負(fù)責(zé)后臺(tái)計(jì)算。結(jié)合組態(tài)王和MATLAB的長(zhǎng)處使得動(dòng)態(tài)矩陣控制算法便于應(yīng)用到實(shí)際控制系統(tǒng)中。圖4為學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)得到的預(yù)測(cè)控制運(yùn)行結(jié)果。雖然此實(shí)例有一定難度，但對(duì)于自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生而言，本實(shí)例設(shè)計(jì)是可完成的，并且可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、結(jié)束語

在A3000控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)專家PID液位控制和溫度預(yù)測(cè)控制等復(fù)雜控制。在課程的理論教學(xué)中，講解復(fù)雜控制的相關(guān)原理，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，提高學(xué)生在復(fù)雜控制方面的理論層次。在實(shí)踐教學(xué)中，要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法以驗(yàn)證其優(yōu)越性，并要求學(xué)生掌握復(fù)雜控制算法的多種實(shí)現(xiàn)方式，提高學(xué)生對(duì)過程控制系統(tǒng)課程的興趣，進(jìn)而提高該課程的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[3]丁寶蒼.預(yù)測(cè)控制的理論與方法[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，

篇7

一、引言

近年來教師從不同方向?qū)虒W(xué)改革進(jìn)行創(chuàng)新，文獻(xiàn)[1]中“問題式教學(xué)”的教學(xué)模式是直接從問題入手組織教學(xué)，將專業(yè)知識(shí)隱含在解決問題的過程中，讓學(xué)科知識(shí)服務(wù)于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。文獻(xiàn)[2]基于體驗(yàn)學(xué)習(xí)的“過程控制”實(shí)驗(yàn)教學(xué)，強(qiáng)調(diào)個(gè)體，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的反思，通過學(xué)習(xí)者與現(xiàn)實(shí)世界的溝通與聯(lián)系，不斷促進(jìn)學(xué)習(xí)者自身的發(fā)展，同時(shí)也促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了人的發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的統(tǒng)一。

過程控制是自動(dòng)化專業(yè)的重要專業(yè)課，是與現(xiàn)實(shí)工程技術(shù)最接近的一門課程，針對(duì)該課程的綜合性提出綜合項(xiàng)目教學(xué)法，旨在檢驗(yàn)學(xué)生的知識(shí)掌握水平和綜合應(yīng)用能力。

二、綜合項(xiàng)目教學(xué)法

項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施以學(xué)生活動(dòng)為中心，教師扮演組織者、引導(dǎo)者的角色。為了跳出學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的單一性實(shí)驗(yàn)，本文提出綜合項(xiàng)目教學(xué)法，讓項(xiàng)目包含更多的學(xué)科。在企業(yè)生產(chǎn)過程中，一個(gè)項(xiàng)目的制定與實(shí)施，都有一個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行計(jì)劃和操作，項(xiàng)目所涉及的學(xué)科不止一個(gè)，每個(gè)成員側(cè)重于某一方面，到最后弄清楚整個(gè)項(xiàng)目的原理，實(shí)現(xiàn)共同學(xué)習(xí)。所以，綜合項(xiàng)目教學(xué)法是采用分小組的形式，一個(gè)項(xiàng)目組的成員按照共同制定的項(xiàng)目目標(biāo)，共同起草學(xué)習(xí)工作計(jì)劃，并予以實(shí)施，展示與評(píng)價(jià)。按照教師與學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過程中的角色，綜合項(xiàng)目教學(xué)法的一般流程如圖1所示。

圖1中按照教學(xué)過程中的兩個(gè)角色，分別描述了各自的職責(zé)，以及教學(xué)與接受教學(xué)的一般流程。

1.項(xiàng)目探索。項(xiàng)目探究包含兩個(gè)方面，一個(gè)是項(xiàng)目的制定，另一個(gè)是項(xiàng)目的探究實(shí)施。項(xiàng)目探索是項(xiàng)目教學(xué)的核心部分，是為了學(xué)生完成項(xiàng)目，通過各種途徑和方法進(jìn)行問題解決的活動(dòng)。在項(xiàng)目探究的進(jìn)程中，學(xué)生要細(xì)化教學(xué)內(nèi)容和項(xiàng)目主題，發(fā)現(xiàn)問題，并小組協(xié)作解決問題。（1）制定計(jì)劃。對(duì)一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行探索，首先需要一個(gè)綱要進(jìn)行引導(dǎo)，那么就需要制定一個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃。從學(xué)生角度來說，需要制定項(xiàng)目的實(shí)施方案、時(shí)間計(jì)劃，對(duì)任務(wù)進(jìn)行合理分工。此環(huán)節(jié)有利于學(xué)生在后期的項(xiàng)目進(jìn)行中掌握并調(diào)節(jié)活動(dòng)進(jìn)度。教師在整個(gè)項(xiàng)目中的作用是引導(dǎo)和提供輔助作用，教師可以提供給學(xué)生一些相關(guān)的學(xué)習(xí)資料，也不會(huì)讓學(xué)生花費(fèi)太多的時(shí)間在資料的查找上面，但適當(dāng)?shù)牧艚o學(xué)生一些搜索任務(wù)是必要的，可以鍛煉他們的文獻(xiàn)檢索、網(wǎng)絡(luò)資料檢索能力。學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是一種很好的可以分享資料與教學(xué)的一個(gè)平臺(tái)，并且該平臺(tái)可以讓學(xué)生在課余時(shí)間也能學(xué)習(xí)到課程，同時(shí)也能記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間與次數(shù)。一節(jié)45分鐘的課程是有限的，教師的講解不能很深入，這需要學(xué)生按照老師的要求去進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。本課程建設(shè)相應(yīng)的教學(xué)網(wǎng)站，可以將教學(xué)資源上傳至該平臺(tái)，同時(shí)也可放置相關(guān)的測(cè)驗(yàn)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)后進(jìn)行測(cè)試，看看自身掌握知識(shí)的情況，這也給教師的教學(xué)帶來很大的方便。（2）項(xiàng)目的探索實(shí)施。綜合?目教學(xué)法，讓學(xué)生在平時(shí)的學(xué)習(xí)中參與老師的科研活動(dòng)，在見習(xí)、實(shí)習(xí)時(shí)參與工廠的工程項(xiàng)目，將短時(shí)間的課堂教學(xué)變?yōu)殚L(zhǎng)期的專業(yè)培訓(xùn)。這樣學(xué)生培養(yǎng)了學(xué)習(xí)興趣，鍛煉了自學(xué)能力，可以對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整理補(bǔ)充。這種集創(chuàng)新教育與基礎(chǔ)教育于一體的教學(xué)模式，能在循序漸進(jìn)的研究性課題教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的探索精神與創(chuàng)新能力。

2.后期成果展示與評(píng)價(jià)。經(jīng)過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，在小組成員的潛心計(jì)劃和努力下，對(duì)所完成的項(xiàng)目成果在大的范圍內(nèi)進(jìn)行展示與交流是很有必要的，這是對(duì)學(xué)生的付出和能力的肯定。

成果交流的形式多樣，可根據(jù)實(shí)際教學(xué)的需要選擇合適的交流形式。匯報(bào)的內(nèi)容有項(xiàng)目的背景和意義、項(xiàng)目流程、小組成員的分工、項(xiàng)目工作中組內(nèi)成員的交流和感想記錄、作品的演示等。對(duì)于大的項(xiàng)目，教師可以規(guī)定學(xué)生定期展示項(xiàng)目的階段性成果，對(duì)于學(xué)生來說，可以通過作品反映學(xué)生已掌握的知識(shí)和技能，教師也可以根據(jù)階段性成果了解教學(xué)效果，記錄教學(xué)中學(xué)生一般會(huì)遇到的問題，進(jìn)行教學(xué)反思，改進(jìn)教學(xué)方法。

三、綜合項(xiàng)目教學(xué)法在教學(xué)中的應(yīng)用效果

通過教學(xué)過程中綜合項(xiàng)目教學(xué)的應(yīng)用舉例，從而看到所取得的教學(xué)效果。所選取的項(xiàng)目課題是基于STM32單片機(jī)的自動(dòng)孵化系統(tǒng)。從字面上來看，所涉及到的學(xué)科包含單片機(jī)、過程控制系統(tǒng)、傳感器技術(shù)與應(yīng)用、計(jì)算機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)等學(xué)科。經(jīng)過學(xué)生調(diào)研收集到相關(guān)信息，能夠比較清楚地看到多個(gè)模塊。

在設(shè)計(jì)完外部電路后，就需要用軟件來進(jìn)行控制，控制方面需要用相關(guān)的程序進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。采用的是RVMDK 3.80A軟件基于C語言進(jìn)行編程，使得該部分對(duì)學(xué)生的編程能力也會(huì)有所提高。

這一套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與完成，幾乎涵蓋了學(xué)生所學(xué)專業(yè)課的大部分科目。真正的培養(yǎng)了學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力。圖2所示為學(xué)生所完成項(xiàng)目成果。

篇8

關(guān)鍵詞：L1 L2 L3 連鑄 過程控制

中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）08（c）-0032-02

1 系統(tǒng)概述

寶鋼集團(tuán)八一鋼鐵二煉鋼連鑄過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)覆蓋八一鋼廠板帶工程二煉鋼區(qū)域的4臺(tái)垂直彎曲板坯連鑄機(jī)。連鑄機(jī)主要參數(shù)為：

流數(shù)：各1流；切割機(jī)：各1臺(tái)；噴印機(jī)：各1臺(tái)；二冷區(qū)：各9個(gè)區(qū)，16個(gè)控制回路。

鑄機(jī)拉速范圍：0.25～2.5m/min；鑄機(jī)工作拉速：1.0～1.6m/min；板坯厚度：220mm，板坯寬度：750～1600mm；板坯長(zhǎng)度：7500～10500mm；板坯最大單重：28.8t/塊。該連鑄過程控制計(jì)算機(jī)服務(wù)器硬件配置為2臺(tái)高性能雙路雙模塊冗余機(jī)架式容錯(cuò)服務(wù)器，其中一臺(tái)為在線服務(wù)器，一臺(tái)為備份服務(wù)器，磁盤采用陣列形式，采用共享磁盤管理技術(shù)，提高磁盤的可靠性，防止數(shù)據(jù)的丟失，減少系統(tǒng)切換的時(shí)間。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存放在共享磁盤陣列上，在線服務(wù)器和備份服務(wù)器共享數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，保證了服務(wù)器切換的速度和數(shù)據(jù)的一致。服務(wù)器部署在L2中心機(jī)房，各個(gè)連鑄電氣室和操作室的邊緣交換機(jī)通過多模光纜連接到L2中心機(jī)房的核心交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)連鑄過程控制計(jì)算機(jī)服務(wù)器與L1系統(tǒng)以及現(xiàn)場(chǎng)操作終端的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)?，F(xiàn)場(chǎng)終端采用工控機(jī)、一般場(chǎng)所終端采用商務(wù)PC機(jī)。

系統(tǒng)軟件軟件上的配置和使用上，服務(wù)器的操作系統(tǒng)采用Linux Redhat AS4服務(wù)器數(shù)據(jù)庫使用ORACLE 10G FOR LINUX版本，在終端上，安裝ORACLE的客戶端開發(fā)及運(yùn)行環(huán)境包，包括FORMS和REPORTS（開發(fā)/運(yùn)行顯示畫面和報(bào)表），同時(shí)安裝SQL NET（實(shí)現(xiàn)客戶端和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互）。

2 主要應(yīng)用技術(shù)

與電氣儀表基礎(chǔ)自動(dòng)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(yè)控制數(shù)據(jù)通訊的標(biāo)準(zhǔn)。目前全世界大多數(shù)的知名PLC廠家都提供了基于該標(biāo)準(zhǔn)的OPC Server，任何應(yīng)用系統(tǒng)只要通過一個(gè)OPC Client軟件就可以對(duì)PLC數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫訪問。通過這種機(jī)制，應(yīng)用系統(tǒng)可以在不更改應(yīng)用程序的前提下實(shí)現(xiàn)與不同的PLC廠家的產(chǎn)品通訊。我們使用的OPC Client軟件是MultiLink（由寶信軟件開發(fā)的基礎(chǔ)通信中間件），它提供了一系列的API，應(yīng)用開發(fā)人員可以方便的在應(yīng)用程序中對(duì)PLC的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫， 實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)自動(dòng)化數(shù)據(jù)的采集、設(shè)定及PLC數(shù)據(jù)變化后通知啟動(dòng)過程計(jì)算機(jī)的應(yīng)用程序的功能，并提供了將PLC數(shù)據(jù)點(diǎn)配置成電文以及查看這些數(shù)據(jù)點(diǎn)內(nèi)容的的工具。

與MES（L3）系統(tǒng)以及其他相關(guān)系統(tǒng)的通訊使用基于TCP/IP協(xié)議SOCKET方式，項(xiàng)目中使用XCOM_PCS（由寶信軟件開發(fā)的基于TCP/IP協(xié)議的SOCKET通信中間件）來實(shí)現(xiàn)，與MultiLink類似，它也是提供了一系列簡(jiǎn)單方便的API（應(yīng)用編程接口），實(shí)現(xiàn)在以太網(wǎng)環(huán)境下，基于TCP/IP協(xié)議的SOCKET數(shù)據(jù)通信，同時(shí)提供了電文數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換的功能（2進(jìn)制與ASCII碼之間的轉(zhuǎn)換，網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序和本地字節(jié)順序之間的轉(zhuǎn)換），同時(shí)也提供了查詢通訊線路狀態(tài)的工具和查詢通訊電文內(nèi)容歷史記錄的工具。

應(yīng)用程序的開發(fā)，使用C++與PRO C，PRO C是ORACLE提供的預(yù)編譯技術(shù)，將內(nèi)嵌標(biāo)準(zhǔn)SQL語句的又混合了C/C++語法的源程序預(yù)編譯，轉(zhuǎn)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(huán)境下，就能如同在ORACLE的存儲(chǔ)過程中一樣使用標(biāo)準(zhǔn)SQL語句方便的與ORACLE數(shù)據(jù)庫交互，又能享受C++這種相對(duì)于ORACLE的存儲(chǔ)過程要更強(qiáng)大而靈活的開發(fā)工具的各種優(yōu)勢(shì)。畫面的開發(fā)使用ORACLE的FROMS。

應(yīng)用程序的運(yùn)行平臺(tái)中間件，使用PLATURE 99（由寶信軟件開發(fā)的運(yùn)行平臺(tái)中間件），它實(shí)現(xiàn)的功能包括實(shí)現(xiàn)各個(gè)應(yīng)用程序之間的相互啟動(dòng)和調(diào)度，同時(shí)傳遞參數(shù)；在指定時(shí)刻啟動(dòng)某個(gè)/某些應(yīng)用進(jìn)程；定周期的啟動(dòng)某個(gè)/某些應(yīng)用進(jìn)程；提供管理維護(hù)和查看應(yīng)用程序報(bào)警/LOG歷史記錄的功能。

3 應(yīng)用功能

關(guān)于連鑄過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用功能，主要是從MES和分析等系統(tǒng)接受出鋼計(jì)劃，制造命令和，根據(jù)出鋼計(jì)劃畫面上的生產(chǎn)計(jì)劃鋼種和制造命令，制造標(biāo)準(zhǔn)等數(shù)據(jù)，并啟動(dòng)內(nèi)部動(dòng)態(tài)二冷水，切長(zhǎng)優(yōu)化計(jì)算模型，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果發(fā)送到PLC控制生產(chǎn)，連鑄過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中對(duì)基礎(chǔ)自動(dòng)化（L1）上傳的各個(gè)事件、信號(hào)進(jìn)行跟蹤，并將實(shí)績(jī)生產(chǎn)實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算，過濾和組織，以連鑄處理號(hào)作為鍵字來管理存儲(chǔ)在連鑄過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，同時(shí)發(fā)送給MES（L3/L4）系統(tǒng)，供日后查閱分析，生成報(bào)表。

具體的，應(yīng)用功能分為：工程數(shù)據(jù)管理，過程跟蹤，過程數(shù)據(jù)采集，實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)生成，數(shù)學(xué)模型，人機(jī)界面幾大模塊。系統(tǒng)內(nèi)部各模塊之間數(shù)據(jù)流及與外部系統(tǒng)關(guān)系如圖1所示。

3.1 工程數(shù)據(jù)管理模塊

該模塊主要功能為處理接受MES系統(tǒng)、分析系統(tǒng)及其它過程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)送來的信息，包括MES根據(jù)合同制定的計(jì)劃類信息接收（鑄造計(jì)劃，爐次命令，板坯命令）、根據(jù)工藝需求制定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)類信息接收（作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、制造標(biāo)準(zhǔn)）、其他工序作業(yè)實(shí)績(jī)類接收（前工序?qū)嵖?jī)、分析信息，鋼包信息等）和運(yùn)轉(zhuǎn)狀況信息。

3.2 過程跟蹤模塊

該模塊主要功能為對(duì)于連鑄從鋼包到達(dá)回轉(zhuǎn)臺(tái)開始到鋼包吊走的各作業(yè)狀況進(jìn)行跟蹤。進(jìn)行作業(yè)狀態(tài)變更的檢查和接受、各作業(yè)時(shí)間的計(jì)算、同時(shí)收集澆鑄過程中的各種澆鑄信息。連鑄跟蹤的主要作業(yè)點(diǎn)包括：鋼包到達(dá)、鋼包澆鑄開始、鑄流鑄造開始、鋼包澆鑄結(jié)束、鋼包吊走，鑄流鑄造開始、鑄流鑄造結(jié)束，切割開始、切割結(jié)束、噴印信號(hào)，去毛刺信號(hào)等。

3.3 過程數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，主要包括TD鋼水重量，LD鋼水重量、鑄造長(zhǎng)、鑄造速度，結(jié)晶器上端寬度、結(jié)晶器下端寬度、結(jié)晶器液面位置、結(jié)晶器冷卻水溫度、入出口溫差，結(jié)晶器振動(dòng)頻率、振幅，結(jié)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(shí)績(jī)數(shù)據(jù)生成模塊

該模塊主要功能為依據(jù)生產(chǎn)指令、過程采集及過程跟蹤信息，生成板坯生產(chǎn)實(shí)績(jī)、爐次生產(chǎn)實(shí)績(jī)，把過程跟蹤模塊采集到的各個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻和過程數(shù)據(jù)采集到的重要數(shù)據(jù)如重量，溫度，長(zhǎng)度等信息對(duì)應(yīng)到具體的爐次和板坯上。

3.5 數(shù)學(xué)模型

主要包含了動(dòng)態(tài)二冷水，切長(zhǎng)優(yōu)化，品質(zhì)異常判定三個(gè)主要數(shù)學(xué)模型。

3.5.1 動(dòng)態(tài)二冷水模型

連鑄二冷區(qū)目標(biāo)溫度控制是通過對(duì)整個(gè)連鑄過程鑄坯表面溫度的測(cè)定，由計(jì)算機(jī)控制沿拉坯方向的鑄坯表面溫度分布，使之符合設(shè)定的目標(biāo)表面溫度曲線來實(shí)現(xiàn)。通過鑄坯凝固傳熱模型計(jì)算各二冷段表面溫度，與目標(biāo)溫度相比較。當(dāng)兩者有偏差時(shí)，及時(shí)調(diào)整該冷卻區(qū)的冷卻強(qiáng)度，使鑄坯表面溫度與目標(biāo)溫度盡量靠近，實(shí)現(xiàn)二冷區(qū)目標(biāo)溫度的控制。

根據(jù)二冷模型原理，以鋼水進(jìn)入結(jié)晶器為其生命起點(diǎn)，以其根據(jù)鑄造長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的板坯出最后一個(gè)冷卻段為其生命終點(diǎn)。在此過程中，全過程定周期跟蹤其接受的冷卻水量等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算其凝固狀態(tài)，并推定出其各相區(qū)域的分布情況。

根據(jù)各鑄片的計(jì)算結(jié)果，綜合推定整個(gè)鑄機(jī)內(nèi)板坯的凝固狀態(tài)，動(dòng)態(tài)推定出凝固終點(diǎn)位置、兩相區(qū)和液相區(qū)的分布情況。

3.5.2 切長(zhǎng)優(yōu)化模型

切長(zhǎng)優(yōu)化模型以滿足合同需求為目標(biāo)，并兼顧板坯收得率為原則，針對(duì)澆鑄異常點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。參照板坯制造命令中的切割長(zhǎng)度及其上、下限為基準(zhǔn)，同時(shí)考慮品質(zhì)異常部位（插鐵板、異鋼種交接，中間包交換、切尾）計(jì)算出鋼水不足、鋼水多余并根據(jù)鋼水量的多少應(yīng)用相關(guān)的優(yōu)化策略進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定板坯的消化，同時(shí)爭(zhēng)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(yù)定，在澆鑄過程中，跟蹤發(fā)生的異常事件，考慮影響的區(qū)域（工藝規(guī)定），進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。在板坯切割開始時(shí)，根據(jù)切割的實(shí)際情況進(jìn)行切割優(yōu)化的再計(jì)算。并把優(yōu)化結(jié)果通過人機(jī)界面展現(xiàn)給用戶。優(yōu)化過程主要包括：切割縫隙的考慮，采樣的考慮，異常段的優(yōu)化，板坯在鋼水不足和鋼水多余情況下的優(yōu)化。

3.5.3 品質(zhì)異常判定模型

該模型包含在線判定部分和分析部分2個(gè)模塊。

在線判定：主要功能是：通過采集煉鋼、連鑄過程中對(duì)連鑄的澆鑄、板坯質(zhì)量有可能產(chǎn)生影響的事件進(jìn)行跟蹤記錄，并根據(jù)內(nèi)建的模型進(jìn)行分析，對(duì)連鑄的質(zhì)量給出一定的判斷結(jié)論，從而達(dá)到連鑄從上臺(tái)到澆注成材的整個(gè)過程中對(duì)連鑄澆注進(jìn)行質(zhì)量判斷、提供操作指導(dǎo)，并在板坯產(chǎn)出時(shí)，對(duì)板坯的整體質(zhì)量進(jìn)行判斷、提供操作指導(dǎo)。并將以上數(shù)據(jù)與結(jié)論很好地展示給工藝人員。

離線分析：具備很好的開發(fā)性，提供足夠的離線學(xué)習(xí)功能和在線擴(kuò)展功能。工藝人員不但能夠?qū)ο到y(tǒng)定義的異常進(jìn)行調(diào)整，還能夠利用模型提供的離線分析工具對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而根據(jù)分析發(fā)現(xiàn)并定義新的約束條件，并將其加入到在線判定系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)判定。

3.6 人機(jī)界面

人機(jī)界面主要提供了計(jì)劃管理、設(shè)備管理、操作監(jiān)視、模型、實(shí)績(jī)、報(bào)警和提示信息等畫面。每個(gè)畫面有共通的部分，主要是畫面菜單、畫面名稱、報(bào)警或提示信息、工具欄功能鍵、班別、組別、當(dāng)前時(shí)間。各個(gè)操作室和控制室的終端畫面的權(quán)限通過用戶名和角色統(tǒng)一認(rèn)證管理，不同的角色擁有的權(quán)限不一樣，看到的畫面數(shù)量也不一樣，對(duì)同一幅畫面的操作權(quán)限也不一樣。不同的用戶可以擁有一個(gè)或者多個(gè)的角色。

4 結(jié)語

通過實(shí)施了連鑄過程控制系統(tǒng)，八鋼二煉鋼連鑄區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了連鑄生產(chǎn)過程的全程自動(dòng)控制和對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的全程監(jiān)視，管理層亦能了解到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況，并且所有生產(chǎn)都遵照合同和計(jì)劃統(tǒng)一調(diào)度進(jìn)行生產(chǎn)，從而提高連鑄生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，降低生產(chǎn)人員的作業(yè)率，提高了生產(chǎn)效率。通過模型的應(yīng)用，提高和穩(wěn)定了鑄坯的質(zhì)量，并提高了鑄坯的成材率。

參考文獻(xiàn)

篇9

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(guān)鍵詞： 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；項(xiàng)目化管理

Key words: computer control system；design；project management

中圖分類號(hào)：TP399文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2011）28-0153-01

0 引言

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，既是一個(gè)理論問題，又是一個(gè)工程問題。盡管計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)過程多種多樣，設(shè)計(jì)過程的具體方案和技術(shù)指標(biāo)也是不盡相同，但在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，存在著一定的設(shè)計(jì)原則和步驟。這同項(xiàng)目管理中的總體思想和宗旨是一樣的，項(xiàng)目管理的核心思想是保證質(zhì)量、不拖延工期、不突破預(yù)算[1]，項(xiàng)目化的過程都可以分為項(xiàng)目啟動(dòng)、項(xiàng)目計(jì)劃、項(xiàng)目執(zhí)行、項(xiàng)目控制、和項(xiàng)目結(jié)束五個(gè)階段[2]，最終的目的是目標(biāo)效益最大化，所以將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行項(xiàng)目化管理，可以很好的提升設(shè)計(jì)過程效率和質(zhì)量。

1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程分析

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程包括理論設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)。理論設(shè)計(jì)包括：建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型；確定滿足一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)，尋求該目標(biāo)函數(shù)的控制規(guī)律；選擇適宜的計(jì)算方法和程序設(shè)計(jì)語言；進(jìn)行系統(tǒng)功能的軟、硬件劃分，并對(duì)硬件提出具體要求。工程設(shè)計(jì)包括：生產(chǎn)過程的工藝要求；被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性；自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)；計(jì)算機(jī)技術(shù)；通信技術(shù)；自動(dòng)控制技術(shù)；微電子技術(shù)。

由此，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的重要環(huán)節(jié)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程效率高低直接影響到產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的效益，如時(shí)間周期、質(zhì)量等各方面的問題。在現(xiàn)在很多的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面思想陳舊、管理手段落后，生產(chǎn)效率低下，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，這就造成了管理過程差、產(chǎn)品質(zhì)量低、成本高等一系列方面的問題。

2 項(xiàng)目化管理

項(xiàng)目是由一系列的項(xiàng)目階段構(gòu)成的一個(gè)完整過程，任何項(xiàng)目都可以分為多個(gè)不同階段，不同性質(zhì)的項(xiàng)目會(huì)有不同的項(xiàng)目階段。而項(xiàng)目化管理指的是在實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)的過程中，在項(xiàng)目的每一個(gè)階段所開展的程序和內(nèi)容[3]。項(xiàng)目化管理的五個(gè)過程通過各個(gè)過程的結(jié)果進(jìn)行銜接，一個(gè)過程的結(jié)果或輸出是另一個(gè)過程的輸入。具體如圖1所示。

3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程項(xiàng)目化管理

3.1 項(xiàng)目啟動(dòng) 確定一個(gè)項(xiàng)目（階段）的開始，確定項(xiàng)目的界限、計(jì)劃和開始階段的總評(píng)等[4]。確定明確的項(xiàng)目目標(biāo)，才能有效地開展作業(yè)流程等階段的工作。對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目啟動(dòng)過程應(yīng)該是控制任務(wù)目標(biāo)的確定。

3.2 項(xiàng)目計(jì)劃 項(xiàng)目計(jì)劃是項(xiàng)目進(jìn)行的實(shí)施依據(jù)，也是后續(xù)的項(xiàng)目控制依據(jù)，為整個(gè)項(xiàng)目目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供保障。但在制定項(xiàng)目計(jì)劃時(shí)，要有動(dòng)態(tài)管理思想，始終要明白：計(jì)劃不變是相對(duì)的，變時(shí)絕對(duì)的，要有預(yù)見性，要有動(dòng)態(tài)管理思想。對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目來說，計(jì)劃階段就是控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段，主要包括項(xiàng)目研制小組的建立、系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)計(jì)劃、方案設(shè)計(jì)計(jì)劃的評(píng)審、硬件和軟件的細(xì)化設(shè)計(jì)、硬件和軟件的調(diào)試、系統(tǒng)的組裝計(jì)劃等[5]。

3.3 項(xiàng)目執(zhí)行及控制 項(xiàng)目執(zhí)行指的是通過一定的手段將范圍內(nèi)的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行組織和協(xié)調(diào)，激勵(lì)完成項(xiàng)目計(jì)劃。項(xiàng)目控制指的是在項(xiàng)目運(yùn)行過程中，結(jié)合具體實(shí)際情況數(shù)據(jù)，與項(xiàng)目計(jì)劃進(jìn)行比較分析，找出差異和存在的問題，采取糾正措施進(jìn)行分析解決。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目執(zhí)行時(shí)，更好的使計(jì)劃得到貫徹，必須對(duì)之實(shí)施項(xiàng)目控制。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的執(zhí)行和控制中，主要包括離線仿真和調(diào)試控制，在線調(diào)試和運(yùn)行控制等內(nèi)容，針對(duì)在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，必須認(rèn)真分析，實(shí)施控制，最終完成項(xiàng)目運(yùn)行。具體如圖2所示。

3.4 項(xiàng)目結(jié)束 項(xiàng)目結(jié)束階段指的是項(xiàng)目的最后收尾階段，制定項(xiàng)目或項(xiàng)目階段的移交條件，完成項(xiàng)目階段成果的移交。對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目來說，就是在項(xiàng)目運(yùn)行和控制的基礎(chǔ)上，隨后經(jīng)過項(xiàng)目驗(yàn)收，達(dá)到項(xiàng)目最終完成目標(biāo)，形式上通常采取驗(yàn)收文件存檔標(biāo)志項(xiàng)目結(jié)束。具體如圖3所示。

4 結(jié)語

項(xiàng)目化管理的五個(gè)過程并不是獨(dú)立的一次性過程，它貫穿于項(xiàng)目生命周期的每個(gè)階段，五個(gè)過程既是前后銜接的，又是相互交叉、相互重疊的。文中將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程通過項(xiàng)目化管理進(jìn)行分析，層次分明的將項(xiàng)目管理思想運(yùn)用其中，為項(xiàng)目管理的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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篇10

關(guān)鍵詞: 苯加氫;PCS7;過程控制

中圖分類號(hào):F426 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-7597(2012)0910135-01

0 引言

在現(xiàn)階段焦化苯加工工藝中,苯加氫工藝屬于先進(jìn)工藝。其基本原理是通過焦化輕苯與氫氣在高溫、高壓下進(jìn)行一系列脫硫、脫氮、脫氧及芳香烴的氫化反應(yīng)后,通過物質(zhì)沸點(diǎn)不同,提取出苯、甲苯、二甲苯等產(chǎn)品,相比酸洗苯工藝有著產(chǎn)品收率高、純度高、成本低、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。由于苯加氫工藝高溫、易燃、易爆的特性,大量的數(shù)據(jù)需要監(jiān)測(cè)和控制,DCS系統(tǒng)的控制和聯(lián)鎖在整個(gè)工藝中必不可少。利用先進(jìn)的DCS控制系統(tǒng)可以加快生產(chǎn)節(jié)奏,減輕操作人員工作負(fù)擔(dān),高效生產(chǎn)出合格的苯類產(chǎn)品。

1 系統(tǒng)組成

1.1 PCS7 DCS系統(tǒng)簡(jiǎn)介

PCS7 DCS系統(tǒng)是西門子公司開發(fā)無縫集成的DCS系統(tǒng),應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。它帶有典型過程組態(tài)特征。

PCS7 DCS系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):

1)分布式客戶機(jī)/服務(wù)器架構(gòu);

2)HMI系統(tǒng),帶有集成的基于SQL服務(wù)器的歸檔系統(tǒng);

3)基于IEC 61131的集中式,工廠范圍內(nèi)的工程系統(tǒng);

4)通過現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均可很靈活和容易的集成;

5)在同一個(gè)可編程控制器中可以混合運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)和故障安全相結(jié)合的形式,高可用性和故障安全相結(jié)合的形式;

6)大容量架構(gòu)、在線修改;

7)客戶機(jī)-服務(wù)器結(jié)構(gòu);

8)熱插拔(運(yùn)行中插入和拔出模塊);

9)冗余(控制器、模塊和PROFIBUS)。

這些特點(diǎn)增加了用戶設(shè)計(jì)、使用與維護(hù)的便捷性和穩(wěn)定性,成為了對(duì)設(shè)備穩(wěn)定性、通用性要求較高的苯加氫工藝的首選設(shè)備。

1.2 硬件配置

1.2.1 通訊

焦化苯加氫PCS7 DCS系統(tǒng),采用了PROFIBUS-DP通訊模式。PROFIBUS-DP是國(guó)際化和開放式的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)總線,主要用于分布式設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送,具有速度高、成本低、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)?？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(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。在同一總線上最多可連接126個(gè)站點(diǎn)。系統(tǒng)配置的描述包括:站數(shù)、站地址、輸入/輸出地址、輸入/輸出數(shù)據(jù)格式、診斷信息格式及所使用的總線參數(shù)。每個(gè)PROFIBUS-DP系統(tǒng)包括以下三種不同類型設(shè)備:

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

② 二級(jí)DP主站(DPM2):二級(jí)DP主站是編程器,組態(tài)設(shè)備或操作面板,在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時(shí)使用,完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。

③ DP從站:DP從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的設(shè)備(I/O設(shè)備、驅(qū)動(dòng)器、HMI、閥門等)。

1.2.2 硬件與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

控制器采用先進(jìn)的AS417冗余控制系統(tǒng),具備連續(xù)過程控制、程序控制和批量控制等功能,完成全部的監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)、邏輯、批量控制及各種聯(lián)鎖保護(hù)等功能。DCS系統(tǒng)的控制器、電源、通訊總線以及所有與控制回路有關(guān)的部件(主要是I/O卡件)等都按1:1冗余配置。

由于通訊網(wǎng)絡(luò)龐大,通訊節(jié)點(diǎn)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(tǒng)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(hào)與電信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊)連接各分布式通訊設(shè)備。

DCS系統(tǒng)設(shè)置控制站3套,通過工業(yè)以太網(wǎng)與3臺(tái)交換機(jī)進(jìn)行通訊。操作站(OS)及工程師站(ES)通過以太網(wǎng)與交換機(jī)相連,交換機(jī)與交換機(jī)之間亦有光纖冗余環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。這種通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架保證了操作站(OS)及工程師站(ES)中任意一臺(tái)上位機(jī)均可控制3套控制站的任何數(shù)據(jù),也避免了一臺(tái)操作站的失效導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無法進(jìn)行操作情況的發(fā)生。

2 硬件、網(wǎng)絡(luò)與程序的組態(tài)

2.1 硬件組態(tài)

在西門子PCS7編程軟件PCS7V6.1建立項(xiàng)目,進(jìn)行項(xiàng)目的硬件組態(tài)。主要是選定硬件架構(gòu)中各元件的型號(hào)及組態(tài)次序。在進(jìn)行組態(tài)時(shí),要保證CPU、各模板及ET200M使用的型號(hào)及模板

列次序與現(xiàn)場(chǎng)一致。苯加氫工程在設(shè)計(jì)時(shí)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(tǒng)使用非常穩(wěn)定,滿足了苯加氫工藝的需要。在確保組態(tài)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用型號(hào)無誤后,編譯并下裝至CPU,此時(shí)即可在線監(jiān)測(cè)各個(gè)DCS模塊的工作狀態(tài)。若出現(xiàn)錯(cuò)誤,則在組態(tài)欄中會(huì)有明顯提示,包括模塊地址、錯(cuò)誤信息等,方便編程人員對(duì)錯(cuò)誤查找、消除。

2.2 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

西門子PCS7系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置完成后,利用編程軟件PCS7V6.1進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)。包括PCS7個(gè)通訊模板的選擇、連接次序的排列、通訊協(xié)議的選定等。在圖1中,CPU與交換機(jī)的通訊通過CP443-1以太網(wǎng)通訊模板來實(shí)現(xiàn),而CPU與ET200M從站則是通過CP443-5通訊模板通過DP總線進(jìn)行通訊。在網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時(shí)需要注意的是各個(gè)通訊設(shè)備的PROFIBUS-DP地址須與現(xiàn)場(chǎng)一致,且不能沖突,否則無法進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。在完成網(wǎng)絡(luò)組態(tài)后,編譯并下載至CPU,通過在線監(jiān)測(cè)監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的通信狀況。

2.3 程序組態(tài)

程序的組態(tài)實(shí)現(xiàn)工藝中的各個(gè)控制功能,是DCS系統(tǒng)控制的最終目的。苯加氫DCS系統(tǒng)使用了PCS7編程軟件中圖形化編程CFC編程功能。它是連續(xù)功能圖,適用于組態(tài)控制回路,具有圖形化的編程界面。編程時(shí)只需連接管腳,不必關(guān)心程序運(yùn)行的細(xì)節(jié),可以調(diào)用PCS7內(nèi)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(diǎn)簡(jiǎn)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(tǒng)維護(hù)。