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過程控制系統(tǒng)范文1
Abstract: The so-called process control system refers to the realization of automatic control of production process of system. As stated in the introduction, in petroleum, chemical production process, generally includes the content of automatic detection, automatic protection, automatic regulation and automatic controlling. Automatic detection system can complete "understanding" production task; Signal interlocking protection system could only take safety measures when process conditions are into some kind of limit state to provent production accidents. Automatic control system can be only predefined procedures in accordance with the operation of a cyclical or regularity, only automatic adjustment system can automatically eliminate all sorts of interference factors on the influence of process parameters, that they remain in prescribed numerical to ensure production in normal or the best maintain process operation condition.
關(guān)鍵詞：過程控制；自動調(diào)節(jié)；程序控制
Key words: process control; automatic regulation; program control
中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2011）12-0058-01
1 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成
自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)是在人工調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來的，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成包含三部分：
1.1 測量變送器 測量實際液位高度并將其轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標準信號。
1.2 調(diào)節(jié)器 接收變送器送來的液位信號，與事先設(shè)定好的工藝希望的液位值即給定值進行比較得出偏差，然后根據(jù)一定的運算規(guī)律進行運算，然后將運算得出的調(diào)節(jié)器命令用統(tǒng)一標準信號發(fā)送出去。
1.3 執(zhí)行器 通常指調(diào)節(jié)閥，它和普通閥的功能一樣，只不過它能自動地根據(jù)調(diào)節(jié)器送來的調(diào)節(jié)命令改變閥門的開度。
2 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分類
2.1 定值調(diào)節(jié)系統(tǒng) 所謂定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是給定值是恒定的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在工藝生產(chǎn)中，如果要求調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)保持在一個生產(chǎn)指標上不變，或者說要求工藝參數(shù)的給定值不變，那么就要采用定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，引起被調(diào)參數(shù)波動的原因是各種干擾，對于這類調(diào)節(jié)系統(tǒng)，設(shè)計分的重點是在存在干擾的情況下如何將被調(diào)參數(shù)控制在所希望的給定值上。石油、化工生產(chǎn)中大多數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)屬于這種類型。
2.2 隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)（或稱自動跟蹤系統(tǒng)） 隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)即給定值不是固定的，是隨時間不斷變化的，而且這種變化不是預(yù)先規(guī)定好的，即給定值是隨機變化的。隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)時目的就是使所控制的工藝參數(shù)準確而快速地跟隨給定值的變化而變化。比如各種變送器均可看作是一個隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它的輸出應(yīng)嚴格、及時地隨輸入而變化，再比如后面將要介紹的比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)、串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的副回路都是隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一些例子。
2.3 程序控制系統(tǒng) 這類系統(tǒng)的給定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數(shù)，即生產(chǎn)指標需按一定的時間程序變化。近年來，隨著微機的廣泛應(yīng)用，為程序調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供了良好的技術(shù)工具與有利條件。
3 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程
當調(diào)節(jié)系統(tǒng)受到外界干擾信號或給定值變化信號時，被調(diào)參數(shù)都會被迫離開原來的平衡狀態(tài)而開始變化，只有當調(diào)節(jié)作用重新找到一個合適的新數(shù)值來平衡外界干擾或給定值的變化時，此系統(tǒng)才可處于新的平衡狀態(tài)。因此，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程實際上是：當調(diào)節(jié)系統(tǒng)在外界干擾或給定干擾作用下，從一個平衡狀態(tài)過渡到另一個新的平衡狀態(tài)的過程，它是一個調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用不斷克服干擾影響的過程。
自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程直接表示了調(diào)節(jié)系統(tǒng)質(zhì)量的好壞，與生產(chǎn)中的安全及產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量有著密切的聯(lián)系，因此研究過渡過程具有相當重要的意義。
4 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)
自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程包括了靜態(tài)與動態(tài)。把被調(diào)參數(shù)不隨時間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，而把被調(diào)參數(shù)隨時間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)。
當一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定和外界干擾恒定不變時，整個系統(tǒng)就處于一個相對的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個組成環(huán)節(jié)如調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、變送器等都暫不動作，它們的輸出信號都處于相對靜止狀態(tài)，這種狀態(tài)就是上述的靜態(tài)。注意這里所指的靜態(tài)與習(xí)慣中所講的靜態(tài)不同。習(xí)慣中所說的靜態(tài)都指靜止不動，而在自動化領(lǐng)域中的靜態(tài)是指各參數(shù)（或信號）的變化率為零。如果一個系統(tǒng)原來處于相對平衡狀態(tài)即靜態(tài)，由于干擾的作用，破壞了這種平衡。被調(diào)參數(shù)就會變化，從而使調(diào)節(jié)器等自動化裝置也就會改變調(diào)節(jié)作用以克服干擾的影響，并力求使系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)。從干擾的發(fā)生，經(jīng)過調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)重新建立平衡，在這一段時間中整個系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)和參數(shù)都處于變動狀態(tài)之中，這種狀態(tài)就稱之為動態(tài)。
在研究調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程時，雖然研究其靜態(tài)是重要的，但研究其動態(tài)更為重要。因為在干擾引起系統(tǒng)變動后，需要知道系統(tǒng)的動態(tài)情況，即被調(diào)參數(shù)是如何運動的，并搞清系統(tǒng)究竟能否建立新的平衡和怎樣去建立平衡，干擾作用總是會不斷產(chǎn)生，調(diào)節(jié)作用也就不斷地去克服干擾作用的影響，所以自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)總是處在運動狀態(tài)之中，而靜態(tài)或平衡是暫時的，因此，研究自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，重點要研究過渡過程的動態(tài)。
5 分析自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)常用的干擾形式――階躍干擾
過程控制系統(tǒng)范文2
本文主要講解了基于PLC的過程控制系統(tǒng)的研究和實現(xiàn)。通過對上位機使用的SCADA功能以及下位機使用的OMRON PLC實現(xiàn)了現(xiàn)場信息的采集、信息處理以及控制的功能。通過實驗的結(jié)果，可以證明該系統(tǒng)已經(jīng)達到了設(shè)計初衷。
【關(guān)鍵詞】PLC 過程控制 研究 實現(xiàn)
1 引言
PLC是可編程控制器的英文簡稱，這種控制器的主要特點是可靠性較強，并且實現(xiàn)功能比較簡單，而且程序十分方便修改，同時這種控制器因為造價低廉而在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。目前在各行各業(yè)都能看到PLC的身影，而PLC和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)合的芯片級控制系統(tǒng)早已經(jīng)被廣泛運用在各個領(lǐng)域中的過程控制系統(tǒng)中。
2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成
基于PLC的過程控制系統(tǒng)目前大部分都采用分布式控制的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)主要是以PLC為下位機，PC作為上位機，并且通過名叫RS-232C的串口通訊與PLC進行連接，從而達到實現(xiàn)對工程現(xiàn)場的監(jiān)控的目的。如果PLC控制系統(tǒng)再接入同軸電纜接入以太網(wǎng)，那么就可以實現(xiàn)對工程現(xiàn)場的分散控制、集中管理的作用。
2.1 網(wǎng)絡(luò)連接
PLC控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制是通過使用EtherNet網(wǎng)使用同軸電纜與監(jiān)控終端進行連接，以達到對工程現(xiàn)場的集中管理的目的。
2.2 監(jiān)控級
主要是利用PC終端機作為上位機，通過組態(tài)王系統(tǒng)的SCADA功能，使用RS-232C串口與PLC保持通信，從而實現(xiàn)對各個工程現(xiàn)場的實施監(jiān)控。
2.3 控制端
PLC的控制端主要是使用歐姆龍的C200HG型的PLC作為下位機，從而達到對工程現(xiàn)場的實時控制。在控制端的PLC中，大多使用電源模塊以及開關(guān)量的輸入模塊ID212以及開關(guān)量輸出模塊OC221或者是輸入模塊AD003、AD009、模擬輸出模塊DA004、RS-232串行口等。
2.4 控制部分
PLC的控制端組成主要由輸入端和輸出端兩部分構(gòu)成。
輸入端主要器件是CY6001BB2M型液位傳感器，該傳感器的作用是將遠程監(jiān)控的液位信號轉(zhuǎn)化成能夠被識別的5-25毫安的電流信號，并將電流信號輸入到PLC的B/D005模塊進行處理。而輸入端其他的部件由高精度的硅壓力傳感器構(gòu)成，這種傳感器作用是將壓力信號轉(zhuǎn)變成能夠被識別的電子信號，這種電子信號和液體高度有直接關(guān)系，因此這種傳感器不論在精度上，還是在可靠性上、穩(wěn)定性上都能能勝任各種環(huán)境要求。
輸出通道主要是由變頻器和水泵組成。輸出通道將PLC傳過來的控制量大約為4到20毫安的電流通過變頻器轉(zhuǎn)換成能別識別的0-60赫茲的頻率信號，從而實現(xiàn)改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)快速調(diào)節(jié)流量的目的。輸出通道的變頻器主要是采用松下公司的PV-909型號的交流變頻器。變頻器主要控制三相感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)速，并將420毫安的電流控制信號通過整流―濾波―逆變的轉(zhuǎn)化過程，將原先的380V電源變成不同頻率、不同電壓的信號，從而達到調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。水泵使用的是JVC設(shè)計的ABD_22型變頻調(diào)速泵，這種調(diào)速泵額定流量一般為每分鐘22升，額定揚程為3.4米，該調(diào)速泵也是通過變頻器的輸出頻率的變化來改變泵的轉(zhuǎn)速，最終達到流量的調(diào)節(jié)功能。
3 過程控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計與實現(xiàn)
PLC過程控制系統(tǒng)由上位機SCADA監(jiān)控軟件和下位機共同構(gòu)成。
3.1 SCADA監(jiān)控軟件設(shè)計
上位機的軟件主要采用的組態(tài)王系統(tǒng)。這套系統(tǒng)是目前行業(yè)中常用的工程組態(tài)軟件。組態(tài)王系統(tǒng)擁有數(shù)量眾多的輸入輸出設(shè)備驅(qū)動程序，用戶在使用過程中可以輕松的搭建環(huán)境復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。同時，組態(tài)王系統(tǒng)擁有一套較為科學(xué)的人機交互環(huán)境，用戶在這套環(huán)境中可以十分方面的看到監(jiān)控中的過程流程畫面、實時調(diào)節(jié)畫面，不僅如此，用戶還可以看到歷史曲線圖、階躍響應(yīng)曲線以及報警畫面等，這對用戶能實時監(jiān)控工程畫面有著非常好的幫助。
3.2 下位機軟件設(shè)計
下位機軟件設(shè)計是在監(jiān)控機上利用歐姆龍的C200HA系列編程軟件對下位機程序進行程序調(diào)試和修改，然后將修改好的程序?qū)崟r傳送到PLC中。下位機軟件設(shè)計的主要目的是保持與PLC與監(jiān)控級的通訊傳輸，以及保證PLC能夠?qū)ΜF(xiàn)場水位的實時調(diào)控，并能夠?qū)LC整個系統(tǒng)的故障進行分析和判斷等。
3.2.1 Ping-Pang控制
Ping-Pang控制實際上是一種開關(guān)控制，這種控制利用輸出的最大或最小值的變化進行調(diào)控。Ping-Pang是目前控制方案中時間最短、效率最高的控制手段。不過該控制的確定是精度較差，同時也對執(zhí)行器造成頻繁動作。因此，只有當偏差值相對較大時才使用Ping -Pang控制，而對于偏差值較小的數(shù)值，一般又別的控制方案來完成。
3.2.2 PID控制
PID控制使用了目前工程控制常用的增量式PID算法，因此這種控制就叫PID控制。該控制可以對水位、參數(shù)通過上位機的組態(tài)系統(tǒng)進行實時的調(diào)整，同時對水位的波動范圍給予一定的限制。
4 結(jié)論
基于PLC的下位機與SCADA的人機交互界面以及DCS分布式系統(tǒng)經(jīng)過多重環(huán)境測試，證明了其可靠性以及高效率。通過對調(diào)節(jié)水位的波動測試，可以看到系統(tǒng)很準確的檢測到水位的變化，因此可以證明該系統(tǒng)符合設(shè)計要求中的精確、迅速、穩(wěn)定的特點。
由此可以看到，基于PLC的過程控制系統(tǒng)能夠為各種用戶提供良好的控制理論研究平臺，而且PLC過程控制系統(tǒng)的設(shè)計思想和使用范圍可以應(yīng)用在各種工程監(jiān)控現(xiàn)場。因此PLC控制系統(tǒng)依靠這些良好的優(yōu)點，在工程監(jiān)控上有著廣闊的前景。
參考文獻
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過程控制系統(tǒng)范文3
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)控制，視頻監(jiān)控，穩(wěn)壓供水，WinCC，變頻器。
Water Supply Process Control System
Based on Network Monitor
Lu Weijian
Abstract: Envisaging the demand of the current water plant process control systems, we design the experiments about process control systems.And make the three process control facilities to work together with the network. Many tanks are set in each experiment to measure the water level,pressure and flow. A variety of integrated control experiments can be taken here,And embedded video monitoring, water quality monitoring and equipment safety, etc. Besides importing Labview signal processing module can provide effective conditions with the debugging and signal analysis.This paper also discussed the feasibility of remote monitoring by introduction of Internet .
Key words: Network control ,Video monitor，Constant pressure water supply，WinCC ，F(xiàn)requency inverter
1 前言
本供水系統(tǒng)從能源的最佳配置及安全角度出發(fā)，針對水廠多臺中等距離水泵聯(lián)網(wǎng)供水系統(tǒng)，綜合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，設(shè)計一個以工業(yè)現(xiàn)場實際生產(chǎn)控制的綜合性、多功能網(wǎng)絡(luò)供水控制系統(tǒng)，這個系統(tǒng)具有遠程web監(jiān)控、復(fù)雜的關(guān)聯(lián)控制、生動的組態(tài)監(jiān)控界面、對輸入輸出信號采集分析等功能。通過對工業(yè)供水、流體控制、城市供水、虛擬儀器應(yīng)用、SCADA軟件應(yīng)用的研究和綜合，結(jié)合實際資源和條件本文提出了這個網(wǎng)絡(luò)供水模型控制系統(tǒng)。并探討了遠程web監(jiān)控的可行性。該系統(tǒng)采用采用WinCC監(jiān)控組態(tài)軟件作為上位機，下位機西門子S7-300PLC進行控制，現(xiàn)場采用MPI總線網(wǎng)絡(luò)，對水面以攝像頭進行視頻監(jiān)控，遠程以因特網(wǎng)連接，利用虛擬儀器軟件優(yōu)化控制參數(shù)，使控制達到最優(yōu)。從而可實現(xiàn)對復(fù)雜的供水網(wǎng)絡(luò)進行聯(lián)網(wǎng)調(diào)度控制。
2 系統(tǒng)功能
控制系統(tǒng)分別由A、B、C三套獨立中距離的設(shè)備組成，由一臺PC機作為上位機進行監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理，并與Internet連接。下位機具有多種監(jiān)測和控制功能，系統(tǒng)具有以下特點：
（1）流量、壓力、液位等過程量的檢測，從而實現(xiàn)精確的流量、壓力、液位控制；方便的數(shù)據(jù)記錄和管理；（2）通過視頻對危險或緊急事件進行監(jiān)控報警；（3）利用虛擬儀器軟件和相應(yīng)硬件采集處理系統(tǒng)的輸入輸出信號，使控制得到最優(yōu)化；（4）現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程設(shè)備間的關(guān)聯(lián)控制，實現(xiàn)對分散設(shè)備的集中操作和管理；能基于因特網(wǎng)或者局域網(wǎng)實現(xiàn)基于Internet的操作和監(jiān)視。
系統(tǒng)模型如圖1，現(xiàn)場中單個系統(tǒng)的各個傳感器采集到信號后通過信號處理模塊處理（AD轉(zhuǎn)換）后把數(shù)字信號傳到 PLC（CPU），然后CPU根據(jù)此信號進行相應(yīng)的動作；適配器是連接PLC與PC機的橋梁。水質(zhì)監(jiān)控的模擬中采用的總線類型是目前較熱門的USB，當然用戶也可根據(jù)所提供的硬件選擇不同的總線類型，只需解決相應(yīng)的通信協(xié)議問題就行了。各個系統(tǒng)之間的PLC通信可通過與CPU配套的外接口進行MPI通信，而各PC機之間則通過Internet進行相互的連接。
3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
硬件結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的載體，有上下位機組成。上位機采用可靠性較高的西門子工控機，通過MPI網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場控制的下位機PLC連接。下位機控制系統(tǒng)需要對輸入輸出模塊、傳感器、執(zhí)行器、控制器及其等關(guān)鍵硬件進行選型。本系統(tǒng)選用模塊化的西門子中型300系列的S7-312C的CPU；遠程壓力傳感器的模擬信號通過多通道輸入模塊，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到控制處理器；利用控制處理器中的數(shù)據(jù)處理和控制程序進行數(shù)據(jù)處理和判斷；輸出模塊332控制信號控制電動閥、變頻器等執(zhí)行器來控制流量、水位和供水壓力等；安裝有6個壓力傳感器，可對管道的多個監(jiān)測點和池子的壓力進行，還裝有兩個流量傳感器，這可分別測量管道多點的水流量大小。本系統(tǒng)的執(zhí)行器是一臺有變頻器控制調(diào)速的電機水泵及一臺恒速水泵，可以方便根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。采用性能優(yōu)良的攝像頭和視頻采集卡與工控機相連接，可得到水池和需要監(jiān)測的生產(chǎn)現(xiàn)場的視頻信號，然后用OLE技術(shù)可以把視頻界面嵌入到工控機的人機界面，還可以進一步對該視頻信號進行處理，以實現(xiàn)特定的事件處理，如自動的環(huán)境安全監(jiān)視、設(shè)備運行狀態(tài)的自動監(jiān)測等等。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括PLC、WinCC等軟件的設(shè)計，及相互之間的通訊。上位機軟件是創(chuàng)建變量、界面數(shù)據(jù)輸入與實時顯示、數(shù)據(jù)采集管理、故障診斷、上下位機通信及視頻處理等，其過程大致這樣：建立與PLC的連接和創(chuàng)建變量，建立通信連接后便可以設(shè)置用于通信對話的變量。利用圖形編輯器，進行組態(tài)、參數(shù)輸入界面。如圖2所示體現(xiàn)整個控制系統(tǒng)的大概控制流程：啟動程序后進行初始化，清除寄存器里殘留的數(shù)據(jù)信息，同時傳感器采集到的信號傳經(jīng)AD模塊后傳到CPU，處理程序再根據(jù)這些信號相應(yīng)的處理；其間可進行手動和自動操作。每個控制函數(shù)都獨立分配一個數(shù)據(jù)塊，這樣方便數(shù)據(jù)信息的管理和防止數(shù)據(jù)出錯。針對每個系統(tǒng)，單獨建立參數(shù)輸入界面。選擇手動/自動、控制壓力或流量對象、設(shè)定值與PID參數(shù)、函數(shù)控制、關(guān)聯(lián)控制對象、標量轉(zhuǎn)換參數(shù)輸入等。在對各個部分的信號進行及時的最優(yōu)化分析處理上，本系統(tǒng)引入LabVIEW，然后把這個信號及時反饋給控制程序，從而提高控制信號的精度。
對流量或者壓力控制時，可以直接采用完全PID算法，能夠直觀輸入和調(diào)整各PID參數(shù)，實際運算時則采用增量算法更加方便，計算工作量較少，運算速度較快，其增量式算法如下：
（1）
（2）
其中Δu（k）為k次控制的增量，A、B、C等分別為合并計算的常數(shù)。實現(xiàn)PID的控制程序由STEP7自帶函數(shù)庫的SFB 41函數(shù)實現(xiàn)，既可設(shè)定PID參數(shù)，還可設(shè)定上下限位及調(diào)用時間等多種參數(shù)。
5 網(wǎng)絡(luò)化及視頻監(jiān)控
三套設(shè)備間不僅進行聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測，并進行聯(lián)網(wǎng)控制，對水網(wǎng)供水調(diào)度。工業(yè)上的供水是一個牽涉到多方面領(lǐng)域的問題，這就需要解決多方面的協(xié)調(diào)性與能耗等問題。這里主要討論Web方式實行遠程監(jiān)控的可行性和實現(xiàn)方法，如圖3所示。
供水系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)大而復(fù)雜，這里研究一種新的方法，可以解決目前由于傳感器的限制而難以實現(xiàn)的監(jiān)控系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)融入了豐富的控制、監(jiān)控、虛擬儀器等現(xiàn)代先進的測控技術(shù)，可用于控制系統(tǒng)的深入研究和用于綜合性的實驗教學(xué)。而視頻嵌入牽扯到多方面的知識，如視頻信息的采集、采用什么算法進行處理，視頻調(diào)用的過程步驟等等都需要考慮。視頻調(diào)用的步驟如下：（1）用C++編號一個exe的文件，并把此文件放在所建的Wincc項目文件夾里，相應(yīng)的圖像分析處理在這里可以進行功能擴展。（2）在WinCC 面板中調(diào)出個button ；（3）右擊button 彈出一列菜單，選擇“屬性”，（4）選擇屬性里的“事件”，再接著是事件里的“鼠標”，“C動作”；（5）鼠標放在編程框圖里需添加動作的位置處；接著點擊編輯動作窗口的左樹，把他們展開，然后調(diào)用windows中的program Execute)，并把program_name改為調(diào)用的路徑名即可。（6）調(diào)用的路徑里把所有的“\”改為“/”。
6 結(jié)論
該網(wǎng)絡(luò)過程控制系統(tǒng)通過一臺主機監(jiān)控，實現(xiàn)現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)檢測與控制。可以分為三組，每套有自己獨立的操作界面，可以單獨進行實驗，實時采集數(shù)據(jù)；實驗時可以大范圍改變參數(shù)，并且在屏幕上可以直接觀測到輸出量與檢測量的對應(yīng)曲線。每套系統(tǒng)嵌入視頻監(jiān)控和圖像處理，將水廠的過程控制可以與視頻監(jiān)控完美結(jié)合；三臺設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)性實驗可以很好的模擬現(xiàn)實生活中的復(fù)雜供水網(wǎng)絡(luò)，而且本系統(tǒng)具有試驗切換容易，操作簡便，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。控制軟件和監(jiān)控界面的運作在實驗裝置上調(diào)試通過，并達到預(yù)期的效果。本系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)控制是通過建立數(shù)據(jù)塊的映射實現(xiàn)的，所以只要把數(shù)據(jù)塊循環(huán)刷新便可實現(xiàn)關(guān)聯(lián)控制，而不依賴于通訊網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。視頻監(jiān)控模塊可以方便地嵌入過程控制實驗系統(tǒng)中，這也是結(jié)合了當前工廠實際技術(shù)發(fā)展的需求方向。
參 考 文 獻
1 張多.自校正控制在液位過程控制綜合實驗系統(tǒng)中的實現(xiàn)[J].實驗技術(shù)與管理,2008,25(2):75-77.
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過程控制系統(tǒng)范文4
關(guān)鍵詞：二級過程控制系統(tǒng) 功能 網(wǎng)絡(luò)
1、前言
該鋼廠結(jié)構(gòu)調(diào)整于2011年投入一條年產(chǎn)50萬噸的棒材生產(chǎn)線，這條棒材生產(chǎn)線是該鋼廠首次投入了二級過程自動化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)與一級基礎(chǔ)設(shè)備控制系統(tǒng)相結(jié)合共同完成生產(chǎn)的控制和管理。二級過程控制系統(tǒng)的投入，為以后建立完善的四級自動化控制平臺打下良好基礎(chǔ)，逐步實現(xiàn)經(jīng)營和生產(chǎn)等管控一體化，對企業(yè)的優(yōu)化運行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理以及全面提升企業(yè)現(xiàn)代管理水平和綜合競爭能力，起到舉足輕重的作用。
2、二級過程控制系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)
二級過程控制系統(tǒng)主要由硬件環(huán)境配置和軟件環(huán)境配置組成。
2.1硬件配置
在硬件配置方面，出于對系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定考慮，避免在生產(chǎn)過程中任何非計劃的停機都會造成數(shù)據(jù)丟失，二級控制系統(tǒng)的核心設(shè)備由高檔的工業(yè)PC服務(wù)器組成。該鋼廠二級過程控制系統(tǒng)選取了HP ProLiant ML370 G6專業(yè)服務(wù)器，具體配置如下：Intel Xeon E5620 2.4GHz CPU、4G內(nèi)存、5*300GB硬盤，五塊硬盤組成RAID 5，這是一種存儲性能、數(shù)據(jù)安全和存儲成本均兼顧的存儲解決方案，保證數(shù)據(jù)不丟失。顯示器選取HP 2311F（寬屏16:9、全高清Full HD 1080p 最高可達1920*1080分辨率、2.5ms）。
2.2軟件配置
軟件方面操作系統(tǒng)使用Windows Server 2003；數(shù)據(jù)庫平臺為Oracle 10g ；數(shù)據(jù)庫的編程語言為PL/SQL；應(yīng)用程序的編程環(huán)境為Visual Studio 2008，編程語言為C++。
3、二級過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用功能
結(jié)合該鋼廠棒材生產(chǎn)線的需求和現(xiàn)場的實際情況，棒材生產(chǎn)線的二級過程控制系統(tǒng)具備了生產(chǎn)計劃、物料跟蹤、設(shè)定值下發(fā)、軋制參數(shù)查詢、報表等功能，同時實現(xiàn)了軋機狀態(tài)監(jiān)控、HMD和CMD信號監(jiān)控、飛剪的剪切長度和狀態(tài)信號等有效數(shù)據(jù)的記錄和處理。
3.1 生產(chǎn)計劃
在該鋼廠棒材生產(chǎn)線沒有建立生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)( MES)和企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）的情況下，二級過程控制系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃主要靠手動錄入，然后儲存于數(shù)據(jù)庫中，該數(shù)據(jù)可以隨時查詢、添加、修改和刪除。在生產(chǎn)過程中會將部分數(shù)據(jù)下發(fā)給一級，整個生產(chǎn)按照計劃有序進行。生產(chǎn)計劃的內(nèi)容包括訂單號、鋼坯規(guī)格、批次號、鋼種、生產(chǎn)數(shù)量、生產(chǎn)規(guī)格等。
3.2 物料跟蹤
在物料跟蹤方面，該棒材生產(chǎn)線采用一套二級過程控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理，從熱送輥道或者冷坯上料臺架到卸卷調(diào)運入庫。物料跟蹤可以實時反應(yīng)全線每個批次和坯料的生產(chǎn)情況，同時把軋制時間、鋼種、坯料規(guī)格、重量等相關(guān)信息記錄在數(shù)據(jù)庫中，便于統(tǒng)計分析。物料跟蹤采用首尾信號控制方式，將生產(chǎn)線分為若干個區(qū)域，頭尾之間的區(qū)域都認為是有鋼區(qū)域，系統(tǒng)將冷檢、熱檢、接觸器、電流信號等多種檢測方式相結(jié)合，形成統(tǒng)一整體，采用互補的方式保證系統(tǒng)跟蹤的準確性和穩(wěn)定性。
3.3 設(shè)定值下發(fā)
設(shè)定值參數(shù)下發(fā)主要是對軋制參數(shù)的修改、計算和下發(fā)。在日常生產(chǎn)過程中，由于用戶對產(chǎn)品規(guī)格的需求不同，因此軋制所需的鋼種也不同，對軋機的軋制參數(shù)也在不斷變化。如何在生產(chǎn)過程中能夠快速實現(xiàn)參數(shù)的變化，保證生產(chǎn)有序進行，設(shè)定值下發(fā)起到至關(guān)重要的作用。通常在軋制一個新品種時，首先一級基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)（PLC）向二級過程控制系統(tǒng)發(fā)送請求信號，把需要軋制的批次號和規(guī)格發(fā)送給二級系統(tǒng)，二級過程控制系統(tǒng)經(jīng)過查詢處理后把數(shù)據(jù)下發(fā)給一級控制系統(tǒng)，一級成功接收數(shù)據(jù)后給二級發(fā)送成功信號。
3.4 軋制參數(shù)查詢
軋制參數(shù)表是工藝通過精確計算得出的一套軋制不同規(guī)格標準參數(shù)表，該參數(shù)表是一個理論數(shù)據(jù)表，因此在生產(chǎn)過程中作為參考使用，主要依靠測量計算和大量的人工經(jīng)驗值。此參數(shù)表是不可以隨意改動。
3.5 報表
報表是二級過程控制系統(tǒng)的組成部分，主要是把一級傳輸過來的數(shù)據(jù)和部分手動錄入的數(shù)據(jù)分類，按照一定要求和規(guī)格自動生成一種報表文件，報表包括生產(chǎn)經(jīng)營報表、生產(chǎn)損耗報表、停車時間報表、回收量報表、鋼坯信息表、能源消耗報表、熱裝熱送信息表和分規(guī)格報表等，
4、網(wǎng)絡(luò)通訊
通常情況下，二級過程控制系統(tǒng)要完成與上級和下級的通訊。但是由于該鋼廠棒材生產(chǎn)線尚未建立完善的生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)( MES)和企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）使得在管理信息化與過程自動化之間存在斷層,因此該棒材生產(chǎn)線二級過程控制系統(tǒng)的通訊主要是與一級基礎(chǔ)自動化的通訊以及二級系統(tǒng)內(nèi)部的通訊。通訊協(xié)議基于TCP/IP，通訊方式采用Socket。一級基礎(chǔ)自動化主要接收來自二級自動化發(fā)送的軋制參數(shù)，包括軋制速度和軋制輥徑。二級自動化接收一級自動化的信號有軋機和飛剪的狀態(tài)信號，包括啟動、停止和故障信號；生產(chǎn)線HMD、CMD、高溫計、光柵和光電信號；軋制參數(shù)請求、應(yīng)答信號；物料跟蹤所有區(qū)域的檢測信號等。圖1 顯示了二級系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的通訊連接。
圖1 計算機通訊系統(tǒng)
5、結(jié)語
過程控制系統(tǒng)范文5
關(guān)鍵詞： ProfiBus； PLC； WinCC； 組態(tài)
中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）01?0160?03
引 言
伴隨著工業(yè)生產(chǎn)過程的大型化、復(fù)雜化、連續(xù)化和自動化發(fā)展，對工業(yè)控制系統(tǒng)的控制水平和品質(zhì)也有了更高的要求。現(xiàn)場總線技術(shù)也應(yīng)運而生，用于實現(xiàn)自動化系統(tǒng)最底層的現(xiàn)場控制器和智能儀表設(shè)備的互聯(lián)和實時通信。它是一種開放的、具互操作性的、徹底分散的分布式控制系統(tǒng)[1]。本文將以ProfiBus現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)，介紹以Siemens PLC 300和Wincc組態(tài)軟件為主體的過程控制系統(tǒng)的軟硬件組態(tài)過程。
1 ProfiBus現(xiàn)場總線
ProfiBus現(xiàn)場總線是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)[2?3]，可實現(xiàn)現(xiàn)場級到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案[4]。ProfiBus系列由ProfiBus?DP/FMS/PA三個兼容部分組成。其中ProfiBus?DP和PA的特點如下[1，5]：
ProfiBus?DP適用于自動控制系統(tǒng)與分散I/O之間的高速通信；可取代24 V或4～20 mA的串聯(lián)式信號傳輸；使用RS 485傳輸技術(shù)或光纖媒體。
ProfiBus?PA專為過程自動化設(shè)計；可將變送器和執(zhí)行器連接到一根公共總線，可用于本質(zhì)安全領(lǐng)域；數(shù)據(jù)傳輸采用擴展的ProfiBus?DP協(xié)議，還具有PA行規(guī)。
本文將采用ProfiBus?DP和ProfiBus?PA通信協(xié)議來構(gòu)建過程控制系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)架構(gòu)
過程控制系統(tǒng)范文6
河南省心連心化肥有限公司河南新鄉(xiāng)453700
摘要：本文就分析了串級控制系統(tǒng)的特點和設(shè)計，并分析了基于MATLAB 的增量式PID 算法應(yīng)用在其中的應(yīng)用，通過分析發(fā)現(xiàn)PID參數(shù)整定方法能夠很好地實現(xiàn)串級控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞 ：MATLAB；串級控制；PID 整定
筆者在此介紹了一種采用基于MATLAB 的增量式PID 控制的雙容無自衡串級貯槽液料控制系統(tǒng)，并在PID 參數(shù)整定方法的作用下實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的良好控制效果。
1 串級控制系統(tǒng)的相關(guān)特點和設(shè)計分析
在對純滯后和時間常數(shù)較大的對象控制中可使用串級控制系統(tǒng)，其對于系統(tǒng)控制質(zhì)量的提高主要表現(xiàn)在以下幾個方面，第一，是它能夠很好地克服副回路中的二次干擾；第二，它能夠使控制對象的時間常數(shù)減小；第三，它能夠使動態(tài)特性在被控過程中得到改善，依此使控制系統(tǒng)的工作頻率得以提高；第四，這種串級控制系統(tǒng)還能很好地適應(yīng)操作條件和負荷的變化。
主回路和主參數(shù)的設(shè)計選擇。在某些條件下，最直接有效的質(zhì)量指標也可被選為主參數(shù)，不然在選擇主參數(shù)時相關(guān)人員還可以選擇一個與產(chǎn)品質(zhì)量有單值函數(shù)關(guān)系的參數(shù)，但是靈敏度和工藝過程的合理性是這個被選主參數(shù)必須滿足的條件。
副回路和副參數(shù)的設(shè)計與選定。較強的抑制擾動能力和較快的調(diào)節(jié)速度是串級控制系統(tǒng)副回路具備的主要優(yōu)勢，所以相關(guān)人員可以把盡可能多的一些擾動干擾放在副回路的設(shè)計中以充分利用副回路自身的優(yōu)勢，使其減少干擾對主參數(shù)的影響以提高其控制質(zhì)量。
2 基于MATLAB 的串級控制系統(tǒng)分析
本文介紹的是一個串聯(lián)式雙容無自衡液位過程，由上方的進料管液料流進貯槽S1，然后再經(jīng)過管道液料又流進貯槽S2，這時液料的流出受到變頻調(diào)速器的控制，如果此變頻調(diào)速器的工作頻率是固定不變的，那么一個積分時間常數(shù)不變的積分環(huán)節(jié)就會在貯槽S2 中構(gòu)成，在當前的工藝生產(chǎn)過程中液料位通常被要求在貯槽S2 中保持某一定值，令被控制量為h，使S1 中進料體積流量q 為控制變量，在這種情況下這個串聯(lián)式雙容無自衡液位過程的機構(gòu)式可列為：
在這個串級控制系統(tǒng)中(如上圖所示)，副參數(shù)被選擇為貯槽S1，主參數(shù)被選擇為貯槽S2 的液位h，當控制系統(tǒng)運行時來自反饋的貯槽液位測量值就會被變頻器收集并實現(xiàn)與設(shè)定值的對此，之后相關(guān)數(shù)據(jù)值就會被送入PID 模塊進行計算，并實現(xiàn)輸出頻率的自動更改，以對液料流量和電機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)調(diào)整，從而使貯槽液位實現(xiàn)穩(wěn)定，和貯槽S1、S2 分別對應(yīng)的液位傳感器1 和2 將對其對應(yīng)的貯槽信號的檢測結(jié)果在A /D 轉(zhuǎn)換的作用下傳送到計算機，然后分別與兩個PID 調(diào)節(jié)器設(shè)定值對比，并實現(xiàn)對其差別進行判斷和計算。
MATLAB 的兩個PID 算法程序被上位機所調(diào)用，PID1 的輸入信號就是貯槽S2 液料位信號與事先的系統(tǒng)設(shè)定值對比得到的偏差；然后該偏差會在PID1 中實現(xiàn)運算并將信號輸出，然后就將其作為槽S1 的系統(tǒng)設(shè)定值，然后將貯槽S1 液料位信號與該設(shè)定值進行對比，再將此偏差輸入PID2 進行運算，然后利用D/A 轉(zhuǎn)換應(yīng)用于運算結(jié)果，從而使電機的輸出頻率被改變，實現(xiàn)了對水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)整，從而使控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對貯槽S1 控制，進而也控制了S2 的目的。
3 串級系統(tǒng)的PID 參數(shù)整定
在串級系統(tǒng)的整定中試湊法、兩步和一步整定法是主要運用的工程整定方法。具體如下，首先應(yīng)選一適當?shù)母闭{(diào)節(jié)器，對其設(shè)置要根據(jù)純比例控制規(guī)律并放大倍數(shù)KC2，在主調(diào)節(jié)器的設(shè)置中也應(yīng)先置于純比例控制規(guī)律作用下，然后將實現(xiàn)整個控制系統(tǒng)的工作，并在這個過程中利用相關(guān)單回路整定方法使主調(diào)節(jié)器參數(shù)實現(xiàn)調(diào)整，并在施行干擾的情況下，觀察相關(guān)的運行狀況，并在KC1 和KC2 相互匹配原理的支持下實現(xiàn)對調(diào)節(jié)器參數(shù)的改進，經(jīng)過對系統(tǒng)的多次調(diào)試，當液位在貯槽S2 中實現(xiàn)快速穩(wěn)定于設(shè)定值時，反饋值也與設(shè)定值相同，當液位穩(wěn)定后將擾動干擾加于貯槽S1，如果在副回路的校正作用下液位還受到影響的話，為了克服這種擾動的干擾主回路應(yīng)該對此進一步實施調(diào)節(jié)，而保證擾動影響的消除，使液位處在設(shè)定值上。
依據(jù)此系統(tǒng)的工程整定方法中一步整定法對系統(tǒng)的參數(shù)進行整定如下：副調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)KC2 設(shè)定為2，然使將積分系數(shù)Ki2被設(shè)定為1000，之后對主調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定根據(jù)4頤1 衰減曲線法實施，可以得到啄S1 為12.5%，TS1 為7s，參數(shù)整定后的實時控制曲線如下：
綜上所述，這種采用基于MATLAB 的增量式PID 控制的雙容無自衡串級貯槽液料控制系統(tǒng)，在PID 參數(shù)整定方法的作用下實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的良好控制效果。
參考文獻：
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