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過程控制系統范文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.

關鍵詞：過程控制；自動調節；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 自動調節系統的組成

自動調節系統是在人工調節的基礎上產生和發展起來的，自動調節系統的組成包含三部分：

1.1 測量變送器 測量實際液位高度并將其轉換成統一的標準信號。

1.2 調節器 接收變送器送來的液位信號，與事先設定好的工藝希望的液位值即給定值進行比較得出偏差，然后根據一定的運算規律進行運算，然后將運算得出的調節器命令用統一標準信號發送出去。

1.3 執行器 通常指調節閥，它和普通閥的功能一樣，只不過它能自動地根據調節器送來的調節命令改變閥門的開度。

2 自動調節系統的分類

2.1 定值調節系統 所謂定值調節系統就是給定值是恒定的調節系統。在工藝生產中，如果要求調節系統的被調參數保持在一個生產指標上不變，或者說要求工藝參數的給定值不變，那么就要采用定值調節系統。在定值調節系統中，引起被調參數波動的原因是各種干擾，對于這類調節系統，設計分的重點是在存在干擾的情況下如何將被調參數控制在所希望的給定值上。石油、化工生產中大多數調節系統屬于這種類型。

2.2 隨動調節系統（或稱自動跟蹤系統） 隨動調節系統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先規定好的，即給定值是隨機變化的。隨動調節系統時目的就是使所控制的工藝參數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節系統，它的輸出應嚴格、及時地隨輸入而變化，再比如后面將要介紹的比值調節系統、串級調節系統中的副回路都是隨動調節系統的一些例子。

2.3 程序控制系統 這類系統的給定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數，即生產指標需按一定的時間程序變化。近年來，隨著微機的廣泛應用，為程序調節系統提供了良好的技術工具與有利條件。

3 自動調節系統的過渡過程

當調節系統受到外界干擾信號或給定值變化信號時，被調參數都會被迫離開原來的平衡狀態而開始變化，只有當調節作用重新找到一個合適的新數值來平衡外界干擾或給定值的變化時，此系統才可處于新的平衡狀態。因此，調節系統的過渡過程實際上是：當調節系統在外界干擾或給定干擾作用下，從一個平衡狀態過渡到另一個新的平衡狀態的過程，它是一個調節系統的調節作用不斷克服干擾影響的過程。

自動調節系統的過渡過程直接表示了調節系統質量的好壞，與生產中的安全及產品產量、質量有著密切的聯系，因此研究過渡過程具有相當重要的意義。

4 自動調節系統的靜態與動態

自動調節系統的過渡過程包括了靜態與動態。把被調參數不隨時間變化的平衡狀態稱為系統的靜態，而把被調參數隨時間變化的不平衡狀態稱為系統的動態。

當一個自動調節系統的給定和外界干擾恒定不變時，整個系統就處于一個相對的平衡狀態，系統的各個組成環節如調節器、調節閥、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，這種狀態就是上述的靜態。注意這里所指的靜態與習慣中所講的靜態不同。習慣中所說的靜態都指靜止不動，而在自動化領域中的靜態是指各參數（或信號）的變化率為零。如果一個系統原來處于相對平衡狀態即靜態，由于干擾的作用，破壞了這種平衡。被調參數就會變化，從而使調節器等自動化裝置也就會改變調節作用以克服干擾的影響，并力求使系統恢復平衡狀態。從干擾的發生，經過調節，直到系統重新建立平衡，在這一段時間中整個系統的各個環節和參數都處于變動狀態之中，這種狀態就稱之為動態。

在研究調節系統的過渡過程時，雖然研究其靜態是重要的，但研究其動態更為重要。因為在干擾引起系統變動后，需要知道系統的動態情況，即被調參數是如何運動的，并搞清系統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生，調節作用也就不斷地去克服干擾作用的影響，所以自動調節系統總是處在運動狀態之中，而靜態或平衡是暫時的，因此，研究自動調節系統，重點要研究過渡過程的動態。

5 分析自動調節系統常用的干擾形式――階躍干擾

過程控制系統范文2

本文主要講解了基于PLC的過程控制系統的研究和實現。通過對上位機使用的SCADA功能以及下位機使用的OMRON PLC實現了現場信息的采集、信息處理以及控制的功能。通過實驗的結果，可以證明該系統已經達到了設計初衷。

【關鍵詞】PLC 過程控制 研究 實現

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控制中得到廣泛的應用。目前在各行各業都能看到PLC的身影，而PLC和現代網絡通訊結合的芯片級控制系統早已經被廣泛運用在各個領域中的過程控制系統中。

2 系統的結構與組成

基于PLC的過程控制系統目前大部分都采用分布式控制的結構。這種結構主要是以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，從而達到實現對工程現場的監控的目的。如果PLC控制系統再接入同軸電纜接入以太網，那么就可以實現對工程現場的分散控制、集中管理的作用。

2.1 網絡連接

PLC控制系統的網絡控制是通過使用EtherNet網使用同軸電纜與監控終端進行連接，以達到對工程現場的集中管理的目的。

2.2 監控級

主要是利用PC終端機作為上位機，通過組態王系統的SCADA功能，使用RS-232C串口與PLC保持通信，從而實現對各個工程現場的實施監控。

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量的輸入模塊ID212以及開關量輸出模塊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控的液位信號轉化成能夠被識別的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成，這種傳感器作用是將壓力信號轉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系，因此這種傳感器不論在精度上，還是在可靠性上、穩定性上都能能勝任各種環境要求。

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換成能別識別的0-60赫茲的頻率信號，從而實現改變水泵的轉速，從而實現快速調節流量的目的。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電動機的轉速，并將420毫安的電流控制信號通過整流―濾波―逆變的轉化過程，將原先的380V電源變成不同頻率、不同電壓的信號，從而達到調節水泵的轉速。水泵使用的是JVC設計的ABD_22型變頻調速泵，這種調速泵額定流量一般為每分鐘22升，額定揚程為3.4米，該調速泵也是通過變頻器的輸出頻率的變化來改變泵的轉速，最終達到流量的調節功能。

3 過程控制系統的軟件設計與實現

PLC過程控制系統由上位機SCADA監控軟件和下位機共同構成。

3.1 SCADA監控軟件設計

上位機的軟件主要采用的組態王系統。這套系統是目前行業中常用的工程組態軟件。組態王系統擁有數量眾多的輸入輸出設備驅動程序，用戶在使用過程中可以輕松的搭建環境復雜的監控系統。同時，組態王系統擁有一套較為科學的人機交互環境，用戶在這套環境中可以十分方面的看到監控中的過程流程畫面、實時調節畫面，不僅如此，用戶還可以看到歷史曲線圖、階躍響應曲線以及報警畫面等，這對用戶能實時監控工程畫面有著非常好的幫助。

3.2 下位機軟件設計

下位機軟件設計是在監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試和修改，然后將修改好的程序實時傳送到PLC中。下位機軟件設計的主要目的是保持與PLC與監控級的通訊傳輸，以及保證PLC能夠對現場水位的實時調控，并能夠對PLC整個系統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控制，這種控制利用輸出的最大或最小值的變化進行調控。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、參數通過上位機的組態系統進行實時的調整，同時對水位的波動范圍給予一定的限制。

4 結論

基于PLC的下位機與SCADA的人機交互界面以及DCS分布式系統經過多重環境測試，證明了其可靠性以及高效率。通過對調節水位的波動測試，可以看到系統很準確的檢測到水位的變化，因此可以證明該系統符合設計要求中的精確、迅速、穩定的特點。

由此可以看到，基于PLC的過程控制系統能夠為各種用戶提供良好的控制理論研究平臺，而且PLC過程控制系統的設計思想和使用范圍可以應用在各種工程監控現場。因此PLC控制系統依靠這些良好的優點，在工程監控上有著廣闊的前景。

參考文獻

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過程控制系統范文3

關鍵詞：網絡控制，視頻監控，穩壓供水，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 ，Frequency inverter

1 前言

本供水系統從能源的最佳配置及安全角度出發，針對水廠多臺中等距離水泵聯網供水系統，綜合現代網絡控制技術，設計一個以工業現場實際生產控制的綜合性、多功能網絡供水控制系統，這個系統具有遠程web監控、復雜的關聯控制、生動的組態監控界面、對輸入輸出信號采集分析等功能。通過對工業供水、流體控制、城市供水、虛擬儀器應用、SCADA軟件應用的研究和綜合，結合實際資源和條件本文提出了這個網絡供水模型控制系統。并探討了遠程web監控的可行性。該系統采用采用WinCC監控組態軟件作為上位機，下位機西門子S7-300PLC進行控制，現場采用MPI總線網絡，對水面以攝像頭進行視頻監控，遠程以因特網連接，利用虛擬儀器軟件優化控制參數，使控制達到最優。從而可實現對復雜的供水網絡進行聯網調度控制。

2 系統功能

控制系統分別由A、B、C三套獨立中距離的設備組成，由一臺PC機作為上位機進行監控和數據處理，并與Internet連接。下位機具有多種監測和控制功能，系統具有以下特點：

（1）流量、壓力、液位等過程量的檢測，從而實現精確的流量、壓力、液位控制；方便的數據記錄和管理；（2）通過視頻對危險或緊急事件進行監控報警；（3）利用虛擬儀器軟件和相應硬件采集處理系統的輸入輸出信號，使控制得到最優化；（4）現場總線網絡實現遠程設備間的關聯控制，實現對分散設備的集中操作和管理；能基于因特網或者局域網實現基于Internet的操作和監視。

系統模型如圖1，現場中單個系統的各個傳感器采集到信號后通過信號處理模塊處理（AD轉換）后把數字信號傳到 PLC（CPU），然后CPU根據此信號進行相應的動作；適配器是連接PLC與PC機的橋梁。水質監控的模擬中采用的總線類型是目前較熱門的USB，當然用戶也可根據所提供的硬件選擇不同的總線類型，只需解決相應的通信協議問題就行了。各個系統之間的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 控制系統硬件設計

硬件結構是系統功能實現的載體，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網絡與現場控制的下位機PLC連接。下位機控制系統需要對輸入輸出模塊、傳感器、執行器、控制器及其等關鍵硬件進行選型。本系統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，轉換成數字信號送到控制處理器；利用控制處理器中的數據處理和控制程序進行數據處理和判斷；輸出模塊332控制信號控制電動閥、變頻器等執行器來控制流量、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。本系統的執行器是一臺有變頻器控制調速的電機水泵及一臺恒速水泵，可以方便根據需要進行調節。采用性能優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測的生產現場的視頻信號，然后用OLE技術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，以實現特定的事件處理，如自動的環境安全監視、設備運行狀態的自動監測等等。

4系統軟件設計

系統的軟件設計包括PLC、WinCC等軟件的設計，及相互之間的通訊。上位機軟件是創建變量、界面數據輸入與實時顯示、數據采集管理、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的連接和創建變量，建立通信連接后便可以設置用于通信對話的變量。利用圖形編輯器，進行組態、參數輸入界面。如圖2所示體現整個控制系統的大概控制流程：啟動程序后進行初始化，清除寄存器里殘留的數據信息，同時傳感器采集到的信號傳經AD模塊后傳到CPU，處理程序再根據這些信號相應的處理；其間可進行手動和自動操作。每個控制函數都獨立分配一個數據塊，這樣方便數據信息的管理和防止數據出錯。針對每個系統，單獨建立參數輸入界面。選擇手動/自動、控制壓力或流量對象、設定值與PID參數、函數控制、關聯控制對象、標量轉換參數輸入等。在對各個部分的信號進行及時的最優化分析處理上，本系統引入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，能夠直觀輸入和調整各PID參數，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。實現PID的控制程序由STEP7自帶函數庫的SFB 41函數實現，既可設定PID參數，還可設定上下限位及調用時間等多種參數。

5 網絡化及視頻監控

三套設備間不僅進行聯網數據監測，并進行聯網控制，對水網供水調度。工業上的供水是一個牽涉到多方面領域的問題，這就需要解決多方面的協調性與能耗等問題。這里主要討論Web方式實行遠程監控的可行性和實現方法，如圖3所示。

供水系統的網絡大而復雜，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的監控系統。由于本系統融入了豐富的控制、監控、虛擬儀器等現代先進的測控技術，可用于控制系統的深入研究和用于綜合性的實驗教學。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，視頻調用的過程步驟等等都需要考慮。視頻調用的步驟如下：（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，然后調用windows中的program Execute)，并把program_name改為調用的路徑名即可。（6）調用的路徑里把所有的“\”改為“/”。

6 結論

該網絡過程控制系統通過一臺主機監控，實現現場總線的網絡檢測與控制。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，實時采集數據；實驗時可以大范圍改變參數，并且在屏幕上可以直接觀測到輸出量與檢測量的對應曲線。每套系統嵌入視頻監控和圖像處理，將水廠的過程控制可以與視頻監控完美結合；三臺設備的聯網性實驗可以很好的模擬現實生活中的復雜供水網絡，而且本系統具有試驗切換容易，操作簡便，穩定性好等優點。控制軟件和監控界面的運作在實驗裝置上調試通過，并達到預期的效果。本系統的關聯控制是通過建立數據塊的映射實現的，所以只要把數據塊循環刷新便可實現關聯控制，而不依賴于通訊網絡的結構。視頻監控模塊可以方便地嵌入過程控制實驗系統中，這也是結合了當前工廠實際技術發展的需求方向。

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中的實現[J].實驗技術與管理,2008,25(2):75-77.

2 劉一臻，于靜.SIEMENS WINCC軟件在轉爐供水控制系統中的應用[J].遼寧科技學院學報,2010,12(3):

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3朱斌,羅益民,錢凌峰.基于PLC和WinCC 的循環冷卻水處理智能監控系統.工業儀表與自動化裝置,2007,(6):37-40.

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5 K.Preuβ,M.-V.Le Lann,M. Cabassud and G. Anne-Archard .Implementation procedure of an advanced supervisory and control strategy in the pharmaceutical industry[J].Control Engineering Practice, 2003, 11(12):1449-1458.

過程控制系統范文4

關鍵詞：二級過程控制系統 功能 網絡

1、前言

該鋼廠結構調整于2011年投入一條年產50萬噸的棒材生產線，這條棒材生產線是該鋼廠首次投入了二級過程自動化控制系統，該系統與一級基礎設備控制系統相結合共同完成生產的控制和管理。二級過程控制系統的投入，為以后建立完善的四級自動化控制平臺打下良好基礎，逐步實現經營和生產等管控一體化，對企業的優化運行、優化控制與優化管理以及全面提升企業現代管理水平和綜合競爭能力，起到舉足輕重的作用。

2、二級過程控制系統的相關技術

二級過程控制系統主要由硬件環境配置和軟件環境配置組成。

2.1硬件配置

在硬件配置方面，出于對系統的安全和穩定考慮，避免在生產過程中任何非計劃的停機都會造成數據丟失，二級控制系統的核心設備由高檔的工業PC服務器組成。該鋼廠二級過程控制系統選取了HP ProLiant ML370 G6專業服務器，具體配置如下：Intel Xeon E5620 2.4GHz CPU、4G內存、5*300GB硬盤，五塊硬盤組成RAID 5，這是一種存儲性能、數據安全和存儲成本均兼顧的存儲解決方案，保證數據不丟失。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

軟件方面操作系統使用Windows Server 2003；數據庫平臺為Oracle 10g ；數據庫的編程語言為PL/SQL；應用程序的編程環境為Visual Studio 2008，編程語言為C++。

3、二級過程控制系統的應用功能

結合該鋼廠棒材生產線的需求和現場的實際情況，棒材生產線的二級過程控制系統具備了生產計劃、物料跟蹤、設定值下發、軋制參數查詢、報表等功能，同時實現了軋機狀態監控、HMD和CMD信號監控、飛剪的剪切長度和狀態信號等有效數據的記錄和處理。

3.1 生產計劃

在該鋼廠棒材生產線沒有建立生產制造執行系統( MES)和企業資源計劃系統（ERP）的情況下，二級過程控制系統的生產計劃主要靠手動錄入，然后儲存于數據庫中，該數據可以隨時查詢、添加、修改和刪除。在生產過程中會將部分數據下發給一級，整個生產按照計劃有序進行。生產計劃的內容包括訂單號、鋼坯規格、批次號、鋼種、生產數量、生產規格等。

3.2 物料跟蹤

在物料跟蹤方面，該棒材生產線采用一套二級過程控制系統進行數據處理，從熱送輥道或者冷坯上料臺架到卸卷調運入庫。物料跟蹤可以實時反應全線每個批次和坯料的生產情況，同時把軋制時間、鋼種、坯料規格、重量等相關信息記錄在數據庫中，便于統計分析。物料跟蹤采用首尾信號控制方式，將生產線分為若干個區域，頭尾之間的區域都認為是有鋼區域，系統將冷檢、熱檢、接觸器、電流信號等多種檢測方式相結合，形成統一整體，采用互補的方式保證系統跟蹤的準確性和穩定性。

3.3 設定值下發

設定值參數下發主要是對軋制參數的修改、計算和下發。在日常生產過程中，由于用戶對產品規格的需求不同，因此軋制所需的鋼種也不同，對軋機的軋制參數也在不斷變化。如何在生產過程中能夠快速實現參數的變化，保證生產有序進行，設定值下發起到至關重要的作用。通常在軋制一個新品種時，首先一級基礎自動化控制系統（PLC）向二級過程控制系統發送請求信號，把需要軋制的批次號和規格發送給二級系統，二級過程控制系統經過查詢處理后把數據下發給一級控制系統，一級成功接收數據后給二級發送成功信號。

3.4 軋制參數查詢

軋制參數表是工藝通過精確計算得出的一套軋制不同規格標準參數表，該參數表是一個理論數據表，因此在生產過程中作為參考使用，主要依靠測量計算和大量的人工經驗值。此參數表是不可以隨意改動。

3.5 報表

報表是二級過程控制系統的組成部分，主要是把一級傳輸過來的數據和部分手動錄入的數據分類，按照一定要求和規格自動生成一種報表文件，報表包括生產經營報表、生產損耗報表、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格報表等，

4、網絡通訊

通常情況下，二級過程控制系統要完成與上級和下級的通訊。但是由于該鋼廠棒材生產線尚未建立完善的生產制造執行系統( MES)和企業資源計劃系統（ERP）使得在管理信息化與過程自動化之間存在斷層,因此該棒材生產線二級過程控制系統的通訊主要是與一級基礎自動化的通訊以及二級系統內部的通訊。通訊協議基于TCP/IP，通訊方式采用Socket。一級基礎自動化主要接收來自二級自動化發送的軋制參數，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信號，包括啟動、停止和故障信號；生產線HMD、CMD、高溫計、光柵和光電信號；軋制參數請求、應答信號；物料跟蹤所有區域的檢測信號等。圖1 顯示了二級系統與其他系統之間的通訊連接。

圖1 計算機通訊系統

5、結語

過程控制系統范文5

關鍵詞： ProfiBus； PLC； WinCC； 組態

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

伴隨著工業生產過程的大型化、復雜化、連續化和自動化發展，對工業控制系統的控制水平和品質也有了更高的要求。現場總線技術也應運而生，用于實現自動化系統最底層的現場控制器和智能儀表設備的互聯和實時通信。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[1]。本文將以ProfiBus現場總線為基礎，介紹以Siemens PLC 300和Wincc組態軟件為主體的過程控制系統的軟硬件組態過程。

1 ProfiBus現場總線

ProfiBus現場總線是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術[2?3]，可實現現場級到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設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與分散I/O之間的高速通信；可取代24 V或4～20 mA的串聯式信號傳輸；使用RS 485傳輸技術或光纖媒體。

ProfiBus?PA專為過程自動化設計；可將變送器和執行器連接到一根公共總線，可用于本質安全領域；數據傳輸采用擴展的ProfiBus?DP協議，還具有PA行規。

本文將采用ProfiBus?DP和ProfiBus?PA通信協議來構建過程控制系統。

2 系統架構

過程控制系統范文6

河南省心連心化肥有限公司河南新鄉453700

摘要：本文就分析了串級控制系統的特點和設計，并分析了基于MATLAB 的增量式PID 算法應用在其中的應用，通過分析發現PID參數整定方法能夠很好地實現串級控制系統的精度和穩定性。

關鍵詞 ：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，并在PID 參數整定方法的作用下實現了控制系統的良好控制效果。

1 串級控制系統的相關特點和設計分析

在對純滯后和時間常數較大的對象控制中可使用串級控制系統，其對于系統控制質量的提高主要表現在以下幾個方面，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減小；第三，它能夠使動態特性在被控過程中得到改善，依此使控制系統的工作頻率得以提高；第四，這種串級控制系統還能很好地適應操作條件和負荷的變化。

主回路和主參數的設計選擇。在某些條件下，最直接有效的質量指標也可被選為主參數，不然在選擇主參數時相關人員還可以選擇一個與產品質量有單值函數關系的參數，但是靈敏度和工藝過程的合理性是這個被選主參數必須滿足的條件。

副回路和副參數的設計與選定。較強的抑制擾動能力和較快的調節速度是串級控制系統副回路具備的主要優勢，所以相關人員可以把盡可能多的一些擾動干擾放在副回路的設計中以充分利用副回路自身的優勢，使其減少干擾對主參數的影響以提高其控制質量。

2 基于MATLAB 的串級控制系統分析

本文介紹的是一個串聯式雙容無自衡液位過程，由上方的進料管液料流進貯槽S1，然后再經過管道液料又流進貯槽S2，這時液料的流出受到變頻調速器的控制，如果此變頻調速器的工作頻率是固定不變的，那么一個積分時間常數不變的積分環節就會在貯槽S2 中構成，在當前的工藝生產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式雙容無自衡液位過程的機構式可列為：

在這個串級控制系統中(如上圖所示)，副參數被選擇為貯槽S1，主參數被選擇為貯槽S2 的液位h，當控制系統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與設定值的對此，之后相關數據值就會被送入PID 模塊進行計算，并實現輸出頻率的自動更改，以對液料流量和電機的轉速實現調整，從而使貯槽液位實現穩定，和貯槽S1、S2 分別對應的液位傳感器1 和2 將對其對應的貯槽信號的檢測結果在A /D 轉換的作用下傳送到計算機，然后分別與兩個PID 調節器設定值對比，并實現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用，PID1 的輸入信號就是貯槽S2 液料位信號與事先的系統設定值對比得到的偏差；然后該偏差會在PID1 中實現運算并將信號輸出，然后就將其作為槽S1 的系統設定值，然后將貯槽S1 液料位信號與該設定值進行對比，再將此偏差輸入PID2 進行運算，然后利用D/A 轉換應用于運算結果，從而使電機的輸出頻率被改變，實現了對水泵轉速的調整，從而使控制系統實現了對貯槽S1 控制，進而也控制了S2 的目的。

3 串級系統的PID 參數整定

在串級系統的整定中試湊法、兩步和一步整定法是主要運用的工程整定方法。具體如下，首先應選一適當的副調節器，對其設置要根據純比例控制規律并放大倍數KC2，在主調節器的設置中也應先置于純比例控制規律作用下，然后將實現整個控制系統的工作，并在這個過程中利用相關單回路整定方法使主調節器參數實現調整，并在施行干擾的情況下，觀察相關的運行狀況，并在KC1 和KC2 相互匹配原理的支持下實現對調節器參數的改進，經過對系統的多次調試，當液位在貯槽S2 中實現快速穩定于設定值時，反饋值也與設定值相同，當液位穩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該對此進一步實施調節，而保證擾動影響的消除，使液位處在設定值上。

依據此系統的工程整定方法中一步整定法對系統的參數進行整定如下：副調節器的放大倍數KC2 設定為2，然使將積分系數Ki2被設定為1000，之后對主調節器的參數整定根據4頤1 衰減曲線法實施，可以得到啄S1 為12.5%，TS1 為7s，參數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，在PID 參數整定方法的作用下實現了控制系統的良好控制效果。

參考文獻：

[1]何東健,劉忠超,范靈燕.基于MATLAB 的PID 控制器參數整定及仿真[J].西安科技大學學報,2006,26(4):511-514.