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过程控制系统范文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.
关键词：过程控制；自动调节；程序控制
Key words: process control; automatic regulation; program control
中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）12-0058-01
1 自动调节系统的组成
自动调节系统是在人工调节的基础上产生和发展起来的，自动调节系统的组成包含三部分：
1.1 测量变送器 测量实际液位高度并将其转换成统一的标准信号。
1.2 调节器 接收变送器送来的液位信号，与事先设定好的工艺希望的液位值即给定值进行比较得出偏差，然后根据一定的运算规律进行运算，然后将运算得出的调节器命令用统一标准信号发送出去。
1.3 执行器 通常指调节阀，它和普通阀的功能一样，只不过它能自动地根据调节器送来的调节命令改变阀门的开度。
2 自动调节系统的分类
2.1 定值调节系统 所谓定值调节系统就是给定值是恒定的调节系统。在工艺生产中，如果要求调节系统的被调参数保持在一个生产指标上不变，或者说要求工艺参数的给定值不变，那么就要采用定值调节系统。在定值调节系统中，引起被调参数波动的原因是各种干扰，对于这类调节系统，设计分的重点是在存在干扰的情况下如何将被调参数控制在所希望的给定值上。石油、化工生产中大多数调节系统属于这种类型。
2.2 随动调节系统（或称自动跟踪系统） 随动调节系统即给定值不是固定的，是随时间不断变化的，而且这种变化不是预先规定好的，即给定值是随机变化的。随动调节系统时目的就是使所控制的工艺参数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。比如各种变送器均可看作是一个随动调节系统，它的输出应严格、及时地随输入而变化，再比如后面将要介绍的比值调节系统、串级调节系统中的副回路都是随动调节系统的一些例子。
2.3 程序控制系统 这类系统的给定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即生产指标需按一定的时间程序变化。近年来，随着微机的广泛应用，为程序调节系统提供了良好的技术工具与有利条件。
3 自动调节系统的过渡过程
当调节系统受到外界干扰信号或给定值变化信号时，被调参数都会被迫离开原来的平衡状态而开始变化，只有当调节作用重新找到一个合适的新数值来平衡外界干扰或给定值的变化时，此系统才可处于新的平衡状态。因此，调节系统的过渡过程实际上是：当调节系统在外界干扰或给定干扰作用下，从一个平衡状态过渡到另一个新的平衡状态的过程，它是一个调节系统的调节作用不断克服干扰影响的过程。
自动调节系统的过渡过程直接表示了调节系统质量的好坏，与生产中的安全及产品产量、质量有着密切的联系，因此研究过渡过程具有相当重要的意义。
4 自动调节系统的静态与动态
自动调节系统的过渡过程包括了静态与动态。把被调参数不随时间变化的平衡状态称为系统的静态，而把被调参数随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。
当一个自动调节系统的给定和外界干扰恒定不变时，整个系统就处于一个相对的平衡状态，系统的各个组成环节如调节器、调节阀、变送器等都暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态就是上述的静态。注意这里所指的静态与习惯中所讲的静态不同。习惯中所说的静态都指静止不动，而在自动化领域中的静态是指各参数（或信号）的变化率为零。如果一个系统原来处于相对平衡状态即静态，由于干扰的作用，破坏了这种平衡。被调参数就会变化，从而使调节器等自动化装置也就会改变调节作用以克服干扰的影响，并力求使系统恢复平衡状态。从干扰的发生，经过调节，直到系统重新建立平衡，在这一段时间中整个系统的各个环节和参数都处于变动状态之中，这种状态就称之为动态。
在研究调节系统的过渡过程时，虽然研究其静态是重要的，但研究其动态更为重要。因为在干扰引起系统变动后，需要知道系统的动态情况，即被调参数是如何运动的，并搞清系统究竟能否建立新的平衡和怎样去建立平衡，干扰作用总是会不断产生，调节作用也就不断地去克服干扰作用的影响，所以自动调节系统总是处在运动状态之中，而静态或平衡是暂时的，因此，研究自动调节系统，重点要研究过渡过程的动态。
5 分析自动调节系统常用的干扰形式――阶跃干扰
过程控制系统范文2
本文主要讲解了基于PLC的过程控制系统的研究和实现。通过对上位机使用的SCADA功能以及下位机使用的OMRON PLC实现了现场信息的采集、信息处理以及控制的功能。通过实验的结果，可以证明该系统已经达到了设计初衷。
【关键词】PLC 过程控制 研究 实现
1 引言
PLC是可编程控制器的英文简称，这种控制器的主要特点是可靠性较强，并且实现功能比较简单，而且程序十分方便修改，同时这种控制器因为造价低廉而在工业控制中得到广泛的应用。目前在各行各业都能看到PLC的身影，而PLC和现代网络通讯结合的芯片级控制系统早已经被广泛运用在各个领域中的过程控制系统中。
2 系统的结构与组成
基于PLC的过程控制系统目前大部分都采用分布式控制的结构。这种结构主要是以PLC为下位机，PC作为上位机，并且通过名叫RS-232C的串口通讯与PLC进行连接，从而达到实现对工程现场的监控的目的。如果PLC控制系统再接入同轴电缆接入以太网，那么就可以实现对工程现场的分散控制、集中管理的作用。
2.1 网络连接
PLC控制系统的网络控制是通过使用EtherNet网使用同轴电缆与监控终端进行连接，以达到对工程现场的集中管理的目的。
2.2 监控级
主要是利用PC终端机作为上位机，通过组态王系统的SCADA功能，使用RS-232C串口与PLC保持通信，从而实现对各个工程现场的实施监控。
2.3 控制端
PLC的控制端主要是使用欧姆龙的C200HG型的PLC作为下位机，从而达到对工程现场的实时控制。在控制端的PLC中，大多使用电源模块以及开关量的输入模块ID212以及开关量输出模块OC221或者是输入模块AD003、AD009、模拟输出模块DA004、RS-232串行口等。
2.4 控制部分
PLC的控制端组成主要由输入端和输出端两部分构成。
输入端主要器件是CY6001BB2M型液位传感器，该传感器的作用是将远程监控的液位信号转化成能够被识别的5-25毫安的电流信号，并将电流信号输入到PLC的B/D005模块进行处理。而输入端其他的部件由高精度的硅压力传感器构成，这种传感器作用是将压力信号转变成能够被识别的电子信号，这种电子信号和液体高度有直接关系，因此这种传感器不论在精度上，还是在可靠性上、稳定性上都能能胜任各种环境要求。
输出通道主要是由变频器和水泵组成。输出通道将PLC传过来的控制量大约为4到20毫安的电流通过变频器转换成能别识别的0-60赫兹的频率信号，从而实现改变水泵的转速，从而实现快速调节流量的目的。输出通道的变频器主要是采用松下公司的PV-909型号的交流变频器。变频器主要控制三相感应电动机的转速，并将420毫安的电流控制信号通过整流―滤波―逆变的转化过程，将原先的380V电源变成不同频率、不同电压的信号，从而达到调节水泵的转速。水泵使用的是JVC设计的ABD_22型变频调速泵，这种调速泵额定流量一般为每分钟22升，额定扬程为3.4米，该调速泵也是通过变频器的输出频率的变化来改变泵的转速，最终达到流量的调节功能。
3 过程控制系统的软件设计与实现
PLC过程控制系统由上位机SCADA监控软件和下位机共同构成。
3.1 SCADA监控软件设计
上位机的软件主要采用的组态王系统。这套系统是目前行业中常用的工程组态软件。组态王系统拥有数量众多的输入输出设备驱动程序，用户在使用过程中可以轻松的搭建环境复杂的监控系统。同时，组态王系统拥有一套较为科学的人机交互环境，用户在这套环境中可以十分方面的看到监控中的过程流程画面、实时调节画面，不仅如此，用户还可以看到历史曲线图、阶跃响应曲线以及报警画面等，这对用户能实时监控工程画面有着非常好的帮助。
3.2 下位机软件设计
下位机软件设计是在监控机上利用欧姆龙的C200HA系列编程软件对下位机程序进行程序调试和修改，然后将修改好的程序实时传送到PLC中。下位机软件设计的主要目的是保持与PLC与监控级的通讯传输，以及保证PLC能够对现场水位的实时调控，并能够对PLC整个系统的故障进行分析和判断等。
3.2.1 Ping-Pang控制
Ping-Pang控制实际上是一种开关控制，这种控制利用输出的最大或最小值的变化进行调控。Ping-Pang是目前控制方案中时间最短、效率最高的控制手段。不过该控制的确定是精度较差，同时也对执行器造成频繁动作。因此，只有当偏差值相对较大时才使用Ping -Pang控制，而对于偏差值较小的数值，一般又别的控制方案来完成。
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，因此这种控制就叫PID控制。该控制可以对水位、参数通过上位机的组态系统进行实时的调整，同时对水位的波动范围给予一定的限制。
4 结论
基于PLC的下位机与SCADA的人机交互界面以及DCS分布式系统经过多重环境测试，证明了其可靠性以及高效率。通过对调节水位的波动测试，可以看到系统很准确的检测到水位的变化，因此可以证明该系统符合设计要求中的精确、迅速、稳定的特点。
由此可以看到，基于PLC的过程控制系统能够为各种用户提供良好的控制理论研究平台，而且PLC过程控制系统的设计思想和使用范围可以应用在各种工程监控现场。因此PLC控制系统依靠这些良好的优点，在工程监控上有着广阔的前景。
参考文献
[1]欧姆龙公司.C200HX/C200HG/C200HE编程手册[Z].2003.
[2]欧姆龙公司.ANALOG I/O Units OPERATION MANUAL[Z].2008.
[3]亚控公司.组态王6.0使用手册[Z].2005.
[4]王锦标.过程计算机控制[M].北京：清华大学出版社，2012.
[5]殷华文.可编程序控制器及工业控制网络[M].西安：西安地图出版社，2011.
过程控制系统范文3
关键词：网络控制，视频监控，稳压供水，WinCC，变频器。
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
本供水系统从能源的最佳配置及安全角度出发，针对水厂多台中等距离水泵联网供水系统，综合现代网络控制技术，设计一个以工业现场实际生产控制的综合性、多功能网络供水控制系统，这个系统具有远程web监控、复杂的关联控制、生动的组态监控界面、对输入输出信号采集分析等功能。通过对工业供水、流体控制、城市供水、虚拟仪器应用、SCADA软件应用的研究和综合，结合实际资源和条件本文提出了这个网络供水模型控制系统。并探讨了远程web监控的可行性。该系统采用采用WinCC监控组态软件作为上位机，下位机西门子S7-300PLC进行控制，现场采用MPI总线网络，对水面以摄像头进行视频监控，远程以因特网连接，利用虚拟仪器软件优化控制参数，使控制达到最优。从而可实现对复杂的供水网络进行联网调度控制。
2 系统功能
控制系统分别由A、B、C三套独立中距离的设备组成，由一台PC机作为上位机进行监控和数据处理，并与Internet连接。下位机具有多种监测和控制功能，系统具有以下特点：
（1）流量、压力、液位等过程量的检测，从而实现精确的流量、压力、液位控制；方便的数据记录和管理；（2）通过视频对危险或紧急事件进行监控报警；（3）利用虚拟仪器软件和相应硬件采集处理系统的输入输出信号，使控制得到最优化；（4）现场总线网络实现远程设备间的关联控制，实现对分散设备的集中操作和管理；能基于因特网或者局域网实现基于Internet的操作和监视。
系统模型如图1，现场中单个系统的各个传感器采集到信号后通过信号处理模块处理（AD转换）后把数字信号传到 PLC（CPU），然后CPU根据此信号进行相应的动作；适配器是连接PLC与PC机的桥梁。水质监控的模拟中采用的总线类型是目前较热门的USB，当然用户也可根据所提供的硬件选择不同的总线类型，只需解决相应的通信协议问题就行了。各个系统之间的PLC通信可通过与CPU配套的外接口进行MPI通信，而各PC机之间则通过Internet进行相互的连接。
3 控制系统硬件设计
硬件结构是系统功能实现的载体，有上下位机组成。上位机采用可靠性较高的西门子工控机，通过MPI网络与现场控制的下位机PLC连接。下位机控制系统需要对输入输出模块、传感器、执行器、控制器及其等关键硬件进行选型。本系统选用模块化的西门子中型300系列的S7-312C的CPU；远程压力传感器的模拟信号通过多通道输入模块，转换成数字信号送到控制处理器；利用控制处理器中的数据处理和控制程序进行数据处理和判断；输出模块332控制信号控制电动阀、变频器等执行器来控制流量、水位和供水压力等；安装有6个压力传感器，可对管道的多个监测点和池子的压力进行，还装有两个流量传感器，这可分别测量管道多点的水流量大小。本系统的执行器是一台有变频器控制调速的电机水泵及一台恒速水泵，可以方便根据需要进行调节。采用性能优良的摄像头和视频采集卡与工控机相连接，可得到水池和需要监测的生产现场的视频信号，然后用OLE技术可以把视频界面嵌入到工控机的人机界面，还可以进一步对该视频信号进行处理，以实现特定的事件处理，如自动的环境安全监视、设备运行状态的自动监测等等。
4系统软件设计
系统的软件设计包括PLC、WinCC等软件的设计，及相互之间的通讯。上位机软件是创建变量、界面数据输入与实时显示、数据采集管理、故障诊断、上下位机通信及视频处理等，其过程大致这样：建立与PLC的连接和创建变量，建立通信连接后便可以设置用于通信对话的变量。利用图形编辑器，进行组态、参数输入界面。如图2所示体现整个控制系统的大概控制流程：启动程序后进行初始化，清除寄存器里残留的数据信息，同时传感器采集到的信号传经AD模块后传到CPU，处理程序再根据这些信号相应的处理；其间可进行手动和自动操作。每个控制函数都独立分配一个数据块，这样方便数据信息的管理和防止数据出错。针对每个系统，单独建立参数输入界面。选择手动/自动、控制压力或流量对象、设定值与PID参数、函数控制、关联控制对象、标量转换参数输入等。在对各个部分的信号进行及时的最优化分析处理上，本系统引入LabVIEW，然后把这个信号及时反馈给控制程序，从而提高控制信号的精度。
对流量或者压力控制时，可以直接采用完全PID算法，能够直观输入和调整各PID参数，实际运算时则采用增量算法更加方便，计算工作量较少，运算速度较快，其增量式算法如下：
（1）
（2）
其中Δu（k）为k次控制的增量，A、B、C等分别为合并计算的常数。实现PID的控制程序由STEP7自带函数库的SFB 41函数实现，既可设定PID参数，还可设定上下限位及调用时间等多种参数。
5 网络化及视频监控
三套设备间不仅进行联网数据监测，并进行联网控制，对水网供水调度。工业上的供水是一个牵涉到多方面领域的问题，这就需要解决多方面的协调性与能耗等问题。这里主要讨论Web方式实行远程监控的可行性和实现方法，如图3所示。
供水系统的网络大而复杂，这里研究一种新的方法，可以解决目前由于传感器的限制而难以实现的监控系统。由于本系统融入了丰富的控制、监控、虚拟仪器等现代先进的测控技术，可用于控制系统的深入研究和用于综合性的实验教学。而视频嵌入牵扯到多方面的知识，如视频信息的采集、采用什么算法进行处理，视频调用的过程步骤等等都需要考虑。视频调用的步骤如下：（1）用C++编号一个exe的文件，并把此文件放在所建的Wincc项目文件夹里，相应的图像分析处理在这里可以进行功能扩展。（2）在WinCC 面板中调出个button ；（3）右击button 弹出一列菜单，选择“属性”，（4）选择属性里的“事件”，再接着是事件里的“鼠标”，“C动作”；（5）鼠标放在编程框图里需添加动作的位置处；接着点击编辑动作窗口的左树，把他们展开，然后调用windows中的program Execute)，并把program_name改为调用的路径名即可。（6）调用的路径里把所有的“\”改为“/”。
6 结论
该网络过程控制系统通过一台主机监控，实现现场总线的网络检测与控制。可以分为三组，每套有自己独立的操作界面，可以单独进行实验，实时采集数据；实验时可以大范围改变参数，并且在屏幕上可以直接观测到输出量与检测量的对应曲线。每套系统嵌入视频监控和图像处理，将水厂的过程控制可以与视频监控完美结合；三台设备的联网性实验可以很好的模拟现实生活中的复杂供水网络，而且本系统具有试验切换容易，操作简便，稳定性好等优点。控制软件和监控界面的运作在实验装置上调试通过，并达到预期的效果。本系统的关联控制是通过建立数据块的映射实现的，所以只要把数据块循环刷新便可实现关联控制，而不依赖于通讯网络的结构。视频监控模块可以方便地嵌入过程控制实验系统中，这也是结合了当前工厂实际技术发展的需求方向。
参 考 文 献
1 张多.自校正控制在液位过程控制综合实验系统中的实现[J].实验技术与管理,2008,25(2):75-77.
2 刘一臻，于静.SIEMENS WINCC软件在转炉供水控制系统中的应用[J].辽宁科技学院学报,2010,12(3):
34-35.
3朱斌,罗益民,钱凌峰.基于PLC和WinCC 的循环冷却水处理智能监控系统.工业仪表与自动化装置,2007,(6):37-40.
4 龙迎春 .利用PLC的通信功能实现供水泵站的远程监控[J]. 控制系统,2006,22(2-1):98-100.
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.
过程控制系统范文4
关键词：二级过程控制系统 功能 网络
1、前言
该钢厂结构调整于2011年投入一条年产50万吨的棒材生产线，这条棒材生产线是该钢厂首次投入了二级过程自动化控制系统，该系统与一级基础设备控制系统相结合共同完成生产的控制和管理。二级过程控制系统的投入，为以后建立完善的四级自动化控制平台打下良好基础，逐步实现经营和生产等管控一体化，对企业的优化运行、优化控制与优化管理以及全面提升企业现代管理水平和综合竞争能力，起到举足轻重的作用。
2、二级过程控制系统的相关技术
二级过程控制系统主要由硬件环境配置和软件环境配置组成。
2.1硬件配置
在硬件配置方面，出于对系统的安全和稳定考虑，避免在生产过程中任何非计划的停机都会造成数据丢失，二级控制系统的核心设备由高档的工业PC服务器组成。该钢厂二级过程控制系统选取了HP ProLiant ML370 G6专业服务器，具体配置如下：Intel Xeon E5620 2.4GHz CPU、4G内存、5*300GB硬盘，五块硬盘组成RAID 5，这是一种存储性能、数据安全和存储成本均兼顾的存储解决方案，保证数据不丢失。显示器选取HP 2311F（宽屏16:9、全高清Full HD 1080p 最高可达1920*1080分辨率、2.5ms）。
2.2软件配置
软件方面操作系统使用Windows Server 2003；数据库平台为Oracle 10g ；数据库的编程语言为PL/SQL；应用程序的编程环境为Visual Studio 2008，编程语言为C++。
3、二级过程控制系统的应用功能
结合该钢厂棒材生产线的需求和现场的实际情况，棒材生产线的二级过程控制系统具备了生产计划、物料跟踪、设定值下发、轧制参数查询、报表等功能，同时实现了轧机状态监控、HMD和CMD信号监控、飞剪的剪切长度和状态信号等有效数据的记录和处理。
3.1 生产计划
在该钢厂棒材生产线没有建立生产制造执行系统( MES)和企业资源计划系统（ERP）的情况下，二级过程控制系统的生产计划主要靠手动录入，然后储存于数据库中，该数据可以随时查询、添加、修改和删除。在生产过程中会将部分数据下发给一级，整个生产按照计划有序进行。生产计划的内容包括订单号、钢坯规格、批次号、钢种、生产数量、生产规格等。
3.2 物料跟踪
在物料跟踪方面，该棒材生产线采用一套二级过程控制系统进行数据处理，从热送辊道或者冷坯上料台架到卸卷调运入库。物料跟踪可以实时反应全线每个批次和坯料的生产情况，同时把轧制时间、钢种、坯料规格、重量等相关信息记录在数据库中，便于统计分析。物料跟踪采用首尾信号控制方式，将生产线分为若干个区域，头尾之间的区域都认为是有钢区域，系统将冷检、热检、接触器、电流信号等多种检测方式相结合，形成统一整体，采用互补的方式保证系统跟踪的准确性和稳定性。
3.3 设定值下发
设定值参数下发主要是对轧制参数的修改、计算和下发。在日常生产过程中，由于用户对产品规格的需求不同，因此轧制所需的钢种也不同，对轧机的轧制参数也在不断变化。如何在生产过程中能够快速实现参数的变化，保证生产有序进行，设定值下发起到至关重要的作用。通常在轧制一个新品种时，首先一级基础自动化控制系统（PLC）向二级过程控制系统发送请求信号，把需要轧制的批次号和规格发送给二级系统，二级过程控制系统经过查询处理后把数据下发给一级控制系统，一级成功接收数据后给二级发送成功信号。
3.4 轧制参数查询
轧制参数表是工艺通过精确计算得出的一套轧制不同规格标准参数表，该参数表是一个理论数据表，因此在生产过程中作为参考使用，主要依靠测量计算和大量的人工经验值。此参数表是不可以随意改动。
3.5 报表
报表是二级过程控制系统的组成部分，主要是把一级传输过来的数据和部分手动录入的数据分类，按照一定要求和规格自动生成一种报表文件，报表包括生产经营报表、生产损耗报表、停车时间报表、回收量报表、钢坯信息表、能源消耗报表、热装热送信息表和分规格报表等，
4、网络通讯
通常情况下，二级过程控制系统要完成与上级和下级的通讯。但是由于该钢厂棒材生产线尚未建立完善的生产制造执行系统( MES)和企业资源计划系统（ERP）使得在管理信息化与过程自动化之间存在断层,因此该棒材生产线二级过程控制系统的通讯主要是与一级基础自动化的通讯以及二级系统内部的通讯。通讯协议基于TCP/IP，通讯方式采用Socket。一级基础自动化主要接收来自二级自动化发送的轧制参数，包括轧制速度和轧制辊径。二级自动化接收一级自动化的信号有轧机和飞剪的状态信号，包括启动、停止和故障信号；生产线HMD、CMD、高温计、光栅和光电信号；轧制参数请求、应答信号；物料跟踪所有区域的检测信号等。图1 显示了二级系统与其他系统之间的通讯连接。
图1 计算机通讯系统
5、结语
过程控制系统范文5
关键词： ProfiBus； PLC； WinCC； 组态
中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）01?0160?03
引 言
伴随着工业生产过程的大型化、复杂化、连续化和自动化发展，对工业控制系统的控制水平和品质也有了更高的要求。现场总线技术也应运而生，用于实现自动化系统最底层的现场控制器和智能仪表设备的互联和实时通信。它是一种开放的、具互操作性的、彻底分散的分布式控制系统[1]。本文将以ProfiBus现场总线为基础，介绍以Siemens PLC 300和Wincc组态软件为主体的过程控制系统的软硬件组态过程。
1 ProfiBus现场总线
ProfiBus现场总线是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术[2?3]，可实现现场级到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案[4]。ProfiBus系列由ProfiBus?DP/FMS/PA三个兼容部分组成。其中ProfiBus?DP和PA的特点如下[1，5]：
ProfiBus?DP适用于自动控制系统与分散I/O之间的高速通信；可取代24 V或4～20 mA的串联式信号传输；使用RS 485传输技术或光纤媒体。
ProfiBus?PA专为过程自动化设计；可将变送器和执行器连接到一根公共总线，可用于本质安全领域；数据传输采用扩展的ProfiBus?DP协议，还具有PA行规。
本文将采用ProfiBus?DP和ProfiBus?PA通信协议来构建过程控制系统。
2 系统架构
过程控制系统范文6
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摘要：本文就分析了串级控制系统的特点和设计，并分析了基于MATLAB 的增量式PID 算法应用在其中的应用，通过分析发现PID参数整定方法能够很好地实现串级控制系统的精度和稳定性。
关键词 ：MATLAB；串级控制；PID 整定
笔者在此介绍了一种采用基于MATLAB 的增量式PID 控制的双容无自衡串级贮槽液料控制系统，并在PID 参数整定方法的作用下实现了控制系统的良好控制效果。
1 串级控制系统的相关特点和设计分析
在对纯滞后和时间常数较大的对象控制中可使用串级控制系统，其对于系统控制质量的提高主要表现在以下几个方面，第一，是它能够很好地克服副回路中的二次干扰；第二，它能够使控制对象的时间常数减小；第三，它能够使动态特性在被控过程中得到改善，依此使控制系统的工作频率得以提高；第四，这种串级控制系统还能很好地适应操作条件和负荷的变化。
主回路和主参数的设计选择。在某些条件下，最直接有效的质量指标也可被选为主参数，不然在选择主参数时相关人员还可以选择一个与产品质量有单值函数关系的参数，但是灵敏度和工艺过程的合理性是这个被选主参数必须满足的条件。
副回路和副参数的设计与选定。较强的抑制扰动能力和较快的调节速度是串级控制系统副回路具备的主要优势，所以相关人员可以把尽可能多的一些扰动干扰放在副回路的设计中以充分利用副回路自身的优势，使其减少干扰对主参数的影响以提高其控制质量。
2 基于MATLAB 的串级控制系统分析
本文介绍的是一个串联式双容无自衡液位过程，由上方的进料管液料流进贮槽S1，然后再经过管道液料又流进贮槽S2，这时液料的流出受到变频调速器的控制，如果此变频调速器的工作频率是固定不变的，那么一个积分时间常数不变的积分环节就会在贮槽S2 中构成，在当前的工艺生产过程中液料位通常被要求在贮槽S2 中保持某一定值，令被控制量为h，使S1 中进料体积流量q 为控制变量，在这种情况下这个串联式双容无自衡液位过程的机构式可列为：
在这个串级控制系统中(如上图所示)，副参数被选择为贮槽S1，主参数被选择为贮槽S2 的液位h，当控制系统运行时来自反馈的贮槽液位测量值就会被变频器收集并实现与设定值的对此，之后相关数据值就会被送入PID 模块进行计算，并实现输出频率的自动更改，以对液料流量和电机的转速实现调整，从而使贮槽液位实现稳定，和贮槽S1、S2 分别对应的液位传感器1 和2 将对其对应的贮槽信号的检测结果在A /D 转换的作用下传送到计算机，然后分别与两个PID 调节器设定值对比，并实现对其差别进行判断和计算。
MATLAB 的两个PID 算法程序被上位机所调用，PID1 的输入信号就是贮槽S2 液料位信号与事先的系统设定值对比得到的偏差；然后该偏差会在PID1 中实现运算并将信号输出，然后就将其作为槽S1 的系统设定值，然后将贮槽S1 液料位信号与该设定值进行对比，再将此偏差输入PID2 进行运算，然后利用D/A 转换应用于运算结果，从而使电机的输出频率被改变，实现了对水泵转速的调整，从而使控制系统实现了对贮槽S1 控制，进而也控制了S2 的目的。
3 串级系统的PID 参数整定
在串级系统的整定中试凑法、两步和一步整定法是主要运用的工程整定方法。具体如下，首先应选一适当的副调节器，对其设置要根据纯比例控制规律并放大倍数KC2，在主调节器的设置中也应先置于纯比例控制规律作用下，然后将实现整个控制系统的工作，并在这个过程中利用相关单回路整定方法使主调节器参数实现调整，并在施行干扰的情况下，观察相关的运行状况，并在KC1 和KC2 相互匹配原理的支持下实现对调节器参数的改进，经过对系统的多次调试，当液位在贮槽S2 中实现快速稳定于设定值时，反馈值也与设定值相同，当液位稳定后将扰动干扰加于贮槽S1，如果在副回路的校正作用下液位还受到影响的话，为了克服这种扰动的干扰主回路应该对此进一步实施调节，而保证扰动影响的消除，使液位处在设定值上。
依据此系统的工程整定方法中一步整定法对系统的参数进行整定如下：副调节器的放大倍数KC2 设定为2，然使将积分系数Ki2被设定为1000，之后对主调节器的参数整定根据4颐1 衰减曲线法实施，可以得到啄S1 为12.5%，TS1 为7s，参数整定后的实时控制曲线如下：
综上所述，这种采用基于MATLAB 的增量式PID 控制的双容无自衡串级贮槽液料控制系统，在PID 参数整定方法的作用下实现了控制系统的良好控制效果。
参考文献：
[1]何东健,刘忠超,范灵燕.基于MATLAB 的PID 控制器参数整定及仿真[J].西安科技大学学报,2006,26(4):511-514.
