時(shí)間：2022-05-10 09:04:04
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[摘 要]邯鋼中板廠中板線軋機(jī)二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)是技術(shù)升級(jí)后生產(chǎn)線的重要組成部分。此過(guò)程控制系統(tǒng)中主要包括數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)管理、過(guò)程跟蹤和模型計(jì)算等主要功能。完成后，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)該二級(jí)系統(tǒng)厚度控制模型、溫度模型及軋制力模型等均進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)模型預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，保證軋機(jī)軋制模式穩(wěn)定運(yùn)行。
[關(guān)鍵詞]過(guò)程控制系統(tǒng)；數(shù)據(jù)通訊；數(shù)據(jù)管理；過(guò)程跟蹤；模型計(jì)算
1 前言
中厚板材市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，對(duì)中厚板材生產(chǎn)控制自動(dòng)化水平的要求也越來(lái)越高。因此邯鋼中板廠中板線進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)，二級(jí)過(guò)程控制是此的重要組成部分，主要包括數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)管理、過(guò)程跟蹤和模型計(jì)算功能。其中二級(jí)模型計(jì)算功能在中厚板生產(chǎn)中可以提高尺寸控制精度、成材率、軋制節(jié)奏及減輕操作強(qiáng)度，保證設(shè)備安全進(jìn)行，有利于故障分析和質(zhì)量分析。通過(guò)此次技術(shù)升級(jí)，產(chǎn)品厚度穩(wěn)定性大幅提高，成材率同比提高0.55%，成效明顯。
2 工藝布置
邯鋼中板廠中板線軋機(jī)區(qū)主要設(shè)備及檢測(cè)儀表布置如圖1，主要包括兩座加熱爐、一個(gè)四輥軋機(jī)、軋機(jī)前后推床、高壓水箱、7個(gè)高溫計(jì)、1個(gè)測(cè)厚儀。二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)的控制范圍是從高壓水箱輸送輥道到矯直機(jī)前輸送輥道。
3 過(guò)程控制系統(tǒng)
過(guò)程控制系統(tǒng)各功能模塊的組成如圖2所示，包括數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)管理、過(guò)程跟蹤和模型計(jì)算四個(gè)功能模塊。
3.1 數(shù)據(jù)通訊
數(shù)據(jù)通訊模塊每一個(gè)周期從基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)接收一批數(shù)據(jù)，譬如高溫計(jì)等檢測(cè)儀表的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和各種實(shí)際的控制信號(hào)。然后二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)保存、處理這些數(shù)據(jù)，對(duì)模型計(jì)算需要各種實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)提供依據(jù)。并且與人機(jī)界面（HMI）系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，讀取WINCC的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的各種按鈕功能，并在數(shù)據(jù)變化時(shí)隨時(shí)更新，以至于最新的數(shù)據(jù)信息可以及時(shí)地在人機(jī)界面上顯示出來(lái)。
3.2 數(shù)據(jù)管理
數(shù)據(jù)管理主要包括將數(shù)據(jù)寫進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)操作和從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)的操作。寫數(shù)據(jù)操作是將爐內(nèi)坯料的數(shù)據(jù)情況存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，從坯料的入爐時(shí)刻到出爐時(shí)刻，直到坯料軋制結(jié)束，將整個(gè)軋制過(guò)程的工藝參數(shù)和模型自學(xué)習(xí)系數(shù)均寫入數(shù)據(jù)庫(kù)中。讀取數(shù)據(jù)庫(kù)操作是指對(duì)出爐的坯料進(jìn)行確認(rèn)，將所查詢得到的數(shù)據(jù)賦值到過(guò)程跟蹤模塊中，將軋件數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存儲(chǔ)用于后面的模型計(jì)算。
3.3 過(guò)程跟蹤
軋機(jī)二級(jí)系統(tǒng)根據(jù)三級(jí)發(fā)送的報(bào)文信息進(jìn)行物料跟蹤和數(shù)據(jù)指標(biāo)的計(jì)算等，然后向一級(jí)發(fā)送軋鋼控制指令。從加熱爐裝爐開(kāi)始一直到軋機(jī)，對(duì)軋線上的每一塊鋼坯位置、狀態(tài)等信息都進(jìn)行準(zhǔn)確詳細(xì)的跟蹤，保證數(shù)據(jù)完整無(wú)誤，以提高二級(jí)數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)確性。并且過(guò)程跟蹤模塊根據(jù)軋件實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)判斷坯料最佳出爐時(shí)刻，在避免前后軋件碰撞的前提下，縮短軋機(jī)的間歇時(shí)間，提高軋制節(jié)奏。
3.4 模型計(jì)算
中板線技術(shù)升級(jí)后主要體現(xiàn)在產(chǎn)品厚度穩(wěn)定性大幅提高，成材率同比提高0.55%。而與厚度精度密切相關(guān)的模型有兩個(gè)：軋機(jī)彈跳模型和軋制力計(jì)算模型。
7 結(jié)論
1）邯鋼中板廠二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)自技術(shù)后一直運(yùn)行穩(wěn)定，能夠很好完成現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，軋制節(jié)奏也相應(yīng)提高；
2）本系統(tǒng)能夠提高設(shè)備的自動(dòng)控制水平及控制精度，減輕了操作強(qiáng)度，保證了設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行；
3）通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算產(chǎn)品厚度穩(wěn)定性大幅提高，成材率同比提高0.55%，后厚度控制得到明顯改善。
【摘 要】本文介紹了過(guò)程控制系統(tǒng)PCS7在中間二氧化鈦（TiO2）生產(chǎn)過(guò)程控制中的應(yīng)用，討論了該控制系統(tǒng)中的硬件配置，控制網(wǎng)絡(luò)和軟件編程等內(nèi)容。通過(guò)這幾年的使用，該控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了模擬儀表無(wú)法完成的復(fù)雜算法及管理功能，而且其性價(jià)比遠(yuǎn)高于模擬系統(tǒng)，特別適合化工工藝過(guò)程控制。
【關(guān)鍵詞】中間二氧化鈦（TiO2）；PCS7 冗余控制Profibus
引言
近幾年我國(guó)的鈦白粉行業(yè)發(fā)展迅猛，國(guó)內(nèi)對(duì)高檔鈦白粉的需求不斷的提高。相應(yīng)的對(duì)鈦白粉生產(chǎn)的控制要求也越來(lái)越高。中間二氧化鈦是氯化法鈦白粉生產(chǎn)的過(guò)程中間產(chǎn)品，是生產(chǎn)不同用途鈦白粉產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料。
因此本文采用西門子過(guò)程控制系統(tǒng)PCS7，使得中間二氧化鈦（TiO2）生產(chǎn)過(guò)程控制平穩(wěn)，提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。
1 工藝簡(jiǎn)介
四氯化鈦預(yù)熱后，通過(guò)三氯化鋁發(fā)生器進(jìn)入氧化爐。同時(shí)，氧氣經(jīng)過(guò)預(yù)熱后進(jìn)入到氧化爐。在氧化爐里氧氣與四氯化鈦反應(yīng)，生成中間二氧化鈦（TiO2）和尾氣。中間二氧化鈦（TiO2）經(jīng)過(guò)產(chǎn)品冷卻器冷卻進(jìn)入袋濾器進(jìn)行氣固分離后，進(jìn)入打漿脫氯罐，尾氣返回氯化工序循環(huán)利用。打漿脫氯后的中間二氧化鈦（TiO2）漿料進(jìn)入后處理工序。
2 硬件配置
鑒于氧化系統(tǒng)的重要性，充分考慮系統(tǒng)安全可靠性，采用以S7-400H為主控制器構(gòu)成的PCS7冗余控制方案，中央處理器采用CPU414-4H，I/O處理單元采用ET200M。為了保證系統(tǒng)可靠性，電源和通信采用冗余配置方案，Profibus-DP總線采用PROFIBUS電纜，保證了系統(tǒng)安全等級(jí)需求。采用雙控制器，雙電源模塊。雙通信模塊，對(duì)于系統(tǒng)中的重要監(jiān)視點(diǎn)，采用了冗余AMT硬件。系統(tǒng)有無(wú)擾動(dòng)切換功能。容錯(cuò)型和安全型可滿足供電中斷和故障保護(hù)等特殊要求。
3 上位機(jī)系統(tǒng)
本系統(tǒng)的上位機(jī)系統(tǒng)使用WinCC控制，上位機(jī)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)通過(guò)100Mbps的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)連接。上位機(jī)由操作站和工程站等主要設(shè)備組成。
工控機(jī)采有西門子工業(yè)計(jì)算機(jī)，型號(hào)為西門子RACK PC IL 43，配置主流硬件，在穩(wěn)定性，安全性上有很好的保障。
4 模件配置
每個(gè)ET200M分布式I/O站的有源背板總線上插有2個(gè)IM153-2通信接口模塊，分別通過(guò)2條獨(dú)立的Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線與AS-400中央控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)其中某一個(gè)IM153-2通信接口模塊發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)地切換至另一個(gè)IM153-2通信接口模塊，并可帶電熱插拔更換有故障的通信接口模塊，不會(huì)影響到系統(tǒng)正常運(yùn)行。
Profibus提供強(qiáng)大的系統(tǒng)級(jí)故障診斷能力，從總線系統(tǒng)的任意一點(diǎn)可通過(guò)Profibus-DP進(jìn)行診斷、編程和控制，可以實(shí)時(shí)精確定位故障發(fā)生點(diǎn)和在線監(jiān)控通訊負(fù)荷，并可通過(guò)人機(jī)界面實(shí)時(shí)顯示。
現(xiàn)場(chǎng)的儀表所采集的信號(hào)中模擬量輸入信號(hào)大多為4～20mADC的二線制和四線制信號(hào)，輸出為4～20mADC信號(hào)，部分模擬量信號(hào)通過(guò)安全柵引入。數(shù)字量為干觸點(diǎn)或有源信號(hào)。數(shù)字量的輸出信號(hào)由帶狀態(tài)指示燈和外帶保護(hù)二極管的繼電器送至現(xiàn)場(chǎng)儀表。
5 控制系統(tǒng)
S7-400H按照“熱備份”模式（無(wú)沖擊、出現(xiàn)故障自動(dòng)切換）的活動(dòng)冗余原理運(yùn)行。只要沒(méi)有故障，兩個(gè)子單元都是活動(dòng)的。如果發(fā)生故障，起作用的控制器全面接管過(guò)程控制。為了確保無(wú)沖擊切換和快速可靠地交換資料，需要使用中央控制器連接。
冗余自動(dòng)化控制站（AS414-4H）用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集及處理、自動(dòng)閉環(huán)回路控制、電氣設(shè)備開(kāi)關(guān)控制等系統(tǒng)控制功能。
SIMATIC PCS7系統(tǒng)具有高度擴(kuò)展能力、強(qiáng)大的綜合通信能力、擴(kuò)展的集成系統(tǒng)功能和易于執(zhí)行的中央和分散結(jié)構(gòu)。AS414-4H更采用了最新的冗余技術(shù)，兩個(gè)CPU之間通過(guò)高速光纖同步專線相連，它可像標(biāo)準(zhǔn)PCS7系統(tǒng)那樣進(jìn)行處理、編程和設(shè)計(jì)。
6 電源系統(tǒng)
電源系統(tǒng)將由24VDC的直流電源構(gòu)成冗余的24VDC供電系統(tǒng)，直流電源都將具有足夠的容量和適當(dāng)?shù)碾妷?，能滿足設(shè)備負(fù)載的要求。任一路電源故障，將會(huì)自動(dòng)切換，以保證任何一路電源的故障均不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的任一部分失電。
直流電源系統(tǒng)由西門子SITOP電源構(gòu)成冗余的供電系統(tǒng)。
7 網(wǎng)絡(luò)配置
在本系統(tǒng)中采用交換式工業(yè)以太網(wǎng)作為連接操作員站和自動(dòng)化系統(tǒng)站的系統(tǒng)總線。通過(guò)CP-443-1通信處理模塊，將S7-400H連接至工業(yè)以太網(wǎng)的通訊處理器。由于自身具有處理器，從而解除了CPU的通訊任務(wù)并減輕CPU的通信負(fù)載，還有助于另加連接
快速交換式工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)以太網(wǎng)的通信協(xié)議基礎(chǔ)上，將通信速率提高到了100Mbps。由于采用了全雙工并行通信模式，允許站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通信速率可提高一倍。
8 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的組態(tài)軟件為SIMATIC Manager，所有的組態(tài)工作均在工程師站上完成。系統(tǒng)采用集中的、從上到下的組態(tài)方式，其中包含上位機(jī)的操作員站和工程師站配置、下位機(jī)的CPU設(shè)置、對(duì)應(yīng)的I/O通道建立以及與他們想連接的網(wǎng)絡(luò)配置，具有集中的、友好的人機(jī)界面。過(guò)程控制與監(jiān)視采用圖形化組態(tài)，方便易用。人機(jī)接口部分的組態(tài)軟件是WinCC。
9 WinCC組態(tài)
SIMENS PCS7系統(tǒng)采用了 Microsoft的SQL2000作為WinCC數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。
9.1 CFC控制
CFC是一種簡(jiǎn)潔的圖形組態(tài)工具，主要用于連續(xù)過(guò)程的自動(dòng)化控制的組態(tài)，采用IEC-1131的標(biāo)準(zhǔn)。用CFC運(yùn)行組態(tài)是以功能塊為基礎(chǔ)的，系統(tǒng)配置了很多預(yù)編程的功能塊。因此，采用CFC可以完成很復(fù)雜的大型控制任務(wù)。
9.2 順序控制
SFC也是一種圖形組態(tài)工具，它也采用了IEC-1131的標(biāo)準(zhǔn)。組態(tài)時(shí)首先畫出順序圖，圖中可選擇順序、并行分支、交替分支和回路等局部結(jié)構(gòu)，用大小兩種方塊分別表示步驟（Step）和轉(zhuǎn)移條件（Transition）。因此，可把CFC中的信號(hào)引入SFC中。CFC與SFC的交替使用，可以很方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的順控任務(wù)。
10 應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題
10.1 系統(tǒng)接地
每個(gè)PLC柜的屏蔽條和系統(tǒng)地通過(guò)電源電線匯總到一起后接地。PCS7系統(tǒng)的每一個(gè)主要部件，如輸入輸出卡件、卡件安裝機(jī)架、現(xiàn)場(chǎng)接線端子板等均設(shè)有接地端子。接地電阻要求小于4歐姆。
10.2 ET200M分布式I/O站
現(xiàn)場(chǎng)控制站的ET200M分布式I/O站通過(guò)Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線與AS-400中央控制器實(shí)現(xiàn)通信，主要功能是采集現(xiàn)場(chǎng)I/O信號(hào)，通過(guò)ET200M的I/O信號(hào)接口將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字量或模擬量信號(hào)傳送至中央控制器（CPU414-4H），同時(shí)將中央控制器發(fā)送來(lái)的控制信號(hào)送至現(xiàn)場(chǎng)。
11 結(jié)束語(yǔ)
由于采用了自動(dòng)化程度高且安全可靠的PCS7控制系統(tǒng)，使得中間二氧化鈦（TiO2）的生產(chǎn)周期和產(chǎn)品質(zhì)量都得到了較大程度的提高，包括本控制系統(tǒng)在內(nèi)的氯化法集成技術(shù)獲得了省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，為氯化法鈦白粉的生產(chǎn)的自動(dòng)控制技術(shù)積累成熟的工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。
【摘 要】針對(duì)八鋼4200mm/3500mm中厚板軋機(jī)，由寶信開(kāi)發(fā)的二級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。在這套計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)中包括了數(shù)據(jù)通訊、過(guò)程跟蹤、模型計(jì)算、相關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計(jì)處理、生產(chǎn)實(shí)績(jī)收集、處理等主要功能。
【關(guān)鍵詞】中厚板軋機(jī)；計(jì)算機(jī)過(guò)程控制；數(shù)據(jù)通訊；模型計(jì)算；過(guò)程跟蹤
0 引言
將計(jì)算機(jī)應(yīng)用到軋制過(guò)程，并以其為核心，由它按預(yù)定的程序來(lái)處理和加工與過(guò)程有關(guān)的信息，對(duì)過(guò)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(guò)程控制。為了使軋制過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)發(fā)機(jī)。
2 系統(tǒng)軟件分層說(shuō)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(kù)，專門用于過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)協(xié)調(diào)調(diào)度過(guò)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(kāi)始到矯直機(jī)入口，在這段過(guò)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(kāi)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(kù)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)程機(jī)接收來(lái)自PLC和特殊儀表的數(shù)據(jù)，由于來(lái)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(guò)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(jiàn)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(wú)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(guò)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(lái)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(yǔ)
中厚板計(jì)算機(jī)過(guò)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。
摘要：過(guò)程控制系統(tǒng)是指在生產(chǎn)企業(yè)的制造自動(dòng)控制系統(tǒng)中管理生產(chǎn)制造過(guò)程數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。過(guò)程控制系統(tǒng)通常需要將生產(chǎn)制造過(guò)程中各個(gè)設(shè)備的設(shè)定值進(jìn)行計(jì)算，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)以及產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與整體，并完成生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)、生產(chǎn)原料數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)成品數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，對(duì)物料在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)視，并對(duì)不同的設(shè)備之間的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)節(jié)。
關(guān)鍵詞：過(guò)程控制系統(tǒng)；設(shè)備數(shù)據(jù)管理；日志系統(tǒng)
1.過(guò)程控制概述
過(guò)程控制的主要任務(wù)是指通過(guò)各種的協(xié)調(diào)方法與協(xié)調(diào)措施，對(duì)生產(chǎn)制造過(guò)程中的各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)以及產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，從而防止生產(chǎn)過(guò)程中可能發(fā)生的生產(chǎn)計(jì)劃脫離與目標(biāo)偏差，并對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃脫離與生產(chǎn)制造目標(biāo)偏差等問(wèn)題進(jìn)行處理，最終保證生產(chǎn)制造活動(dòng)的順利完成，保證生產(chǎn)進(jìn)行控制、在制品控制、以及生產(chǎn)制造過(guò)程中的成本控制與質(zhì)量控制。
過(guò)程控制系統(tǒng)一般是指由被控對(duì)象、測(cè)量變送、計(jì)算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中控制器的設(shè)計(jì)用到經(jīng)典的控制理論和現(xiàn)代控制理論，并通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行相關(guān)操作與實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)控制的建立在自動(dòng)控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)之上的。其中，自動(dòng)控制理論是計(jì)算機(jī)控制的理論基礎(chǔ)。而不斷發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)為自動(dòng)控制理論的發(fā)展與應(yīng)用提供了豐富的空間。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及各種通信技術(shù)的發(fā)展，使得過(guò)程控制的范圍與階段極大的得到了擴(kuò)張。目前，企業(yè)生產(chǎn)管理的全過(guò)程的信息化的實(shí)現(xiàn)方法逐漸趨于成熟。
過(guò)程控制系統(tǒng)所涉及的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了解。由于在生產(chǎn)制造過(guò)程中的大部分物力參數(shù)通常通過(guò)模擬信號(hào)來(lái)進(jìn)行表示，而計(jì)算機(jī)采用的信號(hào)通常是數(shù)字信號(hào)，為了保證信號(hào)傳遞的通暢無(wú)阻需要進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)兩種不同信號(hào)的轉(zhuǎn)換。過(guò)程控制系統(tǒng)通常起到的作用體現(xiàn)在連接生產(chǎn)管理系統(tǒng)與基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的連接作用上。除了這些工作，過(guò)程控制系統(tǒng)還要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理。所以控制系統(tǒng)中需要進(jìn)行信號(hào)的采樣、信號(hào)的保持以及信號(hào)的變化。要對(duì)生產(chǎn)制造過(guò)程中的數(shù)學(xué)模型分為輸入與輸出模型和狀態(tài)空間模型兩種類型。輸入輸出模型主要是為了描述過(guò)程在輸入函數(shù)的作用下的輸出特性，它只刻畫過(guò)程的外部特征。而狀態(tài)空間模型則對(duì)過(guò)程的內(nèi)容進(jìn)行描述，通常揭示了過(guò)程內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
現(xiàn)代過(guò)程控制理論為過(guò)程控制系統(tǒng)提供來(lái)了理論技術(shù)。通過(guò)利用現(xiàn)代過(guò)程控制理論，不但可以有效地解決簡(jiǎn)單控制的問(wèn)題，而且可以設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制系統(tǒng)。特別是多輸入與多輸出系統(tǒng)，非線性響應(yīng)系統(tǒng)，時(shí)變系統(tǒng)以及隨機(jī)系統(tǒng)等等?，F(xiàn)代控制技術(shù)涉及到過(guò)程控制的很多方面，比如系統(tǒng)狀態(tài)的最優(yōu)估計(jì)、最有控制、過(guò)程識(shí)別以及自適應(yīng)控制等等。
2. 過(guò)程控制系統(tǒng)的主要功能與技術(shù)要求
過(guò)程控制系統(tǒng)具有以下功能：與生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊的功能；能夠接收并管理生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)的功能；原料數(shù)據(jù)與生產(chǎn)要求數(shù)據(jù)的功能；工作人員交接班數(shù)據(jù)的功能；向生產(chǎn)管理系統(tǒng)發(fā)送生產(chǎn)計(jì)劃申請(qǐng)的能力；原料數(shù)據(jù)申請(qǐng)的能力等等。
企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃一般采用如圖1所示的模式。通常企業(yè)根據(jù)客戶的需求制定整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)需求計(jì)劃，并根據(jù)產(chǎn)品各個(gè)部件的零部件特征分發(fā)至各個(gè)加工車間，制定不同零部件的加工計(jì)劃。為了保證生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的順利完成，需要根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)進(jìn)度控制；為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造過(guò)程中消耗資源與費(fèi)用的降低，需要進(jìn)行通過(guò)過(guò)程控制系統(tǒng)成本控制；為了經(jīng)常保持科學(xué)的原材料、在制品的數(shù)量，需要進(jìn)行高效的庫(kù)存控制。這一系列工作于過(guò)程控制系統(tǒng)密不可分。
3. 現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)的過(guò)程控制信息系統(tǒng)組成層次
現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)的信息系統(tǒng)包含了過(guò)程控制層、制造試行層以及企業(yè)資源規(guī)劃層。其中由于過(guò)程控制直接面向企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，因此對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)要求具有極高的實(shí)時(shí)性、可靠性、數(shù)據(jù)完整性與可用性。過(guò)程控制系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。
當(dāng)前先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為過(guò)程控制的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的實(shí)施基礎(chǔ)。現(xiàn)場(chǎng)總線是過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。它與Internet等信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有明顯的區(qū)別。一般而言，現(xiàn)場(chǎng)總線是在標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，并進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化?，F(xiàn)場(chǎng)總線一般只包括IOS/OSI七層模型中的三層。也就是現(xiàn)場(chǎng)總線只具有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及應(yīng)用層。過(guò)程控制系統(tǒng)利用現(xiàn)場(chǎng)總線，將企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)中最低層的現(xiàn)場(chǎng)控制器與現(xiàn)場(chǎng)職能儀表設(shè)備互聯(lián)形成實(shí)時(shí)控制的通信網(wǎng)絡(luò)，也被稱為工程的底層網(wǎng)絡(luò)。
過(guò)程控制因素是生產(chǎn)過(guò)程建模的參數(shù)，一般而言它是由不同模式下的生產(chǎn)特征與生產(chǎn)過(guò)程控制決策所共同決定的。在生產(chǎn)過(guò)程中，在制品的控制的最終目標(biāo)是為了將在制品的庫(kù)存數(shù)量保持在一個(gè)合理的級(jí)別。即能夠維持企業(yè)正常的生產(chǎn)，又可以保證企業(yè)生產(chǎn)物流的連續(xù)性，從而盡量建設(shè)企業(yè)庫(kù)存量，從而盡可能的降低企業(yè)生產(chǎn)成本。
企業(yè)在制品的控制主要取決與車間生產(chǎn)類型與生產(chǎn)組織的形式。在大批量生產(chǎn)模式下，在制品的通過(guò)加工路線單與工票憑證，來(lái)保證在制品數(shù)量的穩(wěn)定。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，不同的過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。這些過(guò)程控制系統(tǒng)利用先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在制品物流信息的追蹤與監(jiān)督，為生產(chǎn)過(guò)程中的控制提供了動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)。因此，利用過(guò)程控制系統(tǒng)提供的在制品生產(chǎn)信息，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)制造過(guò)程中產(chǎn)品控制的最終目的。
過(guò)程控制系統(tǒng)能夠?qū)⑸a(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品的各種質(zhì)量問(wèn)題與加工失誤率降至最低。過(guò)程控制系統(tǒng)通過(guò)建設(shè)整個(gè)制造過(guò)程中產(chǎn)品的質(zhì)量狀況，通過(guò)對(duì)原材料與不同零部件的檢驗(yàn)，使產(chǎn)品在各個(gè)生產(chǎn)階段的不合格率盡可能的降低。
摘 要：在鋼鐵行業(yè)微利的時(shí)代，如何提高我國(guó)鋼鐵企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，很大程度上取決于我國(guó)鋼鐵企業(yè)的信息化水平。過(guò)程控制系統(tǒng)作為鋼鐵企業(yè)信息系統(tǒng)中重要的一環(huán)，在如何提高鋼鐵企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力將會(huì)發(fā)揮舉足輕重的作用。介紹八鋼第一煉鋼廠的連鑄過(guò)程控制系統(tǒng)，并分析該系統(tǒng)的應(yīng)用功能。
關(guān)鍵詞：連鑄 過(guò)程控制系統(tǒng) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 功能描述
1 前言
八鋼作為一家快速成長(zhǎng)的大型企業(yè)，近年來(lái)更是發(fā)展迅速，從最初的20T轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)線到現(xiàn)代化的150T大型轉(zhuǎn)爐煉鋼，使八鋼躋身成為一流鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)。150T轉(zhuǎn)爐從建設(shè)初期，就非常重視信息化建設(shè)，煉鋼過(guò)程控制系統(tǒng)全線覆蓋，而連鑄過(guò)程控制系統(tǒng)作為煉鋼系統(tǒng)中后的一道控制工序，在生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控，提高鋼坯質(zhì)量和控制成本等方面起著非常大的作用。
2 連鑄的工藝生產(chǎn)流程介紹
連鑄即為連續(xù)鑄鋼的簡(jiǎn)稱。在鋼鐵廠生產(chǎn)各類鋼鐵產(chǎn)品過(guò)程中，使用鋼水凝固成型有兩種方法：傳統(tǒng)的模鑄法和連續(xù)鑄鋼法。與傳統(tǒng)方法相比，連鑄技術(shù)具有大幅提高金屬收得率和鑄坯質(zhì)量，節(jié)約能源等顯著優(yōu)勢(shì)。連鑄的生產(chǎn)工藝流程：將裝有精煉好鋼水的鋼包運(yùn)至回轉(zhuǎn)臺(tái)，回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到澆注位置后，將鋼水注入中間包，中間包再由水口將鋼水分配到各個(gè)結(jié)晶器中去。結(jié)晶器是連鑄機(jī)的核心設(shè)備之一，它使鑄件成形并迅速凝固結(jié)晶。拉矯機(jī)與結(jié)晶振動(dòng)裝置共同作用，將結(jié)晶器內(nèi)的鑄件拉出，經(jīng)冷卻、電磁攪拌后，切割成一定長(zhǎng)度的板坯。
3 硬件軟件組成結(jié)構(gòu)
3.1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
主要由1臺(tái)IBM xSeries 3650微機(jī)服務(wù)器，3臺(tái)HP客戶機(jī)，1臺(tái)HP LaserJet 1505n打印機(jī)，1臺(tái)CISCO2960/ 24換機(jī)，1臺(tái)CISCO208/8換機(jī)和若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備組成。連鑄過(guò)程控制服務(wù)器在L2機(jī)房服務(wù)器室，客戶機(jī)一臺(tái)位于連鑄主控室，供連鑄操作人員監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)，另一臺(tái)客戶機(jī)位于連鑄切割室，主要根據(jù)采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)切割優(yōu)化模型計(jì)算出最佳切割定尺提供給生產(chǎn)操作人員做參考。還有一臺(tái)客戶機(jī)在L2機(jī)房，供維護(hù)人員使用。
3.2 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
主要由服務(wù)器操作系統(tǒng)Windows Server 2008標(biāo)準(zhǔn)版，數(shù)據(jù)庫(kù)軟件Oracle Standard 11G，開(kāi)發(fā)工具Visual Studio 2010專業(yè)版，與基礎(chǔ)自動(dòng)化通訊軟件Kepware，客戶機(jī)操作系統(tǒng)Windows 7，辦公軟件Office 2010等軟件組成。連鑄二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)是基于微軟的.NET 3.5 框架下使用C#編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1。
4 功能描述
連鑄二級(jí)控制系統(tǒng)主要是跟蹤收集連鑄的生產(chǎn)實(shí)績(jī)以及通過(guò)模型計(jì)算二冷水的動(dòng)態(tài)配水量進(jìn)行動(dòng)態(tài)配水、通過(guò)跟蹤數(shù)據(jù)和計(jì)算模型指導(dǎo)鑄坯的切割和優(yōu)化，以達(dá)到最佳鋼水利用率。主要流程是接收三級(jí)系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃以及前工序的鋼水信息，跟蹤采集連鑄生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)二冷水動(dòng)態(tài)配水計(jì)算下發(fā)設(shè)定、當(dāng)鑄坯到達(dá)切割位置時(shí)根據(jù)跟蹤數(shù)據(jù)和模型設(shè)定，下發(fā)鑄坯的坯號(hào)以及切割長(zhǎng)度。當(dāng)生產(chǎn)完成后將連鑄生產(chǎn)實(shí)績(jī)上傳給三級(jí)系統(tǒng)?；谝陨狭鞒?，連鑄二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)包括以下功能：
4.1 與上級(jí)系統(tǒng)的通訊
連鑄二級(jí)計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)（Ethernet）總線，通過(guò)TCP/IP協(xié)議與上級(jí)系統(tǒng)通訊。
上級(jí)生產(chǎn)管理系統(tǒng)（3級(jí)）計(jì)算機(jī)向連鑄二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)如下：
（1）接收煉鋼3級(jí)系統(tǒng)下發(fā)的生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)。（2）接收煉鋼3級(jí)系統(tǒng)下發(fā)的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
連鑄二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)向上級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)如下：（1）發(fā)送連鑄爐次生產(chǎn)實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)。（2）發(fā)送連鑄爐次生產(chǎn)狀態(tài)。（3）發(fā)送連鑄鑄坯報(bào)告。
4.2 與基礎(chǔ)自動(dòng)化的通訊
連鑄二級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)和基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)通訊，網(wǎng)絡(luò)連接介質(zhì)用工業(yè)以太網(wǎng)，通訊協(xié)議采用面向連接的TCP/IP協(xié)議，通過(guò)第三方軟件Kepware讀寫基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)。
4.3 生產(chǎn)計(jì)劃管理
生產(chǎn)計(jì)劃是三級(jí)系統(tǒng)下發(fā)的與每爐鋼水對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)。當(dāng)三級(jí)系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行時(shí)，該計(jì)劃可由操作工錄入。系統(tǒng)提供異常情況下對(duì)計(jì)劃數(shù)據(jù)的修正和狀態(tài)數(shù)據(jù)的補(bǔ)發(fā)功能。
當(dāng)鋼包到達(dá)連鑄澆鑄平臺(tái)時(shí)，在沒(méi)有傳輸鋼包數(shù)據(jù)的時(shí)候由操作人員在一級(jí)畫面上點(diǎn)擊鋼包到達(dá)的信息。當(dāng)該爐次生產(chǎn)完成（該爐次跟蹤完畢）后，系統(tǒng)自動(dòng)把該爐次計(jì)劃對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)實(shí)績(jī)發(fā)送給上級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（三級(jí)系統(tǒng)）。
4.4 鋼包管理
連鑄各前工序在給連鑄L2發(fā)送工序?qū)嵖?jī)的時(shí)候，會(huì)發(fā)送該爐次的鋼水包信息，包括：鋼包號(hào)、爐次號(hào)、重量、溫度等。當(dāng)連鑄L2的接口程序收到這些包含爐次鋼包信息的實(shí)績(jī)后，會(huì)自動(dòng)插入本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)表中。當(dāng)需要查看這些鋼水包信息時(shí)，通過(guò)界面程序提供查詢。
4.5 前工序狀態(tài)
連鑄作為煉鋼工藝的最后一個(gè)工序，需要了解前面各工序的狀態(tài)和鋼水?dāng)?shù)據(jù)信息。通過(guò)與其他工序的二級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊，并存貯在連鑄二級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)，在需要的時(shí)候，通過(guò)客戶端程序的畫面可以查詢各前工序的爐次狀態(tài)以及爐次實(shí)績(jī)。
4.6 二冷水動(dòng)態(tài)配水
二冷控制關(guān)系到連鑄坯中裂紋和其它缺陷的產(chǎn)生。為確保生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的連鑄坯，必須根據(jù)鋼種、澆注溫度、拉坯速度、鑄坯尺寸和鑄機(jī)尺寸等參數(shù)來(lái)制定對(duì)應(yīng)的冷卻強(qiáng)度。該系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)凝固控制模型計(jì)算各冷卻段的設(shè)定值，其核心是計(jì)算沿鑄流方向的表面溫度分布和鑄流凝固長(zhǎng)度，并控制二次冷卻系統(tǒng)各回路的水流量，從而達(dá)到規(guī)定的凝固長(zhǎng)度，使板坯獲得要求的表面溫度。二冷水動(dòng)態(tài)配水模塊作為一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的模塊，嵌入到連鑄L2的系統(tǒng)里。
4.7 生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控
生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控功能負(fù)責(zé)為生產(chǎn)操作人員提供連鑄工序處理信息。監(jiān)控對(duì)象包括爐次計(jì)劃信息（制造命令號(hào)、爐序、計(jì)劃號(hào)等）；鋼包信息（鋼水重量、溫度等）；中間罐信息（鋼水重量、溫度等）；各鑄流生產(chǎn)信息（澆鑄長(zhǎng)度、拉速等）；各流結(jié)晶器信息（水流量、溫差、液面高度、振動(dòng)頻率等）；各流二冷水信息（控制方式、設(shè)定和實(shí)際水量等）。通過(guò)讀取跟蹤程序的寫入的實(shí)際信息，生產(chǎn)操作人員在HMI畫面上可以直觀的監(jiān)視連鑄澆次內(nèi)每個(gè)爐次的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)。
4.8 檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)管理
系統(tǒng)接收檢化驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)送的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，保存在數(shù)據(jù)庫(kù)，可以在客戶端界面方便操作人員查看。
4.9 過(guò)程數(shù)據(jù)跟蹤收集統(tǒng)計(jì)（爐次跟蹤和主流鑄坯跟蹤）
跟蹤、數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計(jì)是管理相關(guān)的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，并根據(jù)用戶的需求整理成爐次和方坯的生產(chǎn)實(shí)績(jī)。實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)由基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)通信的方式傳給連鑄過(guò)程控制系統(tǒng)。該過(guò)程收集大包、中間包的重量等信息，以及大包、中包的水口開(kāi)啟/關(guān)閉事件、大包到達(dá)、大包臂旋轉(zhuǎn)等事件；各鑄流的工作狀態(tài)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括拉速、澆鑄長(zhǎng)度、設(shè)定定尺長(zhǎng)度等，以及各流的鑄坯切割事件。在跟蹤程序里完成爐次的生產(chǎn)過(guò)程跟蹤以及對(duì)應(yīng)鑄流的生產(chǎn)過(guò)程跟蹤，并依據(jù)廠方物流規(guī)則和物料條件，給出各切割坯的實(shí)績(jī)信息（包括鑄坯長(zhǎng)度、重量、以及材質(zhì)等）完成鑄坯跟蹤。
4.10 報(bào)表
在每一個(gè)大包爐次連鑄生產(chǎn)完成后，自動(dòng)生成該爐次的生產(chǎn)實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)記錄。該生產(chǎn)實(shí)績(jī)信息保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，操作人員可以在HMI上查看，也可以導(dǎo)出Excel報(bào)表。最后生成的生產(chǎn)實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)送給三級(jí)系統(tǒng)以及后續(xù)工序。
5 結(jié)束語(yǔ)
目前，國(guó)家信息部已提出了建設(shè)信息化企業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)，建立信息化企業(yè)已成為鋼鐵企業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。連鑄過(guò)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)，使鑄坯質(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。
【摘 要】作為計(jì)算機(jī)技術(shù)在冶金行業(yè)的最成功應(yīng)用案例，包鋼新體系熱軋2250產(chǎn)線完整的采用了日本TMEIC公司的過(guò)程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)控制范圍覆蓋整條產(chǎn)線的動(dòng)作，包括除鱗，定寬，粗軋，精軋，層冷和卷取等工序，實(shí)現(xiàn)了高效，精確的板帶軋制，從而降低生產(chǎn)管理成本，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。
【關(guān)鍵詞】2250熱軋；軋機(jī)；過(guò)程控制系統(tǒng)；PASolution
通常在冶金生產(chǎn)過(guò)程的分層結(jié)構(gòu)中，按照功能大體可以分為4級(jí)，即傳動(dòng)級(jí)，基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)，過(guò)程控制級(jí)和生產(chǎn)控制級(jí)。過(guò)程控制在結(jié)構(gòu)中主要關(guān)注生產(chǎn)過(guò)程中的控制。利用高速網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)控制的實(shí)時(shí)性，數(shù)學(xué)模型和模型自學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)控制的準(zhǔn)確性。
1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介
包鋼新體系2250熱軋生產(chǎn)線采用的日本TMEIC公司的過(guò)程控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)主要包括非控和模型兩個(gè)部分。非控部分主要包括了對(duì)軋線現(xiàn)場(chǎng)各種傳感器數(shù)據(jù)的采集，提供準(zhǔn)確的模型計(jì)算時(shí)刻，及時(shí)地把模型計(jì)算結(jié)果傳送給軋線設(shè)備?？刂撇糠种饕歉鶕?jù)基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)發(fā)送的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和來(lái)自加熱爐的PDI數(shù)據(jù)。在規(guī)定的時(shí)刻進(jìn)行模型計(jì)算，并進(jìn)行自學(xué)習(xí)。
2 PASlution平臺(tái)介紹
PASolution是美國(guó)GE公司開(kāi)發(fā)的中間件平臺(tái)，TMEIC公司為適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)的中間件。開(kāi)發(fā)人員利用它可以完成過(guò)程控制系統(tǒng)的通信、數(shù)據(jù)采集、物料跟蹤、進(jìn)程管理、報(bào)警及日志等所有功能開(kāi)發(fā)，為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供了便利的組態(tài)化開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為系統(tǒng)維護(hù)提供了人性化的維護(hù)環(huán)境。PASolution在包鋼新體系2250mm熱連軋機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用，為TMEIC軋機(jī)二級(jí)控制系統(tǒng)提供強(qiáng)大的支撐平臺(tái)。
2.1 IO_service，功能是為系統(tǒng)中的各個(gè)進(jìn)程之間提供信息通訊機(jī)制，通訊的內(nèi)容包括事件和數(shù)據(jù)，其特點(diǎn)在于可以跨計(jì)算機(jī)跨系統(tǒng)平臺(tái)無(wú)縫連接各進(jìn)程，使各進(jìn)程高效準(zhǔn)確的進(jìn)行協(xié)作工作。功能類似西門子的CORBA通訊中間件subsys實(shí)現(xiàn)的進(jìn)程間通信。IO_service還是PASolution各組件之間聯(lián)系的手段，是PASolution的基礎(chǔ)組件，可以說(shuō)是實(shí)現(xiàn)PASolution所有功能的基礎(chǔ)。
2.2 Director是PASolution系統(tǒng)中的一個(gè)多用途的驅(qū)動(dòng)引擎，也可以認(rèn)為是一種進(jìn)程的類，在PASolution中，用戶可以用Drector生成不同的進(jìn)程，通過(guò)修改Drector的配置文件來(lái)實(shí)現(xiàn)各種的功能，如物料跟蹤，數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)接口。例如，TRK_JOB就是典型的Director例子。在Director的配置過(guò)程中，還可以配置來(lái)調(diào)用其他PASolution的組件。例如，在TRK_JOB的ioserv.cfg配置文件中，定義了對(duì)IO_SERVICE的接口，通過(guò)這種方式來(lái)使用組件。PASlution利用這個(gè)組件生成各種對(duì)象，通過(guò)繼承和重載實(shí)現(xiàn)各種功能，完全的體現(xiàn)了面向?qū)ο蟮乃枷搿?
3 非控部分
軋機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)中的進(jìn)程，通過(guò)PASolution的組件之一SSAM可以看到SCC服務(wù)器上的各個(gè)job程序，這些進(jìn)程根據(jù)功能基本可以分為控制和非控制兩大部分。以下幾點(diǎn)講述了非控制部分的主要幾個(gè)job和他們之間的工作關(guān)系：
1）TRK_JOB，作為系統(tǒng)中最重要的job，它的作用主要是跟蹤和調(diào)度，由于整個(gè)軋機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)是以事件驅(qū)動(dòng)，所以物料的跟蹤尤為重要。系統(tǒng)以鋼板的跟蹤位置為事件觸發(fā)的條件之一（CHANGE DETECTOR對(duì)信號(hào)的監(jiān)視實(shí)現(xiàn)），對(duì)其他JOB通過(guò)IOSERVICE的方式進(jìn)行調(diào)用和通訊。例如在TRK_JOB會(huì)根據(jù)鋼板的跟蹤信息，在不同的位置觸發(fā)MDL_JOB進(jìn)行模型計(jì)算，通過(guò)定時(shí)器的使用，對(duì)MDL_JOB的工作進(jìn)行監(jiān)控。
2）MDL_JOB是模型的JOB，包括是SSP，RM，F(xiàn)M，CTC和DC的數(shù)學(xué)模型的計(jì)算，也包括模型中的前饋后饋算法以及模型自學(xué)習(xí)。
3）SET_JOB，是軋機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)向L1發(fā)送設(shè)定數(shù)據(jù)的JOB，在TRK_JOB得到MDL_JOB計(jì)算成功的信號(hào)以后，SET_JOB會(huì)從內(nèi)存中提取L1所需的設(shè)定數(shù)據(jù)通過(guò)EGD網(wǎng)絡(luò)下發(fā)給L1。
4）GAT_JOB是軋機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)用來(lái)數(shù)據(jù)收集的JOB，這些數(shù)據(jù)主要是為模型自學(xué)習(xí)和產(chǎn)品質(zhì)量控制進(jìn)行支持。數(shù)據(jù)收集后存放在POND內(nèi)存中，為其他JOB提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持。
4 控制部分
4.1 RSU，粗軋計(jì)算模型，包括以下兩個(gè)子模塊
4.1.1 RSUC：粗軋?jiān)O(shè)定計(jì)算
根據(jù)上位機(jī)下發(fā)的PDI數(shù)據(jù)，由外界機(jī)械極限值和操作員對(duì)模型的設(shè)定參數(shù)，計(jì)算出鋼坯在粗軋機(jī)區(qū)域的設(shè)定數(shù)據(jù)，下發(fā)到定寬機(jī)，粗軋1以及粗軋2，設(shè)定數(shù)據(jù)主要包括軋制道次計(jì)劃，每道次的壓下量，扭矩，軋制力，軋制速度以及開(kāi)軋制溫度等等。
4.1.2 RMLC：粗軋模型自學(xué)習(xí)，通過(guò)對(duì)接收的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，反饋到RSUC的設(shè)定計(jì)算中，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)定計(jì)算的在線調(diào)整作用，使設(shè)定計(jì)算更加準(zhǔn)確。RMLC主要有以下3種學(xué)習(xí)方式：BTB，指在中間坯之間的學(xué)習(xí)。LTL，指在各個(gè)分組之間的學(xué)習(xí)，決定分組的因素有鋼種，寬度和厚度等。PTP，指在各個(gè)道次之間的學(xué)習(xí)。
4.2 FSU：精軋計(jì)算模型，包括以下兩個(gè)子模塊
4.2.1 FSUC：精軋?jiān)O(shè)定計(jì)算
在接收到RSU的中間坯數(shù)據(jù)和HTT的溫度數(shù)據(jù)后，F(xiàn)SUC會(huì)對(duì)連軋機(jī)的設(shè)定進(jìn)行計(jì)算，設(shè)定內(nèi)容相比RSU增加了對(duì)張力的計(jì)算。
4.2.2 FMLC：精軋模型自學(xué)習(xí)，通過(guò)對(duì)接收的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這些數(shù)據(jù)包括軋機(jī)出口的測(cè)寬，測(cè)厚，平直度，凸度數(shù)據(jù)，通過(guò)FMLC對(duì)FSUC實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)定計(jì)算的在線調(diào)整作用，使設(shè)定計(jì)算更加準(zhǔn)確。
4.3 HTT：傳輸輥道設(shè)定模型
4.3.1 HTT Setup，傳輸輥道設(shè)定計(jì)算
根據(jù)RSU提供的板坯溫度信息以及FSU所要求的開(kāi)軋溫度，HTT Setup會(huì)計(jì)算出TVD設(shè)定曲線，該曲線內(nèi)容主要是在空間和時(shí)間上對(duì)鋼板速度的設(shè)定。通過(guò)不斷的計(jì)算和下發(fā)設(shè)定對(duì)輥道的速度進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼板溫度的控制。
4.3.2 HTT模型自學(xué)習(xí)，通過(guò)對(duì)接收輥道上的溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，反饋到HTT Setup的設(shè)定計(jì)算中，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)定計(jì)算的在線調(diào)整作用，使設(shè)定計(jì)算更加準(zhǔn)確。
4.4 CTC：卷取溫度控制模型，包括以下子模塊
4.4.1 CTSU：層冷設(shè)定計(jì)算，通過(guò)對(duì)層冷區(qū)的輥道速度和噴水量的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼板溫度的控制。
4.4.2 CTLC：層冷模型自學(xué)習(xí)，通過(guò)采集精軋出口，層冷中間和卷取前高溫計(jì)的溫度，然后對(duì)比CTC的設(shè)定，對(duì)CTC模型設(shè)定值進(jìn)行修正。
4.5 FDTC，終軋溫度控制，包括以下子模塊
4.5.1 FDTC Setup，主要功能是通過(guò)對(duì)精軋7座機(jī)架的速度和噴淋水量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合帶鋼溫度模型，對(duì)帶鋼的溫降進(jìn)行計(jì)算，最終達(dá)到控制終軋溫度的目的。
4.5.2 FDTC Learning，利用FDT（精軋出口高溫計(jì)）的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)FDTC進(jìn)行修正，對(duì)下一塊鋼板的計(jì)算產(chǎn)生影響。
5 結(jié)束語(yǔ)
包鋼新體系2250mm熱軋產(chǎn)線采用過(guò)程控制系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定，生產(chǎn)效率和精確度達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，為今后的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和穩(wěn)定生產(chǎn)起到了巨大的作用。
【摘 要】《過(guò)程控制系統(tǒng)》課程是高校自動(dòng)化專業(yè)的一門重要專業(yè)課程。本文分析了該課程的本科教學(xué)現(xiàn)狀和存在的主要問(wèn)題，從而有針對(duì)性地提出了過(guò)程控制系統(tǒng)的教學(xué)改革的基本思路和目標(biāo)，介紹了一系列的教學(xué)改革措施和方法，實(shí)踐表明教學(xué)和實(shí)驗(yàn)改革大大地提高了高校大學(xué)生的學(xué)習(xí)本課程的效率，提高了學(xué)生分析問(wèn)題的能力。
【關(guān)鍵詞】過(guò)程控制系統(tǒng)；教學(xué)改革；教學(xué)實(shí)踐
0 引言
《過(guò)程控制系統(tǒng)》是控制理論、生產(chǎn)工藝、計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器儀表知識(shí)等相結(jié)合的一門綜合性應(yīng)用學(xué)科[1]。本課程的涉及內(nèi)容較為廣泛，主要包括控制系統(tǒng)的建模、控制理論算法和控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。在本課程的教學(xué)中，任課教師的主要任務(wù)是讓學(xué)生在了解、熟悉、掌握流程工業(yè)生產(chǎn)工藝流程與生產(chǎn)過(guò)程的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)工藝要求，應(yīng)用控制系統(tǒng)中的基本理論、現(xiàn)代控制技術(shù)方法，分析、設(shè)計(jì)與整定過(guò)程控制系統(tǒng)。同時(shí)，必須讓學(xué)生清楚地認(rèn)識(shí)工程應(yīng)用中的相關(guān)問(wèn)題，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決的能力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論、傳感檢測(cè)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的高速發(fā)展，過(guò)程控制技術(shù)這一自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)的重要分支也在不斷前進(jìn)與發(fā)展，國(guó)際上的很多學(xué)者在此領(lǐng)域內(nèi)做出了杰出的成就，并成功運(yùn)用于電力、冶金、輕工等連續(xù)型生產(chǎn)過(guò)程系統(tǒng)[2]。然而過(guò)程控制理論與應(yīng)用結(jié)合緊密、內(nèi)容較廣、實(shí)踐性較強(qiáng)，從而造成學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中遇到很多的實(shí)際困難，任課教師在講授的過(guò)程中也會(huì)感到學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣普遍不高，學(xué)習(xí)效率較低。因此，必須要求《過(guò)程控制系統(tǒng)》課程的教學(xué)內(nèi)容、理念、方法和手段都必須隨著新應(yīng)用和新技術(shù)的出現(xiàn)而進(jìn)行改革，以使學(xué)生更好地適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)踐型與創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[2]。
本文重點(diǎn)分析了《過(guò)程控制系統(tǒng)》課程的本科教學(xué)現(xiàn)狀和目前教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的主要問(wèn)題，針對(duì)提出的問(wèn)題，從而有針對(duì)性地提出了過(guò)程控制系統(tǒng)的教學(xué)改革的基本思路和目標(biāo)，介紹了一系列的教學(xué)改革措施和方法，實(shí)踐表明教學(xué)改革大大地提高了高校大學(xué)生的學(xué)習(xí)本課程的效率，提高了學(xué)生分析問(wèn)題的能力。
1 《過(guò)程控制系統(tǒng)》教學(xué)現(xiàn)狀與任務(wù)
目前在《過(guò)程控制系統(tǒng)》這門課程的授課過(guò)程中，任課教師通常先介紹過(guò)程控制系統(tǒng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)的組成部分，然后針對(duì)具體的問(wèn)題，介紹多種控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法，最后，為了讓學(xué)生能夠?qū)W(xué)習(xí)的理論知識(shí)加以應(yīng)用，再介紹過(guò)程控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例[3]。這樣的教學(xué)方法會(huì)導(dǎo)致學(xué)生只能片面地理解系統(tǒng)局部的設(shè)計(jì)信息，很難讓學(xué)生掌握過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精髓，更不用說(shuō)能讓他們做到靈活運(yùn)用自己在課堂上所學(xué)的知識(shí)。另一方面，《過(guò)程控制系統(tǒng)》既是控制理論在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用的技術(shù)課程，又是過(guò)程控制的理論課程，它強(qiáng)調(diào)工程觀點(diǎn)、設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)際的結(jié)合，以及提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。尤其是近些年隨著控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，過(guò)程控制系統(tǒng)技術(shù)也不斷地發(fā)展，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，但課程授課學(xué)時(shí)卻在減少。因此，基于上述的考慮，《過(guò)程控制系統(tǒng)》教學(xué)應(yīng)該以如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)本課程的效率、培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)整體把握能力為本課程教學(xué)改革與實(shí)踐的重點(diǎn)任務(wù)。主要包括針對(duì)教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)方面提出改進(jìn)的教學(xué)方法和措施，加強(qiáng)過(guò)程控制系統(tǒng)的理論研究與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的結(jié)合，合理增加先進(jìn)性控制理論及設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，著重對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備替換和補(bǔ)充，開(kāi)發(fā)出新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)。
2 教學(xué)內(nèi)容的改革
隨著自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展， 對(duì)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和水平提出了新的要求。過(guò)程控制課程內(nèi)容包括檢測(cè)與控制儀表，過(guò)程建模及系統(tǒng)控制方案的設(shè)計(jì)等等。因此，任課教師在教學(xué)內(nèi)容的選擇方面，應(yīng)該有所取舍，同時(shí)應(yīng)積極跟蹤過(guò)程控制領(lǐng)域內(nèi)最新研究成果，提煉實(shí)際工程問(wèn)題，不能僅僅局限于教材中的內(nèi)容，也可以結(jié)合自己的研究課題，為學(xué)生做一些普及性的介紹，從而進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣。在講授的過(guò)程中，可以將重點(diǎn)內(nèi)容安排在過(guò)程建模和常規(guī)控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)， 并補(bǔ)充神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模的方法。擴(kuò)充先進(jìn)控制理論應(yīng)用的成果，介紹一些先進(jìn)的智能控制控制技術(shù)。另外，可以詳細(xì)介紹了一些典型的計(jì)算機(jī)過(guò)程控制技術(shù)。另一方面，從應(yīng)用的層面上展開(kāi)介紹，而不是一味的重復(fù)知識(shí)點(diǎn)。最后在教學(xué)課時(shí)充裕的情況下，可開(kāi)設(shè)一些講座為學(xué)生介紹一些國(guó)內(nèi)外正在應(yīng)用和開(kāi)發(fā)的最新過(guò)程控制技術(shù)成果，如復(fù)雜系統(tǒng)的多變量解耦控制、工業(yè)系統(tǒng)的自適應(yīng)控制、模型預(yù)測(cè)控制等這些新的理論知識(shí)，使學(xué)生對(duì)這些理論能夠做到有所了解。
3 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的改革
《過(guò)程控制系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的改革主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，應(yīng)著重訓(xùn)練學(xué)生的基本技能，培養(yǎng)他們的動(dòng)手能力，讓學(xué)生理解一些基本過(guò)程控制中的概念和基本方法。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)課時(shí)允許的情況下，應(yīng)增加基于Matlab技術(shù)的計(jì)算機(jī)控制、先進(jìn)控制、控制系統(tǒng)仿真等內(nèi)容，從而達(dá)到為加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解[4]。在后期的實(shí)驗(yàn)中，任課教師應(yīng)提出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和目的，而實(shí)驗(yàn)的方案步驟、實(shí)驗(yàn)過(guò)程所需要的儀器儀表、儀表的連接、控制的策略方法則完全由學(xué)生自己設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)教師的監(jiān)督下讓學(xué)生獨(dú)立自主地完成實(shí)驗(yàn)，最后寫出總結(jié)報(bào)告，并組織課堂交流、分析討論，以提高學(xué)生獨(dú)立性和創(chuàng)新能力。在學(xué)校有條件的情況下，建設(shè)一套過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)是一套集自動(dòng)化儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為一體的多功能實(shí)驗(yàn)設(shè)備。整個(gè)應(yīng)系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)，單回路控制，串級(jí)控制，前饋-反饋控制，滯后控制、比值控制，解耦控制等多種控制形式。
摘 要：隨著梅鋼公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整及工藝裝備升級(jí)技術(shù)改造要求，煉鋼廠新建二期項(xiàng)目。在二期煉鋼廠內(nèi)建設(shè)1座雙工位LF鋼包精煉爐及相應(yīng)的公輔設(shè)施。本論文介紹了新上線的精煉爐過(guò)程控制系統(tǒng)，著重從系統(tǒng)環(huán)境、系統(tǒng)功能、體系結(jié)構(gòu)、通訊設(shè)計(jì)、關(guān)鍵模型技術(shù)等方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了闡述。
關(guān)鍵詞：精煉；過(guò)程控制；系統(tǒng)；模型
1 引言
隨著公司產(chǎn)能的提升，二期煉鋼項(xiàng)目的建成及投產(chǎn)，新精煉爐過(guò)程控制系統(tǒng)也隨之上線運(yùn)行，此次系統(tǒng)以煉鋼一期兩座精煉爐的過(guò)程控制系統(tǒng)作為設(shè)計(jì)依據(jù)，同時(shí)結(jié)合老系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，及系統(tǒng)上線后進(jìn)行的功能完善情況，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)將部分系統(tǒng)功能進(jìn)行了調(diào)整。同時(shí)結(jié)合Linux操作系統(tǒng)，使用C++語(yǔ)言對(duì)精煉爐模型程序進(jìn)行了重新編寫。
2 系統(tǒng)環(huán)境
該系統(tǒng)采用了ftServer 6210雙路雙模塊冗余機(jī)架式服務(wù)器，服務(wù)器配備3個(gè)雙口1000Base-T以太網(wǎng)卡。并使用以高效性和靈活性著稱的Linux操作系統(tǒng)，同時(shí)使用IBM的DB2數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)其構(gòu)建基礎(chǔ)使用的是開(kāi)放性好，可擴(kuò)充能力強(qiáng)，應(yīng)用開(kāi)發(fā)功能完備的iPlature平臺(tái)。
3 系統(tǒng)功能介紹
3.1 應(yīng)用功能總體說(shuō)明
精煉爐過(guò)程控制系統(tǒng)控制的范圍是從前工序的鋼包到達(dá)精煉爐的鋼包臺(tái)車開(kāi)始，經(jīng)鋼包車到達(dá)處理位，爐蓋下降、通電處理、測(cè)溫采樣、合金投入、喂絲、爐蓋上升、鋼包引出，到達(dá)吊點(diǎn)吊離為結(jié)束。
精煉爐過(guò)程控制系統(tǒng)從煉鋼生產(chǎn)管理系統(tǒng)（L3）獲取生產(chǎn)計(jì)劃、制造標(biāo)準(zhǔn)、鋼種變更、爐次確定等信息，接收分析計(jì)算機(jī)的成份數(shù)據(jù)，及其他相關(guān)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況及生產(chǎn)實(shí)績(jī)信息。
精煉爐過(guò)程控制系統(tǒng)接收基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)（L1）的過(guò)程實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)和生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行跟蹤控制、收集LF 生產(chǎn)的爐次實(shí)績(jī)及生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵事件數(shù)據(jù)。同時(shí)將精煉爐的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況及作業(yè)實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送給煉鋼生產(chǎn)管理系統(tǒng)及相關(guān)區(qū)域過(guò)程控制系統(tǒng)。
3.2 工程數(shù)據(jù)管理
精煉爐過(guò)程控制系統(tǒng)的工程數(shù)據(jù)管理主要包括：接收L3系統(tǒng)下發(fā)的制造標(biāo)準(zhǔn)，并可以在L2系統(tǒng)中進(jìn)行查詢；接收L3系統(tǒng)下發(fā)的制造命令，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況對(duì)制造命令進(jìn)行變更、刪除以及爐次確定；根據(jù)與L3的出鋼計(jì)劃接收約定，接收、處理和管理L3下發(fā)的出鋼計(jì)劃；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況，接收L3下發(fā)的鋼種變更命令；接收煉鋼分析系統(tǒng)的分析結(jié)果，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并顯示在L2畫面上；接收L1系統(tǒng)來(lái)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況后，發(fā)送給煉鋼L3及相關(guān)L2系統(tǒng)；當(dāng)一個(gè)爐次結(jié)束吊離后，將本爐次的生產(chǎn)實(shí)績(jī)發(fā)送給L3及相關(guān)L2系統(tǒng)。
3.3 過(guò)程控制
精煉爐過(guò)程控制系統(tǒng)主要是跟蹤和收集從鋼包到達(dá)精煉爐到鋼包吊離的整個(gè)過(guò)程中設(shè)備管理信息、作業(yè)時(shí)間信息、通電信息、合金投入信息、測(cè)溫采樣信息、喂絲信息、能介信息以及定周期信息。除此之外，精煉爐過(guò)程控制系統(tǒng)在線使用的設(shè)備進(jìn)行登記及統(tǒng)計(jì)設(shè)備的使用次數(shù)，收集生產(chǎn)過(guò)程中的各種實(shí)績(jī)值，并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。
控制流程如圖：
4 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)采集基礎(chǔ)自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)等信息，在進(jìn)行相關(guān)處理后，顯示在過(guò)程控制系統(tǒng)畫面上，用以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)和執(zhí)行相應(yīng)的操作，同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)的事件信息及實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送給生產(chǎn)管理系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)圖如下：
5 系統(tǒng)通訊設(shè)計(jì)
5.1 L2系統(tǒng)與L1系統(tǒng)和L3系統(tǒng)的通訊方式
精煉爐服務(wù)器通過(guò)TCP/IP Socket的方式與基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)和煉鋼企業(yè)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。服務(wù)器與基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)和煉鋼企業(yè)管理系統(tǒng)建立通訊回線（與基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)通訊使用的是靜態(tài)回線，與煉鋼企業(yè)管理系統(tǒng)通訊采用的是動(dòng)態(tài)回線）。數(shù)據(jù)通過(guò)TCP/IP的方式完成發(fā)送或接收。TCP/IP Socket通訊的方式，所占用的資源少，參與通訊的L3系統(tǒng)以及各L2區(qū)域服務(wù)器無(wú)須開(kāi)放本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)資源給對(duì)方，是L2與L3之間通訊的最優(yōu)方式。
5.2 通訊中間軟件
在系統(tǒng)通訊過(guò)程中使用了寶信開(kāi)發(fā)的iXComPCS軟件，它是一款面向開(kāi)發(fā)人員的外部通信中間件平臺(tái)，通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。作為通信中間件，對(duì)上層的應(yīng)用程序提供了統(tǒng)一的編程接口。
其主要組成為：
后臺(tái)進(jìn)程管理服務(wù)通過(guò)通信核心服務(wù)，為應(yīng)用提供實(shí)時(shí)可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，以及遠(yuǎn)程管理服務(wù)為分布式操作提供了實(shí)現(xiàn)途徑；后臺(tái)控制工具，控制通信核心服務(wù)中的各回線的啟停；前臺(tái)控制工具，可以在異地對(duì)平臺(tái)進(jìn)行控制；這里的應(yīng)用泛指所有和平臺(tái)打交道的外部服務(wù)，包括應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員編寫的應(yīng)用服務(wù)和類似iPlature等中間件平臺(tái)等。
6 關(guān)鍵模型技術(shù)實(shí)現(xiàn)
6.1 精煉爐加熱模型
精煉爐加熱模型從精煉爐加熱及冶金學(xué)基本原理出發(fā)，對(duì)需要進(jìn)行溫度升高和成分微調(diào)的鋼種進(jìn)行處理，分為預(yù)報(bào)模塊和推定模塊。預(yù)報(bào)模塊的目的是根據(jù)每一爐次開(kāi)始獲得的鋼液狀態(tài)、成分信息、首次測(cè)溫、目標(biāo)溫度等信息，在精煉處理初期即給操作人員提供為達(dá)到一定鋼水溫度所必須的處理時(shí)間和通電操作等綜合信息指導(dǎo)；推定模塊的目的是在得到鋼水基本信息和操作量信息，如合金投入量等信息以后，推算加熱過(guò)程中鋼水溫度的趨勢(shì)，及加熱過(guò)程中所需要使用的通電操作信息。兩個(gè)模塊的綜合使用能夠逐漸優(yōu)化精煉爐加熱工藝，使操作人員更好的控制處理過(guò)程，從而達(dá)到滿足生產(chǎn)節(jié)奏需要的同時(shí)降低生產(chǎn)成本的目的。
6.2 精煉爐合金模型
精煉爐合金模型的功能是根據(jù)鋼液初始成分和目標(biāo)成分的要求，以及各成分最小、最大值等各種限制條件，計(jì)算最優(yōu)的各合金投入量與合金投入組合。計(jì)算完成后，把各個(gè)合金投入量的結(jié)果下發(fā)給L1的投料系統(tǒng)，以便使冶煉的鋼水達(dá)到鋼種要求的目標(biāo)成分。
合金最小成本模型根據(jù)鋼水初始成分和目標(biāo)成分的要求，確定使合金投入總成本最小的合金投入組合、投入量。
7 結(jié)束語(yǔ)
本論文對(duì)梅鋼精煉爐過(guò)程控制系統(tǒng)的應(yīng)用功能進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。隨著梅鋼產(chǎn)品品種的不斷增加，精煉爐將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，梅鋼精煉爐過(guò)程控制系統(tǒng)及相關(guān)模型上線以來(lái)一直穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)采集到的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為掌握精煉爐實(shí)際生產(chǎn)情況提供數(shù)據(jù)依據(jù)，而模型計(jì)算數(shù)據(jù)也給現(xiàn)場(chǎng)提供生產(chǎn)數(shù)據(jù)參考，為公司的降本增效做出貢獻(xiàn)。
摘 要：學(xué)生能力的培養(yǎng)和素質(zhì)的提高需要在一個(gè)循序漸進(jìn)、系統(tǒng)知識(shí)體系的傳授中逐漸培養(yǎng)出來(lái)。注重學(xué)生理論知識(shí)的獲得，把實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)貫穿在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的知識(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，理論教學(xué)鏈和實(shí)踐教學(xué)鏈有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，使學(xué)生個(gè)人的潛在能力得到充分發(fā)揮，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性得到有效發(fā)展。同時(shí)提高了專業(yè)課程教學(xué)效果和質(zhì)量，提高了工科畢業(yè)生的就業(yè)率，對(duì)高素質(zhì)人才培養(yǎng)和創(chuàng)新能力提升奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：過(guò)程控制系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn) 創(chuàng)新模式
過(guò)程控制系統(tǒng)是自動(dòng)化專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，涉及控制系統(tǒng)模型建立、系統(tǒng)控制方案確定、控制策略研究、控制器參數(shù)調(diào)整、系統(tǒng)元器件和執(zhí)行裝置結(jié)構(gòu)選擇、單回路控制系統(tǒng)、串級(jí)控制系統(tǒng)、復(fù)雜控制系統(tǒng)等內(nèi)容，并且課程內(nèi)容和實(shí)際系統(tǒng)聯(lián)系非常密切，如何在有限的理論教學(xué)時(shí)間內(nèi)，利用有限的實(shí)驗(yàn)條件完成必要的理論和實(shí)踐教學(xué)，同時(shí)滿足卓越工程師知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的培養(yǎng)，達(dá)到深化和拓寬學(xué)生知識(shí)體系，挖掘?qū)W生的創(chuàng)新潛力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐熱情是課題重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。
1 強(qiáng)化知識(shí)結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑基于問(wèn)題的探究式理論教學(xué)
卓越工程師的培養(yǎng)遵循知識(shí)掌握、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高協(xié)調(diào)發(fā)展的原則。高等人才能力和素質(zhì)的培養(yǎng)離不開(kāi)知識(shí)的傳授，而知識(shí)傳授中課堂理論教學(xué)是必不可少的，隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)導(dǎo)致專業(yè)課學(xué)時(shí)難以滿足理論教學(xué)，如何在較短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)闹R(shí)載體來(lái)進(jìn)行知識(shí)傳授以達(dá)到能力培養(yǎng)和素質(zhì)提高的目的，為此提出了基于問(wèn)題的探究式理論教學(xué)。過(guò)程控制系統(tǒng)的檢測(cè)變送和執(zhí)行器知識(shí)點(diǎn)（涉及傳感器、電動(dòng)調(diào)節(jié)器、機(jī)械調(diào)節(jié)閥等），以往限于課時(shí)所限課堂上教師僅僅簡(jiǎn)單說(shuō)明，學(xué)生也只有輪廓概念，對(duì)知識(shí)的理解和掌握非常不利，就業(yè)后無(wú)法解決實(shí)際問(wèn)題。本著知識(shí)的掌握在于實(shí)際應(yīng)用的原則，課堂上我們針對(duì)需要掌握的知識(shí)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)循序漸進(jìn)的問(wèn)題：鍋爐水位控制系統(tǒng)（系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求動(dòng)態(tài)指標(biāo)、靜態(tài)指標(biāo)、安全性等）。為了達(dá)到要求從控制角度提出構(gòu)成最基本的控制系統(tǒng)類型，大部分學(xué)生提出采用檢測(cè)水位高度和設(shè)定值比較的閉環(huán)控制系統(tǒng)，抽象繪出系統(tǒng)框圖，引導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)系統(tǒng)必不可少的一個(gè)裝置是什么？裝置特性和工作原理如何？基于問(wèn)題教師恰當(dāng)?shù)匾鲂轮R(shí)點(diǎn)—調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥的類型、特點(diǎn)、使用場(chǎng)合等—電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、液動(dòng)調(diào)節(jié)閥，直觀通過(guò)實(shí)際模型和實(shí)際應(yīng)用例子使問(wèn)題的解答構(gòu)成一個(gè)探究式的知識(shí)體系，通過(guò)理論教學(xué)對(duì)學(xué)生思維的啟發(fā)使學(xué)生的能力和素質(zhì)在知識(shí)體系的傳授中逐漸培養(yǎng)出來(lái)。帶著實(shí)際問(wèn)題的探究式課堂教學(xué)強(qiáng)化知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值，使每個(gè)知識(shí)模塊構(gòu)成一個(gè)實(shí)際的訓(xùn)練系統(tǒng)，從問(wèn)題提出到問(wèn)題解答再上升到理論，使學(xué)生從行業(yè)工程師的角度理解基本知識(shí)和基本理論，從實(shí)際應(yīng)用中掌握基本技能和研究方法，從卓越工程師高度培養(yǎng)學(xué)生適合學(xué)科特點(diǎn)的思維方法和思維能力。
2 創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)境，構(gòu)筑理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)
加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神的一項(xiàng)重要工作。過(guò)程控制系統(tǒng)涉及石油、化工、電力等多種行業(yè)，為此，2012年以校精品課程過(guò)程控制系統(tǒng)建設(shè)為契機(jī)，從培養(yǎng)高素質(zhì)、工程實(shí)踐能力強(qiáng)的卓越人才出發(fā)探討專業(yè)課程的實(shí)踐教學(xué)模式。力求創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，提高實(shí)踐教學(xué)效率，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，同時(shí)將本課程與信號(hào)與系統(tǒng)、自動(dòng)控制理論、控制系統(tǒng)仿真、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等課程有機(jī)結(jié)合，探尋專業(yè)課程體系新模式，構(gòu)建創(chuàng)新型實(shí)踐課程體系，建立理論與實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)踐環(huán)境。
2.1 甄選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，銜接多方位知識(shí)點(diǎn)
實(shí)驗(yàn)是學(xué)生檢驗(yàn)知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)的主要途徑。以往過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，教師指定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，給出實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生盲目地按實(shí)驗(yàn)步驟來(lái)做。由于實(shí)驗(yàn)條件受限（目前僅有5套高級(jí)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置），導(dǎo)致大部分學(xué)生只是看別人做，抄抄數(shù)據(jù)，照貓畫虎撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對(duì)應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題多樣性意義不大，特別是自主學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新實(shí)踐能力無(wú)法激發(fā)。為此，我們從多方位知識(shí)點(diǎn)的連貫和銜接出發(fā)選擇合適的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
單回路控制系統(tǒng)是過(guò)程控制系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一類，特別是鍋爐控制系統(tǒng)，它是石油、化工、發(fā)電廠等工業(yè)過(guò)程中必不可少的動(dòng)力設(shè)備，該控制系統(tǒng)涉及電路、控制理論、傳感器、計(jì)算機(jī)控制等多方面知識(shí)。課堂上引導(dǎo)學(xué)生從周邊鍋爐（供熱鍋爐、水房鍋爐）需要控制的量（液位、溫度、燃燒等）考慮，指出鍋爐控制系統(tǒng)包括鍋爐本體水位控制、燃燒系統(tǒng)、給水系統(tǒng)等，而要完成控制任務(wù)，需要構(gòu)成被控變量的單回路控制系統(tǒng)，控制器參數(shù)的確定又依賴被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，控制理論所講的解析法建模需要明確各個(gè)環(huán)節(jié)機(jī)理，這在實(shí)際系統(tǒng)中比較困難，如何采用實(shí)驗(yàn)方法建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，安排鍋爐對(duì)象的實(shí)驗(yàn)建模內(nèi)容？在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生帶著問(wèn)題（正向飛升響應(yīng)曲線和反向飛升響應(yīng)曲線）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并從理論上回答為什么需在系統(tǒng)平穩(wěn)后突加輸入信號(hào)，正向和反向信號(hào)對(duì)模型建立是否有影響等一系列問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)完成后實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫要針對(duì)問(wèn)題從理論上加以解釋。這樣實(shí)驗(yàn)又反過(guò)來(lái)促進(jìn)了理論知識(shí)的掌握，理論知識(shí)點(diǎn)和實(shí)踐內(nèi)容的有機(jī)結(jié)合，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。
2.2 仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生多方案解決問(wèn)題的能力
目前我校過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置無(wú)法做到一人一臺(tái)，且實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間比較長(zhǎng)，鍋爐溫度下降10 ℃需要十多分鐘。鍋爐單回路系統(tǒng)控制器PID參數(shù)整定過(guò)程，特別是研究參數(shù)變化（PID3個(gè)參數(shù)有無(wú)窮多組合）對(duì)系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)特性影響，即使僅研究三四種參數(shù)變化，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上大約需要1.5小時(shí)，學(xué)生只能等待，影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。為此，我們大膽嘗試新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，將控制系統(tǒng)仿真軟件引入過(guò)程控制系統(tǒng)，虛擬模型構(gòu)建實(shí)物裝置實(shí)驗(yàn)，以實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象模型建立仿真原型，按照過(guò)程控制系統(tǒng)的實(shí)際情況構(gòu)建Simulink仿真模型，計(jì)算機(jī)上重點(diǎn)研究各個(gè)參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)特性的影響，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生將仿真結(jié)果和理論知識(shí)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，以實(shí)驗(yàn)提升課堂知識(shí)的掌握。如控制器類型的不同仿真解決方案，要掌握控制系統(tǒng)無(wú)精差必須采用積分控制，而純積分控制又易導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，積分時(shí)間常數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響等，快速、多種、圖形化仿真實(shí)驗(yàn)為優(yōu)選確定本次實(shí)驗(yàn)的最佳控制策略和控制器參數(shù)提供了直觀、可靠的支持。仿真實(shí)驗(yàn)又回到實(shí)際系統(tǒng)，將仿真實(shí)驗(yàn)得到的最佳控制參數(shù)作為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的初值，觀測(cè)實(shí)驗(yàn)中所得響應(yīng)曲線，并將仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論知識(shí)結(jié)合針對(duì)實(shí)際情況向正確方向微調(diào)控制器參數(shù)，快速的仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程和高效的實(shí)際實(shí)驗(yàn)可使每個(gè)學(xué)生有機(jī)會(huì)自己動(dòng)手完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，既可以解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的問(wèn)題，又可利用軟件提高實(shí)驗(yàn)效率與教學(xué)效果，大大拓展了學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題的抽象理論分析、研究、參數(shù)確定、優(yōu)化控制策略確定的能力。仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，擴(kuò)大學(xué)生自主獲取知識(shí)和技能的能力，加深學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容的理解和掌握，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性，提升學(xué)生多種方案解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新意識(shí)。
2.3 針對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)特點(diǎn)，安排系列實(shí)驗(yàn)提升學(xué)生創(chuàng)新能力
過(guò)程控制系統(tǒng)是專業(yè)性很強(qiáng)的課程，涉及實(shí)際化工、電力等系統(tǒng)，如何通過(guò)課程的理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和就業(yè)以后應(yīng)對(duì)不同的過(guò)程控制系統(tǒng)是本次教改的重要內(nèi)容之一。電廠和民用鍋爐水位控制、化工原料液位高度控制等均涉及液位控制，液位控制系統(tǒng)是過(guò)程控制的典型控制系統(tǒng)。在理論教學(xué)上我們把實(shí)際系統(tǒng)加以抽象建立描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)要求的不同和系統(tǒng)存在的干擾情況有針對(duì)性地提出單回路控制方案和串級(jí)控制方案，并且對(duì)這兩種方案的優(yōu)劣及適應(yīng)場(chǎng)合進(jìn)行理論分析，同時(shí)為提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力和以實(shí)驗(yàn)加深理論知識(shí)的掌握，圍繞液位控制開(kāi)設(shè)了系列實(shí)驗(yàn)，具體做法如下：
（1）使用實(shí)驗(yàn)裝置現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)使學(xué)生充分了解實(shí)驗(yàn)裝置中傳感器的類型和校驗(yàn)的必要性、系統(tǒng)的平衡狀態(tài)、實(shí)際環(huán)境中的干擾信號(hào)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等。
（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中帶著問(wèn)題（系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型測(cè)試為什么要等系統(tǒng)平衡后突加階躍信號(hào)？為什么要用正向和反向信號(hào)作用進(jìn)行參數(shù)測(cè)試？）完成實(shí)驗(yàn)，被控對(duì)象建模理論知識(shí)確定實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)步驟，和實(shí)驗(yàn)教師討論后自己動(dòng)手搭接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
（3）根據(jù)多組測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合多學(xué)科理論知識(shí)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型（包括模型的類型和參數(shù)），實(shí)驗(yàn)過(guò)程中教師抽查上述問(wèn)題的解答。
（4）為完成系統(tǒng)的基本要求，構(gòu)成單回路控制方案，在線整定控制器參數(shù)，分析系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性和干擾作用下系統(tǒng)的抗干擾能力，為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們有目的地設(shè)置一些問(wèn)題（如何降低干擾對(duì)系統(tǒng)的影響，如何提升控制系統(tǒng)的精度等）引導(dǎo)學(xué)生提出新的合理控制方案。
（5）串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括主控制器、副控制器類型和參數(shù)整定，系統(tǒng)在一次、二次干擾作用下系統(tǒng)的相應(yīng)和動(dòng)靜態(tài)指標(biāo)研究，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題（如串級(jí)控制系統(tǒng)為什么對(duì)主擾動(dòng)具有很強(qiáng)的抗擾能力？為保證系統(tǒng)靜態(tài)無(wú)誤差主控制器為什么必須采用PI或PID？），教師不急于簡(jiǎn)單解答，而是激發(fā)學(xué)生從理論上分析得到結(jié)論，這種理論循序漸進(jìn)到實(shí)踐再升華回到理論的模式，改變了學(xué)生為實(shí)驗(yàn)而做實(shí)驗(yàn)的機(jī)械動(dòng)作，從實(shí)驗(yàn)來(lái)加深理論知識(shí)，又應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，系列實(shí)驗(yàn)大大提升了學(xué)生創(chuàng)新能力。
3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)拓展大學(xué)生創(chuàng)新研究，提高學(xué)生的科研能力
大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目是在導(dǎo)師指導(dǎo)下，學(xué)生自主選題、獨(dú)立完成課題、撰寫課題結(jié)題報(bào)告等工作，創(chuàng)新項(xiàng)目意在調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)?？梢杂行У赜?xùn)練學(xué)生在未知領(lǐng)域的探索精神、獨(dú)立思考、獨(dú)立創(chuàng)造性地分析和解決問(wèn)題的能力。而過(guò)程控制系統(tǒng)課程安排在第七學(xué)期，學(xué)生的基本知識(shí)、基本技能、創(chuàng)新意識(shí)等逐步形成，為了使有潛力的學(xué)生盡早接受系統(tǒng)的科研能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，攝取學(xué)科前沿知識(shí)，在常規(guī)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)有堅(jiān)實(shí)理論知識(shí)和深厚知識(shí)底蘊(yùn)的學(xué)生指導(dǎo)申報(bào)國(guó)家、校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，2009年確立國(guó)家級(jí)“仿生機(jī)器魚”和2012年校級(jí)“智能機(jī)器魚氯氣監(jiān)控系統(tǒng)”項(xiàng)目。項(xiàng)目的前期研究涉及過(guò)程控制系統(tǒng)控制策略和控制器參數(shù)確定實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中引導(dǎo)有能力的學(xué)生多方面考慮問(wèn)題、多方面解決問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新能力不知不覺(jué)就應(yīng)用到科研活動(dòng)，科研活動(dòng)中遇到的各種問(wèn)題又不斷培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，使學(xué)生利用扎實(shí)的基礎(chǔ)及時(shí)攝取新知識(shí)，實(shí)驗(yàn)技能又推動(dòng)獲取知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)的創(chuàng)新能力。進(jìn)一步發(fā)展了學(xué)生學(xué)科知識(shí)的橫向關(guān)聯(lián)，使學(xué)生將所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，使學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力得到有效培養(yǎng)。
4 多學(xué)科知識(shí)融合實(shí)驗(yàn)過(guò)程，培養(yǎng)創(chuàng)造性人才
過(guò)程控制系統(tǒng)的知識(shí)點(diǎn)和其他課程呈現(xiàn)立體交叉，多學(xué)科知識(shí)又融合于實(shí)驗(yàn)過(guò)程，為此，課題組在自動(dòng)化系列課程實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用逐步遞進(jìn)的原則安排一些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，為后續(xù)課程做必要的鋪墊。例如，基本的開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性研究在控制理論課程中已做了多方位研究，過(guò)程控制系統(tǒng)前饋控制為什么可以有效地消除干擾影響，前饋加反饋的復(fù)合控制為什么既可保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性又可提高系統(tǒng)的抗干擾能力，它是如何解決穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度之間的矛盾等問(wèn)題。要求學(xué)生先思考，教師輔助給出提示，從自動(dòng)控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)概念、穩(wěn)定性分析和穩(wěn)態(tài)誤差與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)
系，融合多學(xué)科知識(shí)引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析所得結(jié)果，最后合理正確地給出答案，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)研究得到全面和立體的概念，使實(shí)驗(yàn)升華到科學(xué)研究的探索實(shí)驗(yàn)，學(xué)生自身的知識(shí)無(wú)形中得到增加，鞏固了以前其他課程中學(xué)習(xí)的知識(shí)，加強(qiáng)了多學(xué)科之間的融合，進(jìn)而拓展了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。
5 結(jié)束語(yǔ)
專業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高等學(xué)校工科教學(xué)中占有重要的地位，探討過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)新模式具有重要意義，通過(guò)連續(xù)5年的實(shí)踐，在注重學(xué)生理論知識(shí)的夯實(shí)的基礎(chǔ)上，把課程實(shí)驗(yàn)有機(jī)、科學(xué)地貫穿于整個(gè)教學(xué)活動(dòng)，多方位設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、多學(xué)科融合實(shí)驗(yàn)過(guò)程和帶著問(wèn)題做實(shí)驗(yàn)等均以學(xué)生為主導(dǎo)，充分考慮學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)規(guī)律。使學(xué)生個(gè)人的潛在能力得到充分發(fā)揮，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性得到有效發(fā)展。理論教學(xué)鏈和實(shí)踐教學(xué)鏈有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，在實(shí)踐教學(xué)中注意激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性，注重教與學(xué)的互動(dòng)，注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力、解決問(wèn)題能力和綜合創(chuàng)新能力，提高了專業(yè)課程教學(xué)效果和質(zhì)量，對(duì)高素質(zhì)人才培養(yǎng)和創(chuàng)新科研能力提升奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。
【摘 要】過(guò)程控制系統(tǒng)是自動(dòng)化專業(yè)的核心課程之一，具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。根據(jù)課程教學(xué)的特點(diǎn)，針對(duì)課堂教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，從教學(xué)方法，教案設(shè)計(jì)等方面出發(fā)，探討具有更好教學(xué)效果的授課方法，使學(xué)生能夠真正理解和掌握這門課程。
【關(guān)鍵詞】過(guò)程控制；課堂教學(xué)；教學(xué)方法
一、引言
過(guò)程控制是自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的專業(yè)課必修課之一，是以實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程為背景，自動(dòng)控制理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，在自動(dòng)化專業(yè)的整個(gè)課程體系中占有重要地位。課程內(nèi)容涵蓋了系統(tǒng)建模方法，工業(yè)過(guò)程特性控制理論和算法，控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)等，不僅研究簡(jiǎn)單的單回路系統(tǒng)，也涉及復(fù)雜系統(tǒng)控制，先進(jìn)控制系統(tǒng)等。由于課程理論與實(shí)際聯(lián)系非常緊密，涉及面廣且深，對(duì)學(xué)生理論基礎(chǔ)有較高要求，傳統(tǒng)的課堂理論教學(xué)難以保證學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解和掌握，令學(xué)生感到抽象枯燥，降低學(xué)習(xí)機(jī)進(jìn)行，教學(xué)效果不佳。針對(duì)這種情況，從教學(xué)方法，教案設(shè)計(jì)等方面出發(fā)，結(jié)合自身的教學(xué)體會(huì)，對(duì)“過(guò)程控制系統(tǒng)”的教學(xué)做了簡(jiǎn)單探討，尋找更加能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，改善教學(xué)效果的教學(xué)方法。
二、教學(xué)內(nèi)容調(diào)整和仿真軟件的運(yùn)用
以往的“過(guò)程控制系統(tǒng)”教學(xué)偏重于理論教學(xué)，在課堂上詳細(xì)講解公式和推導(dǎo)過(guò)程，理論性太強(qiáng)，使學(xué)生感覺(jué)課程內(nèi)容枯燥難懂，失去學(xué)習(xí)興趣。為了避免這種情況，通過(guò)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，調(diào)整了教學(xué)內(nèi)容，將學(xué)習(xí)重點(diǎn)從原來(lái)對(duì)理論知識(shí)的大量復(fù)雜的推導(dǎo)過(guò)程，轉(zhuǎn)移到從工業(yè)生產(chǎn)實(shí)例引出理論知識(shí)上來(lái)。同時(shí)應(yīng)用Matlab仿真軟件來(lái)驗(yàn)證過(guò)程控制的理論，使教學(xué)過(guò)程更加形象化，使學(xué)生能夠掌握過(guò)程控制的核心知識(shí)，并加深過(guò)程控制系統(tǒng)的理解和認(rèn)識(shí)，大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。同時(shí)，為了體現(xiàn)課程理論緊密聯(lián)系實(shí)際的特點(diǎn)，在教學(xué)當(dāng)中引入與實(shí)際相關(guān)的控制方法以及信號(hào)處理等方面的內(nèi)容，讓學(xué)生掌握一定的實(shí)際應(yīng)用背景，具有更大的知識(shí)量，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，更加主動(dòng)地學(xué)習(xí)這門課程。另外，由于科技的發(fā)展，過(guò)程控制系統(tǒng)更新快速，因此在上課過(guò)程中，除了必須的教學(xué)內(nèi)容外，還應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生了解過(guò)程控制領(lǐng)域最新的發(fā)展動(dòng)態(tài)，了解該學(xué)科的最新信息，讓學(xué)生更加了解所學(xué)知識(shí)在本專業(yè)領(lǐng)域的地位，從而更加積極主動(dòng)的投入到課程學(xué)習(xí)當(dāng)中。
計(jì)算機(jī)仿真軟件的應(yīng)用為過(guò)程控制教學(xué)提供了便利。在課堂教學(xué)過(guò)程中，仿真軟件和多媒體教學(xué)的應(yīng)用，能夠?yàn)閷W(xué)生直觀地展示控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，工作過(guò)程，以及控制效果等。通過(guò)多媒體課件，使得課堂教學(xué)變得更加生動(dòng)多變，有助于調(diào)動(dòng)課堂氣氛，而Matlab仿真軟件豐富的工具箱，能夠加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，通過(guò)基于Matlab的仿真實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生充分理解相似的概念和參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能帶來(lái)的影響，在理論教學(xué)的同時(shí)讓學(xué)生掌握仿真軟件的用法，一舉兩得。通過(guò)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)的質(zhì)量，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。
三、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)在飛速發(fā)展，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)教學(xué)平臺(tái)，將課堂教學(xué)延伸至互聯(lián)網(wǎng)，豐富了教學(xué)內(nèi)容，能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)教學(xué)難點(diǎn)的掌握和理解。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，將詳細(xì)的教學(xué)課件，仿真軟件、程序和使用說(shuō)明，教學(xué)日歷，課程通知，教學(xué)問(wèn)卷，以及測(cè)試復(fù)習(xí)題等內(nèi)容上載，供學(xué)生下載使用。采用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可以豐富教學(xué)內(nèi)容，并實(shí)現(xiàn)最大限度的信息共享，同時(shí)也可以通過(guò)教學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)答疑，學(xué)生間互相討論和交流等?？梢?jiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是課堂教學(xué)的有力補(bǔ)充，對(duì)于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和效率具有重要幫助。
四、注重與學(xué)生的交流
教學(xué)的目的在于讓學(xué)生更好地掌握知識(shí)，應(yīng)該注重與學(xué)生的交流，多聽(tīng)學(xué)生的體會(huì)和意見(jiàn)，了解他們所需的知識(shí)量，為學(xué)生制定更好地教學(xué)內(nèi)容。另外作為老師，除了關(guān)心學(xué)生對(duì)本門課程的意見(jiàn)和建議之外，還應(yīng)該以學(xué)生朋友的身份對(duì)他們的生活和學(xué)習(xí)提出建議和指導(dǎo)，盡量幫助學(xué)生的成長(zhǎng)，盡量做一個(gè)受學(xué)生愛(ài)戴的好老師。
五、結(jié)束語(yǔ)
過(guò)程控制是自動(dòng)化專業(yè)的一門非常重要的課程，與生產(chǎn)過(guò)程關(guān)系密切，在課程的課堂教學(xué)中，通過(guò)改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，采用先進(jìn)的教學(xué)方法和教學(xué)手段，將傳統(tǒng)教學(xué)與仿真軟件相結(jié)合，根據(jù)課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程引入從實(shí)際問(wèn)題中提煉出來(lái)的有代表性的實(shí)例，并充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，為學(xué)生重點(diǎn)講解，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)的能力，從而全面提高了過(guò)程控制課程教學(xué)質(zhì)量與效果。
摘要：本文介紹了某冷軋廠冷卷準(zhǔn)備機(jī)組過(guò)程控制系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)，包括硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)?；A(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)包括順控，主令，跟蹤，急停和HMI；著重?cái)⑹隽诉^(guò)程控制的實(shí)現(xiàn)方法。
關(guān)鍵字：硬件，順控，主令，跟蹤，急停，HMI
系統(tǒng)概述
該冷卷準(zhǔn)備機(jī)組為連續(xù)生產(chǎn)機(jī)組，用于取向硅鋼（含SGO）和高牌號(hào)無(wú)取向硅鋼冷軋后的鋼卷處理,最大速度400m/min，是目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)化程度較高的一條機(jī)組。整個(gè)機(jī)組自動(dòng)化控制系統(tǒng)完成鋼卷從入口運(yùn)輸，自動(dòng)上卷及開(kāi)卷，入口定位剪切，焊接，圓盤剪切邊，定位剪切，卷取機(jī)卷取及卸卷，稱重打捆整個(gè)過(guò)程。所有功能均可全自動(dòng)或半自動(dòng)完成。被控設(shè)備以入開(kāi)卷機(jī)、張力輥、卷取機(jī)為核心， 輔之以入口鋼卷小車、入口轉(zhuǎn)向夾送輥、入口剪、糾偏輥、分切剪、出口轉(zhuǎn)向夾送輥、卸卷小車、鋼卷稱等設(shè)備。
控制系統(tǒng)硬件及網(wǎng)絡(luò)組成
控制系統(tǒng)的硬件分布于計(jì)算機(jī)室、操作室、電氣室和現(xiàn)場(chǎng)，如圖1所示?；A(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件設(shè)備組成：
SIMATIC S7-400可編程控制器（CPU416-2DP）：2塊
高速技術(shù)模塊（FM450-1）：1塊
DP通訊模塊（CP443-5）：1塊
以太網(wǎng)通訊模塊（CP443-1）:1塊
全數(shù)字交流傳動(dòng)調(diào)速裝置(6SE70)：多臺(tái)
專用急停控制控制器（CPU315F-2DP）：1套
及遠(yuǎn)程I/O站、PDA、工程師站、服務(wù)器、操作員站等組成。
通過(guò)快速以太網(wǎng)、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各自動(dòng)化單元以及與上位機(jī)的通信,構(gòu)成典型三層通訊網(wǎng)絡(luò)的三級(jí)控制系統(tǒng)。
通訊網(wǎng)絡(luò)的第一層：人機(jī)接口與PLC之間及PLC彼此之間的以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全線生產(chǎn)參數(shù)的設(shè)定和各設(shè)備的狀態(tài)、電氣參數(shù)及故障，生產(chǎn)工藝過(guò)程在人機(jī)接口HMI的顯示；
通訊網(wǎng)絡(luò)的第二層：PLC與遠(yuǎn)程I/O站之間及PLC與傳動(dòng)系統(tǒng)之間的PROFIBUS-DP網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)系統(tǒng)控制指令的傳送和系統(tǒng)狀態(tài)及參數(shù)的收集；
通訊網(wǎng)絡(luò)的第三層：PLC彼此之間實(shí)現(xiàn)控制信息及數(shù)據(jù)傳送的MPI網(wǎng)。
圖1. 自動(dòng)化系統(tǒng)配置圖
控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
軟件功能主要由以下幾部分。
3.1順續(xù)控制和跟蹤
鋼卷運(yùn)輸，換輥，液壓等一類單體設(shè)備動(dòng)作的控制可歸為順序控制。順序控制一般負(fù)責(zé)單體設(shè)備如液壓傳動(dòng)設(shè)備、恒速電機(jī)等的控制。順序控制還包括自動(dòng)步，即將一系列動(dòng)作為一個(gè)運(yùn)動(dòng)組來(lái)處理，實(shí)現(xiàn)系列動(dòng)作序列的自動(dòng)完成，如鋼卷自動(dòng)運(yùn)輸，自動(dòng)上卷等。采用圖形化的順序功能圖表“SFC”編輯生成。由于所有聯(lián)鎖是在執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制級(jí)上完成的，因此這一級(jí)完整地保留下來(lái)以組織成適當(dāng)?shù)捻樞蚩刂啤Ｔ诔绦蛑兴修D(zhuǎn)移條件彼此獨(dú)立，不用考慮彼此的聯(lián)鎖關(guān)系，通過(guò)簡(jiǎn)單易懂的與/或邏輯即可進(jìn)行修改。每個(gè)順序都可單獨(dú)進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)選擇。
物料跟蹤包括帶鋼跟蹤（SEGA）功能和物料（數(shù)據(jù)）(MAVE)跟蹤功能。SEGA是基本的跟蹤功能。它將整個(gè)生產(chǎn)線按一定原則劃分成若干個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)再劃分成若干個(gè)段，跟蹤就是基于這些段進(jìn)行的。每條帶鋼焊縫經(jīng)過(guò)線上區(qū)間，基于區(qū)間的段 利用內(nèi)部記數(shù)器計(jì)算出（利用編碼器給出的焊縫行程和區(qū)段的長(zhǎng)度）整條線上的帶鋼鏡像，用標(biāo)志位標(biāo)識(shí)（每個(gè)區(qū)間段數(shù)之和＝整條線段數(shù)）。MAVE功能基于SEGA功能，MAVE用線上帶鋼的鏡像（標(biāo)志位）去跟蹤帶鋼和整條線上的數(shù)據(jù)，MAVE能觸發(fā)動(dòng)作和在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和其他的自動(dòng)功能就設(shè)定點(diǎn)/參考值進(jìn)行通訊，盡管MAVE是基于線上的帶鋼鏡像（標(biāo)志位），但是動(dòng)作僅僅在焊縫從一段跨越另一段時(shí)觸發(fā)，可在這樣的段邊界中定義多個(gè)動(dòng)作，動(dòng)作點(diǎn)也可以使用來(lái)自其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
3.2 主令控制
主令程序負(fù)責(zé)全線帶鋼傳輸控制，也是整個(gè)基礎(chǔ)自動(dòng)化的中心，可以分為兩部分，主速度發(fā)生器和線速度協(xié)調(diào)控制器，兩者是主從關(guān)系，線速度控制器起主要作用。
線速度協(xié)調(diào)控制器負(fù)責(zé)整個(gè)生產(chǎn)線運(yùn)行，協(xié)調(diào)帶鋼的處理過(guò)程，傳輸、啟動(dòng)相應(yīng)的設(shè)定、定位、控制、剪切等程序。線速度協(xié)調(diào)控制器的功能包括操作模式的處理（運(yùn)行/爬行，停止，保持，穿帶/甩尾，快停，快停，緊急停車，聯(lián)合點(diǎn)動(dòng)，單獨(dú)點(diǎn)動(dòng)等）斷帶檢測(cè)，
主速度發(fā)生器完成線速度協(xié)調(diào)控制器的控制值送到傳動(dòng)系統(tǒng)，包括傳輸帶鋼運(yùn)行所需要的各種功能，啟動(dòng)、加減速，帶鋼定位控制，張力控制，開(kāi)卷機(jī)控制，卷取機(jī)控制，速度設(shè)定值。
帶鋼定位控制是閉環(huán)，利用裝在張力輥或夾送輥上的編碼器對(duì)帶鋼定點(diǎn)定位控制，包括帶鋼頭部定位，帶鋼尾部定位，自動(dòng)減速功能。
張力控制。張力控制策略為：當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，張力值平滑上升到正常運(yùn)行張力值。在機(jī)組臨時(shí)停車時(shí)，張力值保持運(yùn)行張力值不變；超過(guò)臨時(shí)停車時(shí)間，張力切換到停機(jī)張力。如果機(jī)組停車時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，機(jī)組張力自動(dòng)切斷。
在運(yùn)行中，某個(gè)區(qū)域的實(shí)際張力突然快速下降，這個(gè)信號(hào)將反應(yīng)在張力控制的傳動(dòng)裝置的實(shí)際轉(zhuǎn)矩上，或某個(gè)張力計(jì)的實(shí)際檢測(cè)值，斷帶檢測(cè)程序發(fā)出斷帶信號(hào)，并對(duì)相應(yīng)區(qū)域發(fā)出快停指令。
3.3 急停系統(tǒng)
急停系統(tǒng)負(fù)責(zé)全線的緊急停車。全線分為4個(gè)區(qū)域，線上區(qū)域1個(gè)，即從開(kāi)卷機(jī)到卷取機(jī)的整個(gè)區(qū)域。線外有3個(gè)區(qū)，液壓站，入口鋼卷運(yùn)輸區(qū)，出口鋼卷運(yùn)輸區(qū)。
急?？刂频碾姎庠O(shè)備類型主要包括，MCC恒速電機(jī)，變頻調(diào)速電機(jī)，液壓驅(qū)動(dòng)設(shè)備等。主要控制過(guò)程為：操作臺(tái)上急停按鈕觸發(fā)急停，急停PLC收到信號(hào)，計(jì)算處理后發(fā)急停信號(hào)至急停繼電器，后者將急停信號(hào)分發(fā)至MCC柜、變頻傳動(dòng)柜，遠(yuǎn)程I/O站等。實(shí)現(xiàn)停車。急停事故回復(fù)后，必須在HMI上進(jìn)行急停確認(rèn)。
3.4 HMI系統(tǒng)
HMI （Human-Machine Interface） 人機(jī)界面系統(tǒng)是通過(guò)WINCC軟件實(shí)現(xiàn)的。WINCC軟件包括，組態(tài)界面，操作界面，報(bào)警系統(tǒng)，歸檔系統(tǒng)，報(bào)表系統(tǒng)，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。在本項(xiàng)目中HMI系統(tǒng)，主要包括八個(gè)部分。
工藝過(guò)程跟蹤：包括全線機(jī)組總覽，重要設(shè)備的數(shù)據(jù)顯示，修改；
液壓和潤(rùn)滑系統(tǒng)：包括液壓站，開(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)的潤(rùn)滑站，全線的CPC和EPC的液壓站。包含電機(jī)的啟?？刂坪蜖顟B(tài)監(jiān)視畫面。
診斷畫面：包括全線傳感器的狀態(tài)畫面和DP網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)畫面。
傳動(dòng)分合閘：控制全線傳動(dòng)設(shè)備控制裝置的分?jǐn)嗪秃祥l。
趨勢(shì)：全線重要數(shù)據(jù)的趨勢(shì)圖。
自動(dòng)步：用于監(jiān)視所有的自動(dòng)步及動(dòng)作條件。
畫面中符號(hào)解釋畫面：包括顏色說(shuō)明，設(shè)備符號(hào)說(shuō)明和介質(zhì)系統(tǒng)符號(hào)說(shuō)明。
HMI系統(tǒng)包括2臺(tái)HMI服務(wù)器，2臺(tái)HMI客戶機(jī)。其中HMI的服務(wù)器放置在電氣室，兩臺(tái)服務(wù)器之間為冗余系統(tǒng)配置。
HMI系統(tǒng)服務(wù)器之間以及HMI服務(wù)器和客戶機(jī)之間均采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信。服務(wù)器會(huì)保存過(guò)程值和配方數(shù)據(jù)；客戶機(jī)只訪問(wèn)服務(wù)器，顯示服務(wù)器提供的過(guò)程畫面和過(guò)程值，并可接受操作員的輸入 傳給服務(wù)器，本身并不保存數(shù)據(jù)。
總結(jié)
冷卷準(zhǔn)備機(jī)組過(guò)程控制系統(tǒng)的配置先進(jìn)，控制精度高，其自動(dòng)化程度降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)全機(jī)組4人生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)效率；自投運(yùn)以來(lái)，機(jī)組設(shè)備和整個(gè)生產(chǎn)線均運(yùn)行良好，受到了用戶的好評(píng)。
摘 要： ProfiBus現(xiàn)場(chǎng)總線具備傳輸快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾等優(yōu)良性能，已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)與分散I/O之間的高速通信。首先介紹了ProfiBus現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)，然后基于ProfiBus?DP和PA、Siemens PLC 300和Wincc組態(tài)軟件，詳細(xì)闡述了過(guò)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，硬件、通信協(xié)議、監(jiān)控頁(yè)面的組態(tài)方法和步驟。
關(guān)鍵詞： ProfiBus； PLC； WinCC； 組態(tài)
引 言
伴隨著工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的大型化、復(fù)雜化、連續(xù)化和自動(dòng)化發(fā)展，對(duì)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?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和智能儀表設(shè)備的互聯(lián)和實(shí)時(shí)通信。它是一種開(kāi)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(chǎng)總線為基礎(chǔ)，介紹以Siemens PLC 300和Wincc組態(tài)軟件為主體的過(guò)程控制系統(tǒng)的軟硬件組態(tài)過(guò)程。
1 ProfiBus現(xiàn)場(chǎng)總線
ProfiBus現(xiàn)場(chǎng)總線是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)[2?3]，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)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(gè)兼容部分組成。其中ProfiBus?DP和PA的特點(diǎn)如下[1，5]：
ProfiBus?DP適用于自動(dòng)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(hào)傳輸；使用RS 485傳輸技術(shù)或光纖媒體。
ProfiBus?PA專為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)；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(kuò)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(lái)構(gòu)建過(guò)程控制系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)架構(gòu)
本過(guò)程控制系統(tǒng)用于模擬對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)液位、溫度等信息的采集、處理，PID控制和控制工藝流程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)通過(guò)ProfiBus現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換，采用MPI通信方式與上位機(jī)進(jìn)行通信和遠(yuǎn)程控制，從而使整個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
系統(tǒng)主要包含上位監(jiān)控機(jī)、CPU、以太網(wǎng)通信模塊、DP鏈路、分布式I/O和變頻器DP從站、溫度和壓力變送器、閥門定位器、電磁流量計(jì)等。CPU采用Siemens的S7300 315?2 DP，既具有多點(diǎn)通信功能的MPI接口，又具有ProfiBus?DP通信功能 [6]。
摘要：“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”在熱工過(guò)程自動(dòng)化專業(yè)課程體系中為核心專業(yè)課程，該課程在提高熱工過(guò)程自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐能力方面處于極其重要的地位。針對(duì)火力發(fā)電機(jī)組技術(shù)的發(fā)展和電力企業(yè)對(duì)熱控技術(shù)人員的要求，從教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)以及課程設(shè)計(jì)等方面探討了“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”及其課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革，在實(shí)踐中取得了良好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：熱工過(guò)程控制；課程設(shè)計(jì)；教學(xué)改革
長(zhǎng)沙理工大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我校”）熱工過(guò)程自動(dòng)化專業(yè)主要面對(duì)發(fā)電行業(yè)，學(xué)生主要在火力和核電等發(fā)電行業(yè)就業(yè)。根據(jù)我校辦學(xué)特色及熱工過(guò)程自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，立足電力行業(yè)，突出電力特色?！盁峁み^(guò)程控制系統(tǒng)”課程主要講授過(guò)程控制的基礎(chǔ)理論知識(shí)，包括單回路、串級(jí)、前饋、比值、解耦等典型控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、參數(shù)整定方法，以及火力發(fā)電廠汽包鍋爐蒸汽溫度、汽包鍋爐給水、鍋爐燃燒過(guò)程、單元機(jī)組協(xié)調(diào)等控制系統(tǒng)的構(gòu)成、原理和系統(tǒng)分析。該課程作為熱工過(guò)程自動(dòng)化專業(yè)核心主干課程，占有舉足輕重的位置，因此該課程的建設(shè)一直受到院系的高度重視。通過(guò)該課程的教學(xué)，使學(xué)生能夠運(yùn)用過(guò)程控制原理，結(jié)合火力發(fā)電過(guò)程對(duì)象，從事熱工過(guò)程控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、運(yùn)行與開(kāi)發(fā)研究工作，增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，進(jìn)一步加深對(duì)火力發(fā)電廠鍋爐各子系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解?；诖?，課程組對(duì)該課程從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)及課程設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了探索性的教學(xué)改革，并在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中取得了良好的教學(xué)效果。
一、“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”課程教學(xué)改革
1.根據(jù)人才培養(yǎng)要求，更新教學(xué)大綱
教學(xué)大綱是課程教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)指導(dǎo)文件。經(jīng)過(guò)課程組多次討論，結(jié)合最新專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃，按照拓寬基礎(chǔ)、加強(qiáng)素質(zhì)教育、培養(yǎng)創(chuàng)新能力和工程能力的思路擬定了“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”及“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”兩門課程的教學(xué)大綱，進(jìn)一步明確了該課程及其課程設(shè)計(jì)在整個(gè)專業(yè)課程體系中的地位和作用，規(guī)定了基本教學(xué)任務(wù)和要求。
2.課程教材建設(shè)
教材是進(jìn)行課程教學(xué)的基本工具，是進(jìn)行教學(xué)工作、有效提高教學(xué)質(zhì)量的重要保證。該課程在教學(xué)中使用過(guò)兩種正式出版教材，總體來(lái)看，所用課程教材內(nèi)容比較全面。但是，由于熱工過(guò)程控制技術(shù)和火力發(fā)電機(jī)組技術(shù)的不斷發(fā)展，教材中有些內(nèi)容就顯得較陳舊，為此根據(jù)最新擬定的教學(xué)大綱，并參考國(guó)內(nèi)有關(guān)火力發(fā)電機(jī)組最新技術(shù)和過(guò)程控制相關(guān)教材，結(jié)合課程組近幾年形成的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，編寫并出版了“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”課程的新教材。[1]
3.更新教學(xué)內(nèi)容
“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”課程內(nèi)容幾乎涉及到本專業(yè)先修的所有專業(yè)基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程。在組織課程教學(xué)內(nèi)容上，根據(jù)最新出版的教材，每學(xué)期課程組依據(jù)收集的火力發(fā)電機(jī)組最新技術(shù)和過(guò)程控制技術(shù)在火力發(fā)電機(jī)組上的最新應(yīng)用，在學(xué)期末課程組開(kāi)會(huì)集體研究、整理，提煉出必要的內(nèi)容充實(shí)到下個(gè)學(xué)期的課程教學(xué)中，不斷更新教學(xué)內(nèi)容，保持教學(xué)內(nèi)容的前沿性和新穎性。同時(shí)注重不同專業(yè)課程內(nèi)容之間的銜接，將檢測(cè)技術(shù)、控制儀表、集散控制系統(tǒng)、鍋爐原理、汽輪機(jī)原理、智能控制技術(shù)與控制系統(tǒng)仿真技術(shù)等知識(shí)融入到具體的控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)中，以有利于培養(yǎng)學(xué)生熱工過(guò)程控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)能力。[2]
4.改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段
在課堂紀(jì)律管理方面上，制作簽到點(diǎn)名表格，學(xué)生上課時(shí)自己在簽到表格上填寫自己的姓名和學(xué)號(hào)。通過(guò)學(xué)生簽到點(diǎn)名方法，既節(jié)省了全班學(xué)生姓名點(diǎn)名所花的時(shí)間，同時(shí)，也方便教師與學(xué)生之間的互動(dòng)，并加強(qiáng)了對(duì)課堂的管理。在課堂上，通過(guò)學(xué)生的簽到表，可以很方便對(duì)應(yīng)地找到講話、睡覺(jué)、玩手機(jī)、戴耳機(jī)等學(xué)生姓名，可通過(guò)點(diǎn)名或點(diǎn)名回答問(wèn)題等方式提醒學(xué)生；與此同時(shí)，在課堂上積極跟教師互動(dòng)、回答問(wèn)題的學(xué)生都根據(jù)情況記錄，在平時(shí)成績(jī)上加分。
在教學(xué)方法上，注意運(yùn)用啟發(fā)式和互動(dòng)式教學(xué)，課程中的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)盡量講解得生動(dòng)形象易懂；對(duì)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，在講解后，采取提問(wèn)或課堂討論等互動(dòng)手段加強(qiáng)學(xué)生對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)的理解。課程教學(xué)采用多媒體課件教學(xué)，對(duì)重要的理論知識(shí)及時(shí)使用MATLAB/Simulink進(jìn)行仿真，進(jìn)一步加強(qiáng)理論知識(shí)的理解。[2]比如課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)：PID控制器比例、積分、微分三個(gè)參數(shù)對(duì)控制質(zhì)量的影響，若是只將三個(gè)參數(shù)對(duì)控制質(zhì)量影響的結(jié)論告訴學(xué)生，學(xué)生比較難以理解，但是通過(guò)Simulink仿真就能生動(dòng)地將PID控制器的比例帶、積分時(shí)間、微分時(shí)間三個(gè)參數(shù)變化對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響通過(guò)曲線的形式體現(xiàn)出來(lái)，這樣就加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的深入理解。[3]
5.實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革
本課程的所有實(shí)驗(yàn)都放在熱工檢測(cè)與控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)這一門綜合性實(shí)驗(yàn)課程，并出版了該實(shí)驗(yàn)課程的教材，由實(shí)驗(yàn)室老師講授，并指導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。針對(duì)熱工過(guò)程控制系統(tǒng)課程內(nèi)容，開(kāi)設(shè)了六個(gè)實(shí)驗(yàn)，包括單容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)試、雙容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)試、單回路定值控制系統(tǒng)、水箱液位與流量串級(jí)控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)和上下水箱液位前饋-反饋控制系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量方法，單回路控制系統(tǒng)、串級(jí)控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、前饋-反饋控制系統(tǒng)等控制系統(tǒng)原理及其調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。
二、“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”教學(xué)改革
“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”是熱工自動(dòng)化專業(yè)繼“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”課程之后一項(xiàng)重要且必不可少的工程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是完成書本知識(shí)到實(shí)際運(yùn)用能力轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵步驟，其學(xué)時(shí)為兩周。其目的是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的熱工過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析理論知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，進(jìn)一步發(fā)掘和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力，主要從教學(xué)大綱、課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、課程設(shè)計(jì)選題、指導(dǎo)教師的團(tuán)隊(duì)化、課程設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)習(xí)的關(guān)聯(lián)性等方面進(jìn)行改革探索。[4]
1.改革目標(biāo)
按照熱工自動(dòng)化專業(yè)的“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力”的要求，結(jié)合“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”課程教學(xué)改革，使學(xué)生在完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)的過(guò)程中進(jìn)一步加深對(duì)過(guò)程控制理論知識(shí)的理解和掌握，并在該課程設(shè)計(jì)過(guò)程中努力提高學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力。
2.課程設(shè)計(jì)選題優(yōu)化
“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”主要圍繞火力發(fā)電廠鍋爐各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，給出了過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、磨煤機(jī)多變量解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等5個(gè)子課題，4～6名學(xué)生一組，每組對(duì)應(yīng)一個(gè)子課題，要求必須完成該組課題的方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)構(gòu)建、參數(shù)整定、結(jié)果分析和答辯等任務(wù)，進(jìn)一步提高培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。
3.指導(dǎo)教師的團(tuán)隊(duì)化探索
學(xué)生工程能力的培養(yǎng)，指導(dǎo)教師是關(guān)鍵。指導(dǎo)教師必須有豐富的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有相當(dāng)?shù)慕鉀Q實(shí)際問(wèn)題的積累。加強(qiáng)“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”指導(dǎo)教師師資隊(duì)伍建設(shè)，聘請(qǐng)學(xué)校附近電廠的熱工骨干技術(shù)員擔(dān)任輔助指導(dǎo)教師。整合理論課授課教師、實(shí)驗(yàn)課指導(dǎo)教師、課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師、運(yùn)行實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師及電廠技術(shù)員五者優(yōu)勢(shì)資源，探索課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)模式。
4.強(qiáng)化課程設(shè)計(jì)與電廠運(yùn)行實(shí)習(xí)的關(guān)聯(lián)性
我校熱工過(guò)程自動(dòng)化專業(yè)的“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”和“電廠運(yùn)行實(shí)習(xí)”都在大四第一學(xué)期開(kāi)展，進(jìn)一步分析課程設(shè)計(jì)與電廠運(yùn)行實(shí)習(xí)的內(nèi)在聯(lián)系。合理安排課程設(shè)計(jì)與電廠運(yùn)行實(shí)習(xí)時(shí)間安排，根據(jù)不同的課程設(shè)計(jì)題目對(duì)學(xué)生的電廠運(yùn)行實(shí)習(xí)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有針對(duì)性的強(qiáng)化安排，強(qiáng)化課程設(shè)計(jì)與電廠運(yùn)行實(shí)習(xí)的關(guān)聯(lián)性，使得課程設(shè)計(jì)和電廠運(yùn)行實(shí)習(xí)都能取得良好的效果。
三、結(jié)束語(yǔ)
在近幾年來(lái)的教學(xué)中，對(duì)“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”及“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”兩門課程教學(xué)改革進(jìn)行探索與實(shí)踐，逐步完善了教學(xué)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，在教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及基于工程能力培養(yǎng)的課程設(shè)計(jì)等多個(gè)方面，都進(jìn)行教學(xué)改革探索。通過(guò)這門課程理論教學(xué)及其課程設(shè)計(jì)的教學(xué)，使學(xué)生在面對(duì)火力發(fā)電廠時(shí)，加深了對(duì)熱工過(guò)程控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、參數(shù)整定、仿真研究等理論知識(shí)的整體認(rèn)識(shí)，并提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，使理論知識(shí)和工程實(shí)踐得到了有效的融合。
摘 要：針對(duì)目前水廠管網(wǎng)供水過(guò)程控制需求，設(shè)計(jì)供水過(guò)程綜合控制系統(tǒng)，用網(wǎng)絡(luò)將三套水廠控制系統(tǒng)連接監(jiān)控，每套系統(tǒng)對(duì)水位、壓力和流量檢測(cè)，可對(duì)三套系統(tǒng)進(jìn)行多種綜合控制；并嵌入視頻監(jiān)控，監(jiān)視水質(zhì)和設(shè)備安全等；還引入labview信號(hào)處理模塊，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和信號(hào)分析提供有力條件，最后探討了Internet引入遠(yuǎn)程監(jiān)控的可行性。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)控制，視頻監(jiān)控，穩(wěn)壓供水，WinCC，變頻器
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(duì)水廠多臺(tái)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(jì)一個(gè)以工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(gè)系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程web監(jiān)控、復(fù)雜的關(guān)聯(lián)控制、生動(dòng)的組態(tài)監(jiān)控界面、對(duì)輸入輸出信號(hào)采集分析等功能。通過(guò)對(duì)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(shí)際資源和條件本文提出了這個(gè)網(wǎng)絡(luò)供水模型控制系統(tǒng)。并探討了遠(yuǎn)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(jī)，下位機(jī)西門子S7-300PLC進(jìn)行控制，現(xiàn)場(chǎng)采用MPI總線網(wǎng)絡(luò)，對(duì)水面以攝像頭進(jìn)行視頻監(jiān)控，遠(yuǎn)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(dá)到最優(yōu)。從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜的供水網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(dú)立中距離的設(shè)備組成，由一臺(tái)PC機(jī)作為上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理，并與Internet連接。下位機(jī)具有多種監(jiān)測(cè)和控制功能，系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
（1）流量、壓力、液位等過(guò)程量的檢測(cè)，從而實(shí)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(guò)視頻對(duì)危險(xiǎn)或緊急事件進(jìn)行監(jiān)控報(bào)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(hào)，使控制得到最優(yōu)化；（4）現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備間的關(guān)聯(lián)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)基于Internet的操作和監(jiān)視。
系統(tǒng)模型如圖1，現(xiàn)場(chǎng)中單個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)傳感器采集到信號(hào)后通過(guò)信號(hào)處理模塊處理（AD轉(zhuǎn)換）后把數(shù)字信號(hào)傳到 PLC（CPU），然后CPU根據(jù)此信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作；適配器是連接PLC與PC機(jī)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(dāng)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(wèn)題就行了。各個(gè)系統(tǒng)之間的PLC通信可通過(guò)與CPU配套的外接口進(jìn)行MPI通信，而各PC機(jī)之間則通過(guò)Internet進(jìn)行相互的連接。
3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
硬件結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的載體，有上下位機(jī)組成。上位機(jī)采用可靠性較高的西門子工控機(jī)，通過(guò)MPI網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)控制的下位機(jī)PLC連接。下位機(jī)控制系統(tǒng)需要對(duì)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(jìn)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(yuǎn)程壓力傳感器的模擬信號(hào)通過(guò)多通道輸入模塊，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理和判斷；輸出模塊332控制信號(hào)控制電動(dòng)閥、變頻器等執(zhí)行器來(lái)控制流量、水位和供水壓力等；安裝有6個(gè)壓力傳感器，可對(duì)管道的多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和池子的壓力進(jìn)行，還裝有兩個(gè)流量傳感器，這可分別測(cè)量管道多點(diǎn)的水流量大小。本系統(tǒng)的執(zhí)行器是一臺(tái)有變頻器控制調(diào)速的電機(jī)水泵及一臺(tái)恒速水泵，可以方便根據(jù)需要進(jìn)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(jī)相連接，可得到水池和需要監(jiān)測(cè)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的視頻信號(hào)，然后用OLE技術(shù)可以把視頻界面嵌入到工控機(jī)的人機(jī)界面，還可以進(jìn)一步對(duì)該視頻信號(hào)進(jìn)行處理，以實(shí)現(xiàn)特定的事件處理，如自動(dòng)的環(huán)境安全監(jiān)視、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)等等。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括PLC、WinCC等軟件的設(shè)計(jì)，及相互之間的通訊。上位機(jī)軟件是創(chuàng)建變量、界面數(shù)據(jù)輸入與實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)采集管理、故障診斷、上下位機(jī)通信及視頻處理等，其過(guò)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(duì)話的變量。利用圖形編輯器，進(jìn)行組態(tài)、參數(shù)輸入界面。如圖2所示體現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)的大概控制流程：?jiǎn)?dòng)程序后進(jìn)行初始化，清除寄存器里殘留的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)傳感器采集到的信號(hào)傳經(jīng)AD模塊后傳到CPU，處理程序再根據(jù)這些信號(hào)相應(yīng)的處理；其間可進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)操作。每個(gè)控制函數(shù)都獨(dú)立分配一個(gè)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(cuò)。針對(duì)每個(gè)系統(tǒng)，單獨(dú)建立參數(shù)輸入界面。選擇手動(dòng)/自動(dòng)、控制壓力或流量對(duì)象、設(shè)定值與PID參數(shù)、函數(shù)控制、關(guān)聯(lián)控制對(duì)象、標(biāo)量轉(zhuǎn)換參數(shù)輸入等。在對(duì)各個(gè)部分的信號(hào)進(jìn)行及時(shí)的最優(yōu)化分析處理上，本系統(tǒng)引入LabVIEW，然后把這個(gè)信號(hào)及時(shí)反饋給控制程序，從而提高控制信號(hào)的精度。
對(duì)流量或者壓力控制時(shí)，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(shí)際運(yùn)算時(shí)則采用增量算法更加方便，計(jì)算工作量較少，運(yùn)算速度較快，其增量式算法如下：
其中Δu（k）為k次控制的增量，A、B、C等分別為合并計(jì)算的常數(shù)。實(shí)現(xiàn)PID的控制程序由STEP7自帶函數(shù)庫(kù)的SFB 41函數(shù)實(shí)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(shí)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(jìn)行聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制，對(duì)水網(wǎng)供水調(diào)度。工業(yè)上的供水是一個(gè)牽涉到多方面領(lǐng)域的問(wèn)題，這就需要解決多方面的協(xié)調(diào)性與能耗等問(wèn)題。這里主要討論Web方式實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的可行性和實(shí)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(shí)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(jìn)的測(cè)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(shí)驗(yàn)教學(xué)。而視頻嵌入牽扯到多方面的知識(shí)，如視頻信息的采集、采用什么算法進(jìn)行處理，視頻調(diào)用的過(guò)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(hào)一個(gè)exe的文件，并把此文件放在所建的Wincc項(xiàng)目文件夾里，相應(yīng)的圖像分析處理在這里可以進(jìn)行功能擴(kuò)展。（2）在WinCC 面板中調(diào)出個(gè)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(biāo)”，“C動(dòng)作”；（5）鼠標(biāo)放在編程框圖里需添加動(dòng)作的位置處；接著點(diǎn)擊編輯動(dòng)作窗口的左樹(shù)，把他們展開(kāi)，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(guò)程控制系統(tǒng)通過(guò)一臺(tái)主機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)與控制。可以分為三組，每套有自己獨(dú)立的操作界面，可以單獨(dú)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)；實(shí)驗(yàn)時(shí)可以大范圍改變參數(shù)，并且在屏幕上可以直接觀測(cè)到輸出量與檢測(cè)量的對(duì)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(guò)程控制可以與視頻監(jiān)控完美結(jié)合；三臺(tái)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)性實(shí)驗(yàn)可以很好的模擬現(xiàn)實(shí)生活中的復(fù)雜供水網(wǎng)絡(luò)，而且本系統(tǒng)具有試驗(yàn)切換容易，操作簡(jiǎn)便，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)?？刂栖浖捅O(jiān)控界面的運(yùn)作在實(shí)驗(yàn)裝置上調(diào)試通過(guò)，并達(dá)到預(yù)期的效果。本系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)控制是通過(guò)建立數(shù)據(jù)塊的映射實(shí)現(xiàn)的，所以只要把數(shù)據(jù)塊循環(huán)刷新便可實(shí)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(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，這也是結(jié)合了當(dāng)前工廠實(shí)際技術(shù)發(fā)展的需求方向。
