浅谈过程控制实验装置现状及发展

摘要：本文针对目前高校自动化专业过程控制实验装置较简单、功能单一的实际情况，分析了工业以太网的应用现状及发展前景，

>> 浅谈过程控制及其应用 目前工程造价控制现状及造价的全过程控制分析 浅谈过程装备与控制工程专业就业现状 浅谈过程装备与控制工程专业发展趋势 浅谈过程教学 浅谈过程教育 基于PLC的过程控制实验装置液位模糊PID控制 电气自动化工程控制系统现状及发展趋势分析 电气自动化工程控制系统的现状及发展趋势 电气自动化工程控制系统的现状及发展前景 浅谈过程控制自动化系统在高速线材生产过程中的研究与应用 两级网络过程控制系统实验装置 解析电机保护控制节能装置现状及发展趋势 浅谈工程造价管理及过程控制 电气自动化工程控制系统的现状及发展趋势研究 论电气自动化工程控制系统的现状及发展趋势 120万吨/年污水汽提装置过程检测及过程控制系统的设计 芳烃联合装置制造的过程控制 电气自动化工程控制系统的现状及其发展趋势 探讨电气自动化工程控制系统的现状及其发展 常见问题解答 当前所在位置：中国论文网 > 政治 > 浅谈过程控制实验装置现状及发展 浅谈过程控制实验装置现状及发展 杂志之家、写作服务和杂志订阅支持对公帐户付款！安全又可靠！ document.write("作者：未知 如您是作者，请告知我们")

申明:本网站内容仅用于学术交流，如有侵犯您的权益，请及时告知我们，本站将立即删除有关内容。 摘要：本文针对目前高校自动化专业过程控制实验装置较简单、功能单一的实际情况，分析了工业以太网的应用现状及发展前景，提出了从网络控制系统的基本思想出发，开发基于两级网络的过程控制系统实验装置的意义。 关键词：过程控制，教学实验装置，现场总线

一、课题的研究意义

为使工科学生在校期间就受到良好的工程实践锻炼，建设具有实际工程环境的实验室和实习基地一直是自动化专业实验室建设的重要目标。过程控制是指对连续性工业生产过程中有关物理量（液位、压力、温度及流量等参数）的自动控制和管理。基于网络的控制系统实验装置是根据自动化专业及相关专业的实验教学要求，结合实验室建设项目，模拟生产现场实际应用的控制系统目前流行的结构形式开发的，它集PLC技术、网络技术和计算机监控技术为一体，可以开设多个自动控制原理和自动控制系统的实验，除包含常见的数字PID算法及其改进算法外，还增加了模糊控制、人工神经网络控制等先进的控制算法的实验。

开发基于网络的控制系统实验装置兼顾了教、学、研三方面的要求，旨在构成一个基于以太网和Profibus现场总线的实验模式，培养学生的实际动手能力，给学生提供一个接近生产现场的实验环境，为有关教学实验与研究人员提供一个良好的实验平台。基于网络的控制系统软件包含了广泛的实验内容，每一个实验环节都经过精心设计，使学生对过程控制系统有比较全面的认识和理解，更重要的是能让学生在过程控制领域的理论知识与工程实践得到很好的结合。

二、工业控制系统的发展

随着微电子技术、计算机技术以及通信技术的飞速发展，工业控制系统不断发生变革。与此同时，作为控制系统的重要组成部分的工业控制网络，也不断地向前发展[1]。

1、工业控制系统的发展历程

正如劳动工具反映了人类生产力的发展历程，工业仪表设备也反映了工业控制系统的发展历程。工业控制系统经历了以下几个阶段，并处于不断发展过程之中。

1）集中式数字控制系统

模拟信号在信息传递、信息处理和抗扰动性等方面存在不足，而工业生产过程要求控制系统既能处理大量数据，又能实现高级控制，于是在20世纪70―80年代，出现了以数字信号代替模拟信号，用计算机代替模拟调节器的直接数字控制系统和监督控制系统。由于当时的数字计算机技术不发达，价格昂贵，往往用一台计算机取代控制室的几乎所有的仪表盘，形成集中式的数字控制系统。这种系统可靠性低，风险高度集中。一旦计算机出现故障，控制、监视和操作将无法正常进行，给生产带来很大的影响，甚至会造成全局性的重大事故。

2）集散控制系统

20世纪80、90年代，随着计算机可靠性的提高，成本的大幅降低，出现了数字调节器、可编程控制器，以及由多个计算机构成的集中、分散相结合的集散控制系统DCS。DCS将生产系统的信息集中显示和管理，而将控制功能适当分散，从而将危险分散，提高控制系统的可靠性。典型的DCS可分为操作站级、过程控制级和现场仪表3级。这种控制系统的特点是“集中管理，分散控制”。其基本控制功能在过程控制级中，工作站级的主要作用是监督管理。分散控制使得系统由于某个局部的不可靠而造成对系统的损害降到很低的程度，加之各种软硬件技术不断走向成熟，极大地提高了整个系统的可靠性，因而迅速成为工业自动控制的主流[2]。

DCS的缺点也十分明显的，首先其结构是多级主从关系，底层相互间进行信息传递必须经过主机，从而造成主机负荷过重，效率降低，并且主机一旦发生故障，整个系统就会“瘫痪”。其次它是一种数字与模拟混合系统，传输可靠性差，且成本较高。

进入20世纪90年代，随着计算机、通信和网络等技术的发展，实现底层现场设备信息通信的现场总线技术得到空前发展，这引起了自动化系统结构与设备的深刻变革，又出现了现场总线控制系统和以太网控制系统。

2.现场总线控制系统

由于3C（Computer、Control、Communication）技术的发展，过程控制系统将由DCS向FCS（Fieldbus Control System）发展。现场总线实际上是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络，也被称为现场底层设备控制网络（INFRANET）。和Internet、Intranet等类型的信息网络不同，控制网络直接面向生产过程，因此要求很高的实时性、可靠性、资料完整性和可用性。

为满足这些特性，现场总线对标准的网络协议作了简化，省略了一些中间层，只包括ISO/OSI 7层模型中的3层：物理层、数据链路层和应用层[3]。现场总线控制系统（Fieldbus Control System VCS）综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表等多种技术手段，从根本上突破了传统的“点对点”式的模拟信号或数字――模拟信号控制的局限性，构成一种全分散、全数字化、智能、双向、互连、多接点的通信与控制系统。相应的控制网络结构也发生了较大的变化[4]。

三、过程控制实验室控制系统现状及发展

过程控制系统（Process Control System，简称PCS）是模拟现代工业生产过程或对连续性工业生产过程中的物理量，诸如温度、压力、流量、液位等参数，对其进行测量、控制、观察过程参数变化，研究过程控制规律的一类系统。其任务是通过控制系统的设计和实现来完成的，大致包括：确定控制目标、选择测量参数（被调量）、选择操作量、控制方案的确定、选择控制算法、选择执行器、设计报警和连锁保护系统。在当前高校的过程控制系统教学中，过程设备是实现自动化的基础。然而在实际工业生产中，过程设备一般都是比较大型的，而且是专用于某种控制来实现特殊生产目的的，不能适用于高校自动化专业的教学，过程控制实验系统的设计与开发作为一个从理论到实践的桥梁在这里就显得尤为重要。传统的过程控制实验系统普遍存在着功能单一、开放性差等缺点，一般只能针对单一的被控参数如液位或温度等进行过程控制实验，并且不利于二次开发。目前过程控制实验系统基本都是DCS（集散控制系统），学生很难接触到日益流行的FCS（现场总线控制系统），这制约了高校教学水平和学生实践能力的提高。

基于以上原因，若要控制系统能够做到数据采集、数据记录及通讯、实验状态监视，实现数字P1D控制及各种智能控制算法的实验教学，开发出一套基于以太网及现场总线的模拟工业生产过程现场实际应用的控制系统己迫在眉睫。

参考文献：

[1]殷红.工业生产过程自动化的发展概况和趋势[J】内蒙古科技与经济，2001（5）：73～74

[2]李好文，郑岗，余健明，冯鑫.计算机多级网络控制技术[J】.重型机械，2002（2）：16～18

[3]贾东耀，汪仁煌.工业控制网络的发展趋势[J】.工业仪表与自动化装置，2002（5）：12～14

[4]西门子s7 PLC系统、维护和编程集成课程（上）[M】.自动化与驱动培训中心，2001

作者简介：玄刚（1978- ）男，汉族，山东济南人，大学本科，工学学士，山东冶金技师学院讲师，研究方向为机电一体化专业