過程控制實驗平臺設(shè)計與實驗項目研發(fā).pdf

1、過程控制是自動化及其相關(guān)專業(yè)的重要專業(yè)課，具有理論性與實踐性并重的特點。切實掌握過程控制課程內(nèi)容，實驗教學環(huán)節(jié)必不可少。然而，許多高校實驗系統(tǒng)并不完善，導致過程控制實驗教學趨于形式化，學生對實驗的理解停留于表面。因此，設(shè)計、開發(fā)一套性能優(yōu)越、功能完善的過程控制實驗平臺對提高過程控制教學質(zhì)量和培養(yǎng)學生工程實踐能力具有重要意義。在陜西省重點科技創(chuàng)新團隊計劃項目（項目編號：2014KCT-15）的資助下，本文將實物實驗與半實物仿真實驗結(jié)合，圍

2、繞過程控制實驗平臺的搭建和實驗項目的研發(fā)開展研究，論文的主要工作可分述如下：
　　（1）過程控制實驗平臺的硬件與軟件設(shè)計
　　根據(jù)對過程控制實驗平臺的需求分析，設(shè)計了一套基于西門子 S7-300 PLC的過程控制實驗平臺。硬件方面，設(shè)計、制作了一套小型化的多參數(shù)三容水箱實驗裝置，用以模擬一階過程、二階過程、大時滯過程等典型環(huán)節(jié)；以該實驗裝置為被控對象，設(shè)計了控制系統(tǒng)硬件部分，涉及測控點數(shù)統(tǒng)計、元器件選型、控制柜和MCC柜設(shè)計

3、與制作等。軟件方面，包括基于STEP7的實驗項目程序開發(fā)與調(diào)試、基于WinCC的監(jiān)控界面設(shè)計、上位機與下位機的以太網(wǎng)通訊實現(xiàn)等。
　　（2）實驗平臺實物實驗項目的研發(fā)
　　在已搭建的實驗平臺上，以過程控制實驗要求為目標，設(shè)計了一系列實物實驗項目。實驗項目涉及液位、溫度、流量、壓力四類常見過程參量的檢測與控制，設(shè)計了被控對象建模實驗、單回路控制實驗等簡單控制實驗項目，以及液位串級、流量比值等復雜控制實驗項目，并分別給出了實驗設(shè)

4、計方案、實驗測試結(jié)果及實驗指導書。進一步以蟻群算法為例闡述了智能算法在實驗平臺上進行實驗驗證的方法。
　　（3）實驗平臺半實物仿真實驗項目的研發(fā)
　　針對半實物仿真的原理與特點，實現(xiàn)了基于 MATLAB與 WinCC的半實物仿真。采用OPC技術(shù)實現(xiàn)了MATLAB與WinCC的雙向數(shù)據(jù)交換，為了使實驗平臺更為緊湊，使用C腳本完成了MATLAB在WinCC中的集成。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計并實現(xiàn)了單回路液位控制及液位串級控制兩個半實物仿