基于紫金橋監控組態軟件的清華過程控制實驗平臺

背景

清華大學自動化系過程控制研究所早在1982年就成功的研制了“水力模型控制實驗臺”。多年來，該實驗臺的研究一直跟蹤著生產過程自動化技術的發展，多次改進了被控對象的模型和控制裝置，不斷融入新工藝、新技術和新方法，較好地滿足了清華大學以及其他一些院校的教學、科研要求。新構建的“小型多參數過程控制實驗臺”以其體積小、成本低、形象直觀、功能齊全、技術先進、使用方便等優勢，更加利用系統的普遍推廣，深受同行的好評，在自動化實驗教學和科學研究中發揮著重要的作用。

紫金橋軟件和清華大學的合作由來已久，早期的九五和863項目就打下了良好的合作基礎，現在紫金橋與清華大學共建自動化過程控制實驗室，又將雙方的友誼推向了新的高度。

清華大學小型多參數過程控制實驗臺

物理模型

過程控制教學實驗系統以三容水系統為基礎。系統的被控對象為三個串接水柱，設三個傳感器檢測液位的高度，通過A/D轉換控制水泵轉速，改變流量，對液位進行調節，由此構成一個完整的過程控制系統。為了合理利用實驗臺的資源，進一步擴展試驗內容，還設置了兩個溫度信號，一個流量信號和壓力信號。

系統結構

本實驗系統采用一臺服務器對多個實驗臺（>=1臺）的方式，通信方式選用RJ45口。實驗時，即可以選擇一臺服務器對一個實驗臺的單機操作方式；也可以使用一臺服務器對多個實驗臺的方式，然后利用紫金橋軟件的web發布功能，學生就可以在任意聯網的場所完成實驗，而不是局限于實驗室。

以下是整個系統的結構。

實驗控制臺系統結構

系統功能

本系統主要實驗以下幾個功能：

1．人性化的交互界面，學生可以很方便的利用本系統完成各個教學實驗。

2．重要參數提供曲線分析，可以查詢實時/歷史曲線。

3．實驗管理權限合理區分，保證系統使用安全。

4．提供有限的PID，串級，前饋/反饋控制，調節精度較高。

5．強大的web發布功能，打破了以往實驗必須在實驗室完成的模式。

以下是系統功能的實現，整個系統已經嵌入到清華自動化系實驗系統的網頁中，搭建的模式也選用網頁的風格。

實驗控制臺系統體系結構

系統主要完成各實驗項目的搭建，界面美觀，簡潔，利于學生自行完成實驗。

過程控制實驗主界面

以三容水箱單回路控制系統為例，具體看一下各個功能。

三容水箱單回路控制

實時顯示實驗進程：進入當前實驗之后，畫面會自動顯示實驗臺的實時情況，液位、壓力根據實驗的進展實時變化。實驗進行的同時還可以查看實驗原理圖，實驗的幫助等。學生可以方便的控制實驗的開始和結束。

曲線分析：參數的趨勢是評估實驗完成質量的一個重要標準，系統中重要參數給出曲線的方式顯示數據的變化，方便得出實驗結論，為實驗的完成提供依據。每一條曲線都可以放大縮小，也可以將曲線中的數據導出到excel表，以便進一步分析。

PID調節：系統提供PID的調節器，可以方便的切換手/自動控制，并帶用PID各參數的調節控制，方便學生精確的完成實驗。

Web發布：利用web發布功能，與已有的實驗室管理系統形成無縫集成。不同的登陸用戶具有不同的管理權限，還可以記錄學生做實驗的起始時間和結束時間，以及實驗完成的效果。另外，學生可以自由選擇實驗場所，不必局限于實驗室，有效的發揮了網絡的優勢，清華自動化過程控制平臺強大的功能和網絡信息化有了完美的結合，增加了小型多參數控制平臺的亮點，成為真正的網絡實驗室。

總結

整個系統自使用以來，受到廣大清華師生的一致好評，界面清晰易于操作，曲線查看靈活，數據記錄完整利于實驗總結，利用強大的web發布功能，學生可以選擇合適的場所完成實驗，打破了以前實驗必須在實驗室完成的局限。隨著紫金橋軟件的日益發展，紫金橋公司和越來越多的高校進行了合作，紫金橋軟件的應用也滲透到各行各業，將自動化軟件的行業應用推向了新的高度。