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    作者簡介：

    張孟姝（1982-），女，東北黑龍江人，本科，現就職于大慶紫金橋軟件技術有限公司，主要研究方向為工業自動化軟件。

    摘要：論述由紫金橋監控組態軟件、清華大學小型多參數過程控制實驗臺利用互聯網共同構建的過程控制遠程教學實驗系統，完成遠程PID、前饋/反饋控制，實現網絡實驗室。

    關鍵詞：遠程控制；過程控制PID； 前饋控制 ； 反饋控制； 網絡實驗室

    1 背景

清華大學自動化系過程控制研究所早在1982年就成功研制了“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作用。

                   

                     圖1 清華大學小型多參數過程控制實驗臺

    2 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。

    3 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，既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，之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。

                  

                                 圖2 實驗控制臺系統結構

    4 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，學生可以很方便地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。

    圖3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。

                 

                                 圖3 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。

                   

                                 圖4 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。

                

                                 圖5 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。學生可以方便地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。

                 

                      圖6 清華大學自動化系過程控制教學實驗系統

    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。

    5 結語

    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。