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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(chǎn)過程自動化技術的發(fā)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(gòu)建的“小型多參數(shù)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(yōu)勢，更加利用系統(tǒng)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(fā)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(xiàn)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(shù)過程控制實驗臺

物理模型

    過程控制教學實驗系統(tǒng)以三容水系統(tǒng)為基礎。系統(tǒng)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(zhuǎn)換控制水泵轉(zhuǎn)速，改變流量，對液位進行調(diào)節(jié)，由此構(gòu)成一個完整的過程控制系統(tǒng)。為了合理利用實驗臺的資源，進一步擴展試驗內(nèi)容，還設置了兩個溫度信號，一個流量信號和壓力信號。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    本實驗系統(tǒng)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(fā)布功能，學生就可以在任意聯(lián)網(wǎng)的場所完成實驗，而不是局限于實驗室。

以下是整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

實驗控制臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)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(tǒng)完成各個教學實驗。

2．重要參數(shù)提供曲線分析，可以查詢實時/歷史曲線。

3．實驗管理權(quán)限合理區(qū)分，保證系統(tǒng)使用安全。

4．提供有限的PID，串級，前饋/反饋控制，調(diào)節(jié)精度較高。

5．強大的web發(fā)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(tǒng)功能的實現(xiàn)，整個系統(tǒng)已經(jīng)嵌入到清華自動化系實驗系統(tǒng)的網(wǎng)頁中，搭建的模式也選用網(wǎng)頁的風格。

實驗控制臺系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)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(tǒng)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(jù)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(jié)束。

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

    PID調(diào)節(jié)：系統(tǒng)提供PID的調(diào)節(jié)器，可以方便的切換手/自動控制，并帶用PID各參數(shù)的調(diào)節(jié)控制，方便學生精確的完成實驗。

    Web發(fā)布：利用web發(fā)布功能，與已有的實驗室管理系統(tǒng)形成無縫集成。不同的登陸用戶具有不同的管理權(quán)限，還可以記錄學生做實驗的起始時間和結(jié)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(fā)揮了網(wǎng)絡的優(yōu)勢，清華自動化過程控制平臺強大的功能和網(wǎng)絡信息化有了完美的結(jié)合，增加了小型多參數(shù)控制平臺的亮點，成為真正的網(wǎng)絡實驗室。

總結(jié)