過程控制系統
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過程控制系統范文第1篇
中圖分類號:TP2 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2011)03-0022-01
自動控制技術在工業、農業、國防和科學技術現代化中起著十分重要的作用,自動控制水平的高低也是衡量一個國家科學技術先進與否的重要標志之一。隨著國民經濟和國防建設的發展,自動控制技術的應用日益廣泛,其重要作用也越來越顯著。生產過程自動控制(簡稱過程控制)是自動控制技術在石油、化工、電力、冶金、機械、輕工、紡織等生產過程的具體應用,是自動化技術的重要組成部分。
1、過程控制系統的特點
(1)生產過程的連續性:在過程控制系統中,大多數被控過程都是以長期的或間歇形式運行,在密閉的設備中被控變量不斷的受到各種擾動的影響。
(2)被控過程的復雜性:過程控制涉及范圍廣,被控對象較復雜。
(3)控制方案的多樣性:過程控制系統的控制方案非常豐富。
2、工業中過程控制系統的主要應用
2.1 自動檢測系統
利用各種檢測儀表對工藝參數進行測量、指示或記錄。
2.2 自動信號和聯鎖保護系統
自動信號系統:當工藝參數超出要求范圍,自動發出聲光信號。聯鎖保護系統:達到危險狀態,打開安全閥或切斷某些通路,必要時緊急停車。(如圖1所示)
2.3 自動操縱及自動開停車系統
自動操縱系統:根據預先規定的步驟自動地對生產設備進行某種周期性操作。自動開停車系統:按預先規定好的步驟將生產過程自動的投入運行或自動停車。
2.4 自動控制系統
利用自動控制裝置對生產中某些關鍵性參數進行自動控制,使他們在受到外界擾動的影響而偏離正常狀態時,能自動的回到規定范圍。
3、過程控制系統的組成
3.1 檢測元件
該單元的主要作用是檢測被控元件的物理量。
3.2 控制器
將設定值與測量信號進行比較,求出它們之間的偏差,然后按照預先選定的控制規律進行計算并將計算結果作為控制信號送給執行裝置。
3.3 執行器
該部分元件作用是接受控制器的控制信號,直接推動被控對象,使被控變量發生變化。
4、過程控制系統中的閉環控制系統
按照自動控制有無針對對象來劃分,自動控制可分為“開環控制”和“閉環控制”。區分“開環控制”和“閉環控制”最直接的辦法是看是否有最終對象的反饋,當然這個反饋不是人為直觀觀察的。目前工業自動化控制中采用最為廣泛的就是閉環控制系統。
4.1 閉環控制系統的優缺點
閉環控制系統主要是指控制器與被控對象之間既有順向控制又有反向聯系的控制系統。 其主要優點為,不管任何擾動引起被控變量偏離設定值,都會產生控制作用去克服被控變量與設定值的偏差。其主要缺點為,由于閉環控制系統的控制作用只有在偏差出現后才產生,當系統的慣性滯后和純滯后較大時,控制作用對擾動的克服不及時,從而使其控制質量大大降低。
4.2 閉環控制系統的主要類型
根據設定值分為定值控制系統,隨動控制系統和程序控制系統。
(1)定值控制系統,其特點是設定值是固定不變的閉環控制系統稱為定值控制系統。
作用為克服擾動的影響,使被控變量保持在工藝要求的數值上。
(2)隨動控制系統 ,其特點為設定值是一個未知的變化量的閉環控制系統稱為隨動控制系統。作用為以一定的精度跟隨設定值的變化而變化。
(3)程序控制系統可以看成是隨動控制系統的特殊情況,其分析研究方法與隨動控制系統相同。其特點為設定值是變化的,且按一定時間程序變化的時間函數。作用為以一定的精度跟隨設定值的變化而變化。
5、過程控制系統的性能指標及要求
過程控制系統的常見信號有:階躍信號、斜坡信號、脈沖信號、加速度信號和正弦信號等。我們在生產中使用最頻繁的就是階躍信號,其數學表達式為:
當A=1時稱為單位階躍信號。其特點是易產生,對系統輸出影響大,便于分析和計算。在階躍信號作用下,被控變量隨時間的變化表現的形式有:發散振蕩過程,非振蕩衰減過程,等幅振蕩過程,衰減振蕩過程,非振蕩發散過程。
通過以上的陳述不難看,過程制造系統在我國各行各業已經有了十分廣泛的應用,并且技術也在日趨成熟。隨著人們物質生活水平的提高以及市場競爭的日益激烈,產品的質量和功能也向更高的檔次發展,制造產品的工藝過程變得越來越復雜,為滿足這些更高的要求,做為工業自動化的重要分支的過程控制的任務也愈來愈繁重。
參考文獻
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過程控制系統范文第2篇
關鍵詞：PLC；過程控制；系統；設計
Abstract: support the high-speed development of the modern society is all kinds of science and technology in the social life of the widely used, PLC (programmable logic controller) process control system to the national economy have much more important role, especially in the industrial field, can hao not exaggerated, intelligent technology equipments need to be using this kind of technology or similar technology; Computer, automatic control, bus technology and network technology in the production of application, make automatic control field has a change in attitudes. Even so, there are still many problems, for complex situation the function of PLC by technical limitations, a lot of places is to be improved.
Keywords: PLC; Process; System; design
中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：
引言
PLC(可編程控制器)以其可靠性高、編程簡單、在線編程、易于修改、性能價格比高等顯著特點廣泛應用于現代工業的控制之中。以PLC與通信網絡相結合所構成的分布式控制系統已成為現代工業過程控制的有效解決方案之一。如今新的科學技術正不斷的革新，對于PLC來說更是如此，PLC也出現了單機多用，聯網控制的趨勢，這給現代工業帶來了極大的便利。
二、系統的結構與組成
基于PLC建構的過程控制系統采用分布式控制結構，如圖1所示。以PLC作為下位機，以PC機為上位機，通過RS-232c串口與PLC通訊，實現對工業現場的監控。并通過同軸電纜連接到以太網上，從而實現對工業現場的“分散控制，集中管理”。
1、網絡級
網絡級的拓撲結構采用Ethernet網通過同軸電纜連接與生產監控級相連，實現對工業現場的集中管理。
2、監控級
監控級采用PC機作為上位機，并通過組態王6．0實現系統的SCADA功能；利用RS-232串口與PM通訊，實現對各個工業現場的監控。
3、控制級
控制級采用采用歐姆龍C200HG型PLC作為下位機，實現對現場的控制。PIJC中配電源模塊、開關量輸入模塊Ⅱ)212、開關量輸出模塊0c221、模擬量輸入模塊AD003、模擬量輸出模塊DA004、RS～232串行口。
（1）ⅣD 003模擬量輸入模塊：接受液位傳感器cY30llA送過來的4～20HA的電流信號，并將其轉化為O-4000(BCD碼)的數字量。其通道地址由撥號開關決定，與其在底板插糟中上的位置無關。本系統中AD003模塊的地址開關設置為1，對應的m區域為mll0～m119；對應的DM區域為DM1100～DMll99；；并且設置第一路A／D轉換器工作并不進行峰值保持，則模擬量輸入通道地址為IR111，具體的DM區和m區設置如表l所示。
（2）D，A 004模擬量輸出模塊：將o_枷95BcD碼轉化為4～20tnA的電流信號送至變頻器，作為系統的控制量，調整給水流量。其地址開關設其值為O，對應的m區域為：Ⅲ100m109；對
應的DM區域DM1000-DM1099；且設置出第一路D／A轉換器工作，其模擬量輸入通道地址為m101，具體的DM區和m區設置b3如表l所示。
4、控制通道
控制通道主要包括輸人通道和輸出通道。
（1）輸入通道
輸入通道采用CY3011投入式的液位傳感器，把現場液位信號轉換成4—20HA電流信號送往PMD003模塊。其傳感部分采用高精度擴散硅壓力傳感器，它把感受到的壓力信號轉換成電信號，此信號與液體高度成正比，精度為o．2％，
量程為1m，輸出為4—20ⅡA電流.其在精度上、可靠性及穩定性上均能滿足要求。
（2）輸出通道
輸出通道主要由變頻器、水泵組成。輸出通道接受PLC輸出的控制量，把4—20mA的電流通過變頻器轉換成0-60Hz的頻率信號來改變水泵的轉速，從而達到調節流量的目的。變頻器采用PanDV-707交流變頻器，由變頻器控制三相感應式電動機的轉速(或頻率)。將輸入的420IIIA電流控
制信號，通過“整流——直流中間平滑濾波——逆變”電路，將輸入的380v交流電源變成不同頻率、不同電壓的信號，調節水泵的轉速。水泵采用JcB22型變頻調速泵，其額定流量為22L/min，額定揚程為3．3m。它是通過變頻器的輸出頻率的變化來改變泵的轉速，從而實現流量的調節。
三、過程控制系統的軟件設計與實現
軟件設計主要包括上位機SCADA監控軟件和下位機軟件設計。
1、SCADA監控軟件設計
上位機軟件設計采用組態王6．0軟件。組態王是一種工業組態軟件，它自帶大量的I，0設備驅動程序，用戶可以方便地構建實時的監控系統。為了使過程控制系統實驗平臺有一個良好的人機交互環境，在組態王中開發了過程流程畫面、監控畫面、實時調節陸線、歷史曲線圖、階躍響應曲線、報警畫面，從而可實現對現場的實時監控。PID控制上位機監控畫面為圖2所示。
2、下位機軟件設計
下位機軟件設計是在監控級上利用OMRON-C200ha系列 編程軟件CX—progrommer2.0完成對下位機程序的編制與調試，然后把調試好的程序下載到PLC中。下位機軟件主要實現PLC與監控級的通訊、PLC 對現場水位的控制、故障診斷等子程序。其軟件設計的主程序流程圖如圖3所示。
（1）上電初始化
系統初始化包括對mw、ROM以及其中的m、HR、DM區域的清零，以及控制參數的初始值設置，例如積分時間Ti、比例放大系數KP、微分時間Td和采樣周期T；此外，也包括對ⅣD003、D，A004模塊的初始化。
過程控制系統范文第3篇
【關鍵詞】過程控制系統；儀表設備；維修理念
0.引言
控制系統及儀表是工業連續生產的重要保障，控制系統及儀表的性能及穩定性對工業連續生產的影響也越來越重。尤其在過程控制系統及儀器儀表應用信息技術和自動化技術的程度越來越高的情況下，控制系統及儀表的自動化水平逐漸提升，控制系統及儀表在保證工業連續生產中發揮了不可或缺的作用[1]。基于過程控制系統就儀表的技術水平越來越高，重要性也來越大，從事自動化系統和儀表維修人員的素質要求也越來越高。維修人員維修過程控制系統及儀表的觀念及方法都需要根據過程控制系統及儀表的改變而更新。
1.重視預防性維修管理
傳統控制系統及儀表維修方法為被動式維修，既過程控制系統及儀表出現問題后，維修人員根據生產現場工作人員的反應情況前往現場觀察控制系統及儀表出現的問題，查找系統及儀表出現故障的原因，再排除和解決系統及故障的方法。然而，隨著控制系統及儀表技術水平的提高、系統及儀表應用程度提高，控制系統及儀表在工業生產過程中出現的故障和問題也從少到多、從簡單到復雜。傳統被動式的維修方法無法滿足及時快速解決系統及儀表故障的要求，而過程控制系統級設備是保證持續生產的關鍵，無法及時快速解決故障讓系統及儀表恢復正常狀態，將給企業造成巨大的損失[2]。因此，過程控制系統及儀表維修要求維修人員提前做好準備工作，預防故障。
重視預防性維修管理也是一種符合生產質量管理規范的維修理念。隨著社會對工業生產質量管理規范要求的提高，工業生產軟件設備和硬件設備都應做好預防性維修。基于預防性維修理念，維修人員需要為過程控制系統及儀表建立維修管理文件，總結歸納系統及儀表維修項目及周期，使零散的設備維修工作得到規范化管理，讓系統及儀表維修工作“有章可循”、“有文件可依”，使系統及儀表維修工作實現被動維修向主動預防維修轉變。預防性維修對維修人員也提出更高的要求，它要求維修人員需要提高對過程控制系統及儀表服務對象的認識，樹立其結。維修人員還需要不斷強化服務意識，提高維修基本功訓練，提高維修水平。只有這樣，維修人員的素質才能滿足提供主動預防性維修管理的要求。
2.面向系統及儀表維修向服務對象轉變
傳統工業生產中應用過程控制系統較少，儀表應用較多，因而日常維修工作以為此儀表維修工作為主。儀表維修的最大特點在于維修工作只需根據儀表的特點開展一些簡單的日常維護手段。然而，由于控制工程成果在工業生產設備和系統中應用越來越多，儀表技術也得到質的飛躍，現代儀表維修和傳統儀表維修有很大的區別。而且受生產的影響，不同生產對過程控制系統及儀表的選型要求不同，過程控制系統及儀表維修更要求結合多方面因素。
基于工業生產中過程控制系統及儀表的變化，過程控制系統及儀表維修也需要從面向系統及儀表維修向服務對象轉變，既根據控制儀表選型及系統應用開發服務的對象確定維修方法。面向服務對象的維修是指維修人員不僅要了解過程控制系統及儀表的特點，還應計劃對它們服務對象的屬性的研究結果[4]。結合工業生產實際情況，在連續的生產過程中，過程控制系統及儀表可能會出現異常現象，異常現象可能有儀表及系統自身的很定失效或偶然失效引起，也可能又生產工藝過程的偶然變化或環境影響引起。在此情況下，維修人員應該對過程控制系統及儀表服務的對象有更多的了解，才能在維修中占據主動權。因此，維修人員需從面向系統及儀表維修向面向服務對象轉變，掌握生產工藝及生產設備的特點。
3.重視維修方法設計
過程控制系統是一個復雜的大系統，實際應用中的復雜性更高。而儀表本身也屬于高科技產品，儀表集成信息處理、電子電路、機械結構等多個學科的技術和知識，也是一個小系統，過程控制系統及儀表應用在實際過程中也需要考慮合理性。因而從宏觀角度來看，控制系統系統是一個巨系統，各類儀表則是巨系統中的小系統。這要求在過程控制系統及儀表發生故障后，維修人員在實施維修操作前需要對故障或失效問題從整個系統角度進行診斷。如若過程控制系統及儀表自身具備故障診斷功能，維修人員則可直接利用故障診斷功能進行診斷，如不具備該功能，維修人員則需要利用自己的知識及經驗設計故障診斷方法，確定故障診斷步驟[]。在眾多的過程控制系統及儀表維修經驗中，許多維修人員由于缺乏系統性觀念，不懂得在采取維修操作前設計維修方法，導致錯誤維修系統及儀表，造成小問題愈發嚴重。因此，維修人員需要依據規程程序設計維修方法，再實施維修操作。
4.設備更新改造與維修結合
工業生產規模越來越大，生產設備也在不斷增加，過程控制系統及儀表使用逐漸增多。許多企業已經將過程控制系統及儀表用于生產，過程控制系統系統的儀表已經進入故障頻發時期，或者在未來一段時間內儀表將因使用年時間過長進入故障頻發時期，過程控制系統及儀表潛在的隱患將對生產線持續生產形成巨大的威脅。而過程控制系統的儀表產生的問題已經無法通過簡單的維修方式即可解決問題。因此，過程控制系統及儀表維修需要將設備更新改造與維修結合。
維修人員需要對現有過程控制系統及儀表的結構及性能進行分析，結合過程控制系統及儀表服務的對象，對現有過程控制系統及儀表的結構進行全面的改造，才能提高過程控制系統的使用性能和使用率。例如筆者曾對控制系統及信息顯示系統進行分析，確認控制系統及信息顯示系統存在問題后，對控制系統及儀表的特性進行摸底分析后，制定了系統預防更新改造方案。通過更新改造控制系統后，原有控制顯示系統與更新改造后的控制顯示系統完美兼容，極大地提升了控制系統及儀表的軟件性能和硬件性，及時的解決了過程系統及儀表出現的故障，保證了系統及儀表的性能，還提高了維修效率，有效保障了生產持續進行。
5.結語
隨著設備管理制的不斷完善，過程控制系統及儀表制造企業紛紛推出資產管理系統或設備管理系統，設備管理制度及流程規范程度越來越高。尤其是信息技術和計算機技術的引入使過程控制系統級儀表維修管理也趨向于信息化管理模式。而且大量實踐也證明信息化管理下的控制系統及儀表維修具有極高的效率。因而維修人員更需具備與時俱進的理念，結合不斷發展的科技，才能實現過程控制系統及儀表維修理念的更新，形成更加完善的過程控制機儀表維修方法。
【參考文獻】
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過程控制系統范文第4篇
關鍵詞 過程控制系統；PLC；實驗裝置
中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：B
文章編號：1671-489X（2017）02-0041-02
Development of Process Control System Experiment Module based on PLC//SHEN Yabin， ZHAO Tao
Abstract The process control experimental modules designed based
on PLC controller in this paper can be combined with PLC， PLC analog extended module to form the integrated experiment system with convenience and practicality， it can meet the requirements of process control， PLC experiment teaching， can make the students deepen their grasp of knowledge in process control system， PLC control， PID technology. At present the experiment modules have been awarded national invention patent.
Key words process control system； PLC； experimental device
1 前言
^程控制是一門理論與生產實際結合緊密的自動化專業課程，具有很強的工程實踐性，相應的過程控制實驗是本課程重要的教學環節。學生通過實驗，可以了解各種過程控制儀表（包括檢測元件及變送器、調節器和執行器），掌握過程對象的建模方法和過程控制系統的設計方法（包括系統構建、控制算法設計、控制參數整定等），并對計算機過程控制系統有一定的了解及掌握。
南京工程學院為提高學生的理論素質、實踐能力和改善就業，用大量資金購置多套專業實驗裝置。過程控制實驗室原先采用的是浙大中控10多年前的SUPCON JX-300 DCS系統，配上基于工業過程的物理模擬對象系統，該系統包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數，可實現系統參數辨識、單回路控制、串級控制、前饋―反饋控制、比值控制、解耦控制等多種控制形式。但由于使用年限較長，技術陳舊，且系統站點通信也不可靠，給實驗的正常開展及實驗效果帶來很大影響。
學校近年添置一套南京科遠自動化NT6000 DCS系統，但該系統沒有配備物理控制對象，只能在DCS的工程師站上進行模擬組態和運行，使得學生不能通過實驗真實體驗實際工業生產過程控制的具體流程，不能幫助學生真正建立過程控制系統的概念，存在理論和實踐脫節的問題。
以上兩種基于DCS的實驗系統都屬于站點多（包括現場控制站、工程師站、操作員站等）的大型裝置，占用實驗場地大，添置、改造成本高，實驗的靈活性、便利性較差。另外，PLC作為工業自動化的三大支柱之一，由于其技術的發展、性能的提高、組網通信功能的靈活，現已廣泛應用于過程控制領域，與過程控制的結合愈發緊密。為此，研究開發一套基于PLC控制器的混合信號實驗模塊。該模塊既可作為過程控制系統課程的教學實驗裝置，又可作為PLC課程的實驗控制對象，分別進行開關量和模擬量控制的多個實驗，減少專業實驗裝置的投資，有效提高裝置的利用率和實驗的便利性。此外，在該實驗模塊基礎上還可進行設計性拓展，有利于培養學生的動手能力、創新意識和科研素質。
2 實驗模塊設計
系統框圖 設計的基于PLC控制器的過程控制實驗系統框圖如圖1所示。該實驗系統由PLC、實驗模塊（PCB板）、PLC模擬量擴展模塊等構成，是一套便利性、實用性很強的實驗裝置，能滿足過程控制、PLC課程的實驗教學要求，還可為學生加深對過程控制系統、PLC控制、PID技術等知識的掌握，建立明晰的系統概念。
實驗系統各部分說明 由實驗模塊作為主要受控對象構成的實驗系統主要包括模塊PCB板、PLC控制器和PLC模擬量擴展模塊：PCB板包括DC-DC電路、信號給定及被控對象電路（模擬PI調節模塊和模擬二階被控對象模塊）、數字信號輸入輸出電路、譯碼鎖存及數碼顯示電路、PCB板輸入輸出接口、第一端子排和第二端子排；PLC控制器包括電源電路、PLC控制器輸入輸出接口和中央處理單元；PLC模擬量擴展模塊包括PLC模擬量擴展模塊輸入輸出接口。數字信號輸入輸出電路、譯碼鎖存及數碼顯示電路和PCB板輸入輸出接口均通過第一端子排與PLC控制器輸入輸出接口相連接，信號給定及被控對象電路通過第二端子排與PLC模擬量擴展模塊輸入輸出接口相連接。
實驗模塊的特點 采用通用化設計，PLC主機及其模擬量輸入輸出模塊完全可以根據用戶要求自行配置，如西門子、三菱、歐姆龍、松下、臺達等，適應性強；功能全面，實驗項目豐富，結合過程控制和PLC的經典控制實驗，可以豐富目前高等院校過程控制及PLC實驗教學內容；成本低廉、輸入輸出接口通用、使用靈活方便、擴展靈活、易于維護、占用PLC資源少，方便教學實驗，具有良好的應用前景。
3 實驗項目的開發
基于PLC控制器的過程控制實驗模塊，作為模擬被控對象，結合PLC及PLC的模擬量輸入輸出模塊，既可以做諸如多路信號巡回檢測及數據處理、基于PLC的數字PID閉環控制、顯示及報警等傳統過程控制的實驗，也可做諸如帶倒計時的交通信號燈控制、順序控制、多路彩燈控制等經典PLC實驗，功能全面。
基于PLC的巡回檢測及數據處理實驗 由PCB板上的信號給定模塊提供兩路模擬實測物理量，經PLC（以西門子S7 200 PLC為例）模擬量擴展模塊（型號EM235）定時采集輸入，與內給定值進行比較，輸出相應切換信號，并且可以設定物理量的上下限值進行越限報警，同時實現實測物理量的顯示。
基于PLC的PID閉環控制實驗 可通過PCB板上的調試開關連接模擬PI調節模塊102c和模擬二階被控對象模塊102b，模擬二階被控對象模塊102b的輸出量通過PLC模擬量擴展模塊（型號EM235）輸入，通過信號給定模塊102a改變給定值，通^模擬對象輸出量的顯示觀測PID閉環調節的過程，可以通過實驗比較模擬PI調節與PLC的數字PID調節的效果。
基于PLC的交通信號燈控制系統 由PCB板上的16個LED指示燈分別模擬十字交通路口的12個紅、黃、綠指示燈和4個路口4輛汽車的行止狀態，由PLC的數字量輸出口進行控制，東西、南北向的交通控制時間可由數碼管進行倒計數顯示。另外，若將12個紅、黃、綠LED指示燈分成3組，就可模擬進行不同要求的彩燈實驗；還可將16個LED燈分組模擬不同對象，進行各種順控實驗。
4 結語
采用基于PLC的過程控制系統實驗模塊，豐富了過程控制系統和PLC兩門課程的實驗項目和實驗內容，可以方便地組成多種控制實驗，模塊結構配置簡單、靈活，綜合性強、性價比高。該模塊將開關量、模擬量采集與控制結合起來，充分模擬工業控制實際。通過該系統可以使學生對過程控制系統和PLC控制有比較全面的認識和理解，更重要的是能讓學生將過程控制和PLC的理論知識與工程實踐得到很好的結合，實現把多種專業知識在實驗環節中交叉、融合，為解決目前高校過程控制教學實驗設備陳舊落后的問題提供設計思路，具有良好的實踐意義。■
參考文獻
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過程控制系統范文第5篇
關鍵詞：進程間通訊；過程控制；數據字典管理
1.引言
大型生產線的自動控制系統，根據控制范圍、功能劃分、系統功能的抽象層次，可被分為多個層級，其中生產過程控制系統，位于生產管理系統和基礎自動化系統之間。隨生產線自動化程度的提高、生產的計算機自動化管理的深入和精細，過程控制系統在大型冶金自動化生產線上，成為不可或缺的部分。過去，完備的過程控制系統的底層開發平臺，只有國外大型電氣公司擁有，國內電氣公司在該領域普遍缺乏深入開發和技術積累。
過程控制系統，總的來說是一個具有軟實時性特征的實時系統，能實現以下主要功能：同外部系統通訊、原料數據管理、成品數據和質量數據管理、物料跟蹤、工藝參數管理、生產設定值計算、人機操作界面、生產過程監控和數據收集分析等功能。過程控制系統的特點是面向對象的分布式系統架構，使各功能由多個不同進程實現，進程間通訊成為最常用和最關鍵的基礎功能。
本文以WISENTBASE開發平臺為藍本，介紹一種先進的過程控制開發平臺的設計—基于.net平臺的過程控制系統開發平臺設計。
2.設計思想和總體框架
按軟件功能的實現層次，過程控制系統結構，按面向對象的分布式系統架構設計，整個軟件由核心到外圍分成三層：核心業務邏輯層、外部通訊適配層、外部通訊層。
核心業務邏輯層實現最核心和最重要的過程控制業務邏輯，如：物料跟蹤、過程數據收集、設定值計算等。外部通訊層，實現和各種外部系統的通訊，如：基礎自動化通訊、生產管理系統通訊、各種單體設備通訊。這部分要實現各種不同的通訊協議和數據格式轉換。每條生產線的外部通訊內容和格式都不盡相同，為實現具體生產線的通訊內容差異和核心業務邏輯的解耦，需要外部通訊適配層來實現隔離。
核心業務邏輯層和外部通訊適配層的實現技術相同；外部通訊層實現技術特殊，定制內容和變化多。所有軟件層都是由一個或多個進程組成，每個進程都需要實現相同的基本功能，如：配置信息管理、進程間通訊系統的初始化和關閉釋放、日志系統、消息和報警系統、錯誤捕捉等。這些功能間的耦合性也很高，在開發平臺的設計上，這些功能也被緊密結合在一起，采用Framework模式。
WISENTBASE平臺，從結構上看，被分成三個層次：核心庫、擴展庫、輔助工具。其中，核心庫實現了基本的應用程序框架，并封裝了每個進程必須實現的基本功能的完整實現，定義了每個進程必須實現的對外服務接口和常用接口，并提供了這些接口的基本功能實現。為方便應用開發人員和擴展庫開發人員為基本庫添加和修改功能，基本庫中留出了擴展點。核心庫還封裝了常用Win32 API調用的.NET封裝和常用工具類，方便應用開發人員使用這些功能。
輔助工具，有如下幾個:進程管理、HMI框架配置工具、數據字典管理工具、日志查看工具、各種文檔生成工具、報文和通訊測試工具、消息和報警管理工具等。這些工具大部分不直接參與應用程序的運行、數據管理腳本等。
基于.net平臺的過程控制系統開發平臺設計主要包括以下幾個方面：核心功能和結構設計、外圍功能和擴展設計、HMI系統設計、輔助工具設計和數據庫訪問設計。
3.核心功能和結構設計
核心庫實現功能：實現應用程序框架、配置信息管理、進程間通訊、日志功能、多個接口的定義、封裝各種常用工具類和Win32調用。核心部分是應用程序框架類，通過該類的派生類，可使用其它所有功能。
WISENTBASE開發庫的核心庫中，提供了應用程序框架類Application，該類是一個抽象類，每個應用程序必須派生自己的Application子類，并重載部分函數，完成相應功能。
Application類完成功能：初始化參數系統、日志系統、進程間通訊服務系統、對外通用服務、調用用戶定制的初始化代碼、進入消息循環、關閉所有服務和運行環境、調用用戶定制關閉代碼。
WISENTBASE開發平臺提供了三種進程間通訊手段：遠程過程調用、通過共享內存進行數據共享、通過互斥量、事件對象實現同步、互斥操作和事件。
遠程過程調用分為雙向調用和單向調用，這兩種調用方式可滿足進程間消息傳遞、數據報文和帶返回值的遠程過程調用通訊要求。
.Net framework的遠程過程調用規范叫Remoting.NET，可支持多種串行化格式和底層通訊協議。考慮到性能和可靠性，WISENTBASE開發庫支持IPC和TCP/IP通訊協議，串行化格式采用二進制編碼。
WISENTBASE封裝了遠程過程調用的底層實現細節，通訊協議、各程序的監聽地址和端口等信息，通過配置文件保存，對上層應用程序部分完全透明。
過程控制系統，一般都處于無人值守狀態，運行日志成為過程控制系統必須具有的輔助功能。WISENTBASE核心庫中，實現了日志功能。缺省情況下，日志輸出目的地有兩個：控制臺窗口和日志文件目錄。日志文件，可根據配置信息，按一定規則自動切換，并刪除陳舊文件。為方便管理和查看日志文件，WISENTBASE輔助工具中，提供了專門的日志查看工具。
WISENTBASE提供的日志功能，包括：按類別輸出運行日志、格式化日志消息、跟蹤程序執行軌跡、輸出調用堆棧詳細信息、對異常進行統一處理和日志輸出、通過代碼注入和調用攔截自動為遠程過程調用生成日志和性能記錄。
生產過程控制系統，穩定性要求很高。如果發生進程出錯而退出、邏輯錯誤進入死循環或死鎖，要求能夠自動強制殺死失去響應的進程并重啟該進程。
WISENTBASE核心庫的框架中，提供了進程的自我監控。輔助工具中，提供了看門狗程序和進程監視管理工具。看門狗程序根據配置信息，自動監視同一臺計算機上的需要被監視的進程。當發現某進程失去響應或退出，看門狗程序將自動強行殺死失去響應的進程，在一定時間間隔后重新啟動該進程。
進程監視工具通過看門狗程序，顯示每個被監視進程的狀況，并提供操作界面，供操作人員管理單個進程，如：關閉進程、啟動進程、設置進程為被管理、為進程設置日志輸出的過濾級別，查看每個進程處理的消 息線索號。
WISENTBASE的擴展庫部分，包括多種外部通訊和HMI開發基礎庫。這些擴展庫都是針對具體應用功能，利用核心庫提供的功能，對核心庫進行的擴展。
過程控制系統，需要提供人機操作界面，供生產線操作人員和系統管理人員使用。HMI主要功能：原料數據管理、成品數據管理、生產設定值和工藝參數管理、生成過程數據管理、生產線數據監視、數據查詢和報表、消息和報警、操作權限管理等。其中，部分數據是純粹數據庫中的數據，變化慢；部分數據是基礎自動化上傳的數據和過程控制系統的運行數據，數據變化快；還有一部分數據，是和基礎自動化系統的監控系統共享的。
在.NET framework中，數據庫訪問采用ADO.NET技術。WISENTBASE開發庫中，支持類型化的數據集和Entity Framework，對數據庫操作進行封裝。支持數據庫：Oracle和MS SQL Server。
4.總結
WISENTBASE開發平臺自開發出來后，成功應用于幾十條生產線的過程控制系統中，其穩定、高性能、易于使用的特點，大大提高了軟件開發的質量和效率，特別是方便現場調試，縮短了軟件開發和系統投入周期，為公司和最終用戶節約了成本。
參考文獻：
