过程控制系统
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过程控制系统范文第1篇
中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2011)03-0022-01
自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着十分重要的作用,自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。随着国民经济和国防建设的发展,自动控制技术的应用日益广泛,其重要作用也越来越显着。生产过程自动控制(简称过程控制)是自动控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用,是自动化技术的重要组成部分。
1、过程控制系统的特点
(1)生产过程的连续性:在过程控制系统中,大多数被控过程都是以长期的或间歇形式运行,在密闭的设备中被控变量不断的受到各种扰动的影响。
(2)被控过程的复杂性:过程控制涉及范围广,被控对象较复杂。
(3)控制方案的多样性:过程控制系统的控制方案非常丰富。
2、工业中过程控制系统的主要应用
2.1 自动检测系统
利用各种检测仪表对工艺参数进行测量、指示或记录。
2.2 自动信号和联锁保护系统
自动信号系统:当工艺参数超出要求范围,自动发出声光信号。联锁保护系统:达到危险状态,打开安全阀或切断某些通路,必要时紧急停车。(如图1所示)
2.3 自动操纵及自动开停车系统
自动操纵系统:根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。自动开停车系统:按预先规定好的步骤将生产过程自动的投入运行或自动停车。
2.4 自动控制系统
利用自动控制装置对生产中某些关键性参数进行自动控制,使他们在受到外界扰动的影响而偏离正常状态时,能自动的回到规定范围。
3、过程控制系统的组成
3.1 检测元件
该单元的主要作用是检测被控元件的物理量。
3.2 控制器
将设定值与测量信号进行比较,求出它们之间的偏差,然后按照预先选定的控制规律进行计算并将计算结果作为控制信号送给执行装置。
3.3 执行器
该部分元件作用是接受控制器的控制信号,直接推动被控对象,使被控变量发生变化。
4、过程控制系统中的闭环控制系统
按照自动控制有无针对对象来划分,自动控制可分为“开环控制”和“闭环控制”。区分“开环控制”和“闭环控制”最直接的办法是看是否有最终对象的反馈,当然这个反馈不是人为直观观察的。目前工业自动化控制中采用最为广泛的就是闭环控制系统。
4.1 闭环控制系统的优缺点
闭环控制系统主要是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的控制系统。 其主要优点为,不管任何扰动引起被控变量偏离设定值,都会产生控制作用去克服被控变量与设定值的偏差。其主要缺点为,由于闭环控制系统的控制作用只有在偏差出现后才产生,当系统的惯性滞后和纯滞后较大时,控制作用对扰动的克服不及时,从而使其控制质量大大降低。
4.2 闭环控制系统的主要类型
根据设定值分为定值控制系统,随动控制系统和程序控制系统。
(1)定值控制系统,其特点是设定值是固定不变的闭环控制系统称为定值控制系统。
作用为克服扰动的影响,使被控变量保持在工艺要求的数值上。
(2)随动控制系统 ,其特点为设定值是一个未知的变化量的闭环控制系统称为随动控制系统。作用为以一定的精度跟随设定值的变化而变化。
(3)程序控制系统可以看成是随动控制系统的特殊情况,其分析研究方法与随动控制系统相同。其特点为设定值是变化的,且按一定时间程序变化的时间函数。作用为以一定的精度跟随设定值的变化而变化。
5、过程控制系统的性能指标及要求
过程控制系统的常见信号有:阶跃信号、斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号等。我们在生产中使用最频繁的就是阶跃信号,其数学表达式为:
当A=1时称为单位阶跃信号。其特点是易产生,对系统输出影响大,便于分析和计算。在阶跃信号作用下,被控变量随时间的变化表现的形式有:发散振荡过程,非振荡衰减过程,等幅振荡过程,衰减振荡过程,非振荡发散过程。
通过以上的陈述不难看,过程制造系统在我国各行各业已经有了十分广泛的应用,并且技术也在日趋成熟。随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈,产品的质量和功能也向更高的档次发展,制造产品的工艺过程变得越来越复杂,为满足这些更高的要求,做为工业自动化的重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重。
参考文献
[1]陈诗涛编着.工业过程仪表与控制.轻工业出版,2000.
[2]李友善主编.自动控制原理.国防工业出版社,2001.
[3]吴勤勤等编着.控制仪表及装置.化学工业出版社,2002.
过程控制系统范文第2篇
关键词：PLC；过程控制；系统；设计
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
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引言
PLC(可编程控制器)以其可靠性高、编程简单、在线编程、易于修改、性能价格比高等显著特点广泛应用于现代工业的控制之中。以PLC与通信网络相结合所构成的分布式控制系统已成为现代工业过程控制的有效解决方案之一。如今新的科学技术正不断的革新，对于PLC来说更是如此，PLC也出现了单机多用，联网控制的趋势，这给现代工业带来了极大的便利。
二、系统的结构与组成
基于PLC建构的过程控制系统采用分布式控制结构，如图1所示。以PLC作为下位机，以PC机为上位机，通过RS-232c串口与PLC通讯，实现对工业现场的监控。并通过同轴电缆连接到以太网上，从而实现对工业现场的“分散控制，集中管理”。
1、网络级
网络级的拓扑结构采用Ethernet网通过同轴电缆连接与生产监控级相连，实现对工业现场的集中管理。
2、监控级
监控级采用PC机作为上位机，并通过组态王6．0实现系统的SCADA功能；利用RS-232串口与PM通讯，实现对各个工业现场的监控。
3、控制级
控制级采用采用欧姆龙C200HG型PLC作为下位机，实现对现场的控制。PIJC中配电源模块、开关量输入模块Ⅱ)212、开关量输出模块0c221、模拟量输入模块AD003、模拟量输出模块DA004、RS～232串行口。
（1）ⅣD 003模拟量输入模块：接受液位传感器cY30llA送过来的4～20HA的电流信号，并将其转化为O-4000(BCD码)的数字量。其通道地址由拨号开关决定，与其在底板插糟中上的位置无关。本系统中AD003模块的地址开关设置为1，对应的m区域为mll0～m119；对应的DM区域为DM1100～DMll99；；并且设置第一路A／D转换器工作并不进行峰值保持，则模拟量输入通道地址为IR111，具体的DM区和m区设置如表l所示。
（2）D，A 004模拟量输出模块：将o_枷95BcD码转化为4～20tnA的电流信号送至变频器，作为系统的控制量，调整给水流量。其地址开关设其值为O，对应的m区域为：Ⅲ100m109；对
应的DM区域DM1000-DM1099；且设置出第一路D／A转换器工作，其模拟量输入通道地址为m101，具体的DM区和m区设置b3如表l所示。
4、控制通道
控制通道主要包括输人通道和输出通道。
（1）输入通道
输入通道采用CY3011投入式的液位传感器，把现场液位信号转换成4—20HA电流信号送往PMD003模块。其传感部分采用高精度扩散硅压力传感器，它把感受到的压力信号转换成电信号，此信号与液体高度成正比，精度为o．2％，
量程为1m，输出为4—20ⅡA电流.其在精度上、可靠性及稳定性上均能满足要求。
（2）输出通道
输出通道主要由变频器、水泵组成。输出通道接受PLC输出的控制量，把4—20mA的电流通过变频器转换成0-60Hz的频率信号来改变水泵的转速，从而达到调节流量的目的。变频器采用PanDV-707交流变频器，由变频器控制三相感应式电动机的转速(或频率)。将输入的420IIIA电流控
制信号，通过“整流——直流中间平滑滤波——逆变”电路，将输入的380v交流电源变成不同频率、不同电压的信号，调节水泵的转速。水泵采用JcB22型变频调速泵，其额定流量为22L/min，额定扬程为3．3m。它是通过变频器的输出频率的变化来改变泵的转速，从而实现流量的调节。
三、过程控制系统的软件设计与实现
软件设计主要包括上位机SCADA监控软件和下位机软件设计。
1、SCADA监控软件设计
上位机软件设计采用组态王6．0软件。组态王是一种工业组态软件，它自带大量的I，0设备驱动程序，用户可以方便地构建实时的监控系统。为了使过程控制系统实验平台有一个良好的人机交互环境，在组态王中开发了过程流程画面、监控画面、实时调节陆线、历史曲线图、阶跃响应曲线、报警画面，从而可实现对现场的实时监控。PID控制上位机监控画面为图2所示。
2、下位机软件设计
下位机软件设计是在监控级上利用OMRON-C200ha系列 编程软件CX—progrommer2.0完成对下位机程序的编制与调试，然后把调试好的程序下载到PLC中。下位机软件主要实现PLC与监控级的通讯、PLC 对现场水位的控制、故障诊断等子程序。其软件设计的主程序流程图如图3所示。
（1）上电初始化
系统初始化包括对mw、ROM以及其中的m、HR、DM区域的清零，以及控制参数的初始值设置，例如积分时间Ti、比例放大系数KP、微分时间Td和采样周期T；此外，也包括对ⅣD003、D，A004模块的初始化。
过程控制系统范文第3篇
【关键词】过程控制系统；仪表设备；维修理念
0.引言
控制系统及仪表是工业连续生产的重要保障，控制系统及仪表的性能及稳定性对工业连续生产的影响也越来越重。尤其在过程控制系统及仪器仪表应用信息技术和自动化技术的程度越来越高的情况下，控制系统及仪表的自动化水平逐渐提升，控制系统及仪表在保证工业连续生产中发挥了不可或缺的作用[1]。基于过程控制系统就仪表的技术水平越来越高，重要性也来越大，从事自动化系统和仪表维修人员的素质要求也越来越高。维修人员维修过程控制系统及仪表的观念及方法都需要根据过程控制系统及仪表的改变而更新。
1.重视预防性维修管理
传统控制系统及仪表维修方法为被动式维修，既过程控制系统及仪表出现问题后，维修人员根据生产现场工作人员的反应情况前往现场观察控制系统及仪表出现的问题，查找系统及仪表出现故障的原因，再排除和解决系统及故障的方法。然而，随着控制系统及仪表技术水平的提高、系统及仪表应用程度提高，控制系统及仪表在工业生产过程中出现的故障和问题也从少到多、从简单到复杂。传统被动式的维修方法无法满足及时快速解决系统及仪表故障的要求，而过程控制系统级设备是保证持续生产的关键，无法及时快速解决故障让系统及仪表恢复正常状态，将给企业造成巨大的损失[2]。因此，过程控制系统及仪表维修要求维修人员提前做好准备工作，预防故障。
重视预防性维修管理也是一种符合生产质量管理规范的维修理念。随着社会对工业生产质量管理规范要求的提高，工业生产软件设备和硬件设备都应做好预防性维修。基于预防性维修理念，维修人员需要为过程控制系统及仪表建立维修管理文件，总结归纳系统及仪表维修项目及周期，使零散的设备维修工作得到规范化管理，让系统及仪表维修工作“有章可循”、“有文件可依”，使系统及仪表维修工作实现被动维修向主动预防维修转变。预防性维修对维修人员也提出更高的要求，它要求维修人员需要提高对过程控制系统及仪表服务对象的认识，树立其结。维修人员还需要不断强化服务意识，提高维修基本功训练，提高维修水平。只有这样，维修人员的素质才能满足提供主动预防性维修管理的要求。
2.面向系统及仪表维修向服务对象转变
传统工业生产中应用过程控制系统较少，仪表应用较多，因而日常维修工作以为此仪表维修工作为主。仪表维修的最大特点在于维修工作只需根据仪表的特点开展一些简单的日常维护手段。然而，由于控制工程成果在工业生产设备和系统中应用越来越多，仪表技术也得到质的飞跃，现代仪表维修和传统仪表维修有很大的区别。而且受生产的影响，不同生产对过程控制系统及仪表的选型要求不同，过程控制系统及仪表维修更要求结合多方面因素。
基于工业生产中过程控制系统及仪表的变化，过程控制系统及仪表维修也需要从面向系统及仪表维修向服务对象转变，既根据控制仪表选型及系统应用开发服务的对象确定维修方法。面向服务对象的维修是指维修人员不仅要了解过程控制系统及仪表的特点，还应计划对它们服务对象的属性的研究结果[4]。结合工业生产实际情况，在连续的生产过程中，过程控制系统及仪表可能会出现异常现象，异常现象可能有仪表及系统自身的很定失效或偶然失效引起，也可能又生产工艺过程的偶然变化或环境影响引起。在此情况下，维修人员应该对过程控制系统及仪表服务的对象有更多的了解，才能在维修中占据主动权。因此，维修人员需从面向系统及仪表维修向面向服务对象转变，掌握生产工艺及生产设备的特点。
3.重视维修方法设计
过程控制系统是一个复杂的大系统，实际应用中的复杂性更高。而仪表本身也属于高科技产品，仪表集成信息处理、电子电路、机械结构等多个学科的技术和知识，也是一个小系统，过程控制系统及仪表应用在实际过程中也需要考虑合理性。因而从宏观角度来看，控制系统系统是一个巨系统，各类仪表则是巨系统中的小系统。这要求在过程控制系统及仪表发生故障后，维修人员在实施维修操作前需要对故障或失效问题从整个系统角度进行诊断。如若过程控制系统及仪表自身具备故障诊断功能，维修人员则可直接利用故障诊断功能进行诊断，如不具备该功能，维修人员则需要利用自己的知识及经验设计故障诊断方法，确定故障诊断步骤[]。在众多的过程控制系统及仪表维修经验中，许多维修人员由于缺乏系统性观念，不懂得在采取维修操作前设计维修方法，导致错误维修系统及仪表，造成小问题愈发严重。因此，维修人员需要依据规程程序设计维修方法，再实施维修操作。
4.设备更新改造与维修结合
工业生产规模越来越大，生产设备也在不断增加，过程控制系统及仪表使用逐渐增多。许多企业已经将过程控制系统及仪表用于生产，过程控制系统系统的仪表已经进入故障频发时期，或者在未来一段时间内仪表将因使用年时间过长进入故障频发时期，过程控制系统及仪表潜在的隐患将对生产线持续生产形成巨大的威胁。而过程控制系统的仪表产生的问题已经无法通过简单的维修方式即可解决问题。因此，过程控制系统及仪表维修需要将设备更新改造与维修结合。
维修人员需要对现有过程控制系统及仪表的结构及性能进行分析，结合过程控制系统及仪表服务的对象，对现有过程控制系统及仪表的结构进行全面的改造，才能提高过程控制系统的使用性能和使用率。例如笔者曾对控制系统及信息显示系统进行分析，确认控制系统及信息显示系统存在问题后，对控制系统及仪表的特性进行摸底分析后，制定了系统预防更新改造方案。通过更新改造控制系统后，原有控制显示系统与更新改造后的控制显示系统完美兼容，极大地提升了控制系统及仪表的软件性能和硬件性，及时的解决了过程系统及仪表出现的故障，保证了系统及仪表的性能，还提高了维修效率，有效保障了生产持续进行。
5.结语
随着设备管理制的不断完善，过程控制系统及仪表制造企业纷纷推出资产管理系统或设备管理系统，设备管理制度及流程规范程度越来越高。尤其是信息技术和计算机技术的引入使过程控制系统级仪表维修管理也趋向于信息化管理模式。而且大量实践也证明信息化管理下的控制系统及仪表维修具有极高的效率。因而维修人员更需具备与时俱进的理念，结合不断发展的科技，才能实现过程控制系统及仪表维修理念的更新，形成更加完善的过程控制机仪表维修方法。
【参考文献】
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[2]赵维印. 企业设备维修备件管理综述[J]. 设备管理与维修，2014，07（01）：9-12.
[3]赵卉. 关键维修备件的库存管理刍议[J]. 物流技术，2014，03（21）：99-100+103.
过程控制系统范文第4篇
关键词 过程控制系统；PLC；实验装置
中图分类号：G642.423 文献标识码：B
文章编号：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
^程控制是一门理论与生产实际结合紧密的自动化专业课程，具有很强的工程实践性，相应的过程控制实验是本课程重要的教学环节。学生通过实验，可以了解各种过程控制仪表（包括检测元件及变送器、调节器和执行器），掌握过程对象的建模方法和过程控制系统的设计方法（包括系统构建、控制算法设计、控制参数整定等），并对计算机过程控制系统有一定的了解及掌握。
南京工程学院为提高学生的理论素质、实践能力和改善就业，用大量资金购置多套专业实验装置。过程控制实验室原先采用的是浙大中控10多年前的SUPCON JX-300 DCS系统，配上基于工业过程的物理模拟对象系统，该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识、单回路控制、串级控制、前馈―反馈控制、比值控制、解耦控制等多种控制形式。但由于使用年限较长，技术陈旧，且系统站点通信也不可靠，给实验的正常开展及实验效果带来很大影响。
学校近年添置一套南京科远自动化NT6000 DCS系统，但该系统没有配备物理控制对象，只能在DCS的工程师站上进行模拟组态和运行，使得学生不能通过实验真实体验实际工业生产过程控制的具体流程，不能帮助学生真正建立过程控制系统的概念，存在理论和实践脱节的问题。
以上两种基于DCS的实验系统都属于站点多（包括现场控制站、工程师站、操作员站等）的大型装置，占用实验场地大，添置、改造成本高，实验的灵活性、便利性较差。另外，PLC作为工业自动化的三大支柱之一，由于其技术的发展、性能的提高、组网通信功能的灵活，现已广泛应用于过程控制领域，与过程控制的结合愈发紧密。为此，研究开发一套基于PLC控制器的混合信号实验模块。该模块既可作为过程控制系统课程的教学实验装置，又可作为PLC课程的实验控制对象，分别进行开关量和模拟量控制的多个实验，减少专业实验装置的投资，有效提高装置的利用率和实验的便利性。此外，在该实验模块基础上还可进行设计性拓展，有利于培养学生的动手能力、创新意识和科研素质。
2 实验模块设计
系统框图 设计的基于PLC控制器的过程控制实验系统框图如图1所示。该实验系统由PLC、实验模块（PCB板）、PLC模拟量扩展模块等构成，是一套便利性、实用性很强的实验装置，能满足过程控制、PLC课程的实验教学要求，还可为学生加深对过程控制系统、PLC控制、PID技术等知识的掌握，建立明晰的系统概念。
实验系统各部分说明 由实验模块作为主要受控对象构成的实验系统主要包括模块PCB板、PLC控制器和PLC模拟量扩展模块：PCB板包括DC-DC电路、信号给定及被控对象电路（模拟PI调节模块和模拟二阶被控对象模块）、数字信号输入输出电路、译码锁存及数码显示电路、PCB板输入输出接口、第一端子排和第二端子排；PLC控制器包括电源电路、PLC控制器输入输出接口和中央处理单元；PLC模拟量扩展模块包括PLC模拟量扩展模块输入输出接口。数字信号输入输出电路、译码锁存及数码显示电路和PCB板输入输出接口均通过第一端子排与PLC控制器输入输出接口相连接，信号给定及被控对象电路通过第二端子排与PLC模拟量扩展模块输入输出接口相连接。
实验模块的特点 采用通用化设计，PLC主机及其模拟量输入输出模块完全可以根据用户要求自行配置，如西门子、三菱、欧姆龙、松下、台达等，适应性强；功能全面，实验项目丰富，结合过程控制和PLC的经典控制实验，可以丰富目前高等院校过程控制及PLC实验教学内容；成本低廉、输入输出接口通用、使用灵活方便、扩展灵活、易于维护、占用PLC资源少，方便教学实验，具有良好的应用前景。
3 实验项目的开发
基于PLC控制器的过程控制实验模块，作为模拟被控对象，结合PLC及PLC的模拟量输入输出模块，既可以做诸如多路信号巡回检测及数据处理、基于PLC的数字PID闭环控制、显示及报警等传统过程控制的实验，也可做诸如带倒计时的交通信号灯控制、顺序控制、多路彩灯控制等经典PLC实验，功能全面。
基于PLC的巡回检测及数据处理实验 由PCB板上的信号给定模块提供两路模拟实测物理量，经PLC（以西门子S7 200 PLC为例）模拟量扩展模块（型号EM235）定时采集输入，与内给定值进行比较，输出相应切换信号，并且可以设定物理量的上下限值进行越限报警，同时实现实测物理量的显示。
基于PLC的PID闭环控制实验 可通过PCB板上的调试开关连接模拟PI调节模块102c和模拟二阶被控对象模块102b，模拟二阶被控对象模块102b的输出量通过PLC模拟量扩展模块（型号EM235）输入，通过信号给定模块102a改变给定值，通^模拟对象输出量的显示观测PID闭环调节的过程，可以通过实验比较模拟PI调节与PLC的数字PID调节的效果。
基于PLC的交通信号灯控制系统 由PCB板上的16个LED指示灯分别模拟十字交通路口的12个红、黄、绿指示灯和4个路口4辆汽车的行止状态，由PLC的数字量输出口进行控制，东西、南北向的交通控制时间可由数码管进行倒计数显示。另外，若将12个红、黄、绿LED指示灯分成3组，就可模拟进行不同要求的彩灯实验；还可将16个LED灯分组模拟不同对象，进行各种顺控实验。
4 结语
采用基于PLC的过程控制系统实验模块，丰富了过程控制系统和PLC两门课程的实验项目和实验内容，可以方便地组成多种控制实验，模块结构配置简单、灵活，综合性强、性价比高。该模块将开关量、模拟量采集与控制结合起来，充分模拟工业控制实际。通过该系统可以使学生对过程控制系统和PLC控制有比较全面的认识和理解，更重要的是能让学生将过程控制和PLC的理论知识与工程实践得到很好的结合，实现把多种专业知识在实验环节中交叉、融合，为解决目前高校过程控制教学实验设备陈旧落后的问题提供设计思路，具有良好的实践意义。■
参考文献
[1]王化冰，王彦辉.过程控制综合试验系统的设计与研究[J].中国现代教育装备，2006（12）：68-70.
[2]邱伯平，喻寿益.PLC在过程控制系统实验装置中的应用[J].可编程控制器与工厂自动化：PLC FA，2005（3）：78-81.
[3]康珏.过程控制实验装置改造方案探讨[J].科技信息，
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[4]杨马英，李敏，陈伟锋.“过程控制系统”课程的实验教学改革[J].电气电子教学学报，2015（2）：106-108.
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过程控制系统范文第5篇
关键词：进程间通讯；过程控制；数据字典管理
1.引言
大型生产线的自动控制系统，根据控制范围、功能划分、系统功能的抽象层次，可被分为多个层级，其中生产过程控制系统，位于生产管理系统和基础自动化系统之间。随生产线自动化程度的提高、生产的计算机自动化管理的深入和精细，过程控制系统在大型冶金自动化生产线上，成为不可或缺的部分。过去，完备的过程控制系统的底层开发平台，只有国外大型电气公司拥有，国内电气公司在该领域普遍缺乏深入开发和技术积累。
过程控制系统，总的来说是一个具有软实时性特征的实时系统，能实现以下主要功能：同外部系统通讯、原料数据管理、成品数据和质量数据管理、物料跟踪、工艺参数管理、生产设定值计算、人机操作界面、生产过程监控和数据收集分析等功能。过程控制系统的特点是面向对象的分布式系统架构，使各功能由多个不同进程实现，进程间通讯成为最常用和最关键的基础功能。
本文以WISENTBASE开发平台为蓝本，介绍一种先进的过程控制开发平台的设计—基于.net平台的过程控制系统开发平台设计。
2.设计思想和总体框架
按软件功能的实现层次，过程控制系统结构，按面向对象的分布式系统架构设计，整个软件由核心到外围分成三层：核心业务逻辑层、外部通讯适配层、外部通讯层。
核心业务逻辑层实现最核心和最重要的过程控制业务逻辑，如：物料跟踪、过程数据收集、设定值计算等。外部通讯层，实现和各种外部系统的通讯，如：基础自动化通讯、生产管理系统通讯、各种单体设备通讯。这部分要实现各种不同的通讯协议和数据格式转换。每条生产线的外部通讯内容和格式都不尽相同，为实现具体生产线的通讯内容差异和核心业务逻辑的解耦，需要外部通讯适配层来实现隔离。
核心业务逻辑层和外部通讯适配层的实现技术相同；外部通讯层实现技术特殊，定制内容和变化多。所有软件层都是由一个或多个进程组成，每个进程都需要实现相同的基本功能，如：配置信息管理、进程间通讯系统的初始化和关闭释放、日志系统、消息和报警系统、错误捕捉等。这些功能间的耦合性也很高，在开发平台的设计上，这些功能也被紧密结合在一起，采用Framework模式。
WISENTBASE平台，从结构上看，被分成三个层次：核心库、扩展库、辅助工具。其中，核心库实现了基本的应用程序框架，并封装了每个进程必须实现的基本功能的完整实现，定义了每个进程必须实现的对外服务接口和常用接口，并提供了这些接口的基本功能实现。为方便应用开发人员和扩展库开发人员为基本库添加和修改功能，基本库中留出了扩展点。核心库还封装了常用Win32 API调用的.NET封装和常用工具类，方便应用开发人员使用这些功能。
辅助工具，有如下几个:进程管理、HMI框架配置工具、数据字典管理工具、日志查看工具、各种文档生成工具、报文和通讯测试工具、消息和报警管理工具等。这些工具大部分不直接参与应用程序的运行、数据管理脚本等。
基于.net平台的过程控制系统开发平台设计主要包括以下几个方面：核心功能和结构设计、外围功能和扩展设计、HMI系统设计、辅助工具设计和数据库访问设计。
3.核心功能和结构设计
核心库实现功能：实现应用程序框架、配置信息管理、进程间通讯、日志功能、多个接口的定义、封装各种常用工具类和Win32调用。核心部分是应用程序框架类，通过该类的派生类，可使用其它所有功能。
WISENTBASE开发库的核心库中，提供了应用程序框架类Application，该类是一个抽象类，每个应用程序必须派生自己的Application子类，并重载部分函数，完成相应功能。
Application类完成功能：初始化参数系统、日志系统、进程间通讯服务系统、对外通用服务、调用用户定制的初始化代码、进入消息循环、关闭所有服务和运行环境、调用用户定制关闭代码。
WISENTBASE开发平台提供了三种进程间通讯手段：远程过程调用、通过共享内存进行数据共享、通过互斥量、事件对象实现同步、互斥操作和事件。
远程过程调用分为双向调用和单向调用，这两种调用方式可满足进程间消息传递、数据报文和带返回值的远程过程调用通讯要求。
.Net framework的远程过程调用规范叫Remoting.NET，可支持多种串行化格式和底层通讯协议。考虑到性能和可靠性，WISENTBASE开发库支持IPC和TCP/IP通讯协议，串行化格式采用二进制编码。
WISENTBASE封装了远程过程调用的底层实现细节，通讯协议、各程序的监听地址和端口等信息，通过配置文件保存，对上层应用程序部分完全透明。
过程控制系统，一般都处于无人值守状态，运行日志成为过程控制系统必须具有的辅助功能。WISENTBASE核心库中，实现了日志功能。缺省情况下，日志输出目的地有两个：控制台窗口和日志文件目录。日志文件，可根据配置信息，按一定规则自动切换，并删除陈旧文件。为方便管理和查看日志文件，WISENTBASE辅助工具中，提供了专门的日志查看工具。
WISENTBASE提供的日志功能，包括：按类别输出运行日志、格式化日志消息、跟踪程序执行轨迹、输出调用堆栈详细信息、对异常进行统一处理和日志输出、通过代码注入和调用拦截自动为远程过程调用生成日志和性能记录。
生产过程控制系统，稳定性要求很高。如果发生进程出错而退出、逻辑错误进入死循环或死锁，要求能够自动强制杀死失去响应的进程并重启该进程。
WISENTBASE核心库的框架中，提供了进程的自我监控。辅助工具中，提供了看门狗程序和进程监视管理工具。看门狗程序根据配置信息，自动监视同一台计算机上的需要被监视的进程。当发现某进程失去响应或退出，看门狗程序将自动强行杀死失去响应的进程，在一定时间间隔后重新启动该进程。
进程监视工具通过看门狗程序，显示每个被监视进程的状况，并提供操作界面，供操作人员管理单个进程，如：关闭进程、启动进程、设置进程为被管理、为进程设置日志输出的过滤级别，查看每个进程处理的消 息线索号。
WISENTBASE的扩展库部分，包括多种外部通讯和HMI开发基础库。这些扩展库都是针对具体应用功能，利用核心库提供的功能，对核心库进行的扩展。
过程控制系统，需要提供人机操作界面，供生产线操作人员和系统管理人员使用。HMI主要功能：原料数据管理、成品数据管理、生产设定值和工艺参数管理、生成过程数据管理、生产线数据监视、数据查询和报表、消息和报警、操作权限管理等。其中，部分数据是纯粹数据库中的数据，变化慢；部分数据是基础自动化上传的数据和过程控制系统的运行数据，数据变化快；还有一部分数据，是和基础自动化系统的监控系统共享的。
在.NET framework中，数据库访问采用ADO.NET技术。WISENTBASE开发库中，支持类型化的数据集和Entity Framework，对数据库操作进行封装。支持数据库：Oracle和MS SQL Server。
4.总结
WISENTBASE开发平台自开发出来后，成功应用于几十条生产线的过程控制系统中，其稳定、高性能、易于使用的特点，大大提高了软件开发的质量和效率，特别是方便现场调试，缩短了软件开发和系统投入周期，为公司和最终用户节约了成本。
参考文献：
