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    隨著信息技術(shù)及計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的飛速進(jìn)步，二十年來(lái)仿真建模理論及方法取得了應(yīng)用性突破。當(dāng)代仿真建模技術(shù)已經(jīng)能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)方法構(gòu)造復(fù)雜系統(tǒng)模型，這種數(shù)學(xué)模型能夠揭示系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系和動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，已經(jīng)能夠高逼真度模擬復(fù)雜的過(guò)程系統(tǒng)，仿真技術(shù)在輔助設(shè)計(jì)、輔助研究、輔助生產(chǎn)及輔助教育等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。仿真科學(xué)與技術(shù)已成為繼理論研究和實(shí)驗(yàn)研究之后第三種認(rèn)識(shí)、改造客觀世界的重要手段。

    多少年來(lái)，高等院校自動(dòng)化過(guò)程控制專業(yè)（包括化學(xué)工程、過(guò)程裝備與控制工程等專業(yè)）的教師們一直期待著有一種理想的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠任意組合多種控制方法和控制方案，并針對(duì)多種不同動(dòng)態(tài)特性的工藝對(duì)象進(jìn)行操作與控制實(shí)驗(yàn)。然而，在新一代多功能過(guò)程與控制半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研制成功之前，這一理想只能部分得以實(shí)現(xiàn)。因?yàn)椋瑐鹘y(tǒng)的過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)存在著如下無(wú)法克服的弱點(diǎn)：

    1. 裝置的尺寸過(guò)小，導(dǎo)致系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)比真實(shí)系統(tǒng)小得多，因此，動(dòng)態(tài)特性與實(shí)際系統(tǒng)差異很大。由于尺寸過(guò)小的原因，流動(dòng)特性受管壁邊界層的影響大，流動(dòng)非線性強(qiáng)無(wú)法穩(wěn)定，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏差大、沒(méi)有重復(fù)性。例如，小尺寸儲(chǔ)槽的液位當(dāng)入口流量較大時(shí)，相對(duì)波動(dòng)很大，穩(wěn)定性差；小尺寸控制閥無(wú)法達(dá)到要求的特性（線性、等百分比、拋物特性等）；小尺寸的離心泵特性多變，和工業(yè)級(jí)離心泵特性相差懸殊，正因?yàn)槿绱耍瑖?guó)家標(biāo)準(zhǔn)（包括國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定，只有管徑大于50毫米，流動(dòng)達(dá)到一定的流速才有標(biāo)準(zhǔn)可言。

    2. 工藝介質(zhì)一般用水，物理性質(zhì)單一，表達(dá)不了實(shí)際工藝物料復(fù)雜多樣的物理化學(xué)特性，因此，除了流體流動(dòng)與傳熱實(shí)驗(yàn)外，化學(xué)反應(yīng)、物料混合、組分變化、酸堿度變化、氣體壓縮、復(fù)雜的傳質(zhì)過(guò)程等都無(wú)法實(shí)現(xiàn)。因此，普遍存在著實(shí)驗(yàn)過(guò)程單調(diào)、知識(shí)點(diǎn)少等問(wèn)題。

    3. 由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)介質(zhì)單一，因此，只能進(jìn)行比較簡(jiǎn)單的數(shù)量有限的過(guò)程與控制實(shí)驗(yàn)，無(wú)法進(jìn)行多種多樣的復(fù)雜控制和先進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)。

    4. 無(wú)法進(jìn)行高危險(xiǎn)性、超極限性過(guò)程的安全保護(hù)控制實(shí)驗(yàn)。因?yàn)椋瑐鹘y(tǒng)的過(guò)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)本身十分簡(jiǎn)單，一般沒(méi)有高危險(xiǎn)性、超極限性過(guò)程（如反應(yīng)超溫、超壓、爆炸等），即使包含有高危險(xiǎn)性、超極限性過(guò)程，基于安全要求也不允許進(jìn)行破壞性實(shí)驗(yàn)。

    5. 難于對(duì)實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行重組和變化，限制了實(shí)驗(yàn)規(guī)模和種類。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)裝置部件有限，因此重組和變化的內(nèi)容有限。此外，重組和變化需要附加管路和閥門，變化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的初始化時(shí)間長(zhǎng)（例如，等待系統(tǒng)降溫時(shí)間很長(zhǎng)），而且全面的重組和變化必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行重新機(jī)電組裝，這對(duì)參與實(shí)驗(yàn)的師生幾乎沒(méi)有可行性。

    6. 水泵、電機(jī)運(yùn)行時(shí)機(jī)械振動(dòng)較大（如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，機(jī)械振動(dòng)非常大），有些實(shí)驗(yàn)裝置需要380伏交流電源，能耗大，安全性低。

    7.難于對(duì)全部變量和操作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)高完備性和高分辨率故障診斷，因此也無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能化實(shí)驗(yàn)。

    以上弱點(diǎn)，在新一代多功能過(guò)程與控制仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中幾乎都得到解決。多功能過(guò)程與控制仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)將小型半實(shí)物過(guò)程系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)與全數(shù)字仿真技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了集多種教學(xué)和實(shí)驗(yàn)功能于一身、真實(shí)感強(qiáng)、一機(jī)多用、既可以進(jìn)行初級(jí)與中等復(fù)雜程度的過(guò)程與控制實(shí)驗(yàn)、也可以進(jìn)行高級(jí)復(fù)雜的過(guò)程與控制實(shí)驗(yàn)、維修簡(jiǎn)單、節(jié)能、安全、環(huán)保等理想實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的要求，是高等教學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的一個(gè)新的飛躍。
 
1  多功能過(guò)程與控制仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成

    多功能過(guò)程與控制仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由小型流程設(shè)備盤臺(tái)、數(shù)字式軟儀表與接口硬件、系統(tǒng)監(jiān)控軟件及過(guò)程模型軟件四部分組成。四部分通過(guò)小型實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)字通信協(xié)調(diào)運(yùn)行，完成復(fù)雜的半實(shí)物模擬實(shí)驗(yàn)。

    （1）小型流程設(shè)備盤臺(tái)
    見(jiàn)圖1所示，在鋼制的盤臺(tái)上安裝著由不銹鋼制的比例縮小的流程設(shè)備模型。本盤臺(tái)是學(xué)生直接操作和運(yùn)行過(guò)程系統(tǒng)的環(huán)境。本環(huán)境給學(xué)生以全真實(shí)的空間位置感覺(jué)、全真實(shí)的操作力度感覺(jué)和過(guò)程變化的時(shí)間特性感覺(jué)。由于真實(shí)過(guò)程裝置的壓力、流量、溫度、物位、功率、組成也是無(wú)法直接觀察的，必（2）動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型軟件

    動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型軟件運(yùn)用動(dòng)態(tài)定量仿真模型，模擬真實(shí)工藝流程，并提供各變量當(dāng)前值。具體分為以下流程的動(dòng)態(tài)仿真模型：離心泵及特性動(dòng)態(tài)仿真模型、 三級(jí)液位及傳熱動(dòng)態(tài)仿真模型、壓力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真模型、溶液濃度值配制動(dòng)態(tài)仿真模型、熱交換器過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真模型、間歇反應(yīng)動(dòng)態(tài)仿真模型、連續(xù)反應(yīng)（CSTR）動(dòng)態(tài)仿真模型、小型全流程動(dòng)態(tài)仿真模型。

    為了進(jìn)行復(fù)雜的控制實(shí)驗(yàn)，除了過(guò)程模型外還特別開發(fā)了常用控制算法模塊庫(kù)，例如，PID控制器，傳遞函數(shù)、外作用函數(shù)、限幅器、算術(shù)運(yùn)算器、選擇器、繼電器特性、隨機(jī)信號(hào)器等，可以方便地通過(guò)“軟連接”構(gòu)造多種多樣的控制系統(tǒng)。配合小型專用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)及高速模型計(jì)算技術(shù)，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型軟件能夠在監(jiān)控軟件的控制下完成過(guò)程系統(tǒng)的仿真計(jì)算。

    （3）控制系統(tǒng)圖形組態(tài)軟件
    為了便于學(xué)生（教師）靈活地設(shè)計(jì)組合多種多樣的控制方案，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供自行開發(fā)的、專用的控制系統(tǒng)圖形組態(tài)軟件。能夠在計(jì)算機(jī)“桌面”上通過(guò)圖形軟連接、在“菜單”提示下填寫參數(shù)和數(shù)據(jù)等方法完成控制系統(tǒng)組態(tài)。這種組態(tài)方法與集散型控制系統(tǒng)（DCS）組態(tài)完全相同，因此，比教學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的進(jìn)口軟件MATLAB更直觀、更簡(jiǎn)明、更符合工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)的要求。當(dāng)然，（如果需要的話）本軟件也能與MATLAB軟件相連接。

    控制系統(tǒng)圖形組態(tài)軟件提供以下具體功能：提供常見(jiàn)的PID控制算法，允許學(xué)生配置參數(shù)；控制方案的設(shè)計(jì)。允許學(xué)生自行設(shè)計(jì)控制方案，包括控制與被控制變量的選擇、算法的選擇以及復(fù)雜控制實(shí)驗(yàn)等；控制算法組態(tài)。提供兩種方式的控制算法組態(tài)：提供圖形化控制算法組態(tài)工具，使學(xué)生可以對(duì)傳遞函數(shù)進(jìn)行自定義; 提供標(biāo)準(zhǔn)DLL工程，將學(xué)生用其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言所寫的控制算法動(dòng)態(tài)鏈接到當(dāng)前控制回路中；信號(hào)發(fā)生器組態(tài)。提供常用的信號(hào)發(fā)生器，對(duì)當(dāng)前的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行疊加；信號(hào)輸出組態(tài)。提供信號(hào)輸出顯示、歷史趨勢(shì)記錄、文件保存等功能，以進(jìn)行信號(hào)后處理。

    為了方便使用，控制系統(tǒng)圖形組態(tài)軟件具有錯(cuò)誤組態(tài)方案的自診斷功能。當(dāng)組態(tài)的方案不合理時(shí)，軟件能給出提示。此外，還具有智能化自動(dòng)排序功能。本軟件采用深層知識(shí)“專家系統(tǒng)”推理方法，對(duì)組態(tài)生成的控制系統(tǒng)計(jì)算順序進(jìn)行優(yōu)化排序，能夠保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

    （4）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)監(jiān)控軟件
    盤臺(tái)上的所有操作和顯示變量都能由軟件控制，可以在瞬間設(shè)定新的狀態(tài)，我們稱其為狀態(tài)“全恢復(fù)”功能。本功能是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的一大特色，利用本特點(diǎn)可以任意設(shè)定干擾、故障狀態(tài)或某一特定狀態(tài)、重演過(guò)去記錄的狀態(tài)及某時(shí)間段落的變化狀態(tài)等。

    實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)監(jiān)控軟件對(duì)每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)提供工程管理，便于學(xué)生選擇不同的實(shí)驗(yàn)，以及對(duì)當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行管理。具體分為以下功能：實(shí)驗(yàn)開始、暫停、恢復(fù)及自檢驗(yàn)功能；實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目切換；）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目當(dāng)前狀態(tài)（又稱為“快照”）存儲(chǔ)；參數(shù)運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)改變；多畫面切換。

2  工藝過(guò)程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

    多功能過(guò)程與控制仿真實(shí)驗(yàn)全系統(tǒng)的工藝流程圖見(jiàn)圖2所示。由于采用了半實(shí)物模擬新技術(shù)，在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)盤臺(tái)上可以通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件控制，自動(dòng)組合成多種工藝過(guò)程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以全面重組和變化，重組和變化不需要附加管路和閥門、不必對(duì)設(shè)備進(jìn)行重新機(jī)電組裝，只需通過(guò)軟件組態(tài)方式或改變信號(hào)線連接，由軟件初始化一秒鐘即可實(shí)現(xiàn)，易如反掌。主要工藝過(guò)程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如下：

    （1）離心泵及特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
    本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以進(jìn)行非線性液位特性測(cè)試、單容液位控制實(shí)驗(yàn)、非線性PID調(diào)節(jié)器實(shí)驗(yàn)、離心泵開、停；離心泵特性測(cè)試；離心泵故障實(shí)驗(yàn)；離心泵相關(guān)的控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；離心泵與相關(guān)設(shè)備聯(lián)合后的控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及深層知識(shí)專家系統(tǒng)故障診斷等。

    （2）三級(jí)液位及溫度實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
    與常規(guī)三級(jí)液位實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相比，特別增加了非線性環(huán)節(jié)，只須修改數(shù)學(xué)模型就可以實(shí)現(xiàn)變?nèi)荩儠r(shí)間常數(shù)、變物料特性、或系統(tǒng)加壓等常規(guī)實(shí)驗(yàn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容，因此也為復(fù)雜控制方法的實(shí)驗(yàn)及深層知識(shí)專家系統(tǒng)故障診斷實(shí)驗(yàn)提供了可能。

    （3）壓力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
    本系統(tǒng)可以進(jìn)行關(guān)聯(lián)多容系統(tǒng)特性實(shí)驗(yàn)、本質(zhì)自衡特性實(shí)驗(yàn)、透平式氣體壓縮機(jī)特性試驗(yàn)、氣體大口徑管道輸送測(cè)量及控制試驗(yàn)、設(shè)備惰性氣體置換充壓過(guò)程及多點(diǎn)氣體壓力與流量控制試驗(yàn)。

    （4）流體混合及溶液濃度配制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
    實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括流體混合成分及溫度變化、強(qiáng)非線性PH值溶液配制。為比值控制、分程控制、非線性控制、順序控制及深層知識(shí)專家系統(tǒng)（SDG法）故障診斷實(shí)驗(yàn)提供了可能。

    （5）傳熱過(guò)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
    傳熱過(guò)程在本系統(tǒng)中涉及反應(yīng)器中的蛇管傳熱、夾套傳熱、列管式熱交換器傳熱。列管式熱交換器屬于變時(shí)間常數(shù)、高階動(dòng)態(tài)特性系統(tǒng)。傳熱過(guò)程既可以加熱，也可以冷卻，可以改變傳熱面積、傳熱系數(shù)、介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)，為相關(guān)因素對(duì)傳熱的影響和多種溫度控制方案的實(shí)驗(yàn)及深層知識(shí)專家系統(tǒng)故障診斷實(shí)驗(yàn)提供了可能。

    （6）間歇反應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 
    本實(shí)驗(yàn)選擇了間歇反應(yīng)過(guò)程中最為復(fù)雜的一種，具有主副反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)、放熱劇烈、壓力隨溫度急劇變化等特點(diǎn)，是當(dāng)前工藝全實(shí)物實(shí)驗(yàn)根本無(wú)法進(jìn)行的高危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)，又是非常需要的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。此外，全實(shí)物實(shí)驗(yàn)還面臨物料消耗、能量消耗、反應(yīng)產(chǎn)物的處理、廢氣廢液的處理和環(huán)境污染問(wèn)題。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的間歇反應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)際上都是水位及流量系統(tǒng)，根本沒(méi)有反應(yīng)現(xiàn)象。本項(xiàng)目解決了工藝過(guò)程實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)重要空缺。本間歇反應(yīng)過(guò)程是工業(yè)常見(jiàn)的典型的間歇過(guò)程，可以進(jìn)行計(jì)算機(jī)順序控制、批量控制實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而可以進(jìn)行模糊控制、優(yōu)化控制、間歇過(guò)程的深層知識(shí)專家系統(tǒng)（SDG法）故障診斷等高級(jí)控制實(shí)驗(yàn)。本間歇反應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型可以完成全工況、高精度、實(shí)時(shí)模擬。

    （7）連續(xù)反應(yīng)（CSTR）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
    本實(shí)驗(yàn)與間歇反應(yīng)系統(tǒng)一樣，是當(dāng)前工藝全實(shí)物實(shí)驗(yàn)根本無(wú)法進(jìn)行的高危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)，又是非常需要的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。此外，實(shí)物實(shí)驗(yàn)還面臨物料消耗、能量消耗、反應(yīng)產(chǎn)物的處理、廢氣廢液的處理和環(huán)境污染問(wèn)題，以上各項(xiàng)問(wèn)題比間歇反應(yīng)更嚴(yán)重，因?yàn)檫B續(xù)反應(yīng)的處理量大大超過(guò)間歇過(guò)程。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的連續(xù)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)際上都是水位及流量系統(tǒng)，根本沒(méi)有反應(yīng)現(xiàn)象。本項(xiàng)目解決了工藝過(guò)程實(shí)驗(yàn)的另一項(xiàng)重要空缺。本連續(xù)反應(yīng)過(guò)程是工業(yè)常見(jiàn)的典型的帶攪拌的釜式反應(yīng)器（CSTR）系統(tǒng)，同時(shí)又是高分子聚合反應(yīng)。除了進(jìn)行常規(guī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)外，還可以進(jìn)行模糊控制、優(yōu)化控制、深層知識(shí)專家系統(tǒng)（SDG法）故障診斷等高級(jí)控制實(shí)驗(yàn)。

    （8）小型流程級(jí)過(guò)程控制設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
    本系統(tǒng)在圖2中的部位是全部盤臺(tái)系統(tǒng)，包括了全部盤臺(tái)工藝流程、設(shè)備和操作監(jiān)控點(diǎn)。流程級(jí)過(guò)程控制設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可以滿足工藝類專業(yè)的實(shí)習(xí)、輔助課程設(shè)計(jì)進(jìn)行過(guò)程穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)分析；過(guò)程控制專業(yè)的實(shí)習(xí)、輔助課程設(shè)計(jì)進(jìn)行過(guò)程動(dòng)態(tài)分析、安全評(píng)價(jià)、控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)軟件和硬件連接、控制系統(tǒng)調(diào)試、運(yùn)行、檢驗(yàn)等多項(xiàng)實(shí)踐內(nèi)容。此外與以上分系統(tǒng)一樣，可以進(jìn)行常規(guī)控制、復(fù)雜控制、先進(jìn)控制、智能控制、優(yōu)化控制、深層知識(shí)專家系統(tǒng)（SDG法）故障診斷等高級(jí)控制實(shí)驗(yàn)。

3 過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

    本系統(tǒng)由于能夠組合成多種工藝過(guò)程的對(duì)象，因此可以進(jìn)行多種多樣的控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與研究。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)時(shí)輸出過(guò)程數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)接收外部控制數(shù)據(jù)。被控過(guò)程變量和控制閥可在現(xiàn)有的位號(hào)中通過(guò)信號(hào)線插接自定義。因此，在本平臺(tái)上可自行設(shè)計(jì)多種多樣的控制方案，既可以進(jìn)行初級(jí)與中等復(fù)雜程度的過(guò)程與控制實(shí)驗(yàn)、也可以進(jìn)行高級(jí)復(fù)雜的過(guò)程與控制實(shí)驗(yàn)、還可以進(jìn)行故障診斷實(shí)驗(yàn)。

    事實(shí)上，在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上可以進(jìn)行的過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)是排列組合的概念，即可以達(dá)到數(shù)百種之多。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)可變化的內(nèi)容包括了8種工藝過(guò)程、設(shè)備尺寸可變、物料特性可變、工藝條件可變、10個(gè)自動(dòng)控制閥4種閥特性的選擇、29個(gè)傳感器信號(hào)選擇、多點(diǎn)自由設(shè)定干擾、控制系統(tǒng)自由組態(tài)、控制算法自由嵌入等。所以，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上可以進(jìn)行的過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的變化幾乎是天文數(shù)字。這也是本系統(tǒng)革新傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的重要方面。由于這種自由組合功能，為學(xué)生和教師提供了一個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的環(huán)境，學(xué)生可以自行設(shè)計(jì)各種各樣的控制方案，并立即進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

    由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容非常豐富，為了便于結(jié)合教學(xué)大綱選擇所需要的實(shí)驗(yàn)，可按實(shí)驗(yàn)類別進(jìn)行索引。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分十大類如下：
    （1）過(guò)程特性及測(cè)試實(shí)驗(yàn)
    （2）過(guò)程開、停車實(shí)驗(yàn)
    （3）故障及排除實(shí)驗(yàn)
    （4）基礎(chǔ)控制實(shí)驗(yàn)
    （5）復(fù)雜控制實(shí)驗(yàn)
    （6）全流程控制綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
    （7）先進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)
    （8）智能控制實(shí)驗(yàn)
    （9）計(jì)算機(jī)輔助安全分析實(shí)驗(yàn)
    （10）故障診斷實(shí)驗(yàn)

    例如，過(guò)程特性及測(cè)試實(shí)驗(yàn)包括：自衡系統(tǒng)、非自衡系統(tǒng)、單容系統(tǒng)、隔離多容系統(tǒng)、關(guān)聯(lián)多容系統(tǒng)、液位系統(tǒng)、流量系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)、溫度與傳熱系統(tǒng)、成分系統(tǒng)、過(guò)程非線性系統(tǒng)、離心泵特性、離心式鼓風(fēng)機(jī)特性、調(diào)節(jié)閥特性（線性、等百分比、拋物、快開）、連續(xù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性、間歇反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性等。

    基礎(chǔ)控制實(shí)驗(yàn)包括：流量PID單回路控制、液位PID單回路控制、壓力PID單回路控制、溫度PID單回路控制、成分PID單回路控制、PID參數(shù)整定（4-6種方法）、調(diào)節(jié)閥選用計(jì)算及測(cè)試（液體、氣體）、標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)算及測(cè)試（液體、氣體）、PLC單回路控制、DCS單回路控制等。

    復(fù)雜控制實(shí)驗(yàn)包括：串級(jí)控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、超馳控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)等。

    基于深層知識(shí)模型（SDG）故障診斷實(shí)驗(yàn)包括：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、SDG診斷模型建模、SDG在線故障診斷實(shí)驗(yàn)。

4 結(jié)論

    綜上所述，新一代多功能過(guò)程與控制半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：具有過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)和工藝過(guò)程實(shí)驗(yàn)雙重用途；有限的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)多種過(guò)程實(shí)驗(yàn)的最佳組合；可實(shí)現(xiàn)多種過(guò)程控制方法和多種方案選擇實(shí)驗(yàn)；無(wú)須投料、安全、節(jié)能、環(huán)保；模塊化、組裝化、數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、易使用、易維護(hù)、低功耗、高可靠性；是計(jì)算機(jī)智能化教學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的全面升級(jí)。本系統(tǒng)的研制成功是實(shí)驗(yàn)教學(xué)技術(shù)的突破。

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