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由于生产过程是一个分散系统，因此，过程控制的方式最好是分散进行，而监视、操作与最佳化管理，则应该以集中为好。随着现代工业的迅速发展，为了满足工业生产的更高要求，提出了集散控制系统DCS[6]（又称为分布式控制系统）。
集散控制系统（DCS）是集计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术为一体的装置，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。这种系统不仅使系统的危险分散，消除了全局性的故障点，提高了系统的可靠性，同时能方便灵活地实现各种新型的控制规律与算法[6]。
受信息技术（网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技术、现场总线技术等）发展的影响，以及用户需求的提高，提出了第四代DCS（高速发展期）。第四代DCS的体系结构主要分为四层结构：过程控制级、集中监控级、生产管理级和综合管理级。过程控制级主要由现场控制站、I/O单元和现场各类装置组成，是系统控制功能的主要实施部分。集中监控级包括操作员站和工程师站，用于完成系统的操作和组态，综合监控各过程控制站的所有信息[7]。这种系统由于是分级的，能实现现代化的最佳管理，它的出现是新情况下的一种必然趋势，从此工业生产过程自动化进入一个新的时代[4]。
随着现代生产过程的迅速发展，简单控制系统已经不能很好地解决高水平控制要求下的生产实际问题。这就促进了状态反馈、最优控制、解耦控制[8]等现代控制理论在过程控制中的应用，加速了过程建模、测试以及控制方法等相关技术和理论的发展。
1.3 本课题研究内容及论文章节安排
液位控制是过程控制系统中最常见的控制类型，随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，以微机为控制器的液位检测控制系统已经得到非常广泛的应用。本课题主要以浙大中控CS4000实验装置为平台，实现水箱液位单回路控制系统、液位-流量的串级控制系统。
论文分为6个章节，具体内容安排如下：
第一章为绪论部分，介绍了过程控制的发展概况、过程控制相关技术，同时也对整篇论文的章节架构进行了描述；
第二章 介绍了浙大中控CS4000实验装置，并对其硬件结构组成、仪器仪表的特性进行了详细讲解；
第三章 着重介绍过程对象的动态特性，并分别对单容水箱、双容水箱液位对象进行实验建模；
第四章 完成了单容水箱、双容水箱的液位定值控制系统设计，并设计了控制系统的监控界面；
第五章 完成了水箱液位与调节阀流量的串级控制系统，并设计系统的监控界面；
最后对整个毕业设计工作进行了总结。
2 实验平台简介
浙大中控CS4000实验装置液位控制系统部分包含四个相互关联的水箱，通过阀门切换可构造具有不同关联度的液位控制方式。AdvanTrol-Pro 软件包是基于Windows2000 操作系统的自动控制应用软件平台，在SUPCON WebField 系列集散控制系统（Distributed Control System—DCS）中可以完成系统组态、数据服务和实时监控功能。
2.1 CS4000实验装置概况
CS4000型过程控制实验装置[9]是中控科教根据自动化及相近专业的教学特点和学生培养目标，结合国内外最新科技动态而推出的集智能仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的普及型多功能实验装置。
整个系统由对象系统和控制系统两部分组成，具体组成如表1-1所示。
表1-1 浙大中控CS4000实验装置结构组成
CS4000
过程控制
实验装置 对象系统 实验对象 主-副管路流量系统
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