三容水箱过程系统具有非线性、大延迟、耦合的特性，具有很强的代表性，是工业过程系统被控对象中典型的抽象模型，因此三容水箱过程系统的故障诊断方法研究受到广泛关注。本文首先介绍了故障诊断研究的背景及意义，详细阐述了过程控制系统的故障诊断研究现状，总结了关于三容水箱过程系统的国内外故障诊断方法。其次研究了三容水箱过程系统的主体结构以及工作原理，并对其进行机理建模，根据数学模型搭建了Simulink模型，给出部分故障的仿真结果，为故障诊断方法研究奠定了基础。然后对三容水箱信号去噪预处理技术作了研究，系统阐述了传统小波、小波包和提升算法应用于信号去噪的原理，总结出提升小波算法在信号去噪预处理应用的优势，并结合概率神经网络，提出提升小波和概率神经网络结合的方法应用于三容水箱过程系统故障诊断与分析。经提升小波去噪预处理的数据作为概率神经网络的输入特征向量，再利用概率神经网络诊断分析，得出诊断结果。这种结合方式的优点是通过信号的检测分析和重构消除噪声引入的干扰，使神经网络的模式识别效果更可靠。运用MATLAB进行仿真实验，从实验结果可以证明提升小波和概率神经网络结合的方法是一种正确有效的故障诊断方法。最后以三容水箱过程系统为研究对象，应用力控监控软件及MATLAB分析软件，设计了故障诊断研究平台，包括系统主界面、数据库设计、C/S结构和OPC技术应用等。