过程控制是自动化及其相关专业的重要专业课,具有理论性与实践性并重的特点。切实掌握过程控制课程内容,实验教学环节必不可少。然而,许多高校实验系统并不完善,导致过程控制实验教学趋于形式化,学生对实验的理解停留于表面。因此,设计、开发一套性能优越、功能完善的过程控制实验平台对提高过程控制教学质量和培养学生工程实践能力具有重要意义。在陕西省重点科技创新团队计划项目(项目编号:2014KCT-15)的资助下,本文将实物实验与半实物仿真实验结合,围绕过程控制实验平台的搭建和实验项目的研发开展研究,论文的主要工作可分述如下:(1)过程控制实验平台的硬件与软件设计根据对过程控制实验平台的需求分析,设计了一套基于西门子S7-300PLC的过程控制实验平台。硬件方面,设计、制作了一套小型化的多参数三容水箱实验装置,用以模拟一阶过程、二阶过程、大时滞过程等典型环节;以该实验装置为被控对象,设计了控制系统硬件部分,涉及测控点数统计、元器件选型、控制柜和MCC柜设计与制作等。软件方面,包括基于STEP7的实验项目程序开发与调试、基于WinCC的监控界面设计、上位机与下位机的以太网通讯实现等。(2)实验平台实物实验项目的研发在已搭建的实验平台上,以过程控制实验要求为目标,设计了一系列实物实验项目。实验项目涉及液位、温度、流量、压力四类常见过程参量的检测与控制,设计了被控对象建模实验、单回路控制实验等简单控制实验项目,以及液位串级、流量比值等复杂控制实验项目,并分别给出了实验设计方案、实验测试结果及实验指导书。进一步以蚁群算法为例阐述了智能算法在实验平台上进行实验验证的方法。(3)实验平台半实物仿真实验项目的研发针对半实物仿真的原理与特点,实现了基于MATLAB与WinCC的半实物仿真。采用OPC技术实现了MATLAB与WinCC的双向数据交换,为了使实验平台更为紧凑,使用C脚本完成了MATLAB在WinCC中的集成。在此基础上,设计并实现了单回路液位控制及液位串级控制两个半实物仿真实验项目,对方案的可行性进行了验证。在相同控制参数及相同被控对象条件,比较了半实物仿真实验与实物实验结果的异同点,并分析了其原因。本实验平台集实物实验与半实物仿真实验于一体,将相同的实验以不同类型的实验方式呈现,可以加深学生对课程内容的理解,MATLAB的引入能够降低编程难度,提高学生设计实验的自主性和实验平台的开放性。此外,本实验平台还能为广大科研人员提供先进控制理论实验验证的便捷手段。