在工业过程中广泛应用的串级控制是自动化学科过程控制课程教学的重点和难点之一。如何帮助学生在工业背景下加深对串级控制的理解是过程控制课程需要着重解决的问题。本文在辽宁省冶金综合自动化工程实验室建设项目的支持下,以工业中常见的空气加热混合过程为对象,完成了空气加热混合过程串级控制实验平台软件的设计与开发,为过程控制课程教学建立了与工业环境高度一致的串级控制实验平台。本文具体工作如下:(1)在对现有过程控制实验教学平台的发展状况进行详细综述的基础上,以空气混合过程为被控对象,从辅助教学实验的目标出发,对串级控制系统实验平台进行了详细的需求分析。(2)设计了由PLC过程控制软件、监控软件和模型软件组成的空气加热混合过程串级控制实验平台软件的整体架构,其中PLC过程控制软件和监控软件完成工业环境下的单回路控制、串级控制以及动态阶跃响应实验,模型软件通过人机交互的方式完成基于动态实验数据的过程辨识,以及单回路和串级控制器的参数整定。(3)基于Siemens公司S7-300PLC的控制系统架构,完成了空气加热混合过程串级控制实验平台软件的开发,采用STEP7软件开发PLC过程控制软件,采用SIMATIC WinCC软件开发监控软件,基于MATLAB GUI(图形用户界面)开发了模型软件,采用OPC方式实现了监控软件与模型软件之间的数据通讯。(4)在此实验平台上开展了辨识、常规PID控制和串级控制的实验验证,结果表明,该平台具有高度模拟工业现场环境、直观易懂、方便灵活的优点,对过程控制的教学改革起到一定的推动作用。