过程控制是面向工业应用的一门重要的自动化学科课程,如何使得过程控制的实验教学富有成效是自动化教学所关注问题之一。常规的过程控制的实验系统从电气、仪表、控制系统等多方面与实际的工业环境差距较大,不利于学生理解掌握过程控制的要点。建立一种与工业环境高度一致的过程控制实验平台对促进过程控制的教学和科研具有重要意义。针对上述问题,本文以冷、热空气混合过程为实验对象,基于电气、仪表、控制系统三电一体化的设计思想,研发了一种新型过程控制系统的实验平台,选取了代表性的温度、流量和压力等三大热工参数作为被控变量,以变频器、角行程电动执行器为执行机构,可以开展多种控制方案的实验研究,以有效支持过程控制的实验教学。本文的主要工作包括如下几个方面:(1)介绍了空气混合的被控过程和整个实验平台的基本结构,描述了实验平台所用到的执行机构及检测仪表,并对空气混合过程控制系统实验平台的需求进行分析。(2)整个设计以集中控制为准则、结构分层为特点,按照三电一体化的设计思想,分别完成电气控制系统、检测仪表和执行机构的选型、计算机控制系统等的设计。软件设计时,将实验平台的软件功能分为逻辑控制功能、回路控制功能、系统监控功能等三个部分,依据此方案进行了详细的软件设计。(3)基于上述模块化、结构化的设计思想,开发出设备联锁启停控制模块、回路控制模块、模拟量处理模块、手动/自动无扰切换模块;按照回路控制方案的设计,完成单回路控制、串级控制以及比值控制的软件开发;基于画面友好、监视方便、易于控制的原则,开发出统一的设备操作画面、回路调节画面、历史趋势图画面、参数监视画面等。最后,完成STEP7和WinCC软件的通讯参数设置。(4)在完成实验平台的软件开发和硬件的调试任务后,通过设备逻辑控制实验、单回路控制实验和比值控制实验的验证,实验平台能够很好地实现空气混合的过程控制和过程监控功能,为以后自动化类专业的学生设计、开发新的工程实验夯实了基础。