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前言
水是大自然赐给人类最宝贵的资源和财富，是人类生命的源泉。我国的水质污染非常严重，尤其是工业生产产生的大量工业废水，其特点是排放量大、组成复杂和污染严重。目前污水处理过程中仍然缺乏有效技术手段来保障污水有效的回收再利用，因此如果能提高污水回用率便可以有效缓解国内严重缺水现状。
目前阻碍污水处理事业进一步发展的主要因素之一是污水处理控制系统控制水平较低，工业废水的pH值是环境保护单位重点监察指标，但在污水处理中pH值控制不但存在严重的非线性问题，而且受化学元素、温度、污染指数等因素的影响，使用常规的PID控制方法很难达到预期效果，也导致污水回收利用的效率降低。
摘要
pH值是废水排放需检验的一个重要指标，直接外排会导致严重的环境污染[4]。因此，对于工业生产中产生的废水必须要进行pH值检验。现代生产过程中对生产用水也有严格的要求。
严重的非线性和滞后性是酸碱中和过程表现出的重要特征，主要表现为混合过程中的pH值在中和点附近的增益很大，此时投入的中和药剂稍有变化，就能引起pH值较大幅度的波动，而当pH值远离中和点时的增益很小，pH值变化不明显，加入大量的中和药剂才能使pH值有明显变化。加上酸碱中和过程通常在反应釜和循环管路中进行，使得控制过程存在较大的时滞，不仅给pH值控制带来极大难度，而且损失大量中和药剂，因此pH值成为自动化控制中最难控制变量之一。本文主要通过对PH值变化控制的研究，建立一套自动化控制污水处理系统。
关键词：PH值、预测控制、工业污水处理、自动化控制。
第1章 预测控制系统研究
1.1 pH过程模型
在化工生产和污水处理过程中，酸碱中和过程存在严重非线性和大滞后现象。
通过查阅近年来的技术文献、相关工艺方法，在前人的实践探索基础上总结出以下几个因素，使得pH值很难控制：
（1）pH中和过程辨识困难，难以建立等价低阶线性模型。
（2）pH中和过程存在严重非线性，使得整个控制是非线性的，用一般线性控制器很难达到控制要求。
（3）pH中和过程中，由于混合测量环节存在滞后，使被调量不能及时反应系
统所受干扰，由于纯滞后的因素，造成pH值很难控制。
pH过程其实就是酸与碱的中和反应过程，这种化学反应过程通常速度很快，所以一般考虑其平衡过程。当系统达到平衡的时候，可用静态模型来描述pH过程，滴定曲线可以有效描述pH过程的静态模型，滴定曲线由所加入的酸或碱的含量来描述pH值，它与酸和碱的平衡常量和总离子浓度有关[7-10]。但由于流入物和反应物中所含的成分的不同以及反应器装置的不同，使得实际的pH过程呈现出复杂多变的特点，许多科学家在基于物料平衡及反应机理的基础上研究出几种著名的数学动态模型用以描述pH过程中的主要特性，而且得到了试验证实。
1.2 酸碱中和反应pH值的非线性预测控制
在对pH值控制提出方案之前，为了研究方便，有必要先对涉及到对象建模，对其特性进一步了解。许多技术专家都运用酸碱中和过程的机理建立模型，并分析研究。所以，本文在掌握前人知识理论的基础上，采用酸碱中和机理来建立相应模型。在酸碱中和反应的机理模型中，（[No3-]-[Na+]）是一个不变量，采用它来描述状态变量。在中和反应的过程中，理论上反应时间足够快，该反应理论上处于化学平衡状态，反应不变量应是不變的；但在整个反应过程中，各个时间的反应不变量是变化的。通过中和反应过程中的守恒等式和平衡关系，可以建立该中和反应的机理模型：
其中，x 是反应容器内酸和碱的（[No3-]-[Na+]）值；y 是反应容器溶液的pH 值；V （k） 是时刻k容器内溶液体积；Ts是采样时间；q1是酸的流速，在实验过程中保持恒定； q2是碱的流速，碱路控制量为50～100。U 是碱路的控制量；控制量与流速的线性比例系数，通过多次试验测量求平均值得到。Wa1 和Wa2是相应支路单位体积溶液中的电荷数。本次测试中，计算酸（HNO3）的No3-电荷数，碱（NaOH） 的Na+电荷数，所以Wa1 =-[No3-]，Wa2 = [Na+]。所以上述中和反应过程，模型的正确性将受参数Wa1和Wa2影响。为保证模型的正确性，需结合酸碱滴定曲线和反应过程中实际响应曲线等来确定。
1.3 酸碱中和反应pH 值的非线性预测控制
根据公式（2-1） 和（2-2） 描述的酸碱中和反应非线性模型，该反应的pH 值非线性预测控制（Nonlinear model predictive control， NMPC）[9]问题描述如下：
其中，k 是采样时刻，X是状态向量，U 是操作变量（即碱路的控制量），y是为被控变量（即pH 值），v 和w 是噪声。
经过模型校正后的未来j 步模型预测输出是：
其中bk = ymk-yk 是输出预测值yk 和测量值ymk 之差。
定义如下的非线性预测控制目标函数式：
其中，eyk+j = yk+j - ys 是预测输出与期望输出之间的偏差，euk+j = Uk+j-Us 是预测输入与期望稳态输入之间的偏差，P 是预测序列长度，M 是控制序列长度，△Uk+j 是输入变量的增加量，S 是模型预测的约束值且有S > 0，Qj、Sj、Rj和T 为时变加权系数，均选择为正定矩阵。预测控制存在的等式约束包括由式（2-1） 和（2-2） 构成的非线性模型，不等式约束条件则如下式所示：
根据上述非线性预测控制的目标函数和约束条件，通过优化方法求解得到预测控制的输入序列UM = {Uk；Uk+1，… ， Uk+M-1.}在预测控制执行过程中，输入序列UM 的第一个分量施加到系统中， 随后整个过程在每个采样周期重复进行。由于在酸碱中和反应的非线性预测控制中引入了非线性模型和不等式约束，使得求解控制根据上述分析，基于以下两点来选择搜索的初始化范围： （1） 当pH 测量值逐渐接近设定值时，算法优化的初始化范围逐渐接近Ue。
（2） 根据静态增益的变化，调节初始化范围接近Ue 的程度。静态增益越大则选择接近Ue 的初始化范围，静态增益小就选择远离Ue 的初始化范围。具体的初始化范围计算如下。
记对应于设定值sv 时的测量值pv 为pv0。
其中 为正的实系数。
优化算法的初始化范围Uini 为
其中， = rand（ ） 是（0，1） 间的随机数， 用以调节初始化范围的大小。
由式（2-12） 可知，参数 可以调节初始化范围落在[Ul；Ue]或[Ue；Uh]之间的位置。如果过程的静态增益大，则使用较小的 值，使得优化解在靠近Ue 附近，即用比较小的控制量，防止过程超调过大或产生振荡等。对于静态增益较小的pH值区间，可以用大的 值，使得优化解远离Ue，即用比较大的控制量，提高反应速度。此外，若计算出的范围超出控制量的边界条件，则选择与之接近的边界值。
第2章 污水处理自动化控制系统设计
2.1污水处理工艺流程
污水处理的基本工艺方法：
污水处理工艺是采用多种技术与方法，将污水中各种物质分离去除、回收利用，或将有害物质转化为无害物质，使水质净化到生产可用的标准。
现代污水处理技术，按处理程度划分，一般分为三级处理。
2.2污水处理系统工艺介绍
酸洗污水处理厂包括污水处理和污泥处理两个系统。污水处理系统包括集水井、废水调节池、格栅间、提升泵房、曝气生物滤池、鼓风机房、氧化沟、辐流式沉淀池、计量渠等，污泥处理系统包括污泥回流泵房、脱水机房等几部分。
污水经污水排放管进入集水井中，污水流经格栅机，滤除其中固体悬浮物后，再由提升泵将污水提升到曝气生物滤池进行分离，去除水中密度较大的无机物质，以保护后续处理设备的正常运行。然后污水进入氧化沟，进行生化反应处理。经生化处理后的污水进入污泥沉淀池进行污泥沉淀，经过污泥沉淀后的污水经多介质过滤器后流到出水渠，达标合格排放。沉淀池中分离的一部分生物活性污泥回流到生化反应池，另一部分剩余污泥流经污泥泵房进入污泥处理系统，剩余污泥进入污泥贮池，最后经进污泥泵送入板框压滤机脱水处理后外运。
2.3计算机监控系统的构成
监控系统负责全厂生产过程监视控制与数据采集，由中央监控站、PLC控制站以及通讯网络构成。中央监控站设在废水处理中心的值班控制室内，主要包括：管理计算机、打印机、工业交换机等。PLC控制站分别设在废水处理中心各工艺区现场，主要由PLC机柜，可编程控制器及网络接口等组成。通讯采用以太网为主干网，网络通讯介质为光纤。
（1）上位机对所有工艺设备监控功能
（2）上位机监控站的功能
上位机监控站配置Windows XP系统，采用WINCC组态软件实现以下功能：
1）通过工业以太网与现场PLC控制站进行数据通讯，采集过程信息；
2）实时显示整个工艺流程的全貌图，分组画面；
3）实时显示设备的各种状态和各种参数值；
4）实时显示故障报警，并通过语音、动态条提示操作者；
5）实现设备的远程操作和参数配置；
6）各种参数的分类分组处理；
7）各种参数的柱形图、扇形、趋势图。
通过配置智能数据库，对各种历史数据进行建档分析和处理，编辑输出各种所需的生产报表。
PLC控制柜配有通讯接口，与中央监控计算机进行数据交换，PLC控制柜内驻留有应用程序，可独立于计算机进行监控，以确保系统的安全可靠。根据废水处理中心的工艺布局，设有3个PLC控制站，用于实现各功能单元的数据采集和设备控制。
PLC1控制站设置在1105#石灰乳配置间。负责1101#格栅集水井，1102#一次提升泵房及微濾间，1105#石灰乳配置间，1106#石灰中和处理间等地仪表参数的采集及设备的状态检测和控制。
PLC1远程I/O站设置在1104#二次提升泵房。负责1103#硝化棉废水调节池，
1104#二次提升泵房，1112#硝甘吸收药废水调节池等地仪表参数的采集及设备的状态检测和控制。
PLC2控制站设置在1116#加药间。负责1107#活性污泥池，1113#调节混凝初沉池，1114#生化混凝沉淀池，1115#污泥储池，1116#加药间，1117#生活污水泵房，1121#污泥浓缩池，1122#污泥泵房二等地仪表参数的采集及设备的状态检测和控制。
PLC3控制站设置在1120#处理设备及监测间。负责1118#过滤间及氧化消毒池，1119#曝气生物滤池，1120#处理设备及监测间，1123#脱水鼓风机房等地仪表参数的采集及设备的状态检测和控制。
（3）动力设备监控
动力设备的运行状况由上位机随时监视。各电动机监视其控制状态，运行情况，故障情况。
（4）检测仪表的设置
掌握工艺运行情况，控制水质指标以及生产管理需要，设置检测仪表：
2.4 WINCC上位机组态编程
程序运行时首先进入主画面。主画面显示污水处理的整个工艺流程，同时在主画面中显示各个流程关键的开关量和模拟量的状态，如设备的状态、液位、流量、温度等。如果想了解现场更加详细的状态以及对设备进行远程控制需要进入工艺流程的分画面。分画面中可以显示实时报警、趋势曲线。同时对重要模拟量进行归档，以便形成历史趋势曲线，便于以后进行查看和分析。在中央监控室可以对现场的设备进行操作，参数采集以及现场仪表的数据显示。设计步骤如下：
创建过程画面
主画面显示污水处理的整个工艺流程，包括显示重要的模拟量输入信号、电机运行状态、阀门开关状态等。
趋势曲线画面
在运行系统中，可以以表格或趋势曲线的形式输出当前过程值或已归档的过程值，也可以将所归档的过程值作为记录打印输出。WinCC使用“变量记录”组件来组态过程值归档，可以选择组态过程值归档和压缩归档，定义采集和归档周期，并选择想要归档的过程值。在一个归档中可以定义要归档变量的不同采集类型。可以是非周期、连续周期、可选择周期以及一旦改变。
组态报警画面
在WinCC中，报警记录编辑器负责消息的采集和归档，包扩过程、预加工、表达式以及归档等消息的采集功能。消息系统给操作员提供了关于操作状态和过程故障状态的信息。他们将临界状态提早通知操作员，并帮助消除空闲时间。系统可以通过画面和声音的形式报告记录消息时间，还可以用电子和书面的形式归档。报警可以通知操作员在生产过程中发生的故障和错误消息，用于及早警告临界状态或缩短停机时间。
水是大自然赐给人类最宝贵的资源和财富，是人类生命的源泉。我国的水质污染非常严重，尤其是工业生产产生的大量工业废水，其特点是排放量大、组成复杂和污染严重。目前污水处理过程中仍然缺乏有效技术手段来保障污水有效的回收再利用，因此如果能提高污水回用率便可以有效缓解国内严重缺水现状。
目前阻碍污水处理事业进一步发展的主要因素之一是污水处理控制系统控制水平较低，工业废水的pH值是环境保护单位重点监察指标，但在污水处理中pH值控制不但存在严重的非线性问题，而且受化学元素、温度、污染指数等因素的影响，使用常规的PID控制方法很难达到预期效果，也导致污水回收利用的效率降低。
摘要
pH值是废水排放需检验的一个重要指标，直接外排会导致严重的环境污染[4]。因此，对于工业生产中产生的废水必须要进行pH值检验。现代生产过程中对生产用水也有严格的要求。
严重的非线性和滞后性是酸碱中和过程表现出的重要特征，主要表现为混合过程中的pH值在中和点附近的增益很大，此时投入的中和药剂稍有变化，就能引起pH值较大幅度的波动，而当pH值远离中和点时的增益很小，pH值变化不明显，加入大量的中和药剂才能使pH值有明显变化。加上酸碱中和过程通常在反应釜和循环管路中进行，使得控制过程存在较大的时滞，不仅给pH值控制带来极大难度，而且损失大量中和药剂，因此pH值成为自动化控制中最难控制变量之一。本文主要通过对PH值变化控制的研究，建立一套自动化控制污水处理系统。
关键词：PH值、预测控制、工业污水处理、自动化控制。
第1章 预测控制系统研究
1.1 pH过程模型
在化工生产和污水处理过程中，酸碱中和过程存在严重非线性和大滞后现象。
通过查阅近年来的技术文献、相关工艺方法，在前人的实践探索基础上总结出以下几个因素，使得pH值很难控制：
（1）pH中和过程辨识困难，难以建立等价低阶线性模型。
（2）pH中和过程存在严重非线性，使得整个控制是非线性的，用一般线性控制器很难达到控制要求。
（3）pH中和过程中，由于混合测量环节存在滞后，使被调量不能及时反应系
统所受干扰，由于纯滞后的因素，造成pH值很难控制。
pH过程其实就是酸与碱的中和反应过程，这种化学反应过程通常速度很快，所以一般考虑其平衡过程。当系统达到平衡的时候，可用静态模型来描述pH过程，滴定曲线可以有效描述pH过程的静态模型，滴定曲线由所加入的酸或碱的含量来描述pH值，它与酸和碱的平衡常量和总离子浓度有关[7-10]。但由于流入物和反应物中所含的成分的不同以及反应器装置的不同，使得实际的pH过程呈现出复杂多变的特点，许多科学家在基于物料平衡及反应机理的基础上研究出几种著名的数学动态模型用以描述pH过程中的主要特性，而且得到了试验证实。
1.2 酸碱中和反应pH值的非线性预测控制
在对pH值控制提出方案之前，为了研究方便，有必要先对涉及到对象建模，对其特性进一步了解。许多技术专家都运用酸碱中和过程的机理建立模型，并分析研究。所以，本文在掌握前人知识理论的基础上，采用酸碱中和机理来建立相应模型。在酸碱中和反应的机理模型中，（[No3-]-[Na+]）是一个不变量，采用它来描述状态变量。在中和反应的过程中，理论上反应时间足够快，该反应理论上处于化学平衡状态，反应不变量应是不變的；但在整个反应过程中，各个时间的反应不变量是变化的。通过中和反应过程中的守恒等式和平衡关系，可以建立该中和反应的机理模型：
其中，x 是反应容器内酸和碱的（[No3-]-[Na+]）值；y 是反应容器溶液的pH 值；V （k） 是时刻k容器内溶液体积；Ts是采样时间；q1是酸的流速，在实验过程中保持恒定； q2是碱的流速，碱路控制量为50～100。U 是碱路的控制量；控制量与流速的线性比例系数，通过多次试验测量求平均值得到。Wa1 和Wa2是相应支路单位体积溶液中的电荷数。本次测试中，计算酸（HNO3）的No3-电荷数，碱（NaOH） 的Na+电荷数，所以Wa1 =-[No3-]，Wa2 = [Na+]。所以上述中和反应过程，模型的正确性将受参数Wa1和Wa2影响。为保证模型的正确性，需结合酸碱滴定曲线和反应过程中实际响应曲线等来确定。
1.3 酸碱中和反应pH 值的非线性预测控制
根据公式（2-1） 和（2-2） 描述的酸碱中和反应非线性模型，该反应的pH 值非线性预测控制（Nonlinear model predictive control， NMPC）[9]问题描述如下：
其中，k 是采样时刻，X是状态向量，U 是操作变量（即碱路的控制量），y是为被控变量（即pH 值），v 和w 是噪声。
经过模型校正后的未来j 步模型预测输出是：
其中bk = ymk-yk 是输出预测值yk 和测量值ymk 之差。
定义如下的非线性预测控制目标函数式：
其中，eyk+j = yk+j - ys 是预测输出与期望输出之间的偏差，euk+j = Uk+j-Us 是预测输入与期望稳态输入之间的偏差，P 是预测序列长度，M 是控制序列长度，△Uk+j 是输入变量的增加量，S 是模型预测的约束值且有S > 0，Qj、Sj、Rj和T 为时变加权系数，均选择为正定矩阵。预测控制存在的等式约束包括由式（2-1） 和（2-2） 构成的非线性模型，不等式约束条件则如下式所示：
根据上述非线性预测控制的目标函数和约束条件，通过优化方法求解得到预测控制的输入序列UM = {Uk；Uk+1，… ， Uk+M-1.}在预测控制执行过程中，输入序列UM 的第一个分量施加到系统中， 随后整个过程在每个采样周期重复进行。由于在酸碱中和反应的非线性预测控制中引入了非线性模型和不等式约束，使得求解控制根据上述分析，基于以下两点来选择搜索的初始化范围： （1） 当pH 测量值逐渐接近设定值时，算法优化的初始化范围逐渐接近Ue。
（2） 根据静态增益的变化，调节初始化范围接近Ue 的程度。静态增益越大则选择接近Ue 的初始化范围，静态增益小就选择远离Ue 的初始化范围。具体的初始化范围计算如下。
记对应于设定值sv 时的测量值pv 为pv0。
其中 为正的实系数。
优化算法的初始化范围Uini 为
其中， = rand（ ） 是（0，1） 间的随机数， 用以调节初始化范围的大小。
由式（2-12） 可知，参数 可以调节初始化范围落在[Ul；Ue]或[Ue；Uh]之间的位置。如果过程的静态增益大，则使用较小的 值，使得优化解在靠近Ue 附近，即用比较小的控制量，防止过程超调过大或产生振荡等。对于静态增益较小的pH值区间，可以用大的 值，使得优化解远离Ue，即用比较大的控制量，提高反应速度。此外，若计算出的范围超出控制量的边界条件，则选择与之接近的边界值。
第2章 污水处理自动化控制系统设计
2.1污水处理工艺流程
污水处理的基本工艺方法：
污水处理工艺是采用多种技术与方法，将污水中各种物质分离去除、回收利用，或将有害物质转化为无害物质，使水质净化到生产可用的标准。
现代污水处理技术，按处理程度划分，一般分为三级处理。
2.2污水处理系统工艺介绍
酸洗污水处理厂包括污水处理和污泥处理两个系统。污水处理系统包括集水井、废水调节池、格栅间、提升泵房、曝气生物滤池、鼓风机房、氧化沟、辐流式沉淀池、计量渠等，污泥处理系统包括污泥回流泵房、脱水机房等几部分。
污水经污水排放管进入集水井中，污水流经格栅机，滤除其中固体悬浮物后，再由提升泵将污水提升到曝气生物滤池进行分离，去除水中密度较大的无机物质，以保护后续处理设备的正常运行。然后污水进入氧化沟，进行生化反应处理。经生化处理后的污水进入污泥沉淀池进行污泥沉淀，经过污泥沉淀后的污水经多介质过滤器后流到出水渠，达标合格排放。沉淀池中分离的一部分生物活性污泥回流到生化反应池，另一部分剩余污泥流经污泥泵房进入污泥处理系统，剩余污泥进入污泥贮池，最后经进污泥泵送入板框压滤机脱水处理后外运。
2.3计算机监控系统的构成
监控系统负责全厂生产过程监视控制与数据采集，由中央监控站、PLC控制站以及通讯网络构成。中央监控站设在废水处理中心的值班控制室内，主要包括：管理计算机、打印机、工业交换机等。PLC控制站分别设在废水处理中心各工艺区现场，主要由PLC机柜，可编程控制器及网络接口等组成。通讯采用以太网为主干网，网络通讯介质为光纤。
（1）上位机对所有工艺设备监控功能
（2）上位机监控站的功能
上位机监控站配置Windows XP系统，采用WINCC组态软件实现以下功能：
1）通过工业以太网与现场PLC控制站进行数据通讯，采集过程信息；
2）实时显示整个工艺流程的全貌图，分组画面；
3）实时显示设备的各种状态和各种参数值；
4）实时显示故障报警，并通过语音、动态条提示操作者；
5）实现设备的远程操作和参数配置；
6）各种参数的分类分组处理；
7）各种参数的柱形图、扇形、趋势图。
通过配置智能数据库，对各种历史数据进行建档分析和处理，编辑输出各种所需的生产报表。
PLC控制柜配有通讯接口，与中央监控计算机进行数据交换，PLC控制柜内驻留有应用程序，可独立于计算机进行监控，以确保系统的安全可靠。根据废水处理中心的工艺布局，设有3个PLC控制站，用于实现各功能单元的数据采集和设备控制。
PLC1控制站设置在1105#石灰乳配置间。负责1101#格栅集水井，1102#一次提升泵房及微濾间，1105#石灰乳配置间，1106#石灰中和处理间等地仪表参数的采集及设备的状态检测和控制。
PLC1远程I/O站设置在1104#二次提升泵房。负责1103#硝化棉废水调节池，
1104#二次提升泵房，1112#硝甘吸收药废水调节池等地仪表参数的采集及设备的状态检测和控制。
PLC2控制站设置在1116#加药间。负责1107#活性污泥池，1113#调节混凝初沉池，1114#生化混凝沉淀池，1115#污泥储池，1116#加药间，1117#生活污水泵房，1121#污泥浓缩池，1122#污泥泵房二等地仪表参数的采集及设备的状态检测和控制。
PLC3控制站设置在1120#处理设备及监测间。负责1118#过滤间及氧化消毒池，1119#曝气生物滤池，1120#处理设备及监测间，1123#脱水鼓风机房等地仪表参数的采集及设备的状态检测和控制。
（3）动力设备监控
动力设备的运行状况由上位机随时监视。各电动机监视其控制状态，运行情况，故障情况。
（4）检测仪表的设置
掌握工艺运行情况，控制水质指标以及生产管理需要，设置检测仪表：
2.4 WINCC上位机组态编程
程序运行时首先进入主画面。主画面显示污水处理的整个工艺流程，同时在主画面中显示各个流程关键的开关量和模拟量的状态，如设备的状态、液位、流量、温度等。如果想了解现场更加详细的状态以及对设备进行远程控制需要进入工艺流程的分画面。分画面中可以显示实时报警、趋势曲线。同时对重要模拟量进行归档，以便形成历史趋势曲线，便于以后进行查看和分析。在中央监控室可以对现场的设备进行操作，参数采集以及现场仪表的数据显示。设计步骤如下：
创建过程画面
主画面显示污水处理的整个工艺流程，包括显示重要的模拟量输入信号、电机运行状态、阀门开关状态等。
趋势曲线画面
在运行系统中，可以以表格或趋势曲线的形式输出当前过程值或已归档的过程值，也可以将所归档的过程值作为记录打印输出。WinCC使用“变量记录”组件来组态过程值归档，可以选择组态过程值归档和压缩归档，定义采集和归档周期，并选择想要归档的过程值。在一个归档中可以定义要归档变量的不同采集类型。可以是非周期、连续周期、可选择周期以及一旦改变。
组态报警画面
在WinCC中，报警记录编辑器负责消息的采集和归档，包扩过程、预加工、表达式以及归档等消息的采集功能。消息系统给操作员提供了关于操作状态和过程故障状态的信息。他们将临界状态提早通知操作员，并帮助消除空闲时间。系统可以通过画面和声音的形式报告记录消息时间，还可以用电子和书面的形式归档。报警可以通知操作员在生产过程中发生的故障和错误消息，用于及早警告临界状态或缩短停机时间。