先进过程控制系统软件

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过程控制系统PCS(Process Control System)的介绍及应用

过程控制系统PCS(ProcessContro1

System)的介绍及应用

过程控制系统(ProcessContro1System,PCS)是在自动化技术的支持下对生产过程进行实时监测、控制和优化的一种系统。PCS通过传感器、执行器、计算机和网络等技术手段，对现场各种参数进行实时监测、分析和控制，以确保产品质量、提高生产效率和降低成本。以下是PCS的介绍及应用。

1.过程控制系统的基础功能

核心模块：输入模块、控制模块和输出模块这三个模块是过程控制系统的基础。其中输入模块主要负责采集现场的数据，如温度、压力、流量等；控制模块则对这些数据进行处理、分析，并制定相应的控制策略；输出模块则将控制信号传送给执行器，如阀门、电机等，来实现对生产过程的控制。

2.过程控制系统的应用

2.1化工行业

化工行业中存在许多高危作业环节，PCS可以帮助企业降低

生产事故风险。例如，作为一个严格遵循生产规范要求的工业领域，PCS能够在化学反应过程中确保反应的安全性，从而防止不必要的人员伤害和财产损失。

3.2石油行业

在石油工业中，过程控制系统也发挥着至关重要的作用。由于石油生产环境复杂，PCS可以通过对石油采集、加工、储存等环节的实时监测，精准掌握各个环节的生产数据，提高生产效率和节约成本。

4.3电力行业

电力行业是一个需要高度自动化技术支持的领域，PCS通常被用来监测、控制和优化发电机组的运行状态。例如，在燃气发电机组中，使用PCS能够实现自动控制温度、压力和电压等参数，以提高发电效率和减少排放。

5.4制药行业

制药行业需要严格遵守安全、卫生、环保等法规标准，PCS在制药过程中的应用非常重要。例如，通过对药品生产过程进行实时监测和控制，PCS能够确保药品的生产量和质量达到最佳效果，同时满足药品的安全标准。

Apc先进控制介绍

除了能够提高控制品质，控制器还可进一步安全地操作在最优卡边控制下来实现经济效益。这表明仍可增效降耗。
模型预测控制 (5)
预热
速率
典型操作领域
压力
源自文库
冷却
安全极限
模型预测控制的经济效益
上限安全范围
目标
= 经济效益
无模型预测控制
先进控制减少波
减少波动将使得操作更接近最优卡边控制
DMCplus 控制结构
5 MINUTE OPERATOR REVIEW
IMPLEMENT OPT. SETPOINTS
LINE-OUT PERIOD 90 MINUTES
Aspen IQ™产品
• Aspen IQ 是 AspenTech公司产品质量推断（软测量仪表）、建模及实施的高效软件包。
• Aspen IQ 使得线性/非线性在线推断产品质量（软测量仪表）变得可能。
• Aspen IQ具有分析仪及实验室数据在线修正模块，并能自动地更新推断产品质量，以确保软测量仪表精度。
• 环保监控能力
Aspen IQ 概述
• 模型开发 - IQ模型 – 离线视窗NT/95 软件
• 模型实施 - Aspen IQ 在线 – 在线、实时、计算机软件 – 支持多种模型型式 (PLS, FIR, NN …)
•一些管理人员把装置卡边约束条件显示在他们的办公室以便及时了解问题之所在。

Honeywell先进控制软件介绍

Profit Loop, Profit PID, Loop Scout
Industry Solutions Systems, Sales, & Support
Honeywell Proprietary and Confidential
Advanced Solutions
建模环境－Profit Design Studio
Material Control (Blending)
Performance
Profit
Monitor
SensorPro
Profit Loop
Profit Optimizer
ProfitMax
BRC
Batch Control
Lab Entry
Operator Data Logs
TotalPlant Batch
• 成立于1885年，总部现设在美国新泽西州 • 遍布100多个国家，120,000 员工 • 全球财富500强排名前列 –银行信誉A级 • 2005年销售达到277亿美元 • 每年的科技开发费用达7亿多美元
• 道琼斯30支工业股票之一，标准普尔500指数之一 • 被《财富》评为最好的公司、最大效益公司、最佳管理公司
Advanced Steam Management
Advanced Combustion
Control
Polymers

SIMATIC_PCS_7过程控制系统

SIMA TIC PCS 7应用于所有工业领域的过程控制系统

点击看大图

西门子PCS 7系统是完全无缝集成的自动化解决方案。可以应用于所有工业领域,包括过程工业，制造工业，混合工业以及工业所涉及的所有制造和过程自动化产品。作为先进的过程控制系统，SIMATIC PCS7 形成了一个带有典型过程组态特征的全集成系统。

SIMATIC PCS 7 -西门子过程控制系统之特点

∙基于标准的SIMATIC软件和硬件组件

∙先进的分布式客户机/服务器架构

∙可伸缩性强，从小型实验室系统，到具有高达60，000个过程对象的大型工厂

∙可用于连续和批处理应用

∙可用于所有工业领域：过程、制造以及混合工业

∙强大的HMI系统，带有集成的基于SQL服务器的归档系统

∙基于IEC 61131 的集中式，工厂范围内的工程系统

∙通过现场总线PROFIBUS，现场设备和驱动系统均可很灵活和容易的集成

∙无缝集成的安全系统，通过TüV*验证的可满足AK6/SIL3

∙在同一个可编程控制器中可以混合运行标准和故障安全相结合的形式，高可用性和故障安全相结合的形式

∙可在所有层级实现冗余，提高可用性

∙符合ISA S 88.01 和FDA 21 CFR Part 11规范的模块化批处理系统SIMA TIC BA TCH

∙通过SIMATIC IT架构实现MES/ERP层级的接口

比过程化自动市场要求做得更加完美——

SIMATIC PCS 7 ——一个真正的现代DCS系统

HMI

∙具有多用户能力的HMI组件

∙大容量架构

∙客户机-服务器结构

∙冗余

∙在线修改

控制流程用什么软件做

控制流程是指在计算机程序中根据不同条件执行不同的代码路径的能力。在软

件开发领域，控制流程通常通过编写合适的逻辑来实现，常见的方法包括使用条件语句、循环和函数等。而为了更好地管理和可视化控制流程，我们通常会借助适合的软件工具来辅助进行设计和实现。

常用的控制流程设计软件

1. MicroSoft Visio

MicroSoft Visio是一款常用的流程图设计工具，它提供了丰富的模板和符号库，可以方便地绘制各种类型的流程图，包括控制流程图、流程图、数据流程图等。使用Visio可以将控制流程可视化，更直观地展示程序的执行逻辑。

2. Lucidchart

Lucidchart是一款在线流程图设计工具，它支持团队协作和实时编辑，可以方

便地创建和共享控制流程图。Lucidchart提供了许多专业的模板和工具，可以帮助用户快速绘制复杂的控制流程图，并支持导出为常见的图片格式。

3. Draw.io

Draw.io是一款免费的在线绘图工具，支持多种流程图的绘制，包括控制流程图、流程图和UML图等。Draw.io具有简洁的界面和丰富的符号库，能够满足用

户的基本绘图需求，同时支持导出为多种格式。

如何选择适合的控制流程设计软件

1.根据需求：根据实际的控制流程设计需求来选择软件，如果是简单的

流程图，可以选择免费的在线工具；如果是复杂的控制流程，建议选择功能更强大的专业软件。

2.可视化效果：选择软件时要考虑其提供的图形绘制功能和样式，以确

保能够清晰地展示控制流程，便于理解和沟通。

3.团队协作：如果需要多人协作设计控制流程图，建议选择支持团队协

国外著名的自动化工控网站

以下国外的一些自动化公司的简单介绍，抛砖引玉的作用，希望大家补充，仅从国外涉及的门类，我们就落后了，希望共勉。随着中国成为最具浅力的国际性工控自动化市场，大批的国外专业自动化公司已经或即将进入中国。给大家提供一些国外自动化专业公司参考，让大家更多的认 s D8 a& u5 w1 l/ N识这些公司。8 |; I2 i3 L D* R# LABB Automation -- 工业自动化和控制。 . Y) y$ h+ j, M8 Z4 w- BAltia -- 仿真图。 Applied Dynamics International -- 控制系统仿真和设计工具。 Ariadne Control Systems. -- 食品和饮料工业控制。 0 q6 u( ]5 o/ |" L5 ?: QASECO Integrated Systems Ltd. -- 制造信息和控制系统，管理信息系统。 2 |3 l) `. ]7 JAutomationtechies. -- 提供自动化行业的工作机会。 * d: t( v; W, Q" t" p, N" d9 [BASE Controls Ltd. -- 环境控制系统和自动化系统。 Biodata Ltd.-- 数据采集和控制系统的设计和制造。 . Boeing.-- 动态系统建模和仿真软件。 Calerga. -- 动态系统设计和仿真软件。 Cambridge Control Ltd. -- 控制咨询和计算机产品。 Cegelec Industrial Controls. -- 是Alcatel Alsthom Group的一个分部。 CICS Automation. -- UNAC的用于PCs 和PLCs的先进过程控制软件。 $ ]: H0 q" c' Q) o' \ControlServe Ltd. -- 过程控制培训和控制回路优化服务。 l$ R J5 n9 N; t5 e9 IControl Consulting, Inc. -- 对加工工业先进的、实时的计算机应用。 Controllab Products, BV (CLP) -- 动态系统建模和仿真软件。 Control Technology Corporation. -- 自动控制系统制造。 $ o' R/ p7 j+ R5 oControllab Products, Inc. -- 20-SIM仿真包的销售和技术支持。 DB Engineering. -- 过程工程咨询服务。 DEICON. -- 设计、成像和控制。 dSPACE. -- 实时控制和原型设计工具。 / L4 h, I- a3 [3 eEngineSoft/pIDtune. -- 集成化辩识和PID控制器设计软件。 0 v# f& J6 _) x, D+ Q* w$ V% \+ o! dEntech. -- 过程控制咨询。 Euclid Research. -- 自动调试和运动控制系统工具和仪器。 Eurotherm Controls. -- 工业和温度控制设备。 ExperTune Inc. -- PID分析和调谐软件。 ( I7 \) c# [* A* QExtra Dimension Technologies. -- Novel教育控制器件。 Feedback plc. -- 控制工程实验室设备制造。 Honeywell Inc.. -- 工业自动化和控制。 Industrial Systems and Control Ltd.. -- 工业系统和控制。 ; j- a1 v4 I3 M ]Instrument Service & Equipment. -- 过程和温度控制仪器。 % \( { n7 ~7 w" H' RIntegrated Systems. -- 矩阵和系统集成软件。 ( C& i( |1 c% `. c* kINX INC. -- 机械工具、加工和仪器控制系统设计。 6 \" H% i7 e I0 UKlockner Moeller Siemens Control Systems Co. -- 控制设备。 The Mathworks. -- Matlab and Simulink 软件。 * A- g, f6 j: M% qMaple. -- Waterloo Maple 符号计算软件包。 , \4 V4 ^- Y

Advanced Process Control-先进控制

10
横河先进控制软件包组成
横河-壳牌联合提供了先进控制的软件包
历史数据库
ExaOPC
历史数据
过程模型
AIDA(offline)
过程数据
Exarqe
历史数据过程数据
基于模型的预测量
Exasmoc
设定值（优化）
ExaOPC
过程数据
DCS
控制变量
系统辨识过程数据
| Document Number| February 29, 2016 | Copyright © Yokogawa Electric Corporation
11
横河先进控制软件包
■APC: ■MPC:
Advanced Process Control 先进控制 Model Predictive Control 模型预测控制
(包括，多变量预测控制)
横河软件包
■PCTP: ■SMOCPro : ■AIDAPro:
■RQEPro:
■MDPro:
过程控制软件包多变量优化控制软件包先进模型辨识和数据分析软件包
23
先进控制与在线色谱在线色谱分析质量
历史数据库
PCTP工具包中有基于经验的动态建模工具
鲁棒质量预估软件包
PCTP工具包中有基于推理的建模工具
运行监视分析软件包
| Document Number| February 29, 2016 | Copyright © Yokogawa Electric Corporation

生产自动化的十大软件

在现代工业生产中，生产自动化技术的应用越来越广泛，对提高生产效率、降低成本、改善产品质量起到了非常重要的作用。而实现生产自动化的关键之处在于选择合适的软件系统。本文将介绍生产自动化中使用最广泛的十大软件。

一、PLC编程软件

PLC（可编程逻辑控制器）是自动化控制领域中广泛应用的一种控制器。PLC编程软件是用于对PLC进行程序编写和调试的工具。常见的PLC编程软件有西门子的STEP 7、施耐德的Unity Pro 等。这些软件不仅可以实现控制逻辑编程，还可以进行运行监控与故障诊断等功能。

二、SCADA系统软件

SCADA（监控与数据采集）系统是工业生产过程监控的重要工具。SCADA系统软件可以与PLC或其他控制器通信，采集生产过程中的数据，并进行实时监控与控制。常见的SCADA系统软件有Wonderware InTouch、WinCC等。这些软件提供了直观的图形界面，方便操作者监控生产过程。

三、MES系统软件

MES（制造执行系统）是协调与控制生产过程的关键系统。MES系统软件可以实现生产计划管理、物料追溯、质量管理等功能。常见的MES系统软件有SAP Manufacturing、Siemens Simatic IT等。这些软件提供了全面的生产信息管理与分析能力，帮助企

业提高生产效率与质量水平。

四、机器视觉软件

机器视觉技术在生产自动化中的应用越来越广泛。机器视觉软

件可以通过图像采集与处理，实现产品质量检测、工件定位与识

别等功能。常见的机器视觉软件有Cognex VisionPro、Keyence Visionscape等。这些软件具有高精度、高稳定性的特点，为企业

一种用于先进过程控制研究的半实物仿真系统

文章编号：１００１－９９４４（２０１４）０２ — ００２８ — ０５
一
种用于先进过程控制研究的半实物仿真系统
高强，李航，高翔，赵洪业，吴楠
（天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室天津理工大学自动化学院，天津３００３８４）
ＧＡＯＱｉａｎｇ，ＬＩＨａｎｇ，ＧＡＯＸｉａｎｇ，ＺＨＡＯＨｏｎｇ — ｙｅ，ＷＵＮａｎ
（ＴｉａｎｊｉｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＣｏｎｔｒｏｌＴｈｅｏｙｒａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎＣｏｍｐｌｉｃａｔｅｄＳｙｓｔｅｍｓ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｉｒｃａｌＥｎｎｅｅ卜ｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３８４，Ｃｈｉｎａ）
ｓｙｓｔｅｍｃｏｍｂｉｎｅ Hale Waihona Puke Baidu ｗｉｔｈａｄｖａｎｃｅｄｃｏｎｔｏｌｒｓｏｆｔｗａｒｅＰｒｏｉｆｔＤｅｓｉｇｎＳｔｕｄｉｏａｎｄＭａｔｌａｂｄｉｄｅｄｎａａｌｙｓｉｓｔｏｌｓｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｈａｒｄ —

第八章先进过程控制系统-PPT精品文档

8.1 预测控制---预测模型
预测模型的向量形式为：
Y ( k 1 ) H U ( kH ) U ( k 1 ) m 1 1 2 2
T U ( k ) [ u ( k N 1 ) , u ( k N 2 ) ,, u (1 k ) ] 1
ˆ h N 0 H1 0
Y ( k 1 ) Y ( k 1 ) H [ y ( k ) y ( k ) ] p m 0 m
引入反馈校正,有效克服了模型的不精确性和系统中存在的不确定性所造正的不利影响，提高了系统的精度和鲁棒性。
电气工程系
Department of Electrical Engineering
阶跃响应曲线
电气工程系
Department of Electrical Engineering
8.1 预测控制---预测模型
预测模型依赖于过程的内部特性，而与过程在k时刻的实际输出无关，所以是基于非参数模型的开环预测模型。
采用反馈修正的方法对上述开环预测模型进行修正。
设闭环预测模型为Yp(k+1),则有加权系数向量 k时刻实际过程的输出测量值 k时刻预测模型的输出值
具有对数学模型要求不高、能直接处理具有纯滞后的过程、具有良好的跟踪性能和较强的抗干扰能力、对模型偏差具有较强的鲁棒性等优良性质。

某公司先进控制(APC)应用概况

– 从控制角度讲，只要CV在范围内，且预测值表明，在不远的未来也没有超界的可能，则控制器的动作会很小或甚至没有，以避免频繁调整或不必要的操作调整，提高了装置操作的平稳性。单回路PID控制无法做到。
– 如果某MV没有自由度时（无调节余地），多变量控制器可以用其余的MV进行调整；而采用给
定点控制时，若某个变量饱和，就不得不降低
过程控制应用中，某些控制系统也可以用鲁棒控制方法设计，特别是对那些比较关键且㈠不确定因素变化范围大；㈡稳定裕度小的对象。
但是，鲁棒控制系统的设计要由高级专家完成。一旦设计成功，就不需太多的人工干预。另一方面，如果要升级或作重大调整，系统就要重新设计。
• ③最优控制
• 最优控制是现代控制理论的一个重要组成部分。成功应用于航天航空和军事领域，在许多方面改变了人们的生活。
统计资料，在炼油装置应用先进控制的效益是非常巨大的。对于一个处理量为106t/a的催化裂化装置，其年效益为182万美元。
（1）工业过程控制的主要策略 ①自适应控制
• 自适应控制可以看作是一个能根据环境变化智能调节自身特性的反馈控制系统以使系统能按照一些设定的标准工作在最优状态。
一般地说，自适应控制在航空、导弹和空间飞行器的控制中很成功。可以得出结论，传统的自适应控制适合㈠没有大时间延迟的机械系统；㈡对设计的系统动态特性很清楚。

pcs7简介

SIMATIC PCS 7

介绍

随着工业自动化过程控制理论和计算机技术的迅速发展，以及生产工艺对控制系统的可靠性、运算能力、扩展能力、开放性、操作及监控水平等方面提出了愈来愈高的要求。传统的DCS系统已经不能满足现在过程自动化控制的设计标准和要求，SIMATIC PCS 7 过程控制系统就是在这种形势下开发的迎会需求的新一代过程控制系统。

SIMATIC PCS 7是西门子公司在TELEPERM系列集散系统和 S5，S7系列可编程控制器的基础上，结合最先进的电子制造技术、网络通讯技术、图形及图像处理技术、现场总线技术、计算机技术和先进自动化控制理论，面向所有过程控制应用场合的先进过程控制系统。

SIMATIC PCS 7的突出特点有

基于全集成自动化思想

与PROFIBUS现场总线行机地结合在一体

吸收了各种先进技术，面向工艺

更分散的系统配置，特别适用于分散的过程控制应用场合

系统配置灵活，易于扩展

模块化结构，通用的硬件模块

强大的系统软件，组态与编程轻松简单

丰富的人机界面产品提高了监控与管理的水平

监视与操作

SIMATIC PCS7过程控制系统的操作员站是过程控制的窗口，所有的操作与管理人员及维护工程师都能够在标准、友好和面向工艺的窗口上跟踪过程活动或者参与生产控制，同时得到报警和操作员提示。

PCS 7的操作员站采用了客户/服务器的结构。客户机与服务器的连接采用标准以太网。在服务器上，操作系统用Windows NT Server4.0；在客户机上，操作系统用Windows NT Workstation 4.0。在服务器和客户机上，监控软件采用SIMATIC WinCC。

锅炉APC先进过程优化控制解决方案

专业服务，创造价值

循环流化床锅炉APC先进过程

优化控制解决方案

2013-11-13

1 公司简介

集团（中控）始创于是中国领先的自动化与信息化技术、产品、解决方案供应商，业务涉及工厂自动化、公用工程信息化、装备自动化等领域。公司是中控科技集团的核心成员企业，致力于工厂自动化领域的现场总线与控制系统以及流程模拟仿真系统的研究开发、生产制造、市场营销及工程服务。

2 行业背景

2.1 行业现状

循环流化床(CFB)燃烧技术是最近几十年发展起来的一种新型燃烧技术，由于循环流化床锅炉具有燃料适应性广、燃烧效率高、高效脱硫的特点，因此近年来有了很大的发展，我国的循环流化床也经历了小型、中型、大型三个发展阶段，循环流化床能够解决我国燃烧锅炉存在包括环境问题在内的诸多现实问题，因此中国将成为循环流化床锅炉最大的商业市场。

2.2 行业难点

由于循环流化床锅炉燃料是在流化状态下燃烧，锅炉燃烧系统惯性大，各个变量之间相互影响，加上有飞灰循环等影响因素，因此CFB锅炉燃烧系统是一个大滞后、强耦合，多干扰的复杂非线性系统，自动燃烧优化控制难度较大，是业内公认的控制难点。

鉴于循环流化床锅炉燃烧的复杂性和特殊性，对一般煤粉锅炉和其他过程控制对象行之有效的常规控制方法，已难保证循环流化床锅炉各项控制指标的实现。有别于常规控制，中控锅炉APC先进控制解决方案采用多变量模型预测控制、专家规则控制等智能控制策略，能够更好地结合专家经验的同时克服系统大滞后、强耦合、多干扰等控制难点，可以较好地实现CFB锅炉系统安全高效率的燃烧自动控制，各项指标稳定度大幅提升，经济效益比较可观。

先进过程控制

先进过程控制（Advanced Process Control，简称APC）是指采用先进的控制策略和技术，对工业过程进行优化和改进的一种控制方法。它通过实时监测和分析工业过程的关键参数，预测未来过程变量的发展趋势，并基于此提供精确的控制策略，以实现过程的稳定性、高效性和可靠性。

APC是一种动态的控制方法，它可以根据过程的实际情况自动调整控制策略，以应对外部环境的变化和内部工艺的波动。它与传统的PID控制相比，具有更强的自适应性和鲁棒性，并且可以更好地适应复杂多变的工艺过程。

APC的主要特点包括以下几个方面：

1.高级控制策略：APC采用更复杂的控制算法，如模型预测控制（MPC）和优化控制等，可以实现更精确和高效的控制。这些高级控制策略能够提供更好的响应速度、鲁棒性和平滑性，从而提高过程的稳定性和可控性。

2.多变量控制：APC可以同时考虑多个过程变量之间的相互关系，通过系统建模和模型识别技术，实现多变量的优化和协调控制。这种多变量控制能够更好地解决过程中的相互干扰和交叉耦合问题，提升整体控制效果。

3.先进的优化算法：APC使用先进的优化算法，通过对工艺系统的优化建模和参数估计，找到最优的控制策略和操作参数，以实现最大程度的工艺效益。这种优化算法可以同时考虑多个目标和约束条件，从而在满足过程要求的前提下，提供最佳的操作方案。

4.实时监测和诊断：APC能够实时监测和诊断工艺过程的异常情况和

故障原因，提供精确的故障诊断和预警。通过这种实时监测和诊断，可以

及时发现和解决问题，避免生产事故和质量问题的发生。

Proficy ME(GE PLC)编程软件介绍

Proficy ME是GE公司的一款PLC编程软件，可用于简化和优化自动化和控制系统的开发、调试和维护。它提供了全面的功能和工具，能够帮助工程师和开发人员快速实现自动化解决方案。

主要特点

•可以在单个的软件平台上开发控制逻辑、HMI/视觉化、数据收集和报告和软件集成等。

•可以针对不同类型硬件进行定制和适配，并支持现场快速切换。

•具有灵活、可扩展的编程环境，可用于多种编程方式（如函数块、连续函数图、结构化文本等）。

•提供了诸如趋势图、报告、警报和事件记录等高级功能，以便进行数据收集、分析和模拟，支持SCADA系统的构建。

界面描述

Proficy ME 界面简洁、直观，可快速进入各个模块的操作。从左到右依次为“Projects（项目）”、“Task Manager（任务管理）”、“Tools（工具）”、“Properties （属性）”等模块。

•Projects模块：用于管理项目文件的创建、保存、打开和关闭等基本操作。从打开项目的文件夹到读取项目的所有文件，都可以使用此功能进行管理。

•Task Manager模块：用于创建和管理运行在控制器上的任务，包括定时器、计数器等操作。主要用于串联数据、逻辑和输入输出(I/O)等模块，可以控制程序的运行和序列化。

•Tools模块：提供了一系列有用的工具，如数据采集器、ASCII字符集编辑器、代码比较工具等，可以有针对性的支持项目开发、维护和测试等工作。

•Properties模块：用于查询和编辑选中对象的属性值，以便更改对象的状态和设置。