CN105070163A

CN105070163A - 面向虚拟对象串级控制系统的实验装置

Info

Publication number: CN105070163A
Application number: CN201510558810.3A
Authority: CN
Inventors: 施云贵; 刘胜荣; 赵磊; 陈佩军
Original assignee: Huangshan University
Current assignee: Huangshan Tunxi Yucheng Industrial Investment Holding Co ltd
Priority date: 2015-09-06
Filing date: 2015-09-06
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2035-09-06
Also published as: CN105070163B

Abstract

一种面向虚拟对象串级控制系统的实验装置，它包括工控机①（1）和工控机②（11），其特征是所述的工控机①（1）分别与主调节器控件（3）及PLC_DO模块①（5）相连，PLC_DO模块①（5）与中间继电器①（6）相连，工控机②（11）的输出端接PLC_DO模块②（14），PLC_DO模块②（14）的输出接中间继电器②（15）。本发明结构简单，投资少，教学效果好。

Description

面向虚拟对象串级控制系统的实验装置

技术领域

本发明涉及一种教学实验装置，尤其是一种控制理论和控制工程教学实验装置，具体地说是一种面向虚拟对象串级控制系统的实验装置。

背景技术

《过程控制工程》是全国专业改革后，作为工科院校自动化专业的主干课程,其教材《过程控制工程》是国家统编，其课程实验是教学的重要环节，它可以培养学生的理论联系实际能力和动手能力。为此各院校都进行了相应的实验改革与建设，其方向包括两类：一类面向纯软件仿真，该方式目前并不理想，主要是学生做实验真实感较差；另一类是实际构造生产过程，该方式投资较大，且需较大的占地面积，同时不利于开发式实验。为了加强课程实验的工程特色，动态模拟化工生产过程控制，培养学生的工程实践能力，我们采取以上两类方式结合的方案，即保证了较少的投资和减少了占地面积，也使学生具有面向实际生产过程计算机控制系统的真实感，对于提高学生理论联系实际的能力和实际动手能力以及解决工程实际问题的能力都能提供一个极好的平台，同时有利于实现该课程实验的开放式教学。

发明内容

本发明的目的是针对现有的控制理论和控制工程教学过程中存在的纯软件教学效果差，纯硬件教学投资大而影响教学质量的问题，设计一种软硬结合的面向虚拟对象串级控制系统的实验装置，以构建以实为主、虚实结合的虚拟仿真实验教学模式，构建面向系统工程能力培养的网络化实验教学模式。

本发明的技术方案是：

一种面向虚拟对象串级控制系统的实验装置，它包括工控机①1和工控机②11，其特征是所述的工控机①1分别与主调节器控件3及PLC_DO模块①5相连，PLC_DO模块①5与中间继电器①6相连，主调节器控件3的输出与PLC_AO模块①4的输入端相连，PLC_AO模块①4的输出端接副调节器控件12的一个输入端，副调节器控件12的另一个输入端接工控机②11的一个输出端，副调节器控件12的输出端接PLC_AO模块②13的输入端，PLC_AO模块②13接一阶惯性环节②18和一阶惯性环节①19，在一阶惯性环节②18的输入端上还连接有外干扰源②16，外干扰源②16的控制端接中间继电器②15的继电器输出结点②17，一阶惯性环节①19的输入端接外干扰源①7，外干扰源①7的控制端接中间继电器①6的继电器输出结点①8一阶惯性环节①19与模拟量输入模块①9相连，模拟量输入模块①9与过渡过程曲线模块①10相连并将所得的曲线在工控机①1的显示界面上显示；一阶惯性环节②18连接有模拟量输入模块②20，模拟量输入模块②20与过渡过程曲线模块②21相连，并将所得的曲线送入工控机②11的显示界面加以显示，工控机②11的另一个输出端接PLC_DO模块②14，PLC_DO模块②14的输出接中间继电器②15。

工控机①1和工控机②11通过RS-232通讯组件2与PLC_AO模块①4、PLC_DO模块5、PLC_AO模块②13、PLC_DO模块②14、模拟量输入模块①9、模拟量输入模块②20通讯，采用PLC内嵌的PID组件，组态设计PLC主调节器控件①3，副调节器控件②12、调节器3和外干扰源①7、外干扰源②16通过工控机①1和工控机②11实现输出值给定，并经PLC_AO模块①4和PLC_AO模块②13输出。

一阶惯性环节②18、一阶惯性环节①19采用了运算放大器，一阶惯性环节②18作为副对象特性，一阶惯性环节①19作为主对象特性。

外干扰源②16和外干扰源①7的幅值分别通过PLC_DO模块②14和PLC_DO模块5分别控制中间继电器②15和中间继电器①6切断或闭合继电器输出结点②17或继电器输出结点①8实现主副回路外部干扰是否加入。

工控机①1和工控机②11先后操控副调节器控件②12和主调节器控件①3，使之由“手动”工作状态由自衡无扰动投运至“自动”工作状态，采用二步整定法，整定副调节器控件②12和主调节器控件3参数，给主调节器控件3加入10%给定值阶跃变化，其输出经PLC_AO模块①4作为副调节器控件②12的给定值经PID运算输出4~20mA信号施加在一阶惯性环节②18、一阶惯性环节①190，其中副被控变量经模拟量输入模块②20得到过渡过程曲线②21，主被控变量经模拟量输入模块①9得到过渡过程曲线①10构成串级控制系统，通过观察过渡过渡过程曲线②21和过渡过程曲线①10判定主副调节器PID参数整定是否合格及如何优化。

本发明的有益效果：

本发明采用以实为主，软硬结合的开发的实验装置既保证了较少的投资和减少了占地面积，也使学生具有面向实际生产过程计算机控制系统的真实感，对于提高学生理论联系实际的能力和实际动手能力以及解决工程实际问题的能力都能提供一个极好的平台，同时有利于实现该课程实验的开放式教学。

本发明结构简单，投资少，教学效果好。

附图说明

图1是本发明的系统组成框图。

图2是本发明的教学实验界面截图之一。

图3是本发明的教学实验界面截图之二。

图中：1为工控机①、2为RS-232通讯组件、3为主调节器控件、4为PLC_AO模块①、5为PLC_DO模块、6为中间继电器①、7为外干扰源①、8为继电器输出结点①、9为模拟量输入模块①、10为过渡过程曲线模块①、11为工控机②、12为副调节器控件、13为PLC_AO模块②、14为PLC_DO模块②、15为中间继电器②、16为外干扰源②、17为继电器输出结点②、18为一阶惯性环节②、19为一阶惯性环节①、20为模拟量输入模块②、21为过渡过程曲线模块②。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-3所示。

一种面向虚拟对象串级控制系统的实验装置，其主要由工控机①1、RS-232通讯组件2、主调节器控件①3、PLC_AO模块①4、PLC_DO模块5、中间继电器①6、外干扰源①7、继电器输出结点①8、模拟量输入模块①9、过渡过程曲线①10、工控机②11、副调节器控件②12、PLC_AO模块②13、PLC_DO模块②14、中间继电器②15、外干扰源②16、继电器输出结点②17、一阶惯性环节②18、一阶惯性环节①19、模拟量输入模块②20和过渡过程曲线②21组成。所述的工控机①1分别与主调节器控件3及PLC_DO模块①5相连，PLC_DO模块①5与中间继电器①6相连，主调节器控件3的输出与PLC_AO模块①4的输入端相连，PLC_AO模块①4的输出端接副调节器控件12的一个输入端，副调节器控件12的另一个输入端接工控机②11的一个输出端，副调节器控件12的输出端接PLC_AO模块②13的输入端，PLC_AO模块②13接一阶惯性环节②18和一阶惯性环节①19，在一阶惯性环节②18的输入端上还连接有外干扰源②16，外干扰源②16的控制端接中间继电器②15的继电器输出结点②17，一阶惯性环节①19的输入端接外干扰源①7，外干扰源①7的控制端接中间继电器①6的继电器输出结点①8一阶惯性环节①19与模拟量输入模块①9相连，模拟量输入模块①9与过渡过程曲线模块①10相连并将所得的曲线在工控机①1的显示界面上显示；一阶惯性环节②18连接有模拟量输入模块②20，模拟量输入模块②20与过渡过程曲线模块②21相连，并将所得的曲线送入工控机②11的显示界面加以显示，工控机②11的另一个输出端接PLC_DO模块②14，PLC_DO模块②14的输出接中间继电器②15。如图1所示。

本发明的工作过程如图2-3所示。

工控机①1和工控机②11通过RS-232通讯组件2与PLC_AO模块①4、PLC_DO模块5、PLC_AO模块②13、PLC_DO模块②14、模拟量输入模块①9、模拟量输入模块②20通讯，采用PLC内嵌的PID组件，组态设计PLC主调节器控件①3、副调节器控件②12、调节器3和外干扰源①7、外干扰源②16，通过工控机实验界面①1和工控机实验界面②11实现主调节器控件①3、副调节器控件②12及外干扰源①7、外干扰源②16输出值给定，其给定值经PLC_AO模块①4和PLC_AO模块②13输出。采用运算放大器设计独立的一阶惯性环节②18、一阶惯性环节①19，一阶惯性环节②18作为副对象特性，一阶惯性环节①19作为主对象特性。

实验中可调整外干扰源②16和外干扰源①7的幅值，分别通过PLC_DO模块②14和PLC_DO模块5分别控制中间继电器②15和中间继电器①6切断或闭合继电器输出结点②17或继电器输出结点①8实现主副回路外部干扰是否加入。

工控机①1和工控机②11先后操控副调节器控件②12和主调节器控件①3，使之由“手动”工作状态有自衡无扰动投运至“自动”工作状态，采用二步整定法，整定副调节器控件②12和主调节器控件①3参数，给主调节器控件①3加入10%给定值阶跃变化，其输出经PLC_AO模块①4作为副调节器控件②12的给定值经PID运算输出4~20mA信号施加在一阶惯性环节②18、一阶惯性环节①19，其中副被控变量经模拟量输入模块②20得到过渡过程曲线②21，主被控变量经模拟量输入模块①9得到过渡过程曲线①10构成串级控制系统，通过观察过渡过渡过程曲线②21和过渡过程曲线①10判定主副调节器PID参数整定是否合格及如何优化。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种面向虚拟对象串级控制系统的实验装置，它包括工控机①（1）和工控机②（11），其特征是所述的工控机①（1）分别与主调节器控件（3）及PLC_DO模块①（5）相连，PLC_DO模块①（5）与中间继电器①（6）相连，主调节器控件（3）的输出与PLC_AO模块①（4）的输入端相连，PLC_AO模块①（4）的输出端接副调节器控件（12）的一个输入端，副调节器控件（12）的另一个输入端接工控机②（11）的一个输出端，副调节器控件（12）的输出端接PLC_AO模块②（13）的输入端，PLC_AO模块②（13）接一阶惯性环节②（18）和一阶惯性环节①（19），在一阶惯性环节②（18）的输入端上还连接有外干扰源②（16），外干扰源②（16）的控制端接中间继电器②（15）的继电器输出结点②（17），一阶惯性环节①（19）的输入端接外干扰源①（7），外干扰源①（7）的控制端接中间继电器①（6）的继电器输出结点①（8）一阶惯性环节①（19）与模拟量输入模块①（9）相连，模拟量输入模块①（9）与过渡过程曲线模块①（10）相连并将所得的曲线在工控机①（1）的显示界面上显示；一阶惯性环节②（18）连接有模拟量输入模块②（20），模拟量输入模块②（20）与过渡过程曲线模块②（21）相连，并将所得的曲线送入工控机②（11）的显示界面加以显示，工控机②（11）的另一个输出端接PLC_DO模块②（14），PLC_DO模块②（14）的输出接中间继电器②（15）。

2.根据权利要求1所述的面向虚拟对象串级控制系统的实验装置，其特征在于：工控机①（1）和工控机②（11）通过RS-232通讯组件（2）与PLC_AO模块①（4）、PLC_DO模块（5）、PLC_AO模块②（13）、PLC_DO模块②（14）、模拟量输入模块①（9）、模拟量输入模块②（20）通讯，采用PLC内嵌的PID组件，组态设计PLC主调节器控件①（3），副调节器控件②（12）、调节器（3）和外干扰源①（7）、外干扰源②（16）通过工控机①（1）和工控机②（11）实现输出值给定，并经PLC_AO模块①（4）和PLC_AO模块②（13）输出。

3.根据权利要求1所述的面向虚拟对象串级控制系统的实验装置，其特征在于：一阶惯性环节②（18）、一阶惯性环节①（19）采用了运算放大器，一阶惯性环节②（18）作为副对象特性，一阶惯性环节①（19）作为主对象特性。

4.根据权利要求1所述的面向虚拟对象串级控制系统的实验装置，其特征在于：外干扰源②（16）和外干扰源①（7）的幅值分别通过PLC_DO模块②（14）和PLC_DO模块（5）分别控制中间继电器②（15）和中间继电器①（6）切断或闭合继电器输出结点②（17）或继电器输出结点①（8）实现主副回路外部干扰是否加入。

5.根据权利要求1所述的面向虚拟对象串级控制系统的实验装置，其特征在于：工控机①（1）和工控机②（11）先后操控副调节器控件②（12）和主调节器控件①（3），使之由“手动”工作状态由自衡无扰动投运至“自动”工作状态，采用二步整定法，整定副调节器控件②（12）和主调节器控件（3）参数，给主调节器控件（3）加入10%给定值阶跃变化，其输出经PLC_AO模块①（4）作为副调节器控件②（12）的给定值经PID运算输出4~20mA信号施加在一阶惯性环节②（18）、一阶惯性环节①（190，其中副被控变量经模拟量输入模块②（20）得到过渡过程曲线②（21），主被控变量经模拟量输入模块①（9）得到过渡过程曲线①（10）构成串级控制系统，通过观察过渡过渡过程曲线②（21）和过渡过程曲线①（10）判定主副调节器PID参数整定是否合格及如何优化。