CN105070164A - 面向虚拟对象单回路控制系统实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种面向虚拟对象单回路控制系统实验装置，它包括工控机，其特征是所述的工控机分别连接有PLC调节器控件①和PLC数字量输出模块，PLC数字量输出模块与中间继电器相连，PLC调节器控件与PLC模拟量输出模块的输入端相连，PLC模拟量输出模块的输出端与一阶惯性环节模块①的输入端相连，在一阶惯性环节模块①的输入端还连接有外干扰源，一阶惯性环节模块①的输出端分别与一阶惯性环节模块②及模拟输入模块的输入端相连，一阶惯性环节模块①的输出端通过继电器输出结点①与一阶惯性环节模块②相连，模拟输入模块的输出端一方面与过渡过程曲线模块相连，另一方面与工控机相连，实时显示模拟过程。本发明投资少，教学效果好。
Description
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与控制工程实验装置，具体地说是一种面向虚拟对象单回路控制系统实验装置。
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教学实验装置存在的纯软件教学效果差，纯硬件教育投资成本高的问题，设计一种软硬件结合的面向虚拟对象单回路控制系统实验装置。
本发明的技术方案是：
一种面向虚拟对象单回路控制系统实验装置，它包括工控机1，其特征是所述的工控机1分别连接有PLC调节器控件3和PLC数字量输出模块5，PLC数字量输出模块5与中间继电器11相连，PLC调节器控件3与PLC模拟量输出模块4的输入端相连，PLC模拟量输出模块4的输出端与一阶惯性环节模块①7的输入端相连，在一阶惯性环节模块①7的输入端还连接有外干扰源6，外干扰源6与中间继电器11的继电器输出结点③14相连，一阶惯性环节模块①7的输出端分别与一阶惯性环节模块②8及模拟输入模块9的输入端相连，一阶惯性环节模块①7的输出端通过继电器输出结点①12与一阶惯性环节模块②8相连，一阶惯性环节模块②8的输出端通过继电器输出结点②13也与模拟输入模块9的输入端相连，模拟输入模块9的输出端一方面与过渡过程曲线模块10相连，另一方面与工控机1相连，实时显示模拟过程。
工控机1通过RS-232通讯组件2与PLC模拟量输出模块4、PLC数字量输出模块5和模拟量输入模块9通讯，采用PLC内嵌的PID组件，PLC调节器3和外干扰源6通过工控机1实现输出值的给定，并经PLC模拟量输出模块4输出。
一阶惯性环节①7和一阶惯性环节②8通过工控机1选择单容水箱液位单回路调节系统，由PLC数字量输出模块5控制中间继电器11，继电器输出结点①12、继电器输出结点②13为常闭结点闭合，通过工控机1选择双容水箱液位单回路调节系统，由PLC数字量输出模块5控制中间继电器11，继电器输出结点①12、继电器输出结点②13为常闭结点闭合。
工控机1操控PLC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，PLC调节器控件①3进行参数整定，加入10%给定值阶跃变化，其输出经PLC模拟量输出模块4施加在一阶惯性环节①7、一阶惯性环节②8，进入模拟量输入模块9，再由工控机1输出过渡过程曲线模块10，构成单回路闭环控制系统，通过观察过渡过程曲线模块10的输出曲线判定PID参数整定是否合格及如何优化。
本发明的有益效果：
本发明通过软硬件结合，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。
附图说明
图1是本发明的系统组成框图。
图2是本发明的教学过程软件界面截图。
图中：1为工控机、2为RS-232通讯组件、3为PLC调节器控件、4为PLC模拟量输出模块、5为PLC数字量输出模块、6为外干扰源、7为一阶惯性环节①、8为一阶惯性环节②、9为模拟量输入模块、10为过渡过程曲线模块、11为中间继电器、12为继电器输出结点①、13为继电器输出结点②、14为继电器输出结点③。
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所示。
一种面向虚拟对象单回路控制系统实验装置，它包括工控机1、RS-232通讯组件2、PLC调节器控件①3、PLC模拟量输出模块4、PLC数字量输出模块5、外干扰源6、一阶惯性环节①7、一阶惯性环节②8、模拟量输入模块9、过渡过程曲线10、中间继电器11、继电器输出结点①12、继电器输出结点②13、继电器输出结点③14，工控机1分别连接有PLC调节器控件①3和PLC数字量输出模块5，PLC数字量输出模块5与中间继电器11相连，PLC调节器控件①3与PLC模拟量输出模块4的输入端相连，PLC模拟量输出模块4的输出端与一阶惯性环节模块①7的输入端相连，在一阶惯性环节模块①7的输入端还连接有外干扰源6，外干扰源6与中间继电器11的继电器输出结点③14相连，一阶惯性环节模块①7的输出端分别与一阶惯性环节模块②8及模拟输入模块9的输入端相连，一阶惯性环节模块①7的输出端通过继电器输出结点①12与一阶惯性环节模块②8相连，一阶惯性环节模块②8的输出端通过继电器输出结点②13也与模拟输入模块9的输入端相连，模拟输入模块9的输出端一方面与过渡过程曲线模块10相连，另一方面与工控机1相连，实时显示模拟过程。如图1所示。
本发明的工作过程是：
工控机1通过RS-232通讯组件2与PLC模拟量输出模块4、PLC数字量输出模块5和模拟量输入模块9通讯，采用PLC内嵌的PID组件，PLC调节器3和外干扰源6通过工控机1实现输出值的给定，并经PLC模拟量输出模块4输出。一阶惯性环节①7和一阶惯性环节②8通过工控机1选择单容水箱液位单回路调节系统，由PLC数字量输出模块5控制中间继电器11，继电器输出结点①12、继电器输出结点②13为常闭结点闭合，通过工控机1选择双容水箱液位单回路调节系统，由PLC数字量输出模块5控制中间继电器11，继电器输出结点①12、继电器输出结点②13为常闭结点闭合。工控机1操控PLC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，PLC调节器控件①3进行参数整定，加入10%给定值阶跃变化，其输出经PLC模拟量输出模块4施加在一阶惯性环节①7、一阶惯性环节②8，进入模拟量输入模块9，再由工控机1输出过渡过程曲线模块10，构成单回路闭环控制系统，通过观察过渡过程曲线模块10的输出曲线判定PID参数整定是否合格及如何优化。
模拟运行结果如图2所示。
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 (4)
1.一种面向虚拟对象单回路控制系统实验装置，它包括工控机（1），其特征是所述的工控机（1）分别连接有PLC调节器控件（3）和PLC数字量输出模块（5），PLC数字量输出模块（5）与中间继电器（11）相连，PLC调节器控件（3）与PLC模拟量输出模块（4）的输入端相连，PLC模拟量输出模块（4）的输出端与一阶惯性环节模块①（7）的输入端相连，在一阶惯性环节模块①（7）的输入端还连接有外干扰源（6），外干扰源（6）与中间继电器（11）的继电器输出结点③（14）相连，一阶惯性环节模块①（7）的输出端分别与一阶惯性环节模块②（8）及模拟输入模块（9）的输入端相连，一阶惯性环节模块①（7）的输出端通过继电器输出结点①（12）与一阶惯性环节模块②（8）相连，一阶惯性环节模块②（8）的输出端通过继电器输出结点②（13）也与模拟输入模块（9）的输入端相连，模拟输入模块（9）的输出端一方面与过渡过程曲线模块（10）相连，另一方面与工控机（1）相连，实时显示模拟过程。
2.根据权利要求1所述的面向虚拟对象单回路控制系统实验装置，其特征在于：工控机（1）通过RS-232通讯组件（2）与PLC模拟量输出模块（4）、PLC数字量输出模块（5）和模拟量输入模块（9）通讯，采用PLC内嵌的PID组件，PLC调节器（3）和外干扰源（6）通过工控机（1）实现输出值的给定，并经PLC模拟量输出模块（4）输出。
3.根据权利要求1所述的面向虚拟对象单回路控制系统实验装置，其特征在于：一阶惯性环节①（7）和一阶惯性环节②（8）通过工控机（1）选择单容水箱液位单回路调节系统，由PLC数字量输出模块（5）控制中间继电器（11），继电器输出结点①（12）、继电器输出结点②（13）为常闭结点闭合，通过工控机（1）选择双容水箱液位单回路调节系统，由PLC数字量输出模块（5）控制中间继电器（11），继电器输出结点①（12）、继电器输出结点②（13）为常闭结点闭合。
4.根据权利要求1所述的面向虚拟对象单回路控制系统实验装置，其特征在于：工控机（1）操控PLC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，PLC调节器控件（3）进行参数整定，加入10%给定值阶跃变化，其输出经PLC模拟量输出模块（4）施加在一阶惯性环节①（7）、一阶惯性环节②（8），进入模拟量输入模块（9），再由工控机（1）输出过渡过程曲线模块（10），构成单回路闭环控制系统，通过观察过渡过程曲线模块（10）的输出曲线判定PID参数整定是否合格及如何优化。
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