CN105185203B - 面向虚拟对象比值控制系统的实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种面向虚拟对象比值控制系统的实验装置，其特征是它由主模块和副模块组成，主模块和副模块之间通过比值器（13）相连，所述的主模块和副模块结构相同。本发明构建的以实为主、虚实结合的虚拟仿真实验教学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。
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和控制工程实验装置，具体地说是一种面向虚拟对象比值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实验装置存在的教学效果差或投资大的问题，设计一种软硬结合的面向虚拟对象比值控制系统的实验装置。
本发明的技术方案是：
一种面向虚拟对象比值控制系统的实验装置，其特征是它由主模块和副模块组成，主模块和副模块之间通过比值器13相连，所述的主模块和副模块结构相同，所述的主模块包括工控机①1，所述的工控机①1分别连接有主流量调节器控件①3和PLC_DO模块①5，PLC_DO模块①5与中间继电器①6相连，主流量调节器控件①3与PLC_ AO模块①4相连，PLC_AO模块①4与一阶惯性环节①7相连，一阶惯性环节①7的一个输出端通过中间继电器①6的继电器输出结点①9与一阶惯性环节②8相连，一阶惯性环节②8的一个输出端通过中间继电器①6的继电器输出结点②10与模拟量输入模块①11的一个输入端相连，一阶惯性环节①7与一阶惯性环节②8的另一个输出端也与模拟量输入模块①11的l另一个输入端相连，模拟量输入模块①11将输出值送到工控机①1和比值器13，比值器13再将模拟量输入模块①11的输出值送至副 模块中的副流量调节器控件②15中并最终将所得的输出值送到工控机②14中加以显示。
工控机①1通过RS-232通讯组件2与PLC_ AO模块①4、PLC_DO模块①5、模拟量输入模块①11通讯，采用PLC内嵌的PID组件，采用组态设计的主流量调节器控件①3通过工控机①1实现流量主调节器控件①3输出值给定，其给定值经PLC_ AO模块①4输出。
一阶惯性环节①7、一阶惯性环节②8作为主流量回路对象特性，通过PLC_DO模块①5控制中间继电器①6，改变继电器输出结点①9、继电器输出结点②10的接通状态，切换主流量单容或双容对象特性。
工控机①1和工控机②14先后操控副流量调节器控件②15和主流量调节器控件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，整定副流量调节器控件②15和主流量调节器控件①3PID参数，设置比值器13系数0~1，给主流量调节器控件①3加入20%给定值阶跃变化，其输出经PLC_ AO模块①4经主流量对象一阶惯性环节①7、一阶惯性环节②8送入模拟量输入模块①11得到主流量过渡过程曲线①12，并作为给定值送入比值器13，比值器13输出作为副流量调节器控件②15的给定值经PID运算由PLC_ AO模块②16输出4~20mA信号施加在一阶惯性环节③19、一阶惯性环节④20，送至模拟量输入模块②23得到副流量过渡过程曲线②24，通过观察主流量过渡过程曲线①12和副流量过渡过程曲线②24，判定比值关系是否及动态过渡过程时间，判定副流量调节器控件②15和主流量调节器控件①3PID参数整定是否合格及如何优化。
本发明的有益效果：
本发明构建的以实为主、虚实结合的虚拟仿真实验教学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是本发明的比值控制系统计算机监控实验硬件结构框图。
图2为实验界面示意图之一。
图3为实验界面示意图之二。
图中：1为工控机实验界面①、2为RS-232通讯组件、3为主流量调节器控件①、4为PLC_ AO模块①、5为PLC_DO模块①、6为中间继电器①、7为一阶惯性环节①、8为一阶惯性环节②8、9为继电器输出结点①、10为继电器输出结点②、11为模拟量输入模块①、12为过渡过程曲线①、13为比值器、14为工控机实验界面②、15为副流量调节器控件②、16为PLC_ AO模块②、17为PLC_ DO模块②、18为中间继电器②、19为一阶惯性环节③、20为一阶惯性环节④、21为继电器输出结点③、22为继电器输出结点④、23为模拟量输入模块②、24为过渡过程曲线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。
一种面向虚拟对象比值控制系统的实验装置，它由主模块和副模块组成，主模块和副模块之间通过比值器13相连，所述的主模块和副模块结构相同，如图1所示，主副模块共由工控机①1、RS-232通讯组件2、主流量调节器控件①3、PLC_ AO模块①4、PLC_DO模块①5、中间继电器①6、一阶惯性环节①7、一阶惯性环节②8、继电器输出结点①9、继电器输出结点②10、模拟量输入模块①11、过渡过程曲线①12、比值器13、工控机②14、副流量调节器控件②15、PLC_ AO模块②16、PLC_ DO模块②17、中间继电器②18、一阶惯性环节③19、一阶惯性环节④20、继电器输出结点③21、继电器输出结点④22、模拟量输入模块②23、过渡过程曲线②24组成。下面以主模块为例说明各模块人组成及连接关系，主模块包括工控机①1，所述的工控机①1分别连接有主流量调节器控件①3和PLC_DO模块①5，PLC_DO模块①5与中间继电器①6相连，主流量调节器控件①3与PLC_ AO模块①4相连，PLC_ AO模块①4与一阶惯性环节①7相连，一阶惯性环节①7的一个输出端通过中间继电器①6的继电器输出结点①9与一阶惯性环节②8相连，一阶惯性环节②8的一个输出端通过中间继电器①6的继电器输出结点②10与模拟量输入模块①11的一个输入端相连，一阶惯性环节①7与一阶惯性环节②8的另一个输出端也与模拟量输入模块①11的l另一个输入端相连，模拟量输入模块①11将输出值送到工控机①1和比值器13，比值器13再将模拟量输入模块①11的输出值送至副 模块中的副流量调节器控件②15中并最终将所得的输出值送到工控机②14中加以显示。
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①5、PLC_ AO模块②16、PLC_ DO模块②17、模拟量输入模块①11、模拟量输入模块②23通讯，采用PLC内嵌的PID组件，组态设计主流量调节器控件①3、副流量调节器控件②15，通过工控机实验界面①1和工控机实验界面②14实现流量主调节器控件①3、副流量调节器控件②15输出值给定，其给定值经PLC_ AO模块①4和PLC_ AO模块②16输出。
一阶惯性环节①7、一阶惯性环节②8作为主流量回路对象特性，通过PLC_DO模块①5控制中间继电器①6，改变继电器输出结点①9、继电器输出结点②10的接通状态，切换主流量单容或双容对象特性。设计独立的一阶惯性环节③19、一阶惯性环节④20作为副流量回路对象特性，通过PLC_ DO模块②17控制中间继电器②18，改变继电器输出结点③21、继电器输出结点④22的接通状态，切换副流单容或双容量对象特性。如图2所示。
工控机①1和工控机②14先后操控副流量调节器控件②15和主流量调节器控件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，整定副流量调节器控件②15和主流量调节器控件①3PID参数，设置比值器13系数0~1，给主流量调节器控件①3加入20%给定值阶跃变化，其输出经PLC_ AO模块①4经主流量对象一阶惯性环节①7、一阶惯性环节②8送入模拟量输入模块①11得到主流量过渡过程曲线①12，并作为给定值送入比值器13，比值器13输出作为副流量调节器控件②15的给定值经PID运算由PLC_ AO模块②16输出4~20mA信号施加在一阶惯性环节③19、一阶惯性环节④20，送至模拟量输入模块②23得到副流量过渡过程曲线②24，通过观察主流量过渡过程曲线①12和副流量过渡过程曲线②24，判定比值关系是否及动态过渡过程时间，判定副流量调节器控件②15和主流量调节器控件①3PID参数整定是否合格及如何优化。如图3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比值控制系统的实验装置，其特征是它由主模块和副模块组成，主模块和副模块之间通过比值器（13）相连，所述的主模块和副模块结构相同，所述的主模块包括工控机①（1），所述的工控机①（1）分别连接有主流量调节器控件①（3）和PLC_DO模块①（5），PLC_DO模块①（5）与中间继电器①（6）相连，主流量调节器控件①（3）与PLC_ AO模块①（4）相连，PLC_ AO模块①（4）与一阶惯性环节①（7）相连，一阶惯性环节①（7）的一个输出端通过中间继电器①（6）的继电器输出结点①（9）与一阶惯性环节②（8）相连，一阶惯性环节②（8）的一个输出端通过中间继电器①（6）的继电器输出结点②（10）与模拟量输入模块①（11）的一个输入端相连，一阶惯性环节①（7）与一阶惯性环节②（8）的另一个输出端也与模拟量输入模块①（11）的另一个输入端相连，模拟量输入模块①（11）将输出值送到工控机①（1）和比值器（13），比值器（13）再将模拟量输入模块①（11）的输出值送至副 模块中的副流量调节器控件②（15）中并最终将所得的输出值送到工控机②（14）中加以显示。
2.根据权利要求1所述的面向虚拟对象比值控制系统的实验装置，其特征是工控机①（1）通过RS-232通讯组件（2）与PLC_ AO模块①（4）、PLC_DO模块①（5）、模拟量输入模块①（11）通讯，采用PLC内嵌的PID组件，采用组态设计的主流量调节器控件①（3）通过工控机①（1）实现主流量调节器控件①（3）输出值给定，其给定值经PLC_ AO模块①（4）输出。
3.根据权利要求1所述的面向虚拟对象比值控制系统的实验装置，其特征是一阶惯性环节①（7）、一阶惯性环节②（8）作为主流量回路对象特性，通过PLC_DO模块①（5）控制中间继电器①（6），改变继电器输出结点①（9）、继电器输出结点②（10）的接通状态，切换主流量单容或双容对象特性。
4.根据权利要求1所述的面向虚拟对象比值控制系统的实验装置，其特征是工控机①（1）和工控机②（14）先后操控副流量调节器控件②（15）和主流量调节器控件①（3），使之由“手动”工作状态投运至“自动”工作状态，整定副流量调节器控件②（15）和主流量调节器控件①（3）PID参数，设置比值器（13）系数0~1，给主流量调节器控件①（3）加入20%给定值阶跃变化，其输出经PLC_ AO模块①（4）经主流量对象一阶惯性环节①（7）、一阶惯性环节②（8）送入模拟量输入模块①（11）得到主流量过渡过程曲线①（12），并作为给定值送入比值器（13），比值器（13）输出作为副流量调节器控件②（15）的给定值经PID运算由PLC_ AO模块②（16）输出4~20mA信号施加在一阶惯性环节③（19）、一阶惯性环节④（20），送至模拟量输入模块②（23）得到副流量过渡过程曲线②（24），通过观察主流量过渡过程曲线①（12）和副流量过渡过程曲线②（24）判定比值关系，通过动态过渡过程时间，判定副流量调节器控件②（15）和主流量调节器控件①（3）PID参数整定是否合格及如何优化。
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