CN105185204A - 面向虚拟对象选择性控制系统的实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种面向虚拟对象选择性控制系统的实验装置，它包括工控机（1），其特征是所述的工控机（1）与PLC-CPU（3）相连，PLC-CPU分别与调节器控件①（4）、调节器控件②（5）、PLC-DI模块（9）、PLC-DO模块（10）、PLC-AI模块②（14）、PLC-AI模块①（16）相连，调节器控件①（4）与PLC_？AO模块①（6）相连，调节器控件②（5）与PLC_？AO模块②（7）相连，一方面PLC_？AO模块①（6）输出端与比较器（8）正输入端相连，PLC_？AO模块②（7）输出端与比较器（8）负输入端相连，比较器（8）输出端与PLC-DI模块（9）输入点相连，另一方面PLC_？AO模块①（6）输出端与继电器（12）常闭结点相连，PLC_？AO模块②（7）输出端与继电器（12）常开结点相连。本发明结构简单，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和控制工程教学实验装置，具体地说是一种面向虚拟对象选择性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，而且对于工业中超驰控制系统主要是面向正常工作状态下主被控变量为温度的软保护控制系统，而实际对象构建的温度控制被控对象是升温或降温的不可逆过程，构成温度控制系统实验效果很不理想，且难以构建异常情况超限变量控制系统，实现选择性控制系统或称“超驰控制”系统，即构建软保护控制系统，为此本发明设计一种软硬结合的面向虚拟对象选择性控制系统的实验方法及装置，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：
一种面向虚拟对象选择性控制系统的实验方法及装置，它包括工控机1，其特征是所述的工控机1经RS-232通讯组件2与PLC-CPU3相连，PLC-CPU分别与调节器控件①4、调节器控件②5、PLC-DI模块9、PLC-DO模块10、PLC-AI模块②14、PLC-AI模块①16相连，调节器控件①4与PLC_AO模块①6相连，调节器控件②5与PLC_AO模块②7相连，一方面PLC_AO模块①6输出端与比较器8正输入端相连，PLC_AO模块②7输出端与比较器8负输入端相连，比较器8输出端与PLC-DI模块9输入点相连，另一方面PLC_AO模块①6输出端与继电器12常闭结点相连，PLC_AO模块②7输出端与继电器12常开结点相连，其中间继电器11线圈连接至PLC-DO模块10输出端，继电器12结点公共端与一阶惯性环节②13输入端相连接，一阶惯性环节②13输出端一方面与PLC-AI模块②14输入端相连，另一方面与一阶惯性环节①16输入端相连，一阶惯性环节①16输出端与PLC-AI模块①17连接，PLC-AI模块②14与过渡过程曲线②15连接，PLC-AI模块①17与过渡过程曲线①18连接，外干扰Uf119经继电器常开结点20与一阶惯性环节①16输入端相连。
工控机①1通过RS-232通讯组件2与PLC-CPU3、PLC-DI模块9、PLC-DO模块10、PLC-AI模块15、PLC_AO模块①6和PLC_AO模块②7相通讯，采用PLC内嵌的PID组件，组态设计PLC调节器控件①4“正作用”、调节器控件②5“反作用”、外干扰Uf119“手动”模式，通过工控机组态实现PID调节，并分别经PLC_AO模块①6和PLC_AO模块②7输出。
构建低选器过程如下：PLC_AO模块①6和PLC_AO模块②7输出端连接至比较器8比较数值大小，正常工作状态下PLC_AO模块①6输出值小于PLC_AO模块②7输出值，比较器8输出低电平至PLC-DI模块9，并被PLC-CPU3检测到，此时经PLC-DO模块10控制中间继电器11使继电器常闭触点12闭合，即PLC_AO模块①输出端连接至一阶惯性环节②13输入端，此时调节器控件①4处于闭环工作状态，调节器控件②5处于开环工作状态，即系统工作在“正常工作”状态。当PLC_AO模块②7输出值小于PLC_AO模块①6输出值，比较器8输出高电平至PLC-DI模块9，并被PLC-CPU3检测到，此时经PLC-DO模块10控制中间继电器11使继电器常开触点12闭合，即PLC_AO模块②输出端连接至一阶惯性环节②13输入端，此时调节器控件①4处于开环工作状态，调节器控件②5处于闭环工作状态，即系统工作在“超限工作”状态。
本发明的技术方案之三是：一种面向虚拟对象选择性控制系统的实验方法，其特征在于：工控机①操控调节器控件①4，使之由“手动”工作状态“有自衡、无扰动”投运至“自动”工作状态，选择控制规律为PID，采用经验法整定参数，通过工控机①操控调节器控件②5，使之处于“自动”工作状态，选择控制规律为P，为取代及时，设定比例度为20；设定主调节器控件①4给定值为50%，待稳定后加入20%给定值阶跃变化，直至稳定。同时设定调节器控件②5给定值为90%，此时因调节器控件②5为反作用，PLC_AO模块①6输出值小于PLC_AO模块②7输出值。即系统将进入“正常工作”状态；正常工作状态下继电器常开结点20处于断开状态，经PLC-AI模块②14检测得到的过渡过程曲线②15处于稳定状态，实验通过调整外干扰Uf119输出值为20~50%，并使继电器常开结点20闭合，模拟安全超限状态，当经PLC-AI模块①17过渡过程曲线①曲线将突变减小，此时即出现PLC_AO模块②7输出值小于PLC_AO模块①6输出值，即系统将进入“超限工作”状态；当继电器常开结点20断开或调整外干扰Uf119输出值为0%，系统将从“超限工作”状态自动回复至“正常工作”状态。
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是本发明的实验效果图。
图中：1为工控机①、2为RS-232通讯组件、3为PLC-CPU、4为调节器控件①、5为调节器控件②、6为PLC-AO模块①、7为PLC-AO模块②、8为比较器、9为PLC-DI模块、10为PLC-DO模块、11为中间继电器、12为继电器触点、13为一阶惯性环节②、14为PLC-AI模块②、15为过渡过程曲线模块②、16为一阶惯性环节①、17为PLC-AI模块①、18为一过渡过程曲线模块①、19为外干扰Uf1、20为继电器触点。
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1-2所示。
一种面向虚拟对象选择性控制系统的实验装置，它包括工控机1，所述的工控机1经RS-232通讯组件2与PLC-CPU3相连，PLC-CPU分别与调节器控件①4、调节器控件②5、PLC-DI模块9、PLC-DO模块10、PLC-AI模块②14、PLC-AI模块①16相连，调节器控件①4与PLC_AO模块①6相连，调节器控件②5与PLC_AO模块②7相连，一方面PLC_AO模块①6输出端与比较器8正输入端相连，PLC_AO模块②7输出端与比较器8负输入端相连，比较器8输出端与PLC-DI模块9输入点相连，另一方面PLC_AO模块①6输出端与继电器12常闭结点相连，PLC_AO模块②7输出端与继电器12常开结点相连，其中间继电器11线圈连接至PLC-DO模块10输出端，继电器12结点公共端与一阶惯性环节②13输入端相连接，一阶惯性环节②13输出端一方面与PLC-AI模块②14输入端相连，另一方面与一阶惯性环节①16输入端相连，一阶惯性环节①16输出端与PLC-AI模块①17连接，PLC-AI模块②14与过渡过程曲线②15连接，PLC-AI模块①17与过渡过程曲线①18连接，外干扰Uf119经继电器常开结点20与一阶惯性环节①16输入端相连。
本发明的工作过程是：
工控机①1通过RS-232通讯组件2与PLC-CPU3、PLC-DI模块9、PLC-DO模块10、PLC-AI模块15、PLC_AO模块①6和PLC_AO模块②7相通讯，采用PLC内嵌的PID组件，组态设计PLC调节器控件①4“正作用”、调节器控件②5“反作用”、外干扰Uf119“手动”模式，通过工控机组态实现PID调节，并分别经PLC_AO模块①6和PLC_AO模块②7输出。构建低选器过程如下：PLC_AO模块①6和PLC_AO模块②7输出端连接至比较器8比较数值大小，正常工作状态下PLC_AO模块①6输出值小于PLC_AO模块②7输出值，比较器8输出低电平至PLC-DI模块9，并被PLC-CPU3检测到，此时经PLC-DO模块10控制中间继电器11使继电器常闭触点12闭合，即PLC_AO模块①输出端连接至一阶惯性环节②13输入端，此时调节器控件①4处于闭环工作状态，调节器控件②5处于开环工作状态，即系统工作在“正常工作”状态。当PLC_AO模块②7输出值小于PLC_AO模块①6输出值，比较器8输出高电平至PLC-DI模块9，并被PLC-CPU3检测到，此时经PLC-DO模块10控制中间继电器11使继电器常开触点12闭合，即PLC_AO模块②输出端连接至一阶惯性环节②13输入端，此时调节器控件①4处于开环工作状态，调节器控件②5处于闭环工作状态，即系统工作在“超限工作”状态。工控机①操控调节器控件①4，使之由“手动”工作状态“有自衡、无扰动”投运至“自动”工作状态，选择控制规律为PID，采用经验法整定参数，通过工控机①操控调节器控件②5，使之处于“自动”工作状态，选择控制规律为P，为取代及时，设定比例度为20；设定主调节器控件①4给定值为50%，待稳定后加入20%给定值阶跃变化，直至稳定。同时设定调节器控件②5给定值为90%，此时因调节器控件②5为反作用，PLC_AO模块①6输出值小于PLC_AO模块②7输出值。即系统将进入“正常工作”状态。正常工作状态下继电器常开结点20处于断开状态，经PLC-AI模块②14检测得到的过渡过程曲线②15处于稳定状态，实验通过调整外干扰Uf119输出值为20~50%，并使继电器常开结点20闭合，模拟安全超限状态，当经PLC-AI模块①17过渡过程曲线①曲线将突变减小，此时即出现PLC_AO模块②7输出值小于PLC_AO模块①6输出值，即系统将进入“超限工作”状态。当继电器常开结点20断开或调整外干扰Uf119输出值为0%，系统将从“超限工作”状态自动回复至“正常工作”状态。
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选择性控制系统的实验装置，它包括工控机（1），其特征是所述的工控机（1）分别与PLC-CPU（3）相连，PLC-CPU分别与调节器控件①（4）、调节器控件②（5）、PLC-DI模块（9）、PLC-DO模块（10）及PLC-AI模块②（14）相连，调节器控件①（4）与PLC_AO模块①（6）相连，调节器控件②（5）与PLC_AO模块②（7）相连，PLC_AO模块①（6）输出端一方面与比较器（8）正输入端相连，PLC_AO模块②（7）输出端与比较器（8）负输入端相连，比较器（8）输出端与PLC-DI模块（9）输入点相连，PLC_AO模块①（6）输出端另一方面与继电器（12）常闭结点相连，PLC_AO模块②（7）输出端与继电器（12）常开结点相连，其中间继电器（11）线圈连接至PLC-DO模块（10）输出端，继电器（12）结点公共端与一阶惯性环节②（13）输入端相连接，一阶惯性环节②（13）输出端一方面与PLC-AI模块②（14）输入端相连，另一方面与一阶惯性环节①（16）输入端相连，一阶惯性环节①（16）输出端与PLC-AI模块①（17）连接，PLC-AI模块②（14）与过渡过程曲线模块②（15）连接，PLC-AI模块①（17）与过渡过程曲线模块①（18）连接，外干扰Uf1（19）经继电器常开结点（20）与一阶惯性环节①（16）输入端相连。
2.根据权利要求1所述的面向虚拟对象选择性控制系统的实验装置，其特征在于：工控机①（1）通过RS-232通讯组件（2）分别与与PLC-CPU（3）相连，PLC-CPU分别与调节器控件①（4）、调节器控件②（5）、PLC-DI模块（9）、PLC-DO模块（10）及PLC-AI模块②（14）相通讯，采用PLC内嵌的PID组件，组态设计PLC调节器控件①（4）“正作用”、调节器控件②（5）“反作用”、外干扰Uf1（19）“手动”模式，通过工控机组态实现PID调节，并分别经PLC_AO模块①（6）和PLC_AO模块②（7）输出。
3.根据权利要求1所述的面向虚拟对象选择性控制系统的实验装置，其特征在于：PLC_AO模块①（6）和PLC_AO模块②（7）输出端连接至比较器（8）比较数值大小，正常工作状态下PLC_AO模块①（6）输出值小于PLC_AO模块②（7）输出值，比较器（8）输出低电平至PLC-DI模块（9），并被PLC-CPU（3）检测到，此时经PLC-DO模块（10）控制中间继电器（11）使继电器常闭触点（12）闭合，即PLC_AO模块①输出端连接至一阶惯性环节②（13）输入端，此时调节器控件①（4）处于闭环工作状态，调节器控件②（5）处于开环工作状态，即系统工作在“正常工作”状态；当PLC_AO模块②（7）输出值小于PLC_AO模块①（6）输出值，比较器（8）输出高电平至PLC-DI模块（9），并被PLC-CPU（3）检测到，此时经PLC-DO模块（10）控制中间继电器（11）使继电器常开触点（12）闭合，即PLC_AO模块②输出端连接至一阶惯性环节②（13）输入端，此时调节器控件①（4）处于开环工作状态，调节器控件②（5）处于闭环工作状态，即系统工作在“超限工作”状态。
4.根据权利要求1所述的面向虚拟对象选择性控制系统的实验装置，其特征在于：工控机①操控调节器控件①（4），使之由“手动”工作状态“有自衡、无扰动”投运至“自动”工作状态，选择控制规律为PID，采用经验法整定参数，通过工控机①操控调节器控件②（5），使之处于“自动”工作状态，选择控制规律为P，为取代及时，设定比例度为20；设定主调节器控件①（4）给定值为50%，待稳定后加入20%给定值阶跃变化，直至稳定；同时设定调节器控件②（5）给定值为90%，此时因调节器控件②（5）为反作用，PLC_AO模块①（6）输出值小于PLC_AO模块②（7）输出值；即系统将进入“正常工作”状态；正常工作状态下继电器常开结点（20）处于断开状态，经PLC-AI模块②（14）检测得到的过渡过程曲线②（15）处于稳定状态，实验通过调整外干扰Uf1（19）输出值为20~50%，并使继电器常开结点（20）闭合，模拟安全超限状态，当经PLC-AI模块①（17）过渡过程曲线①曲线将突变减小，此时即出现PLC_AO模块②（7）输出值小于PLC_AO模块①（6）输出值，即系统将进入“超限工作”状态；当继电器常开结点（20）断开或调整外干扰Uf1（19）输出值为0%，系统将从“超限工作”状态自动回复至“正常工作”状态。
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