CN211577732U - 多通道pid整定性能测试的系统和设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多通道PID整定性能测试的系统和设备，其中，一种多通道PID整定性能测试的系统包括执行模块和控制模块，控制模块用于获取各通道PID的参数和指令，并获取各通道PID的测试结果；执行模块用于根据各通道PID的参数和指令，对被控对象的待测量进行整定。本实用新型通过构建一种多通道PID整定性能测试的系统和设备，搭建多通道PID整定性能测试环境，对比测试多通道PID的整定性能，并根据多个实际用例的测试，证明了EPID的整定性能要优于PID。

Description

多通道PID整定性能测试的系统和设备

技术领域

本实用新型涉及比例积分微分(PID)测试领域，尤其是涉及一种多通道PID整定性能测试的系统和设备。

背景技术

在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制。PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

现有技术对PID的测试主要集中在单一通道PID的参数整定，通常采用时域测试法和频域测试法，侧重对幅频和相频特性等参数的测试。然而如何高效地测定多通道PID的整定效果，是目前待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种多通道PID整定性能测试系统，能够同时测试多通道PID的整定性能，比较各通道PID控制器的控制性能，进而选取出调控性能更好的控制方法。

本实用新型还提出一种多通道PID整定性能测试设备。

第一方面，本实用新型的一个实施例提供了一种多通道PID整定性能测试系统，包括执行模块和控制模块，控制模块用于获取各通道PID的参数和指令，并获取各通道PID的测试结果；

执行模块用于根据各通道PID的参数和指令，对被控对象的待测量进行整定。

本实用新型实施例的一种多通道PID整定性能测试系统至少具有如下有益效果：

1.能够同时测试多通道PID的整定性能，从而方便比较各通道PID的整定效果，提高了测试效率；

2.测试装置简易，降低了测试成本。

根据本实用新型的另一些实施例的一种多通道PID整定性能测试系统，多通道包括至少一个PID通道和至少一个增强型比例积分微分(EPID)通道。

本实用新型实施例的一种多通道PID整定性能测试系统，能够同时测试PID和EPID的整定性能，比较PID控制器和EPID控制器的控制性能，进而选取出调控性能更好的控制方法。

根据本实用新型的另一些实施例的一种多通道PID整定性能测试系统，控制模块包括一体机，一体机用于获取多通道PID的参数和指令，控制执行模块对被控对象的待测量进行整定，及获取各通道PID的测试结果。

本实用新型实施例的一种多通道PID整定性能测试系统，通过一体机实现对执行模块的控制，从而能够控制整定测试的过程，且一体机集成各通道，能够实现同时测试多通道PID的整定性能，从而提高了测试效率。

根据本实用新型的另一些实施例的一种多通道PID整定性能测试系统，一体机包括可编程逻辑控制器(PLC)和显示器，可编程逻辑控制器用于获取多通道PID的指令，控制指令的执行，及获取各通道PID的测试结果；

显示器用于获取和显示多通道PID的参数。

本实用新型实施例的一种多通道PID整定性能测试系统，通过在一体机中集成可编程逻辑控制器(PLC)和显示器，既能实现对整定测试过程的控制，又能通过显示器直观地显示预设的各通道PID的参数，从而方便调节各通道PID的参数，提高了测试效率。

根据本实用新型的另一些实施例的一种多通道PID整定性能测试系统，显示器包括至少一个显示界面，显示界面还能显示各通道PID的测试结果。

本实用新型实施例的一种多通道PID整定性能测试系统，能够通过显示界面显示各通道PID的预设参数和测试结果，而无需外接数据采集装置，能够更快速、更高效地完成对被控对象的待测量的整定过程，提高了测试效率。

根据本实用新型的另一些实施例的一种多通道PID整定性能测试系统，执行模块包括各通道的继电器，继电器根据控制模块的输出指令完成断开和闭合动作。

本实用新型实施例的一种多通道PID整定性能测试系统，通过继电器控制各通道的断开和闭合，通过控制模块的输出指令控制继电器的上电和断电，从而实现控制模块对整定测试过程的控制。

第二方面，本实用新型的一个实施例提供了一种多通道PID整定性能测试设备，包括本实用新型实施例中一些具体实施例的一种多通道PID整定性能测试系统。

本实用新型实施例的一种多通道PID整定性能测试设备至少具有如下有益效果：

1.能够同时测试多通道PID的整定性能，从而方便比较各通道PID的整定效果；

2.通过比较各通道PID的整定性能测试结果，能够选取出调控性能更好的控制方法。

附图说明

图1是本实用新型实施例中一种多通道PID整定性能测试系统的一具体实施例的结构示意图；

图2是基于图1的一种多通道PID整定性能测试系统的一具体实施例的一体机屏端组态图；

图3是基于图1的一种多通道PID整定性能测试系统的一具体实施例的PLC梯形图；

图4是本实用新型实施例中一种多通道PID整定性能测试系统的一具体实施例的测试结果示意图；

图5是本实用新型实施例中一种多通道PID整定性能测试系统的另一具体实施例的测试结果示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本实用新型的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。

在本实用新型实施例的描述中，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

实施例1

本实用新型的一个实施例提供了一种多通道PID整定性能测试系统，包括执行模块和控制模块，控制模块用于获取各通道PID的参数和指令，并获取各通道PID的测试结果；执行模块用于根据各通道PID的参数和指令，对被控对象的待测量进行整定。

其中，各通道PID的参数和指令由软件客户端预设完成，预设参数和指令的修改也通过相应的软件客户端来实现。而各通道PID的参数和指令的选取，则根据实际测试环境和被控对象的属性来确定。各通道PID的参数和指令的输入，可通过外接输入设备，或者内置的输入设备来完成。

被控对象的待测量可以是灯泡的温度、水泵的液面高度、风扇的转速，以及排水管的出水速度等等。

执行模块根据各通道PID的参数和指令，对被控对象的待测量进行整定，包括：

获取待测量的电信号，包括通过传感装置感应待测量的变化，将待测量的变化转换成电信号输出。传感装置根据实际测试环境和被控对象的属性来确定，例如，当被控对象的待测量为温度时，使用温度传感装置；当被控对象的待测量为湿度时，使用湿度传感装置；当被控对象的待测量为液体流速时，使用液体传感装置。

完成对各通道PID的参数和指令的设置后，可通过输入设备输入相应的控制指令启动测试，也可以设置相应的开关电路，通过开关电路的上电动作启动测试，还可以设置相应的物理按键，通过按压按键触发控制指令的执行或者开关电路的导通动作，从而启动测试。

控制各通道的断开和闭合，可通过继电器的上电和掉电，也可以通过开关电路的断开和闭合。通道断开时，被控对象停止工作；通道闭合时，被控对象又重新开始工作。通过输入设备输入控制指令，频繁地断开和闭合通道，使得被控对象频繁地停止工作和重启工作，从而使得被控对象的待测量处于一个动态变化的过程中，进而实现对被控对象的待测量进行持续整定。

各通道PID的测试结果是完成整定过程，输出稳定的测试结果。测试结果可以是整定曲线，也可以是连续采集到的整定数据。测试结果的输出，可以使用外接输出设备，也可以使用内置的输出设备。

在本实用新型实施例的一种多通道PID整定性能测试系统的一些具体实施例中，控制模块包括一体机，一体机用于获取多通道PID的参数和指令，控制执行模块对被控对象的待测量进行整定，及获取各通道PID的测试结果。执行模块包括各通道的继电器，继电器根据控制模块的输出指令完成断开和闭合动作。

在本实用新型实施例的一种多通道PID整定性能测试系统的一些具体实施例中，一体机包括可编程逻辑控制器(PLC)，可编程逻辑控制器用于获取多通道PID的指令，控制指令的执行，及获取各通道PID的测试结果。一体机还可以包括显示器，显示器用于获取和显示多通道PID的参数。

在本实用新型实施例的一种多通道PID整定性能测试系统的一些具体实施例中，显示器包括至少一个显示界面，显示界面还能显示各通道PID的测试结果。显示器可以是液晶显示器，也可以是触控显示器。当显示器具有触控功能时，可直接在显示屏上输入多通道PID的参数。

本实施例的一种多通道PID整定性能测试系统，能够同时测试多通道PID的整定性能，从而方便比较各通道PID的整定效果，提高了测试效率，而且测试装置简易，降低了测试成本。

参照图1，示出了本实用新型实施例中一种多通道PID整定性能测试系统的一具体实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例的一种多通道PID整定性能测试系统，包括一体机101，计算机102，固态继电器103，固态继电器104，钨丝灯105，钨丝灯106，热电偶107，热电偶108，漏电保护开关109，以及220V交流电压源110。200为一体机101的背板接线局部放大示意图。210为一体机101的端子接线局部放大示意图，AI4端口包括A0端、A1端和A3端，AI5端口包括B0端、B1端和B3端。220为固态继电器103和固态继电器104的局部放大示意图。

其中，220V交流电压源110的火线L连接漏电保护开关109的火线，220V交流电压源110的零线N连接漏电保护开关109的零线。

钨丝灯105的一端与漏电保护开关109的火线相连接，另一端连接固态继电器103的L1端。钨丝灯106的一端与漏电保护开关109的火线相连接，另一端连接固态继电器104的L1端。固态继电器103和固态继电器104的T1端分别连接漏电保护开关109的零线。

固态继电器103和固态继电器104的S1端分别连接一体机101的24V电压输出端。固态继电器103的S2端连接一体机101的Y0输出端，固态继电器104的S2端连接一体机101的Y1输出端。

热电偶107的探头与钨丝灯105相连接，热电偶107的正极连接一体机101的AI4端口的A0端，热电偶107的负极连接一体机101的AI4端口的A1端。热电偶108的探头与钨丝灯106相连接，热电偶108的正极连接一体机101的AI5端口的B0端，热电偶108的负极连接一体机101的AI5端口的B1端。

一体机101的0V电压输出端连接COM0端口，接线后Y0输出端和Y1输出端的电压就是0V。因为Y0输出端和Y1输出端是输出线圈，0V电压输出端接到Y0输出端和Y1输出端后，Y0输出端和Y1输出端的开关闭合能够控制24V电压输出端的上电和掉电。一体机101设有USB端口，通过USB数据线连接到计算机102。

本实施例的一种多通道PID整定性能测试系统，通过一体机的输出信号控制各通道固态继电器的闭合和断开，从而控制各通道钨丝灯的亮灭。由此，程序中的执行结果可以从宏观表象中直接观察到，更具体地，可以利用程序的数据采集功能或者监视功能，将程序的执行数据和执行对象的状态一一对应。基于以上操作，即实现了多通道PID整定性能测试的环境搭建。

启动测试后，钨丝灯的热信号通过热电偶转换成电信号，电信号传输到一体机中，一体机接收到电信号后进行处理，通过输出控制信号来控制固态继电器的连接通断。固态继电器连通会导致钨丝灯变热，一体机接收到过热的信号后会输出控制信号，断开固态继电器，钨丝灯冷却，从而形成了一个负反馈调节。该负反馈的作用是将被控对象钨丝灯的温度维持在目标值附近，温度过高就断开固态继电器，温度过低就连通固态继电器，通过固态继电器的闭合和断开使被控对象钨丝灯处于一个动态稳定的过程。

实施例2

在本实用新型实施例的一种多通道PID整定性能测试系统的一些具体实施例中，基于实施例1，其中一体机包括触摸屏(HMI)，触摸屏(HMI)用于设定除PID模式以外的其他参数，并显示所有多通道PID整定性能测试的参数。

参照图2，示出了本实用新型实施例中一种多通道PID整定性能测试系统的一具体实施例的一体机屏端组态图。如图2所示，屏端为触摸屏(HMI)，显示PID参数和EPID参数，其中，除PID和EPID的控制开关以外，PID的参数有14个，包括输入值、输出值、目标值、比例增益、积分时间、微分时间、PID控制死区、采样时间、给定值下限、给定值上限、方向设定、自整定状态、整定采样总数和PID输出量。EPID的参数有22个，包括输入值、输出值、目标值、测量值、采样时间、比例增益、积分时间、积分系数、微分时间、微分系数、死区控制、输出上限值、输出下限值、PID配置、PID计算量、PID计算范围、参数显示错误码、PID模式、自适应模糊PID调整状态、自整定状态、自整定超时时间和自整定幅值偏移。

上述参数中，PID配置参数，0表示逆动作，适用于加热控制；1表示正动作，适用于冷却控制。参数显示错误码，0表示合法，非0值表示非法。PID模式，包括PID常规控制模式、PID手动控制模式和自适应模糊PID模式。自整定状态，0表示整定成功，1表示整定中，2表示整定失败。自整定幅值偏移，EPID根据峰值大小自动调整上限使得峰值变小。

在本实用新型实施例的一种多通道PID整定性能测试系统的另一些具体实施例中，触摸屏(HMI)包括至少一个触控显示界面，以显示PID参数和EPID参数，以及测试结果。当触摸屏(HMI)具有多个触控显示界面时，其多个触控显示界面可相互切换。

实施例3

在本实用新型实施例的一种多通道PID整定性能测试系统的一些具体实施例中，基于实施例1和实施例2，其中一体机包括可编程逻辑控制器(PLC)，可编程逻辑控制器(PLC)用于设定PID模式，并输出控制信号控制继电器的连接通断。

参照图3，示出了本实用新型实施例中一种多通道PID整定性能测试系统的一具体实施例的PLC梯形图。如图3所示，一体机内部控制指令即为PLC梯形图的指令，PLC控制指令的设置通过计算机实现。M1开关控制PID指令的执行，M11开关控制EPID指令的执行。MOV指令的出现是因为测量值的存放地址是D寄存器，温度采集的存放地址是AI端口，此时还要多进行一步MOV操作，将AI端口的值赋到测量值D中，这样才能开始EPID控制。

PID指令设置，输入参数起始地址和目标值地址，输入地址端口取AI4端口，输出地址取Y0端口。EPID指令设置，填写目标值和测量值地址，输出模式选开关量，输出地址取Y1端口，启用自整定，另外再用MOV语句将AI5端口的值赋给测量值地址。

实施例4

基于实施例1和实施例2的一种多通道PID整定性能测试系统的任一具体实施例，一体机同时控制两个被控对象，两个被控对象分别为第一温度传感器和第二温度传感器，PID与EPID均采用自整定模式。

参照图4，示出了本实用新型实施例中一种多通道PID整定性能测试系统的一具体实施例的测试结果示意图。如图4所示，测试结果为PID与EPID的整定曲线，展示了被控对象的温度随时间的变化。

本实施例的整定数据结果如表1所示。

表1整定数据结果比较

由图4和表1可知，对于两个控制对象，EPID的超调量小于PID的超调量，说明EPID在精确控制的范围内，其计算的精度和反应的速度要优于PID，才会使得被控对象的值更加靠近目标值。EPID的上升时间小于PID，说明EPID具备更快的响应速度。EPID的震荡调节次数和自整定时间均小于PID，说明被控对象在达到目标值附近后，EPID能够更快的降低震动，达到一个稳定的输出。本实施例的测试结果说明，在一体机同时控制两个被控对象的情况下，EPID的整定性能要优于PID。

实施例5

基于实施例1和实施例2的一种多通道PID整定性能测试系统的任一具体实施例，一体机控制一个被控对象，被控对象为温度传感器，PID与EPID均采用自整定模式。

参照图5，示出了本实用新型实施例中一种多通道PID整定性能测试系统的另一具体实施例的测试结果示意图。如图5所示，测试结果为PID与EPID的整定曲线，展示了被控对象的温度随时间的变化。

本实施例的整定数据结果如表2所示。

表2整定数据结果比较

由图5和表2可知，对于单一被控对象，EPID上升时间要快于PID，即EPID响应的速度更快；EPID超调量和自整定时间均比PID小，说明EPID调整的精确度更高；自整定的震荡次数比PID小，说明EPID比PID更加稳定。本实施例的测试结果说明，在一体机控制单一被控对象的情况下，EPID的整定性能依然要优于PID。

综合实施例4和实施例5的测试结果，本实用新型实施例的一种多通道PID整定性能测试系统，能够证明EPID的整定性能要优于PID。

实施例6

本实用新型实施例的一种多通道PID整定性能测试设备，包括实施例1至实施例3中任一具体实施例的一种多通道PID整定性能测试系统。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅是示意性的，例如所述模块的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

Claims (7)

1.一种多通道PID整定性能测试系统，其特征在于，包括控制模块和执行模块，所述控制模块用于获取各通道PID的参数和指令，并获取各通道PID的测试结果；

所述执行模块用于根据所述参数和所述指令，对被控对象的待测量进行整定。

2.根据权利要求1所述的一种多通道PID整定性能测试系统，其特征在于，所述多通道包括至少一个PID通道和至少一个EPID通道。

3.根据权利要求1或2所述的一种多通道PID整定性能测试系统，其特征在于，所述控制模块包括一体机，所述一体机用于获取所述多通道PID的参数和指令，控制所述执行模块对所述被控对象的待测量进行整定，及获取所述各通道PID的测试结果。

4.根据权利要求3所述的一种多通道PID整定性能测试系统，其特征在于，所述一体机包括可编程逻辑控制器和显示器，所述可编程逻辑控制器用于获取所述多通道PID的指令，控制所述指令的执行，及获取所述各通道PID的测试结果；

所述显示器用于获取和显示所述多通道PID的参数。

5.根据权利要求4所述的一种多通道PID整定性能测试系统，其特征在于，所述显示器包括至少一个显示界面，所述显示界面还能显示所述各通道PID的测试结果。

6.根据权利要求1或2所述的一种多通道PID整定性能测试系统，其特征在于，所述执行模块包括各通道的继电器，所述继电器根据所述控制模块的输出指令完成断开和闭合动作。

7.一种多通道PID整定性能测试设备，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的一种多通道PID整定性能测试系统。

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