計(jì)算機(jī)控制與自動化儀表綜合實(shí)驗(yàn)平臺的研究

韓燁

摘 要：計(jì)算機(jī)控制與自動化儀表綜合實(shí)驗(yàn)平臺是由實(shí)驗(yàn)控制對象、實(shí)驗(yàn)控制臺（智能儀表、傳感器）及上位監(jiān)控PC機(jī)三部分組成。對于這一裝置來說，其能夠以用戶的需求為基礎(chǔ)，有效設(shè)計(jì)成為計(jì)算機(jī)控制以及自動化儀表控制系統(tǒng)共同組成的系統(tǒng)。其具有非常廣泛的應(yīng)用性，能夠?yàn)槭褂谜咛峁┮粋€(gè)更為有效的物理模擬對象和實(shí)驗(yàn)平臺。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制 自動化儀表 綜合實(shí)驗(yàn)平臺

中圖分類號：TP311.51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（c）-0057-01

實(shí)驗(yàn)對于培養(yǎng)專業(yè)人才有著至關(guān)重要的作用，其能夠有效提升專業(yè)人才的實(shí)踐能力，讓其將理論知識和實(shí)踐更好地結(jié)合在一起。然而目前市場上存在的實(shí)驗(yàn)設(shè)備價(jià)格較為昂貴，并不能很好地滿足需求，實(shí)驗(yàn)的對象與實(shí)際應(yīng)用相脫節(jié)也是較為普遍的現(xiàn)象。在新的發(fā)展形勢下，人們對設(shè)備也提出了更高的要求，因此，計(jì)算機(jī)控制與自動化儀表綜合實(shí)驗(yàn)平臺應(yīng)運(yùn)而生。該文就對此進(jìn)行深入研究。

1 計(jì)算機(jī)控制與自動化儀表綜合實(shí)驗(yàn)平臺的應(yīng)用必要性

計(jì)算機(jī)控制與自動化儀表綜合實(shí)驗(yàn)平臺能夠更為有效地提供實(shí)驗(yàn)支持，其是在實(shí)踐和科研的基礎(chǔ)上建立起的計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺，能夠提供給應(yīng)用者更為貼近工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的支持，且具有更低的造價(jià)，能夠有效降低實(shí)驗(yàn)成本。不僅如此，該設(shè)備平臺通過應(yīng)用更加靈活的配置，能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)者提供更好的訓(xùn)練動手能力的機(jī)會，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。另外，該平臺還可以提供給應(yīng)用者必要的條件，讓使用人員可以開展一些綜合性以及設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)。不僅如此，該裝置更加符合工業(yè)現(xiàn)場過程控制的實(shí)際情況，并在此基礎(chǔ)上，形成了一套多功能實(shí)驗(yàn)設(shè)備，該設(shè)備集自動化儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)及自動控制技術(shù)為一體，應(yīng)用效果非常好?？梢?，研究和應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制與自動化儀表綜合實(shí)驗(yàn)平臺是非常有必要的。

2 計(jì)算機(jī)控制與自動化儀表綜合實(shí)驗(yàn)平臺的結(jié)構(gòu)組成

2.1 被控對象

對于實(shí)驗(yàn)裝置的被控對象來說，其有三個(gè)部分組成，即水槽、加熱水桶和盤管換熱器。水槽是變頻水泵循環(huán)水回路的水源儲存地，對其進(jìn)行手動操作，就能有效補(bǔ)充自來水，也可以借助手動的閥門以及電磁閥來實(shí)現(xiàn)排水的效果。

保溫?fù)Q熱水桶的罐體是罐內(nèi)水液位和罐內(nèi)水溫度的單變量對象，在液位系統(tǒng)上配備液位傳感變送器，其水源來自于自來水，通過電動調(diào)節(jié)閥來完成控制過程。在調(diào)節(jié)溫度時(shí)，該過程由晶閘管模塊來完成，該模塊能有效控制電加熱器的加熱程度，從達(dá)到對溫度系統(tǒng)加以調(diào)控的目的。另外，把溫度和液位有機(jī)結(jié)合起來，就夠構(gòu)成溫度串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)或解耦控制系統(tǒng)。

盤管由變頻水泵提供水源，長度一般約15 m，位于保溫?fù)Q熱水罐之內(nèi)，可分別構(gòu)成溫度、壓力和流量的單變量對象。出水口溫度的控制則通過盤管和熱水罐間的熱交換完成。但是，盤管的長度較長，能夠形成純滯后的對象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)前饋——反饋控制系統(tǒng)和史密斯控制系統(tǒng)。另外，盤管的出口位置的水溫度和水罐液位的關(guān)系能夠進(jìn)行有效的解耦控制。

2.2 傳感變送器

傳感變送器主要有液位傳感變送器、壓力傳感變送器、溫度傳感變送器和流量傳感變送器四種。有效應(yīng)用液位、壓力兩個(gè)傳感變送器能取得良好效果。其中，液位傳感器的主要作用就是有效檢測水罐的液位；壓力傳感器則被用于更好地檢測變頻水泵的供水壓力，兩者夠有效構(gòu)成恒壓的變頻調(diào)速系統(tǒng)。溫度傳感變送器主要應(yīng)用了四個(gè)Ptl00熱電阻溫度傳感變送器，這四個(gè)傳感變送器的作用各不相同，一個(gè)用于檢測水罐的水溫，另外兩個(gè)則對盤管的兩個(gè)測試點(diǎn)的溫度進(jìn)行檢測，另一個(gè)則對水槽的水溫進(jìn)行檢測。流量傳感變送器在盤管的回路中設(shè)置了一個(gè)電磁流量計(jì)，該儀器夠有效檢測盤管回路中的水流量。因而，流量傳感變送器能夠同變頻水泵構(gòu)成有機(jī)的流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是平臺的重要部位，其主要由電動調(diào)節(jié)閥、水泵和變頻器、電加熱管和單相交流調(diào)壓模塊組成。電動調(diào)節(jié)閥電源采用單相220 V，控制信號為4～20 mADC或1-5VDC，輸出為4～20 mADC的閥位信號，它主要用于控制回路，并對回路中的流量進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。水泵和變頻器裝置通過應(yīng)用一個(gè)磁力驅(qū)動泵，然后經(jīng)過變頻而輸出驅(qū)動。電加熱管和單相交流調(diào)壓模塊對平臺的電壓和溫度有很好的調(diào)節(jié)作用。其包含的電加熱器能夠?qū)λ拗械乃M(jìn)行有效升溫，加熱是在晶閘管模塊控制下完成的。輸出的交流電壓能夠有效控制電加熱器的端電壓。這樣就能夠更好地調(diào)節(jié)保溫?fù)Q熱器的溫度。

2.4 實(shí)驗(yàn)平臺控制器件

實(shí)驗(yàn)平臺的控制器件包括智能儀表和計(jì)算機(jī)。這些控制器件能有效應(yīng)用PID智能控制器，并配合各類傳感變送器，來完成對溫度、壓力、液位、成分等過程量的測量、變換、顯示、通信和控制。儀表通過串口和上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效的通信，進(jìn)而達(dá)到了控制效果，使計(jì)算機(jī)對系統(tǒng)的管理和監(jiān)測變得更為有效。

在實(shí)驗(yàn)平臺中，有3臺PID智能控制器，其有不同的作用。其中兩臺的主要作用是有效控制水罐溫度和液位。另外一臺的作用則是有效配合盤管壓力、溫度、流量傳感變送器原件，構(gòu)成不同的控制系統(tǒng)。該P(yáng)ID智能控制器有控制權(quán)轉(zhuǎn)移功能，因此計(jì)算機(jī)可以很好地控制儀表有效進(jìn)行報(bào)警輸出和控制輸出以及變送輸出等，這樣就能夠更好地實(shí)現(xiàn)上位機(jī)直接數(shù)字控制。

3 軟件的實(shí)驗(yàn)環(huán)境及平臺分析

因?yàn)閷?shí)驗(yàn)平臺功能齊全，實(shí)驗(yàn)操作界面也很好，所以計(jì)算機(jī)的控制功能能夠得到充分發(fā)揮。通過應(yīng)用此平臺，能夠有效實(shí)現(xiàn)監(jiān)督和控制功能，對儀表的控制狀態(tài)有一個(gè)更好的了解。與此同時(shí)，還可以有效使用計(jì)算機(jī)來直接進(jìn)行數(shù)字控制。在該實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，預(yù)留了算法的添加，同時(shí)也有驗(yàn)證的接口，這能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)者提供更好的支持，為其編制自定控制算法提供便利，同時(shí)也可以讓其在實(shí)驗(yàn)平臺上有效完成實(shí)際驗(yàn)證和測試。

對于軟件平臺來說，該裝置基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，主要應(yīng)用于快速地構(gòu)造和生成上位監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可以有效運(yùn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。平臺為用戶提供了更好的支持平臺，讓實(shí)驗(yàn)者能夠更好地應(yīng)用其去解決實(shí)際問題，并獲得更為優(yōu)化的方案和開發(fā)平臺。該平臺能為實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報(bào)表輸出等提供極大的便利。

4 結(jié)語

計(jì)算機(jī)控制與自動化儀表綜合實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計(jì)與應(yīng)用能夠提供給實(shí)驗(yàn)者更好地用戶體驗(yàn)，能夠提供其更好地工作支持，有效地提升了運(yùn)行效率，簡化了操作模式，讓應(yīng)用者可以更好地進(jìn)行操作。同時(shí)，該系統(tǒng)還能夠很好地鏈接實(shí)際工程，從而讓實(shí)驗(yàn)者可以更好地獲得實(shí)踐體驗(yàn)，是非常值得應(yīng)用和推廣的。

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